辜忠春，李光榮，李軍章，杜業(yè)云

（湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，國家林業(yè)局林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（武漢），湖北武漢430075）

原子熒光光譜法測(cè)定香菇中砷的不確定度評(píng)定

辜忠春，李光榮，李軍章，杜業(yè)云

（湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，國家林業(yè)局林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（武漢），湖北武漢430075）

通過以原子熒光光譜法對(duì)香菇中的砷進(jìn)行測(cè)定，分析和識(shí)別測(cè)定過程中各個(gè)不確定度分量，確立評(píng)定函數(shù)模型，計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度，從而建立香菇中砷測(cè)定的不確定度評(píng)定方法。評(píng)定結(jié)果表明：樣品制備對(duì)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量不確定度影響最大，因此樣品制備過程中應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)操作，注意樣品消解條件的控制。該評(píng)定模型可為采用此方法測(cè)定香菇中砷的質(zhì)量控制提供參考。

砷；香菇；不確定度；原子熒光光譜法

Abstract：Determination of arsenic inLentinus edodesby atomic fluorescence spectrometry，uncertainty components in testing processes were analyzed and recognized，evaluation of function model was established，combined standard uncertainty and expanded uncertainty were calculated.The method of uncertainty evaluation for determination of arsenic inLentinus edodeswas established.The results showed that the most affected for laboratory uncertainty was sample preparation.Therefore，the process of sample preparation should be strict in operation，the digestion conditions should be controlled carefully.This evaluation model can provide reference for the quality control adopting this method to determine the content of arsenic inLentinus edodes.

Key words：arsenic；Lentinus edodes；uncertainty；atomic fluorescence spectrometry

砷污染嚴(yán)重危害人類健康[1-2]，在食品污染物檢測(cè)中被列為重點(diǎn)檢測(cè)元素之一[3]，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)定[4]。不確定度評(píng)定近年來在食品中的成份分析[5]、食品添加劑檢測(cè)[6]、重金屬測(cè)定[7]、農(nóng)藥殘留檢驗(yàn)[8]等領(lǐng)域越來越受到關(guān)注。目前，關(guān)于香菇（Lentinus edodes）中污染物砷測(cè)定的研究有很多[9-10]，但鮮見原子熒光光譜法測(cè)定香菇中砷的不確定度評(píng)定的報(bào)道。本研究按照國標(biāo)GB 5009.11-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總砷及無機(jī)砷的測(cè)定》[11]中經(jīng)典濕法消解香菇樣品，以原子熒光光譜法對(duì)香菇中的污染物砷進(jìn)行測(cè)定，依據(jù)JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示》[4]和CNAS-GL06：2006《化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南》[12]對(duì)測(cè)定過程引入的各個(gè)不確定度分量進(jìn)行分析和評(píng)定，以建立原子熒光光譜法測(cè)定香菇中砷的不確定度的評(píng)定方法。通過對(duì)香菇中砷含量測(cè)量不確定度的評(píng)定，既可定量地表示出測(cè)量結(jié)果的可信程度，又可明確各個(gè)不確定度分量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響大小，這對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化檢測(cè)方法、提高實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)水平和出具準(zhǔn)確公正的檢測(cè)報(bào)告提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

香菇：干樣，市售，取可食部分粉碎混勻備用。

鹽酸、硝酸、高氯酸、硼氫化鉀、氫氧化鉀均為優(yōu)級(jí)純，硫脲為分析純：國藥化學(xué)試劑公司；實(shí)驗(yàn)用水為湖北省林業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)室自制超純水。

砷標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000±1）μg/mL（GBW08611）：國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，逐級(jí)稀釋為100 ng/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)使用液。

AFS-830型雙道原子熒光光譜儀：北京吉天儀器公司；BS210S型電子天平：德國賽多利斯儀器公司。

1.2 方法

1.2.1 不確定度的評(píng)定

1）概述試驗(yàn)過程；2）確立數(shù)學(xué)模型；3）根據(jù)試驗(yàn)過程和數(shù)學(xué)模型獲得各不確定度分量來源；4）各分量不確定度計(jì)算；5）標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成與擴(kuò)展。

1.2.2 試驗(yàn)方法概述

1.2.2.1 原子熒光光譜儀工作條件[13]

光電倍增管負(fù)高壓275 V；燈電流75 mA；原子化器高度8 mm；載氣流量400 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min；進(jìn)樣量0.5 mL；讀數(shù)時(shí)間 13 s，延遲時(shí)間1 s；讀數(shù)方式為峰面積，測(cè)量方式為標(biāo)準(zhǔn)曲線法。載流HCl濃度為5%（體積分?jǐn)?shù)）；還原劑溶液為20 mg/mL KBH4+5 mg/mLKOH的混合溶液，現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.2.2.2 樣品測(cè)定[11]

