魏敏芝

(江西省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心，江西 南昌 330046)

砷在自然界中以亞砷酸鹽、砷酸鹽、單甲基胂酸、二甲基胂酸、砷甜菜堿、砷膽堿等多種化合物形式存在[1]，其具有致畸、致癌、致突變性，長期或過量攝入砷會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重威脅，其中無機(jī)砷毒性較大。茶葉從種植到加工、炮制的各個(gè)過程中，都有可能會(huì)受到砷的污染，土壤環(huán)境是茶葉中砷污染的主要來源[2]。茶葉中的砷以無機(jī)態(tài)砷和有機(jī)態(tài)砷形態(tài)存在，不同的茶葉砷的化學(xué)組成不同，目前測定樣品中總砷為評(píng)價(jià)砷安全性的前提條件[3]，測定食品中總砷的方法為氫化物原子熒光光度法，本文參考國標(biāo)方法[4]，采用氫化物原子熒光光度法測定茶葉中總砷含量該方法，為保證檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，以及測量結(jié)果的表達(dá)和應(yīng)用等方面科學(xué)準(zhǔn)確，本文依據(jù)JJF1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》[5]和CNAS-GL06《化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南》[6]中規(guī)定的方法和要求，對(duì)該方法進(jìn)行了不確定度的評(píng)估，通過對(duì)樣品測試過程中不確定度來源進(jìn)行了分析，建立了不確定度評(píng)估數(shù)學(xué)模型，對(duì)不確定度各分量進(jìn)行分析計(jì)算，得到了該方法的合成不確定度和擴(kuò)展不確定度。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠茶As成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10016(GSB-7)，地球物理地球化學(xué)勘查研究所；As元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，1000μg/mL，中國計(jì)量科學(xué)研究院GBW08611-15083；氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸、硝酸、硫酸、高氯酸、抗壞血酸均為優(yōu)級(jí)純；硼氫化鉀、硫脲均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Sartorius QUINTIX213-1CN型電子天平，德國Sartorius公司；AFS-9700型雙道原子熒光光度計(jì)，北京科創(chuàng)海光儀器有限公司；高速粉碎機(jī)，濰坊埃爾派粉體技術(shù)設(shè)備有限公司；電熱板，美國Thermo Scientific公司；馬弗爐，北京盈安美誠科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液和標(biāo)準(zhǔn)工作液的配制

精密吸取濃度為1000μg/mL的砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液1.00mL，置100.0mL的容量瓶中，加1%硝酸溶液稀釋至刻度，搖勻，濃度為10.0μg/mL；再精密量取1.00mL，置100.0mL的量瓶中，加1%硝酸溶液稀釋至刻度，搖勻，即得濃度為100.0ng/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)使用液。分別精密吸取砷標(biāo)準(zhǔn)使用液(100.0ng/mL)0.0mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL和5.00mL置100.0mL容量瓶中，加10%硫脲和10%抗壞血酸的混合液10.0mL，再加鹽酸5.0mL，加水至刻度，搖勻，標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度為0.0ng/mL、1.0ng/mL、2.0ng/mL、3.0ng/mL、4.0ng/mL和5.0ng/mL。

1.3.2 樣品前處理

稱取約0.3g(精確至1mg)樣品置聚四氟乙烯消化管中，加入硝酸7mL，浸泡過夜，置微波消解儀中消解，消解完全后，加熱濃縮至約1mL，放冷，加入鹽酸1.25mL，再加10%硫脲和10%抗壞血酸的混合液2.5mL，用去離子水定量轉(zhuǎn)移至25.0mL容量瓶中，并稀釋至刻度，搖勻，即得。同法同時(shí)制備試劑空白溶液。

1.3.3 儀器分析條件

砷元素?zé)綦娏?0mA，負(fù)高壓為300V，加熱溫度為200℃，載氣流量400mL/min，屏蔽氣流量900mL/min，載氣為高純氬氣，載液：5%鹽酸溶液和2%硼氫化鉀的0.5%氫氧化鈉溶液。

1.3.4 在原子熒光分光光度計(jì)上測量熒光強(qiáng)度，以空白標(biāo)準(zhǔn)溶液調(diào)零，進(jìn)行校準(zhǔn)曲線法測量，采用線性回歸法計(jì)算工作曲線。然后依次測量樣品空白溶液和樣品溶液的熒光強(qiáng)度，通過工作曲線計(jì)算出樣品溶液的總砷濃度，總砷含量的計(jì)算如式(1)所示。

(1)

