原子熒光測定標準物質芹菜中汞含量的不確定度評估

馬玉娥，鄭偉華，汪 暉，王 賢，朱 寧

（新疆農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，農業部農產品質量安全風險評估實驗室（烏魯木齊），新疆農產品質量安全實驗室，新疆 烏魯木齊 830091）

標準物質保證了國防、科研和工業生產中分析數據的準確性、可靠性、一致性和可追溯性，是實現跨時間和空間數據可比性的重要工具[1-2]。因此，在食品重金屬檢測過程中，選擇合適方法進行檢測，為芹菜標準品（GBW 10048） 測定值的可靠性和準確性提供保證，為食品中汞的檢驗檢測過程和試驗結果提供較好的評判標準和保證標準物質檢測結果的可比性顯得尤為重要。

因此，對標準物質檢測方法的不確定度進行評價非常重要，不確定度是表征合理、測量值具有離散性、與測量結果具有相關性的參數[3-4]，是完整表達和科學評價試驗結果可靠性的基礎。測量不確定度是給出測量值的色散的合理表征，是與測量結果相關的參數[5]。

以標準物質芹菜（GBW 10048） 中汞含量測定為例，依據《化學分析指南》和《JJF 1059—1999 測量不確定度評定》對不確定度的要求，對使用原子熒光法測定芹菜（GBW 10048） 中汞過程中產生有主要影響的不確定度進行評價，為原子熒光法測定芹菜（GBW 10048） 中汞的準確度和可信度提供科學依據。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

麒麟Kylin S18 型四道同測原子熒光光度計，采用160 位極坐標式自動進樣器，內置式雙順序注射泵進樣裝置，北京吉天儀器有限公司提供。

Millipore Mill-Q 型超純水機，美國Millipore 公司產品；MARS X 型微波消解儀，美國CEM 公司產品；BHW-09C 型趕酸儀，上海博通有限公司產品；使用質量分數為20%的硝酸溶液浸泡玻璃器皿24 h。

1.1.2 試劑

汞標準溶液100 μg/mL，編號GBW（E） 080124，中國計量科學研究院提供；芹菜（GBW 10048） 中汞的含量為0.014 6±0.002 4 mg/kg，地球物理地球化學勘察研究所提供。

1.2 儀器主要條件

Kylin-S18 原子熒光（原子化方式）：火焰法；載氣流量400 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min，原子化器高度10 mm，原子化器溫控200 ℃，負高壓280 V，進樣體積1 mL。

1.3 標準溶液的配制

標準中間液。使用質量濃度為100 μg/mL 的汞標準溶液，將0.50 mL 此質量濃度的汞標準溶液加入100 mL 容量瓶中，用質量分數為5%的硝酸溶液進行定容。稀釋后的標準溶液質量濃度為1 μg/mL，該濃度標準溶液保存期為6 個月。

將 0.5 mL 質量濃度為1 μg/mL 汞標準中間液加入50 mL 容量瓶中，用質量分數為5%的硝酸溶液稀釋并定容，定容完畢后搖勻。此溶液的質量濃度為0.01 μg/mL，該濃度標準使用液保存期為1 個月。

標準工作液。于50 mL 容量瓶中加入汞標準使用液（0.01 μg/mL） 10 mL，用5%硝酸溶液定容至刻度，其質量濃度為2.00 μg/L，搖勻待測。麒麟Kylin S18 型四道同測原子熒光光度計標準曲線的測量是對最高質量濃度點自動稀釋得到的，稀釋后各標準點的質量濃度分別為 0.10，0.20，0.40，1.00，2.00 μg/L。

1.4 試驗方法

稱取芹菜（GBW 10048 生物成分分析標準物質）0.3 g 放入消解罐中，去離子水2 mL 潤濕后，在消解罐中直接加入濃硝酸6 mL，將加完濃硝酸的樣品搖勻，將消解罐蓋好內外蓋后擰緊，將樣品放置3 h后，放入MARS X 型微波消解儀中進行消解。消解結束后，將樣品冷卻到室溫，轉移至趕酸儀，在溫度100 ℃的條件下趕酸2 h。冷卻至室溫，然后使用去離子水轉移至25 mL 容量瓶中并定容，按照儀器中設定的測汞程序依次測定標準空白、標準曲線、樣品試劑空白及樣品溶液，最后通過外標法獲得溶液中的汞含量。

