辜忠春，姚勝海，楊柳，李光榮，楊志斌，李愛華

（1.湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，國(guó)家林業(yè)局林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（武漢），湖北武漢430075；2.湖北省林業(yè)科學(xué)研究院鶴峰森林藥材研究所，湖北恩施445800）

原子吸收法測(cè)定金銀花中銅的不確定度分析

辜忠春1，姚勝海2，楊柳1，李光榮1，楊志斌1，李愛華1

（1.湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，國(guó)家林業(yè)局林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（武漢），湖北武漢430075；2.湖北省林業(yè)科學(xué)研究院鶴峰森林藥材研究所，湖北恩施445800）

建立火焰原子吸收光譜法測(cè)定金銀花中銅含量的不確定度評(píng)定方法。通過分析試驗(yàn)過程，確立數(shù)學(xué)模型，識(shí)別各不確定度分量，計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度。結(jié)果表明，金銀花中銅含量測(cè)定結(jié)果為（1.6±0.2）mg/kg，k=2；影響金銀花中銅含量測(cè)量不確定度的最大因素是由擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線求銅含量產(chǎn)生。該評(píng)定模型可為火焰原子吸收光譜法的測(cè)量不確定度評(píng)估提供參考。

不確定度；金銀花；銅；火焰原子吸收光譜法

金銀花為忍冬科植物忍冬（Lonicera japonica Thunb.）的干燥花蕾或帶初開的花[1]，作為傳統(tǒng)飲料金銀花露的主要原料，具有清熱解毒等作用[2]。其生長(zhǎng)過程中易受到大氣污染、農(nóng)藥、化肥等影響，會(huì)造成其重金屬銅等污染，影響使用安全性。銅過?？墒谷梭w血紅蛋白變性，損傷細(xì)胞膜，抑制部分酶的活性，影響機(jī)體的正常代謝，還會(huì)導(dǎo)致心血管系統(tǒng)疾病[3]。因此金銀花安全性檢測(cè)中銅含量有嚴(yán)格限量[1，4]，對(duì)檢測(cè)結(jié)果的可信程度衡量，通常采用測(cè)量不確定度來進(jìn)行評(píng)估。不確定度評(píng)定技術(shù)近年來在食品等領(lǐng)域越來越受到關(guān)注[5-7]。目前，關(guān)于金銀花中銅含量測(cè)定的研究較多[8]，但關(guān)于金銀花中銅含量測(cè)定的不確定度分析的還鮮見報(bào)道。本研究參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.13-2003《食品中銅的測(cè)定》[9]，以火焰原子吸收光譜法對(duì)金銀花中的污染物銅進(jìn)行測(cè)定，依據(jù)不確定度理論[10-12]對(duì)各個(gè)不確定度分量進(jìn)行分析和評(píng)定，以建立火焰原子吸收光譜法測(cè)定金銀花中銅含量的不確定度的評(píng)估方法。通過不確定度分析，找出影響不確定度的主要因素，并對(duì)這些因素進(jìn)行重點(diǎn)控制，以降低所引入的不確定度分量，為準(zhǔn)確檢測(cè)金銀花中銅含量提供參考指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 儀器

ZEENIT700P原子吸收光譜儀：德國(guó)耶納公司；SL602N型電子天平：上海民橋公司；SX2-4-9型馬弗爐：上海索譜公司。

1.2 樣品與試劑

金銀花采自湖北省林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)林場(chǎng)山坡的野生金銀花植株上，除去雜物后，分別用自來水、超純水沖洗干凈，晾干后于65℃的烘箱中烘干，粉碎，混合均勻，儲(chǔ)于潔凈聚乙烯瓶中備用。

銅標(biāo)準(zhǔn)溶液：100mg/L（GNM-SCU-002-2013，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心），相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%（k=2）；硝酸（優(yōu)級(jí)純）：國(guó)藥化學(xué)試劑公司。

1.3 樣品前處理

按國(guó)標(biāo)GB/T 5009.13-2003《食品中銅的測(cè)定》進(jìn)行，其中試樣稱量2.00 g，干灰化后定容于25mL容量瓶中，即為待測(cè)溶液。

1.4 銅標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

用A級(jí)5mL單標(biāo)線吸量管準(zhǔn)確吸取5mL銅標(biāo)準(zhǔn)溶液于A級(jí)100mL容量瓶中，以5%（體積分?jǐn)?shù)）的硝酸液定容搖勻，即配制成為5.00mg/L的銅標(biāo)準(zhǔn)使用液。分別準(zhǔn)確吸取0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL的5.00mg/L銅標(biāo)準(zhǔn)使用液于A級(jí)50mL容量瓶中，以5%（體積分?jǐn)?shù)）的硝酸液定容搖勻，即配制成為0.00、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mg/L的銅標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液，上機(jī)測(cè)定，以銅的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.5 原子吸收光譜儀測(cè)定條件[9]