準(zhǔn)確稱取香菇粉碎樣品1.000 0 g置于100 mL三角瓶中，加入15 mL混合酸（HNO3+HClO4體積比為5∶1），蓋上小漏斗置于通風(fēng)櫥過夜。次日于電熱板上先低溫加熱，當(dāng)溶液變?yōu)闊o色清亮并冒白煙時(shí)，再消煮約30 min，然后提高電熱板溫度，繼續(xù)消解至剩余體積約1.5 mL～2 mL時(shí)，取下冷卻；加超純水趕酸數(shù)次，冷卻后，無損地洗入50 mL容量瓶，再分別加入2.5 mL濃鹽酸、10 mL的50 mg/mL硫脲溶液，定容搖勻，放置30 min后上機(jī)測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量；同時(shí)作空白試驗(yàn)。

1.2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

分別準(zhǔn)確吸取 0.00、1.00、2.00、5.00、7.00、10.00 mL的100 ng/mL砷標(biāo)準(zhǔn)使用液于50 mL容量瓶中，分別加入2.5 mL濃鹽酸、10 mL50 mg/mL硫脲溶液，定容搖勻，即配制成為 0.0、2.0、4.0、10.0、14.0、20.0 ng/mL 的砷標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。放置30 min后上機(jī)測(cè)定。以砷濃度為橫坐標(biāo)，熒光值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.3 數(shù)學(xué)模型[12]

根據(jù)上述測(cè)定方法，測(cè)定結(jié)果與有關(guān)參數(shù)有如下函數(shù)關(guān)系：W=（c×V/m）×rep。式中：W為香菇試樣中砷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；c為由擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線得到消解液中砷的質(zhì)量濃度，ng/mL；V為樣品消解液定容體積，mL；m為稱樣質(zhì)量，g；rep為測(cè)定總重復(fù)性因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度來源計(jì)算

由試驗(yàn)過程和數(shù)學(xué)模型可知，香菇中砷含量的測(cè)量不確定度來源主要有4個(gè)方面：樣品重復(fù)測(cè)定引入的不確定度、樣品制備引入的不確定度、消解液中砷的質(zhì)量濃度測(cè)定引入的不確定度、計(jì)算結(jié)果數(shù)值修約引入的不確定度。因果關(guān)系如圖1所示。

圖1 不確定度的因果關(guān)系圖Fig.1 The causal relationship graph of the uncertainty for determination of arsenic

從數(shù)學(xué)模型和因果關(guān)系圖看出，各影響因素彼此獨(dú)立不相關(guān)，各因素不確定度分量直接對(duì)被測(cè)量W的不確定度產(chǎn)生影響，則合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel為：

2.2 不確定度各分量分析

2.2.1 樣品重復(fù)測(cè)定引入的不確定度

測(cè)定總重復(fù)性因子由重復(fù)性測(cè)定試驗(yàn)得到。對(duì)同一香菇樣品重復(fù)6次測(cè)量其砷含量，一般測(cè)試次數(shù)較少時(shí)，可采用極差法[4]評(píng)估重復(fù)測(cè)定引入的不確定度，結(jié)果見表1。

表1 樣品的重復(fù)測(cè)定引入的不確定度Table 1 The uncertainty caused by the samples repeated measurements

此項(xiàng)分量綜合體現(xiàn)了隨機(jī)取樣、稱量、儀器讀數(shù)的變動(dòng)性等各方面的隨機(jī)影響，因此，在其它分量評(píng)定時(shí)不用再重復(fù)考慮其隨機(jī)影響。

樣品的重復(fù)測(cè)定引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u（rep）=，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：0.01 43。

2.2.2 樣品制備引入的不確定度

此項(xiàng)不確定度主要由3項(xiàng)子分量組成：①樣品稱量引入的不確定度；②消解液定容體積校準(zhǔn)引入的不確定度；③樣品消解回收率引入的不確定度。

2.2.2.1 樣品稱量引入的不確定度

樣品稱量為1.000 0 g，天平的最大允差為0.001 g，一般稱量讀兩次平衡點(diǎn)（一次清零，另一次稱重），引入的不確定度按照矩形分布（包含因子），則稱量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：0.000 82（g），相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（m）=0.000 82/1=0.000 8。

