原子吸收法測定食品中鎘含量的不確定度評定

摘　要：采用石墨爐原子吸收光譜法對食品中的鎘進行測定，應用統計學理論對其測定結果的不確定度產生原因進行分析，建立測量過程分量的數學模型，分析測量過程不確定度來源及各不確定度分量對總不確定度的影響，確定測定結果的置信區間，該食品中鎘的含量及其置信區間為0.270±0.006(mg/kg)。

關鍵詞：測量不確定度 鎘 石墨爐原子吸收光譜法 置信區間

測量不確定度是定量評價測量水平的指標，是判定測量結果可信程度的依據，是表征合理的賦予被測量值的分散性與測量結果相聯系的參數。測量不確定度在許多發達和發展中國家已普遍使用，國際間量值的比對和實驗室數據的比較都要求提供包括包含因子和置信水平約定的測量結果不確定度，使測量結果進行互相比對，以取得相互承認和共識。本文應用統計學理論討論了石墨爐原子吸收光譜法測定食品中鎘含量的各種不確定度因素[1-3]，對各不確定度分量進行量化計算，評定了鎘量的測量不確定度，給出該食品中鎘的含量及其置信區間。

1 實驗部分[4]

1.1 標準曲線

精確量取鎘單元素標準溶液(GBW 08612;1000μg/mL;20mL/支)1mL置于1000mL容量瓶中，加1%硝酸溶液稀釋，并定容至刻度，搖勻;再精確量取上述溶液5mL置于1000mL容量瓶中，加1%硝酸溶液稀釋，并定容至刻度，搖勻，即鎘濃度為5μg/L的標準使用液。取上述鎘標準使用液，由儀器自動稀釋成含鎘0μg/L、0.25μg/L、0.5μg/L、1.0μg/L、2.0μg/L、4.0μg/L的標準系列溶液，依次精確吸取20μL注入石墨爐，記錄吸光值，繪制工作曲線。已知鎘標準溶液濃度為(1000±2μg/mL，k=2)。

1.2 樣品測定

精確稱取樣品?0.4225g、?0.3601g于微波消解罐中，加硝酸5mL和過氧化氫2mL，蓋好內蓋，放入微波消解儀，按規定程序消解。消解完畢，待消解罐冷卻后打開，取出內管至90℃恒溫加熱器中加熱趕酸，至消化液呈無色，將消化液轉移至50mL容量瓶中，用1%硝酸溶液少量多次洗滌內罐及蓋子，洗液合并于容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，搖勻備用，同時作試劑空白。依次分別吸取試劑空白及試樣溶液各20μL注入石墨爐，記錄吸光值，重復測定2次，根據吸光值從標準曲線中得出試樣溶液中鎘的濃度(μg/L)分別為：①2.281μg/L;2.243μg/L，均值為：2.262μg/L;計算樣品含鎘量為：0.2677mg/kg。②1.974μg/L;1.937μg/L，均值為1.955μg/L;計算樣品含鎘量為0.2715mg/kg;平均值為0.270mg/kg。

1.3 方法確認

精確稱取樣品0.3829g、0.4100g、0.3922g、0.3978g、0.3879g、0.4413g于微波消解罐中，與樣品測定同步消化處理后，將消化液轉移至50mL容量瓶中，用1%硝酸溶液少量多次洗滌內罐及蓋子，洗液合并于容量瓶中，各精確加入鎘濃度為5μg/L的標準使用液10mL。用1%硝酸溶液定容至刻度，搖勻，依次分別吸取試劑空白及試樣溶液各20μL注入石墨爐，記錄吸光值，重復測定2次，根據吸光值從標準曲線中得出試樣溶液中鎘的濃度(μ/L)，以1.2樣品測定結果為本底，扣除樣品的含鎘量，即為所加標準鎘溶液的回收值。

2 不確定度評定

2.1 測量原理及測量數學模型

試樣用硝酸和過氧化氫分解后，用PinAAcle 900Z原子吸收光譜儀于波長228.8nm處測定吸收光值。由工作曲線查出試液中的鎘的濃度，計算鎘的含量。

式中：WCd為鎘含量，mg/kg;m為試樣量，g;c為由標準曲線(A=-0.00078+0.03729c)得到的試樣溶液中鎘的濃度(μg/L)。

2.2 不確定度來源識別及其分量的評定

根據數學模型及測定方法，鎘的不確定度來源于測量重復性、方法回收率、標準溶液制備、取樣、稱量、樣品溶液定容等不確定度分量。其中標準溶液制備的不確定度包括鎘標準溶液引入的標準不確定度和稀釋過程體積引入的標準不確定度。因此，分別對上述不確定度分量進行識別和描述，其測量和不確定度評定參數列于表1。

