濕法消解-火焰原子吸收光譜法測定刺梨果汁中鋅含量的不確定度評定

陳 露, 游元丁, 李躍紅, 趙 陽, 徐孟懷, 焦彥朝

（1.六盤水市口岸服務中心，貴州 六盤水 553000；2.貴陽海關綜合技術中心果蔬實驗室（六盤水），貴州 六盤水 553000；3.貴陽海關綜合技術中心，貴州 貴陽 550081）

刺梨為薔薇科薔薇屬多年生落葉小灌木，多見于云貴地區(qū)［1］，富含維生素C、超氧化物岐化酶和10 余種對人體有益的微量元素［2-3］。傳統(tǒng)的刺梨鮮果味道酸澀，大眾接受度低。因此市場上多見以果脯形式為主的果肉和榨汁后的果汁等刺梨制品［4］。刺梨鮮果制成的果汁中含有鋅元素，鋅有助于維持人體正常的生命活動，在人體生長發(fā)育、免疫、內(nèi)分泌等生理過程中起著關鍵作用［5-7］。因此，鋅一直是食品、飼料、環(huán)境、藥物等的重要檢測項目之一［8］。在鋅的檢測過程中，由于受儀器設備、標準物質(zhì)、技術水平等多種因素影響，分析結(jié)果必定存在誤差，需要進行不確定度分析［9-11］。測量不確定度是指根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測量值分散性的非負參數(shù)。其能反映出檢測過程中各影響因素對結(jié)果不確定度的影響程度，也用來科學有效地評價檢測數(shù)據(jù)的質(zhì)量［12-14］。因此測量不確定度成為實驗室檢測過程及判定測量結(jié)果準確度的重要參考指標［15-16］。依據(jù)《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）［12］和《測量不確定度評定與表示》（GB/T 27418—2017）［13］的要求和規(guī)定，采用濕法消解-火焰原子吸收光譜法對刺梨果汁中鋅含量進行不確定度評定，分析測量不確定度來源的貢獻，以期為實驗室認可、質(zhì)量控制提供科學嚴謹、準確的理論依據(jù)，同時為果汁飲料中其他微量元素的不確定度分析提供借鑒，確保實驗室檢測結(jié)果的公正性與權(quán)威性。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗原料 高原魔梨金刺梨汁（貴州安順）。

1.1.2 試驗試劑 高氯酸、硝酸（優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司）；鋅標準溶液（GSB 04-1761-2004，1 000 mg/L，有色金屬及電子材料分析測試中心）；乙炔（99.99%）。

1.1.3 試驗儀器 原子吸收光譜儀（島津AA-7000，配火焰原子化器，日本島津公司）；可調(diào)式電熱板（萊伯泰科EG35A PLUS，萊伯泰科北京有限公司）；超純水系統(tǒng)（熱電UV/UF，美國Thermo Fisher 公司）；移液管和容量瓶等所有玻璃器皿均為A級。

1.2 試驗方法

1.2.1 標準溶液的配制 準確吸取鋅標準溶液（1 000 mg/L）1.00 mL 于100 mL 容量瓶中，用5%硝酸溶液定容，混勻，即得到鋅標準中間液（10 mg/L）。再分別向100 mL 容量瓶中準確吸取10 mg/L 的鋅標準中間液0.00 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、8.00 mL 和10.00 mL，用5%硝酸溶液定容至刻度，混勻。即得到質(zhì)量濃度分別為0.000 mg/L、0.100 mg/L、0.200 mg/L、0.400 mg/L、0.800 mg/L 和1.00 mg/L 的鋅標準系列溶液。

1.2.2 樣品前處理 依據(jù)《食品安全國家標準食品中鋅的測定火焰原子吸收光譜法》（GB 5009.14—2017），準確移取5 mL 高原魔梨金刺梨汁液體試樣于錐形瓶中，加入硝酸20 mL、高氯酸1 mL，在可調(diào)式電熱板上消解至冒白煙，消化液若呈無色透明或稍帶黃色，取下錐形瓶，冷卻后用超純水定容至50 mL，搖勻待上機檢測。同時做樣品空白試驗。

1.2.3 儀器條件 火焰原子吸收光譜儀儀器條件：波長213.9 nm，狹縫寬0.7 nm，燈電流8.0 mA，燃燒頭高度7 mm，助燃氣壓力0.35 MPa，乙炔壓力0.09 MPa。

1.2.4 鋅濃度計算 根據(jù)GB 5009.14—2017，采用濕法消解對刺梨汁進行前處理，原子吸收光譜儀進行測定；用最小二乘法線性擬合得到標準曲線，待測樣品中鋅的濃度由標準曲線計算得出，計算公式：

式中，X 為樣品中鋅的含量，mg/L；C 為樣品溶液中鋅的濃度，mg/L；C0為空白溶液中鋅的濃度，mg/L；Vd為樣品消化液的定容體積，mL；V為樣品移取體積，mL。

設Cx為扣除空白后刺梨汁中鋅的實際濃度，即Cx=C－C0，則式（1）可簡化為式（2）：

1.2.5 不確定度來源識別 根據(jù)建立的數(shù)學模型，測定刺梨果汁中鋅含量的不確定度來源主要包括2 部分：樣品前處理和樣品測定。樣品前處理包括樣品量取、樣品定容；樣品測定包括儀器測量、回收率、標準曲線擬合和重復性。不確定度來源分析如圖1。

圖1 刺梨果汁中鋅含量測定不確定度因素來源

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度來源的量化

2.1.1 樣品前處理引入的不確定度u(C1)