波長(zhǎng)324.8 nm，光譜通帶0.5 nm，燈電流6.0mA，空氣流量5 L/min，乙炔流量2 L/min。

2 數(shù)學(xué)模型的建立與結(jié)果計(jì)算

依據(jù)試驗(yàn)方法，銅含量計(jì)算公式為：ω=c×V/m。式中：ω為試樣中銅含量，mg/kg；c為待測(cè)消解液中銅的質(zhì)量濃度，mg/L；V為樣品消解液定容體積，mL；m為稱樣質(zhì)量，g。

按GB/T 5009.13-2003要求，計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，但在各不確定度分量評(píng)定時(shí)，多保留一些位數(shù)以避免連續(xù)計(jì)算中修約誤差引入不確定度[10]。

3 不確定度來源分析

根據(jù)檢測(cè)方法，試驗(yàn)主要過程為采樣、粉碎、樣品稱量、前處理、定容、曲線配制、光譜儀測(cè)定、重復(fù)測(cè)定、結(jié)果計(jì)算等，結(jié)合檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)分析和數(shù)學(xué)模型，金銀花中銅含量的測(cè)量不確定度來源主要有6個(gè)方面：①測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度；②樣品稱量誤差引入的不確定度；③消解液定容量器校準(zhǔn)引入的不確定度；④樣品前處理引入的不確定度；⑤測(cè)定消解液中銅含量引入的不確定度；⑥計(jì)算結(jié)果數(shù)值修約引入的不確定度。因果關(guān)系圖見圖1。

圖1 不確定度來源的因果關(guān)系圖Fig.1 Causal relationship of thesourcesof uncertainty

4 不確定度各分量分析

4.1 樣品測(cè)量重復(fù)性不確定度urel（A）

在重復(fù)性條件下，試樣銅含量ω重復(fù)測(cè)定結(jié)果（n=7）分別為：1.62、1.61、1.59、1.53、1.65、1.65、1.57mg/kg，平均值為=1.6mg/kg。此項(xiàng)不確定度采用貝塞爾公式計(jì)算，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：0.048 5mg/kg，該試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差S1表征了測(cè)得值ω的分散性，測(cè)量重復(fù)性用S1來表征[10]，則樣品測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：0.018 1（mg/kg），相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（A）=u（A）/=1.131%。

測(cè)量重復(fù)性不確定度基本涵蓋了儀器讀數(shù)的變異性、樣品的非完全均勻性與隨機(jī)取樣、稱量等方面的隨機(jī)性影響，故在其它相應(yīng)的不確定度分量評(píng)定中不必重復(fù)考慮各自的隨機(jī)影響。

4.2 樣品稱量誤差引入的不確定度urel（B）

該不確定度主要有2因素的不確定度組成：天平校準(zhǔn)最大允差（MPE）和天平讀數(shù)的變動(dòng)性。讀數(shù)的變動(dòng)性不確定度已包含在測(cè)量重復(fù)性不確定度之中，因而只考慮天平最大允差因素。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[9]要求試樣稱量為1.00 g～5.00 g，即可用百分之一天平稱量，此次試驗(yàn)稱量2.00 g，天平經(jīng)計(jì)量檢定MPE=±0.05 g，服從矩形分布，其包含因子k=，稱量讀兩次平衡點(diǎn)（一次空盤清零，一次稱樣），則稱量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.040 8（g），相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（B）=0.040 8/ 2.00=2.040%。

4.3 消解液定容量器校準(zhǔn)引入的不確定度urel（C）

該項(xiàng)不確定度主要有2因素的不確定度組成：容量瓶容量允差、溫度波動(dòng)影響。玻璃量器的校準(zhǔn)是在20℃室溫下進(jìn)行[13]，本次試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室室溫為（20±1）℃，±1℃的室溫波動(dòng)引入的不確定度很小，可忽略溫度波動(dòng)影響，僅評(píng)估容量瓶容量允差引入的不確定度。同理，以下量器校準(zhǔn)的不確定度評(píng)定均忽略溫度波動(dòng)影響。

消解液定容于A級(jí)25mL容量瓶中，其容量允差為±0.03mL[13]，因容量瓶作為單值量器，即靠近示值的數(shù)值比接近兩邊界的更加可能[10]，可視為三角分布，其包含因子，則消解液定容量器校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：=0.012 2（mL），相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（C）=u（C）/25=0.049%。