2.2.2.2 消解液定容體積校準(zhǔn)引入的不確定度

該分量由容量瓶最大允差引入的不確定度與室溫波動(dòng)引入的不確定度2項(xiàng)次分量合并而成。

消解液定容于A級(jí)50 mL容量瓶中，A級(jí)50 mL容量瓶的最大允差[14]為0.05 mL，假設(shè)允差呈三角形分布（包含因子），則允差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（V1）=0.020 41/50=0.000 4。

實(shí)驗(yàn)室室溫為（20±3）℃，水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4mL/℃，假設(shè)室溫波動(dòng)為矩形分布（包含因子k=），則室溫波動(dòng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u（V2）=，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（V2）=0.018 19/50=0.000 4。

上述2項(xiàng)次分量的近似彼此獨(dú)立，則合成消解液定容體積校準(zhǔn)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（V）=

2.2.2.3 樣品消解回收率引入的不確定度

在前處理過程中，因樣品消解不完全及樣品消解時(shí)砷的損失、沾污等因素，導(dǎo)致待測(cè)目標(biāo)物砷難以100%獲得，此次試驗(yàn)測(cè)定回收率R為90.3%～103.9%，則樣品消解回收率引入的不確定度[15]為：urel（R）=

上述3項(xiàng)子分量彼此獨(dú)立，則合成樣品制備引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.3 消解液中砷的質(zhì)量濃度測(cè)定引入的不確定度

此項(xiàng)不確定度主要由4項(xiàng)子分量組成：①標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度u（C1），②配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液體積校準(zhǔn)引入的不確定度u（C2），③原子熒光光譜儀的測(cè)量誤差引入的不確定度u（C3），④擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線求砷含量引入的不確定度u（C4）。

2.2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度

該分量由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值的不確定度與配制標(biāo)準(zhǔn)使用液體積校準(zhǔn)引入的不確定度合并而成。

砷標(biāo)準(zhǔn)溶液證書所給認(rèn)定值為1 000 μg/mL，擴(kuò)展不確定度為1 μg/mL，包含因子k=2，則認(rèn)定值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（C1-0）=1/1000/2=0.000 5。

由標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋為100ng/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)使用液時(shí)，使用1 mL的A級(jí)單標(biāo)線吸量管和100 mL的A級(jí)容量瓶各2次，按上述2.2.2.2的評(píng)估方法，1 mL吸量管、100 mL容量瓶體積校準(zhǔn)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：0.002 9、0.000 6，則合成配制標(biāo)準(zhǔn)使用液體積校準(zhǔn)引入的相對(duì)不確定度urel（C1-1）=

上述2項(xiàng)次分量互不相關(guān)，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：

2.2.3.2 配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液體積校準(zhǔn)引入的不確定度

各曲線點(diǎn)的溶液體積校準(zhǔn)引入的不確定度，均由量器允差引入的不確定度和室溫波動(dòng)引入的不確定度組成。各量器允差[14]引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度見表2。

表2 配制標(biāo)準(zhǔn)使用液所用量器允差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度Table 2 The permitting introduction standard uncertainty of glass measuring tools for preparation standard liquid

室溫波動(dòng)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.000 4。按上述2.2.2.2的評(píng)估方法，配制2.0、4.0、10.0、14.0、20.0 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積校準(zhǔn)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：0.0029、0.0051、0.0017、0.0029、0.0009。則合成標(biāo)準(zhǔn)系列溶液體積校準(zhǔn)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度可用近似均方根計(jì)算[16]：

2.2.3.3 原子熒光光譜儀的測(cè)量誤差引入的不確定度

原子熒光光譜儀檢定證書給出儀器的測(cè)量擴(kuò)展不確定度為：UAFS=0.025（k=2），則光譜儀的測(cè)量誤差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（C3）=UAFS/k=0.012 5。

2.2.3.4 擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線求砷含量引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)曲線平行3次測(cè)定，由儀器自動(dòng)扣熒光值空白，結(jié)果見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果Table 3 Standard curve measurement results

用最小二乘法進(jìn)行擬合，得到回歸方程I=132c-1，R2=0.999 5，本試驗(yàn)對(duì)香菇樣品進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)定，得試樣消解液平均熒光值為：I=928，代入回歸方程，由曲線擬合得出試樣溶液中的砷質(zhì)量濃度為：c0=7.02 ng/mL，則擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線求消解液中砷質(zhì)量濃度引入的不確定度 u（C4）為[12]：

則擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線求砷含量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（C4）=u（C4）/c0=0.078/7.02=0.011 2。