用5 mL 移液管量取5 mL 樣品，樣品經(jīng)濕法消解后定容至50 mL，所用玻璃器皿為5 mL 移液管和50 mL 的容量瓶，玻璃器皿引入的不確定度包括刻度誤差與溫度變化引入的不確定度組成，參照《常用玻璃儀器》（JJG 196—2006），假設按均勻分布，樣品前處理過程中引入的不確定度見表1。 則合成樣品前處理過程引入的相對不確定度：

表1 樣品前處理過程引入的不確定度

2.1.2 鋅質(zhì)量濃度引入的不確定度u（C2）

1）標準物質(zhì)的不確定度u（C2-1）。測量使用有證標準物質(zhì)，鋅的質(zhì)量濃度為1 000 mg/L，根據(jù)鋅標準物質(zhì)證書得鋅濃度的相對標準不確度urel（C2-1）=0.007，包含因子k=2。

2）稀釋鋅標準物質(zhì)溶液引入的不確定度u（C2-2）。用1 mL 移液管移取1 000 mg/L 的鋅標準溶液1 mL 于100 mL 容量瓶中，定容得到10 mg/L 鋅標準中間液。按均勻分布，計算結(jié)果見表2。由稀釋過程引入的相對標準標準不確定度：

表2 稀釋過程引入的不確定度

3）配置系列標準溶液引入的不確定度u（C2-3）。用10 mL 移液管分別移取10 mg/L鋅標準中間液0 mL、1 mL、2 mL、4 mL、8 mL、10 mL 于100 mL 中容量瓶中，定容得到鋅標準系列溶液，按均勻分布，該過程引入的不確定見表3，計算100 mL 容量瓶引入的不確定度。由表計算稀釋鋅標準物質(zhì)溶液引入的相對標準不確定度：

4）擬合標準曲線引入的不確定度u（C2-4）。在測定不同質(zhì)量濃度的標準溶液之前，原子吸收光譜儀使用空白標準溶液進行吸光度調(diào)零，將配制的6個不同質(zhì)量濃度的鋅標準溶液上機測定，分別重復測定3 次，采用最小二乘法擬合標準曲線各標準點的濃度和吸光度值（表4）。

表4 標準曲線擬合結(jié)果

線性擬合得到校準曲線方程：A=0.163 83C+7.216 5×10-5（R2=0.999 9），測得刺梨汁樣品中鋅的平均質(zhì)量濃度為Cx=0.44 mg/L。擬合標準曲線引入的不確定度由式（3）～（5）［17］計算，結(jié)果見表5。

表5 擬合標準曲線引入的不確定度

式中，SA為校準溶液的殘余標準偏差；Ai為各標準溶液單次測量的吸光度值；a 為校準曲線的截距；b 為校準曲線的斜率；Ci為各標準溶液中鋅的濃度；為各標準溶液中鋅的平均質(zhì)量濃度；n 為標準溶液的測量總次數(shù)，n=18；p 為樣液的測量次數(shù)，p=3。由鋅質(zhì)量濃度產(chǎn)生的相對不確定度：urel(C2)=0.044 5

2.1.3 重復性測定引入的不確定度u（C3） 重復測定6次刺梨汁樣液后進行定量，考察其重復性產(chǎn)生的不確定度，定量結(jié)果見表6。重復性測定引入的不確定度按式（7）和式（8）計算。

表6 樣液中鋅含量測量結(jié)果

2.1.4 回收率引入的不確定度u(C4) 對刺梨汁樣品添加水平為0.1 mg/L 的標準溶液，按照前處理方法處理后，進行6次加標回收率測定試驗，測定結(jié)果見表7。

表7 刺梨汁中鋅加標回收率試驗測定結(jié)果

加標回收率引入的標準不確定度，按式（9）進行計算。

設k 為在計算測量結(jié)果擴展不確定度時所使用的包含因子，假設測量結(jié)果服從正態(tài)分布，在95%置信概率下k=1.96。設t =存在顯著性差異，必須考慮由回收率引起的不確定度，則回收率相對不確定度按式（10）計算。

2.2 合成標準不確定度的計算

不確定度的各分量及數(shù)值見表8。將各不確定度的分量進行合成：=0.048

表8 各分量的相對不確定度

2.3 擴展不確定度的計算

刺梨汁樣品中鋅含量的最終檢測結(jié)果：X=Cxv/m=0.044×50/5=0.44mg/L。因此，uc（X）=X×urel（X）=0.44×0.048=0.021 mg/L，則在置信概率P=95%，k=2時，擴展不確定度為U=kuc（X）=2×0.021=0.042。

由此可知，高原魔梨金刺梨汁樣品中的鋅含量為（0.44±0.042）mg/L，k=2。

3 小結(jié)

濕法消解-火焰原子吸收光譜法測定高原魔梨金刺梨果汁中鋅含量為（0.44±0.042）mg/L，k=2。通過不確定度評估過程可知，該法測定刺梨果汁中鋅含量過程中，樣品前處理過程、標準物質(zhì)配置過程及標準曲線擬合、測量的重復性及回收率等每一環(huán)節(jié)均會引入不確定度，由分析結(jié)果可知，鋅質(zhì)量濃度及回收率對測量不確定度的貢獻較大，分別占比62.2%和22.8%。其中在分析鋅質(zhì)量濃度引入的不確定度過程中，配置系列標準溶液過程對不確定度的貢獻最大，因此試驗過程中應規(guī)范標準溶液的配制；其次加標回收率對不確定度的貢獻比重較大，在試驗過程中應注重這一環(huán)節(jié)。試驗過程中每個步驟均會引入測量不確定度，因此應加強標準操作訓練，提高檢測人員檢測能力，定期對標準物質(zhì)和儀器進行期間核查，做好儀器的日常維護保養(yǎng)均可減少不確定度的影響。