石墨爐原子吸收光譜法測定稻谷中鎘含量的不確定度評定

鎘是一種對人體有害的重金屬，在環(huán)境中分布很廣,而水稻這一大宗谷物類農(nóng)作物對鎘的吸收富集能力比較強(qiáng)，尤其容易超標(biāo)，稻谷中鎘含量在糧食流通環(huán)節(jié)中是必測的項目之一，通過稻谷中鎘含量的不確定度分析，提高稻谷質(zhì)量評判的科學(xué)性，對指導(dǎo)糧食收購具有重要意義。測量不確定度是對測量結(jié)果可能誤差的度量，是定量說明測量結(jié)果質(zhì)量好壞的參數(shù)，與測量過程中的諸多因素有關(guān)，合理評定測量結(jié)果的不確定度不僅是與國際接軌的需要,也是《檢驗檢測機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定評審準(zhǔn)則》提出的要求。本文參照GB 5009.15-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測定》對稻谷進(jìn)行檢測，并對檢測過程中引入的不確定度進(jìn)行分析與評定。測量環(huán)境條件：溫度(20±5)℃,濕度55～65%,主要測量儀器：石墨爐原子吸收光譜儀；電子天平；100ml單標(biāo)線容量瓶,；100ul移液器；1ml移液器；主要試劑

硝酸（UP級）,鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液1000μg/ml；樣品,隨機(jī)選取2015年糧食收購環(huán)節(jié)中的晚秈稻谷作為本次實驗樣品。測量過程：對所選稻谷樣品去雜去皮，經(jīng)無污染粉碎機(jī)粉碎，過40目篩均勻后隨機(jī)稱取0.5g（精確到0.0001），加入6ml硝酸，150℃高壓罐消解5～6小時至消解液澄清透明，冷卻后，完全轉(zhuǎn)移至容量瓶，加水定容至100.0ml，充分混勻，即為待測液，同時按以上方法做空白對照，然后石墨爐原子吸收光譜法測定其中的鎘含量。主要儀器條件：波長228.8nm,灰化溫度250℃，原子化溫度1800℃，背景校正：塞曼效應(yīng)。配制系列鎘標(biāo)液作校準(zhǔn)曲線，試劑空白自動扣除，對該稻谷樣品在重復(fù)性條件下進(jìn)行10次獨立測定取平均值。

建立數(shù)學(xué)模型

式（1）中：

W為稻谷試樣中鎘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg

C為測定樣液中鎘的質(zhì)量濃度，ug/L

C0為試劑空白中鎘的質(zhì)量濃度，ug/L

V為試樣消解后的定容體積，ml

M為試樣質(zhì)量，g

不確定度主要來源分析

石墨爐原子吸收光譜法測定稻谷中鎘含量的不確定度主要有以下4個來源①稱量樣品引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(M)rel；樣品消解液定容體積引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(V)rel；鎘含量濃度引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(C)rel,該項標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源有3個：儀器測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U1(C)；配制鎘系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U2(C)和利用標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度與吸光度擬合的標(biāo)準(zhǔn)曲線求得試樣濃度C時引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U3(C)。測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urrel,不確定度分量的評定； 天平稱量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(M)relm,實驗采用的稻谷試樣經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后均勻粉末隨機(jī)取樣,可以認(rèn)為試樣均勻,代表性充分,由此所致的不確定度忽略不計。按要求試樣稱量精確至0.0001g,稱量用的電子天平的允差為±0.0005g,按均勻分布，,由于稱量時有去皮和稱量兩次操作，分量應(yīng)計算兩次：

定容體積的不確定度U(V)

由于樣品密閉消解，樣夜轉(zhuǎn)移完全，此過程引入的不確定度可忽略不計，僅考慮定容體積引入的不確定度。

容量瓶的容量偏差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U1(V)根據(jù)JJG196-2006常用玻璃量具6[3]規(guī)定,20℃時100ml A級容量瓶允差為±0.020ml,按均勻分布，則100ml A級容量瓶體積帶來的不確定度

溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U2(V)

容量瓶出廠校為20℃,假定實驗室的溫度在(20±5)℃之間變動。水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃,按均勻分布則溫度變化帶來的不確定

合成得到體積的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

測定樣品消解液中鎘濃度引入的不確定度U(C)

由儀器測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U1(C)

重復(fù)測量同一樣品消解液3次，測得結(jié)果分別為0.627ng/ml,0.631ng/ml,0.635ng/ml，以平均值0.631ng/ml作為測量結(jié)果，利用極差法計算，則