2 測量不確定度的數學模型

2.1 試樣中汞含量的計算

根據原子熒光的測定原理，汞含量計算公式如下：

式中：X——樣品中汞的含量，mg/kg；

C——待測樣品中汞的質量濃度，μg/L；

C0——空白樣品中汞的質量濃度，μg/L；

V——樣品定容總體積，mL；

m——待測樣品質量，g。

2.2 汞的不確定度合成公式

結合公式（1） 和不確定度的傳播規律，標準物質芹菜（GB W10048） 中汞含量的相對合成不確定度Ur（X）為：

3 不確定度的來源分析

根據上述建立的數學模型和芹菜（GBW 10048）試驗處理過程來分析和評估，包括樣品在稱量和前處理過程中產生的不確定度，以及標準曲線的配制和定量分析產生的不確定度。最后，通過芹菜（GBW 10048） 的標準值及檢測結果的對比來評估前處理各個過程的效果及產生的不確定度。

3.1 樣品稱樣量m 的不確定度

為提高樣品稱量的精度，選用精確度為0.000 1的萬分之一天平，按照矩形分布來計算，標準偏差為在樣品稱樣量為0.3 g，重復10 次稱樣的情況下，在稱樣過程中引起的不確定度為

3.2 Hg 溶液質量濃度的不確定度

汞標準溶液濃度在測量過程中產生的不確定度由以下4 個部分組成：一是標準物質本身的不確定度（可參考標準物質證書）；二是標準溶液濃度（C） 的不確定度是通過標準溶液的濃度值- 熒光值曲線得到的；三是獲得標準曲線最高點濃度點，而對標準溶液的儲備液和工作液按比例稀釋產生的不確定度；四是汞標準溶液在重復測量的過程中產生的不確定度。

3.2.1 標準物質產生的不確定度U（ρ）

測量過程中使用的汞標準溶液質量濃度ρ 為100 μg/L，汞標準溶液GBW（E）080124 中國計量科學研究院提供的標準物質證書中規定的不確定度為0.8 μg/L。考慮矩形分布，取標準物質產生的不確定度為U（ρ）=0.46 μg/L，標準物質產生的相對標準不確定度為

3.2.2 Hg 標準曲線擬合產生的不確定度U（c1）

在上述儀器條件和各試驗前處理相同的條件下，儀器對最高質量濃度（2.00 μg/L） 點進行自動稀釋并測定。

標準曲線響應值結果見表1。

表1 標準曲線響應值結果

根據表1 中的測量數據建立回歸校準曲線，擬合得到的曲線方程為A=2 995.838 1C-5.101 6。同時，標準物質芹菜（GBW 10048） 樣品溶液按測定方法測定10 次，按校準曲線方程計算平均質量濃度C0=0.186 μg/L，則U（C1）為 由以下公式計算：

式中：B1——校準曲線的斜率，取值為2 995.838 1；

p——樣品溶液測量的次數，p=10；

n——測量標準溶液的次數，n=5；

C0——待測樣品溶液中汞的質量濃度，μg/L；

Cj——校準曲線中汞的標準質量濃度，μg/L；

Aj——校準曲線溶液中熒光值的測定。

將表 （1） 的數據代入公式 （3） 和公式 （4） 進行計算，其中：

3.2.3 稀釋標準工作溶液時引入的不確定度

Kylin-S18 原子熒光為自稀釋，標準曲線最高質量濃度點為2.00 μg/L。將質量濃度為100 μg/L 的標準儲備液按1∶100，1∶100，1∶5，分3 次稀釋到2 μg/L。

在得到最高標準濃度點的稀釋過程中，需要用到 1 mL 移液管 2 次，10 mL 移液管 1 次，50 mL 容量瓶3 次，影響移液管和容量瓶不確定度的因素主要為重復性、校準、溫度。

（1） 校準。

1 mL A 級移液管在溫度為20 ℃的條件下，移液量程所允許的誤差為±0.007 mL，其標準偏差按照均勻分布計算為

10 mL A 級移液管在溫度為20 ℃的條件下，移液量程所允許的誤差為±0.020 mL，其標準偏差按照均勻分布計算為

50 mL A 級容量瓶在溫度為20 ℃的條件下，其所允許的誤差為±0.05 mL，其標準偏差按照均勻分布計算為

25 mL A 級容積瓶在溫度為20 ℃的條件下，其所允許的誤差為±0.03 mL，其標準偏差按照均勻分布計算為

移液管及容量瓶由重復性引起的標準偏差見表2。

表2 移液管及容量瓶由重復性引起的標準偏差

（2） 溫度。

假設實驗室溫度和校正溫度之間的差異為3 ℃，校正溫度為20 ℃，由此產生的不確定度可以通過溫度范圍和體積膨脹系數來計算[6-7]。 水的體積膨脹系數為2.1×10-4mL/℃[8]，則將具有0.95 置信水平的體積變化區間換算為標準偏差：