4.4 樣品前處理引入的不確定度urel（D）

前處理時(shí)，因樣品可能沒有灰化完全，加上樣品灰化時(shí)銅的損失、沾污，以及轉(zhuǎn)移加熱時(shí)銅的損失、沾污等因素，導(dǎo)致試樣中的銅難以100%獲得，該項(xiàng)不確定度來源復(fù)雜且難以直接量化，可以通過加標(biāo)回收率的不確定度來間接表征。加標(biāo)回收率R分別為（n=6）：90.3%、95.5%、89.6%、86.9%、93.3%、103.1%，回收率平均值為：R=93.1%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為：S2==0.057 3，則樣品前處理引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（D）=u（D）/R=2.513%。

4.5 測(cè)定消解液中銅含量引入的不確定度urel（E）

該項(xiàng)不確定度主要有4個(gè)因素組成：原子吸收光譜儀的測(cè)量誤差urel（E1）、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)urel（E2）、配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液所用量器校準(zhǔn)urel（E3）、擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線求銅含量urel（E4）。

4.5.1 原子吸收光譜儀的測(cè)量誤差引入的不確定度urel（E1）

查檢定報(bào)告，原子吸收光譜儀的測(cè)量擴(kuò)展不確定度為：UFAAS=2.3%（k=2），則測(cè)量誤差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（E1）=UFAAS/k=1.15%。

4.5.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度urel（E2）

該項(xiàng)不確定度主要有2個(gè)因素組成：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值、配制銅標(biāo)準(zhǔn)使用液所用量器校準(zhǔn)。

4.5.2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值的不確定度urel（E2-1）

銅標(biāo)準(zhǔn)溶液證書給出信息：認(rèn)定值相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%，k=2，則標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值的相對(duì)不確定度urel（E2-1）=0.7%/2=0.35%。

4.5.2.2 配制銅標(biāo)準(zhǔn)使用液所用量器校準(zhǔn)的不確定度urel（E2-2）

配制銅標(biāo)準(zhǔn)使用液時(shí)，使用A級(jí)5mL單標(biāo)線吸量管和A級(jí)100mL容量瓶各一次。

A級(jí)5mL單標(biāo)線吸量管容量允差為±0.015mL，視為三角分布，其包含因子，則吸量管容量允差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為=0.006 1mL，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（E2-2-1）=u（E2-2-1）/5=0.122%。

A級(jí)100mL容量瓶容量允差為±0.10mL，視為三角分布，其包含因子，則容量瓶容量允差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：=0.040 8mL，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（E2-2-2）=u（E2-2-2）/100=0.041%。

吸量管和容量瓶的影響因素彼此獨(dú)立不相關(guān)，則合成配制銅標(biāo)準(zhǔn)使用液所用量器校準(zhǔn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為=0.129%。

4.5.2.3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度合成

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值和配制銅標(biāo)準(zhǔn)使用液所用量器2因素彼此獨(dú)立，則合成標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為=0.373%。

4.5.3 配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液所用量器校準(zhǔn)引入的不確定度urel（E3）

配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液時(shí)，各曲線點(diǎn)分別使用A級(jí)2mL或10mL分度吸量管和A級(jí)50mL容量瓶，2、10mL分度吸量管容量允差分別為±0.025mL、±0.05mL，容量瓶容量允差為±0.05mL，按4.5.2.2的評(píng)估方法，配制0.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液所用量器校準(zhǔn)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：0.492%、0.250%、0.513%、0.344%、0.260%、0.210%，則合成配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液所用量器校準(zhǔn)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，以近似均方根計(jì)算[11]：

4.5.4 擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線求銅含量引入的不確定度urel（E4）

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)系列溶液上機(jī)，重復(fù)3次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果Table1 Standard curvemeasurement results

曲線的線性回歸方程以最小二乘法得到：A=0.0066+ 0.121 6c，r=0.999 6，a=0.006 6，b=0.121 6mg/L。對(duì)消解液重復(fù)7次測(cè)定，消解液平均吸光度A=0.022 2，代入方程，擬合曲線得出消解液中銅的質(zhì)量濃度為：c0= 0.128mg/L，則由擬合曲線求消解液中銅含量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（E4）和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（E4）分別為[11-12]：

4.5.5 測(cè)定消解液中銅含量引入的不確定度的合成

測(cè)定消解液中銅含量的4項(xiàng)影響因素來源彼此獨(dú)立，則合成測(cè)定消解液中銅含量引入的相對(duì)不確定度為

4.6 計(jì)算結(jié)果數(shù)值修約引入的不確定度urel（F）

5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成與擴(kuò)展

各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分析結(jié)果匯總見表2。

該6個(gè)分量的不確定度來源彼此獨(dú)立不相關(guān)，則金銀花中銅含量測(cè)量的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel為：

表2 各分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析結(jié)果Table2 Analysis resultof each com ponentof uncertainty

取包含概率P=95%，包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：U=k×uc（ω）=0.2mg/kg。