配制鎘系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U2(C)

在標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋配制過程中，其數(shù)學(xué)模型為：

式中Cs為鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液濃度；

Cx為鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度

V1為吸取儲備液體積；

V2為吸取一級中間液體積；

V3為吸取二級中間液體積；

V4為稀釋成一級中間液所用容量瓶體積；

V5為稀釋成二級中間液所用容量瓶體積；

V6為稀釋成標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度所用容量瓶體積；

由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書得知相對不確定度2ug/ml,k=2,則：

將1000ug/ml鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液用1ml移液器移取1ml至100ml容量瓶稀釋定容，依次按1：100，1：100進(jìn)行兩次稀釋，得到100ug/L二級中間液，再用1ml移液器分別移取0.2ml、0.4ml、0.6ml、0.8ml、1.0ml濃度為100ug/L中間液，定容至100ml,配制成0.2ug/L、0.4ug/L、0.6ug/ L、0.8ug/L、1.0ug/L系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。由于樣品濃度為0.631ng/ml,現(xiàn)以最接近標(biāo)液濃度Cx=0.6ng/ml點進(jìn)行評定：

①1ml移液器移取1ml儲備液時，其容量允許差±1.0%,查移液器檢定證書，1ml移液器移取0.6ml液體時，其容量允許差也是±1.0%按均勻分布，則100ml A級容量瓶體積帶來的不確定度

由稀釋后標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

U2(C)=U(Cx)=0.0099×0.6=0.0059 ug/L

利用標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度與吸光度擬合的標(biāo)準(zhǔn)曲線求得試樣濃度C時引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U3(C)

①建立擬合曲線方程

對上述已稀釋系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液上機(jī)進(jìn)行測定，其測定結(jié)果如表1

對上述標(biāo)液包括標(biāo)液空白在內(nèi)，總共6份，每份溶液都測了兩次，標(biāo)準(zhǔn)溶液測定次數(shù)n=2*6=12

對預(yù)處理好的樣品消解液進(jìn)行3次重復(fù)測定，測得樣品中鎘濃度平均值C=0.631ng/ml，根據(jù)式(1)計算稻谷中含鎘量：

W=0.126(mg/kg)

樣品測定次數(shù)p=3

③擬合曲線標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析

根據(jù)CNAS-GL06_2006《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定為：

式中：s——擬合曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差；

b——擬合曲線的斜率,b=0.135；

p——樣品的測定次數(shù),p=3；

n——標(biāo)準(zhǔn)溶液的測量次數(shù),n=6；

c——樣品溶液中鎘濃度的平均值,c=0.631 ug/L；c——標(biāo)準(zhǔn)溶液中鎘濃度的平均值c=1.000 ug/L,；ci ——標(biāo)準(zhǔn)溶液中鎘的系列濃度，ng/ml

由以上三部分構(gòu)成鎘含量濃度C引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(C)rel的計算

測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urrel

在重復(fù)性條件下，對稻谷試樣進(jìn)行10次獨立測定，測定結(jié)果如下：

表2

用貝塞爾法計算重復(fù)性實驗數(shù)據(jù)引入的相對不確定度Urrel：

試驗結(jié)果平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

試驗結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

擴(kuò)展不確定度評定

取包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度U（w）=2×0.0066=0.013（mg/kg）

報告與表示

當(dāng)測定稻谷中鎘含量為0.125mg/kg時，其擴(kuò)展不確定度U（w）=0.013（mg/kg），k=2

可表示為

W=（0.125±0.013）mg/kg,k=2

采用石墨爐原子吸收法測稻谷中鎘含量時，引起測定結(jié)果不確定度的諸多因素中，鎘含量濃度引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度對測定結(jié)果影響最大，其中，又以配制鎘系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度與儀器測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度最為主要，配制鎘系列標(biāo)準(zhǔn)溶液時，所用1ml移液器帶來的影響最大，建議將1ml移液器換成1ml分度吸管或其他更高精度的量器并對其引入的不確定度做進(jìn)一步的比較分析，選取更合適的量器，所以要想準(zhǔn)確測量稻谷中鎘含量，選取高精度的量器來配制鎘系列標(biāo)準(zhǔn)溶液尤為關(guān)鍵，儀器測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度與石墨爐原子吸收光譜儀的穩(wěn)定性相關(guān)，平時需要注意儀器參數(shù)優(yōu)化，必要時做儀器性能檢查。

□溫州市糧油產(chǎn)品質(zhì)量檢測站 胡春和