在室溫下，使用1.00 mL A 級移液管移取1.00 mL液體，根據標準偏差公式可以算出1.00 mL A 級移液管體積標準偏差為

在室溫下，使用10 mL A 級移液管移取10.00 mL液體， 根據標準偏差公式可以算出10.00 mL A 級移液管體積標準偏差為

在室溫下，把50 mL A 級容量瓶定容至50.00 mL，根據標準偏差公式可以算出50 mL A 級容量瓶體積標準偏差為

在室溫下，把25 mL A 級容量瓶定容至25.00 mL，根據標準偏差公式可以算出50 mL A 級容量瓶體積標準偏差為

將以上校準、重復性和溫度帶來的標準偏差進行合成，則獲得稀釋成曲線最高濃度點時產生的相對標準不確定度為：

由此可得標準儲備液配制成曲線最高濃度點時產生的不確定度對C0的測量帶來的不確定度：

3.2.4 樣品重復測定產生的不確定度

對標準物質芹菜（GBW 10048） 上機進行檢測，檢測次數為10 次（n=10），以獲得樣品重復檢測產生的不確定度，最后測得的質量濃度平均值Cm為0.186 μg/L。

樣品檢測結果見表3。

表3 樣品檢測結果

由樣品重復測定產生的標準偏差S 可根據貝塞爾公式計算，公式如下：

按照A 類不確定度的要求進行評定，公式如下：

3.2.5 Hg 溶液濃度C 合成的不確定度

將3.2.1，3.2.2，3.2.3，3.2.4 進行合成，得出C的相對標準不確定度如下：

3.3 樣品經稀釋并定容后產生的不確定度

樣品經過微波消解后，將其進行稀釋定容，最終定容體積至25 mL。根據不確定度的計算方法進行計算，得出結果如下：

4 合成標準不確定度的計算

用原子熒光法測定標準物質芹菜（GBW 10048）所產生的不確定度最終合成后可按照公式（2） 計算。計算公式及結果如下：

5 擴展不確定度的計算

為求得試驗對標準物質芹菜（GBW10048） 測定的擴展不確定度，根據試驗過程和試驗結果，取包含因子k 的值為2，其置信水平為0.95，由此可計算出試驗的擴展不確定度為 U=k·U（X）=0.000 84 mg/kg。

原子熒光法測定標準物質芹菜（GBW 10048）中汞含量的不確定度來源見表4。

表4 原子熒光法測定標準物質芹菜（GBW 10048） 中汞含量的不確定度來源

6 結論

標準芹菜（GBW 10048） 標準物質證書中規定的認定值和不確定度為0.014 6±0.002 4 mg/kg，試驗測量的結果X 范圍為0.015 1～0.015 7 mg/kg，平均值為0.015 4 mg/kg，測量結果符合標準物質證書對認定值和不確定度的要求，在包含因子k 的值為2，置信水平為0.95 的條件下，試驗的擴展不確定度為0.000 84 mg/kg。使用原子熒光法測定標準物質芹菜（GBW 10048） 中的汞含量時，由于汞元素本身常溫易蒸發的特性，汞標準各級溶液在配制和保存過程中顯得尤為重要，因此由汞標準溶液濃度引起的不確定度是影響標準物質芹菜（GBW 10048） 中汞測量不確定度的主要因素。而汞標準溶液濃度引起的不確定度主要是由配制標準溶液最高濃度點（2.00 μg/L）時，各濃度級標準溶液稀釋定容時產生的不確定度，以及標準曲線擬合時產生的不確定度和決定的。如何降低原子熒光分光光度計法測定標準物質芹菜（GBW 10048） 中汞含量的不確定度，需要從樣品前處理、標準溶液稀釋和儀器操作條件3 個方面進行優化。考慮到汞元素的特性，樣品前處理中消解、趕酸的質量控制是測量中的重要的不確定因素之一，前處理的過程決定了樣品的平行重復性，在前處理的過程中尤其要注意溫度對汞元素的影響，標準溶液儲備液及中間液要注意保存方式，在標準溶液的配制過程中，盡量減少稀釋定容的次數，以此來降低由標準曲線產生的測量不確定度。按時對儀器進行檢定和校準，及時對儀器進行期間核查，以保證儀器的進樣精度，降低其對樣品測量產生的不確定度。