火焰原子吸收光譜法測(cè)定金銀花中銅含量的測(cè)量結(jié)果表示為：（1.6±0.2）mg/kg，k=2。

6 結(jié)論與討論

1）本試驗(yàn)以金銀花為樣品，依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T5009.13-2003，用火焰原子吸收光譜法測(cè)定銅含量結(jié)果為：（1.6±0.2）mg/kg（k=2），其中擴(kuò)展不確定度U=0.04mg/kg是由標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（ω）=0.02mg/kg和包含因子k= 2的乘積得到；銅含量測(cè)定結(jié)果符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1，4]中≤20 mg/kg的限量要求，表明此次測(cè)定的金銀花中的銅殘留量較低，處于安全范圍內(nèi)，且離限量值差距較遠(yuǎn)，可能是由于所采金銀花長(zhǎng)于山坡，沒有使用化肥和農(nóng)藥等因素所致，具體原因有待進(jìn)一步研究。

2）依據(jù)GB/T 5009.13-2003中的檢測(cè)方法，稱樣量為1.00 g～5.00 g，即可用百分之一天平進(jìn)行稱量，本實(shí)驗(yàn)稱量為2.00 g，稱量誤差的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為2.041%，該分量不確定度較大。如果用千分之一天平稱量為2.000 g，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.204%；用萬分之一天平稱量為2.000 0 g，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.020%；不確定度均大為降低甚至可忽略不計(jì)，從而可減少稱量因素對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的不利影響；況且目前實(shí)驗(yàn)室基本配備有千分之一天平或萬分之一天平，因此，建議國(guó)標(biāo)GB/T 5009.13-2003中將稱樣量修訂為1.000 g～5.000 g或1.000 0 g～5.000 0 g。

3）數(shù)值修約引入的不確定度容易被忽視[5]。依據(jù)GB/T 5009.13-2003的要求，計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字，則本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)值修約引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1.812%；該分量不確定度較大。若計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字，則其相對(duì)不確定度為1.60）=0.181%，該項(xiàng)不確定度便可顯著降低可忽略不計(jì)。因此，為降低該項(xiàng)不確定度，計(jì)算結(jié)果可保留為3位有效數(shù)字。

4）綜合分析結(jié)果可見，本次試驗(yàn)的測(cè)量不確定度6個(gè)主要來源中，比較其對(duì)總不確定度的相對(duì)貢獻(xiàn)，以測(cè)定消解液中銅含量引入的不確定度居首位（主要由子分量擬合曲線求銅含量引入），其次為：樣品前處理、稱量誤差、數(shù)值修約引入的不確定度，而測(cè)量重復(fù)性、消解液定容量器校準(zhǔn)引入的不確定度較小。因此，在測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線過程中應(yīng)嚴(yán)格按國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行操作；并優(yōu)化前處理方法，完善回收率；建議使用高精度天平精密稱量；擴(kuò)大計(jì)算結(jié)果的有效位數(shù)。通過不確定度評(píng)估分析，找出影響測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素，進(jìn)而有針對(duì)性地優(yōu)化試驗(yàn)方案，從而保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

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[11]中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).CNAS-GL06：2006化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社,2006：1-39

[12]中國(guó)金屬學(xué)會(huì)分析測(cè)試分會(huì).CSM 01 01 01 02-2006分光光度法測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006：1-12

[13]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 196-2006常用玻璃量器檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社,2006：7-8

Evaluation of Uncertainty for Determ ination of Copper in Lonicera japonica Flos by FAAS

GU Zhong-chun1，YAOSheng-hai2，YANG Liu1，LIGuang-rong1，YANG Zhi-bin1，LIAi-hua1
（1.HubeiAcademy of Forestry，F(xiàn)orestProductsQuality Inspection Centerof the State Forestry Bureau（Wuhan），Wuhan 430075，Hubei，China；2.Hefeng ForestMedical InstituteofHubeiAcademy of Forestry，Enshi445800，Hubei，China）

The content of copper in Lonicera japonica flos was determined by flame atomic absorption spectrometry（FAAS），the uncertainty evaluation wasestablished.The experimental processwasanalyzed to establishmathematicalmodel.Each uncertainty componentwas recognized，and then the standard uncertainty and extended uncertainty was calculated.Results showed that the content of copper in lonicera japonica flos was（1.6±0.2）mg/kg，k=2，the standard curve fitting was used to calculate the contentof copper，which was the biggest influence factor for testing uncertainty for the contentof copper in lonicera japonica flos determined by FAAS.The evaluationmodel could providea reference for FAAS testing uncertainty evaluation.

uncertainty；Lonicera japonica flos；copper；flameatomicabsorption spectrometry

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.07.024

2016-11-17

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目（[2016]HBTG17）

辜忠春（1970—），男（漢），高級(jí)工程師，大專，研究方向：儀器分析。