2.2.1 測量重復性不確定度分量評定

測定樣品的同時進行方法確認(實驗1.3)，每份樣品液中加入的鎘標準溶液濃度為1μg/L，扣除樣品本底后，6份加入的鎘標準溶液濃度測定結果為(μg/L)：0.981、0.971、1.006、1.013、0.975、1.005,平均值為：0.992μg/L。

實驗標準差：

相對標準差：

標準不確定度：。

2.2.2 方法回收率不確定度分量評定

使用方法確認(實驗1.3)中的方法確認數據分析。鎘標準溶液濃度為10⁶μg/L，其標準不確定度u=10³μg/L(由證書獲得)，稀釋后加入樣品液中的標準鎘濃度為1μg/L，扣除樣品本底后6次測定結果平均值為0.992μg/L，標準差s=0.0182μg/L，u(s)=0.0075;自由度γ為6-1=5。

方法回收率Rm=0.992/1=0.992;Rm的標準不確定度u（Rm）=Rm×｛[sarel]²[u(cCRM)/cCRM]²｝^1/2=0.992×｛0.0075²+[1000/1000000]²｝^1/2=0.0075。用t檢驗法檢查Rm與1.0(即100%)有無顯著性差異：t=|1-Rm|/u(Rm)=|1-0.992|/0.0075=1.07。查t分布表，得置信概率P=95%下自由度γ為5的臨界值tp(γ)=2.57，由于t=1.07<2.57，所以Rm與1.0之間無顯著性差異，不必對結果進行回收率修正。則u2rel=u(Rm)/Rm=0.0075/0.992=0.0076。

2.2.3 標準溶液制備不確定度分量評定

a.鎘標準溶液為1000μg/mL，擴展不確定度(k=2)為2μg/mL，其標準不確定度u_31rel＝2/(2×10³)＝0.0001。

b.制備標準溶液時，1mL和5mL單標線移液管各使用1次，1mL移液管允差為±0.007mL，5mL移液管允差為±0.015mL^[7]，按均勻分布處理，k=3。

校準分量不確定度：U_41rel={[1×0.007/(3^1/2×1))]²+[1×0.015/(3^1/2×5)]²｝^1/2=0.0044。

溫度變化不確定度：定容在(20±5)℃進行^[5]，水的體膨脹系數為2.1×10^-4/℃，溫度變化導致的玻璃計量器具最大相對體積變化為5℃×2.1×10^-4/℃=0.105%，按均勻分布處理，k=3^1/2。共2次：U_42rel={[2×(0.105%/3^1/2)2]^1/2=0.00086。

合成：U_4rel=(0.00442+0.000862)^1/2=0.0045。

2.2.4 取樣的不確定度分量評定

因樣品充分混勻后隨機取樣，可認為樣品均勻，取樣的不確定度忽略不計。

2.2.5 稱量的不確定度分量評定

稱取約0.4g樣品，天平允差為±0.5mg，按均勻分布處理，k=3^1/2。平稱量兩次獲得樣品質量：U_5rel=[(0.5/3^1/2)²+(0.5/3^1/2)²]^1/2/1000=0.0004。

2.2.6 樣品溶液定容的不確定度分量評定

樣品溶液定容使用50mL容量瓶，允差為±0.05mL，按均勻分布處理，k=3^1/2。校準分量不確定度：U_61rel=[(0.05/(3^1/2×50)=0.0006。

溫度變化不確定度：定容在(20±5)℃進行，水的體膨脹系數為2.1×10^-4/℃，溫度變化導致的玻璃計量器具最大相對體積變化為(5℃×2.1×10^-4)/1℃=0.105%，按均勻分布處理，k=3^1/2。U_62rel=0.105%/3^1/2=0.0006。

合成：U_6rel=(0.0006²+0.0006²)^1/2=0.0008。

3 合成不確定度評定

u_crel=(0.0075²+0.0076²+0.0001²+0.0045²+0.0004²+0.0008²)^1/2=0.0116;uc(w)=0.0116×0.270=0.003mg/kg。

4 擴展不確定度評定

取擴展因子k=2，則擴展不確定度，U(w)=2×uc(w)=2×0.003=0.006mg/kg。

5 討論

石墨爐原子吸收光譜法測定食品中鎘含量的不確定度主要來源于測量重復性的不確定度、方法回收率的不確定度和標準溶液制備的不確定度，因此，在檢測中宜采用濃度適中的標準溶液，使移取的體積適當，同時，增加樣品和標準溶液的重復測量次數可減小測量不確定度。

隨著我國社會經濟的飛速發展，環境污染問題日益嚴重，人民群眾對食品受重金屬污染現象的關注也逐漸加深。因此，準確測量食品中重金屬含量對食品安全風險定量評估和食品國家安全標準的建立健全具有重要的意義，測量不確定度評定是對檢驗檢測結果可信度的直觀表現，對產品質量控制和檢驗檢測標準的制定有著重要的參考作用。