2.2.3.5 消解液中砷的質(zhì)量濃度測(cè)定引入的不確定度的合成

上述4項(xiàng)子分量的不確定度互不相關(guān)，則合成消解液中砷的質(zhì)量濃度測(cè)定引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.4 計(jì)算結(jié)果數(shù)值修約引入的不確定度

本次試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的數(shù)值修約間隔為0.01（mg/kg），修約半寬為0.01/2=0.005，即數(shù)值修約最大誤差為0.005，修約誤差呈矩形分布，不確定度為，則計(jì)算結(jié)果數(shù)值修約引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel（P）=0.002 9/0.35=0.008 3。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成和擴(kuò)展

上述4個(gè)分量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度見表4。

表4 各分量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總Table 4 The table of relative standard uncertainty of components

根據(jù)公式（1），則合成香菇中砷含量測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（w）為：

一般檢測(cè)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（w）=0.04 mg/kg。

香菇中砷含量的測(cè)量結(jié)果為：（0.35±0.04）mg/kg（k=2）。

3 結(jié)論與討論

1）原子熒光光譜法測(cè)定香菇中砷含量為：（0.35±0.04）mg/kg，其中擴(kuò)展不確定度U=0.04 mg/kg是由標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（w）=0.02 mg/kg和包含因子k=2的乘積得到。香菇中砷含量符合國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》0.5 mg/kg的限量要求[3]。

2）在標(biāo)準(zhǔn)系列溶液體積校準(zhǔn)引入的不確定度合成時(shí)，若采用文獻(xiàn)[17]中由各曲線點(diǎn)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的方和根法進(jìn)行合成（按此法，本試驗(yàn)則為：0.006 8，這就意味著曲線點(diǎn)越多，合成不確定度會(huì)越大，即擬合度越差，這種方和根合成法便值得商榷；因?yàn)樵谝话闱闆r下，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，曲線點(diǎn)越多，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系會(huì)越滿意。而依據(jù)文獻(xiàn)[16]用近似均方根合成法（即本文中：urel（C2）=0.003 1便較為合理。

3）通過分析、評(píng)定香菇中砷的測(cè)量不確定度可知，不確定度的主要來源有4個(gè)方面，按照貢獻(xiàn)大小排序依次為樣品制備、消解液測(cè)定、樣品重復(fù)測(cè)定及數(shù)值修約；其中制樣引入的不確定度又主要由樣品消解不完全及砷的損失或污染等引起的。因此樣品制備過程應(yīng)引起高度重視，需優(yōu)化前處理方法，盡可能徹底消解樣品，減少砷的損失及污染，完善回收率，降低不確定度，從而保證實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)質(zhì)量。

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歡迎訂閱2018年《食品研究與開發(fā)》

《食品研究與開發(fā)》是由天津市食品研究所有限公司和天津市食品工業(yè)生產(chǎn)力促進(jìn)中心主辦，國內(nèi)外公開發(fā)行的食品專業(yè)科技期刊，1980年創(chuàng)刊，半月刊，采用國際流行開本大16開。其專業(yè)突出，內(nèi)容豐富，印刷精美，是一本既有基礎(chǔ)理論研究，又包括實(shí)用技術(shù)的刊物。本刊已被“萬方數(shù)據(jù)庫”、“中文科技期刊數(shù)據(jù)庫”、《烏利希期刊指南》、美國《化學(xué)文摘》、英國國際農(nóng)業(yè)與生物科學(xué)研究中心（CABI）、英國《食品科技文摘》（FSTA）等知名媒體收錄，并被列入“中文核心期刊”、“中國科技核心期刊”、RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊（A）。主要欄目有：基礎(chǔ)研究、分離提取、研發(fā)與工藝、標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)、生物工程、營養(yǎng)保健、貯藏保鮮、質(zhì)量安全、專題論述、食品機(jī)械等。

本刊國內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)CN 12-1231/TS；國際刊號(hào)ISSN 1005-6521；郵發(fā)代號(hào)：6-197。全國各地郵局及本編輯部均可訂閱。從本編輯部訂閱全年刊物享八折優(yōu)惠。2018年定價(jià)：30元/冊(cè)，全年720元。

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Uncertainty Evaluation for Determination of Arsenic in Lentinus edodes by Atomic Fluorescence Spectrometry

GU Zhong-chun，LI Guang-rong，LI Jun-zhang，DU Ye-yun
（Hubei Academy of Forestry，F(xiàn)orest Products Quality Inspection Center of the State Forestry Bureau（Wuhan），Wuhan 430075，Hubei，China）

2017-01-18

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.19.023

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。