式中：

X——試樣中總砷的含量，單位為毫克每千克(mg/kg)；

c——試樣溶液測得值，單位為納克每毫升(ng/mL)；

V——試樣定容總體積，單位為毫升(mL)；

m——試樣質(zhì)量，單位為克(g)；

1000——換算系數(shù)。

1.3.5 測定不確定度來源分析

依據(jù)前述建立的方法分析茶葉中總砷時(shí)，其測量不確定度的主要來源可分為以下幾個(gè)方面：1)樣品前處理過程引入的不確定度，主要包括樣品的稱量、提取溶液的定容體積、測量結(jié)果重復(fù)性引入的不確定度；2)標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度，包括標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制引入的不確定度，校準(zhǔn)曲線的線性擬合產(chǎn)生的不確定度。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)配制是首先量取1.00mL濃度為1000μg/mL的As元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(中國計(jì)量科學(xué)研究院GBW08611-15083)至100.0mL容量瓶中，配制成10μg/mL的As標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后再量取1.00mL該標(biāo)準(zhǔn)溶液至100.0mL容量瓶中，配制成100ng/mL的As標(biāo)準(zhǔn)使用液，量取2.00mL標(biāo)準(zhǔn)使用液于100.0mL容量瓶中進(jìn)行配制成2.0ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液，因此該標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的不確定度由兩部分組成，分別為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度的不確定度u(cCRM)和由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液逐級(jí)稀釋而引入的稀釋不確定度u稀釋。

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度的不確定度u(cCRM)

由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書可得，所使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中As濃度的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為1.0μg/mL(k=2)，將其轉(zhuǎn)化為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度則為0.05%。

2.1.2 稀釋不確定度

逐級(jí)稀釋過程中所用的1mL單標(biāo)線移液管、2mL單標(biāo)線移液管經(jīng)檢定合格，準(zhǔn)確度等級(jí)為A級(jí)。移液管由JJG 196-2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》[7]的規(guī)定進(jìn)行校準(zhǔn)，符合A級(jí)要求，假定為均勻分布，其校準(zhǔn)的相對(duì)不確定度分別為：

(1)

(2)

100mL容量瓶標(biāo)注允許誤差為±0.60mL，其相對(duì)不確定度為：

(3)

由此，標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(4)

即標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(5)

2.2 樣品稱量質(zhì)量引入的不確定度

2.2.1 天平稱量最大允許誤差

樣品稱量天平校準(zhǔn)證書中最大允許差為1.0mg，按均勻分布，稱量兩次，則由天平稱量最大允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(6)

2.2.2 稱量的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差為1mg，按均勻分布，稱量重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(7)

由此可得稱量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(8)

樣品稱量約為0.3g，則樣品稱量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

(9)

2.3 樣品溶液定容體積引入的不確定度

2.3.1 樣品溶液稀釋于25mL容量瓶中，25mL容量瓶允許誤差±0.20mL，按均勻分布，則樣品定容最大允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(10)

2.3.2 定容重復(fù)性引入的不確定度

對(duì)25mL容量瓶進(jìn)行10次定容并稱量，得到相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為0.09%，將其作為定容重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，由此可得樣品溶液的定容體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(11)

2.4 測量結(jié)果重復(fù)性引入的不確定度

稱取6份綠茶成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，按照上述方法進(jìn)行平行測量，考察方法的重復(fù)性，測量結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)差見表1。

表1 綠茶As成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)平行測定結(jié)果

該綠茶標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中As的標(biāo)準(zhǔn)值及擴(kuò)展不確定度分別為0.09 mg/kg和0.01 mg/kg(k=2)，對(duì)綠茶標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中As進(jìn)行測量重復(fù)性測定，6次測量結(jié)果的平均值為0.076mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為0.0077mg/kg，方法平均回收率R為0.076÷0.09=0.844。測量重復(fù)性引入的不確定度為：

(12)

因此，在95%置信概率和自由度為5的條件下，t0.95(5)=2.57，k為2，測量重性引入的相對(duì)不確定度為：

(13)

2.5 校準(zhǔn)曲線的線性擬合產(chǎn)生的不確定度

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測定，采用最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度與熒光強(qiáng)度比值得到標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列濃度為0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ng/mL，每個(gè)質(zhì)量濃度測量3次，測定結(jié)果如表2。

表2 As系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和樣品溶液重復(fù)測定結(jié)果

注：標(biāo)準(zhǔn)工作曲線方程為：Y=147.91X+4.7988，其中斜率a=147.91，截距b=4.7988，相關(guān)系數(shù)為0.9996。

同時(shí)對(duì)樣品溶液中As含量進(jìn)行3次測定，由標(biāo)準(zhǔn)工作曲線求得樣品溶液中As的濃度為c0=1.82ng/mL。c0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可由工作曲線上樣品溶液熒光強(qiáng)度處濃度測量的標(biāo)準(zhǔn)差來表示：

(14)

式中：

SR：標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)偏差；

(15)

a：曲線方程斜率；

p=3：對(duì)c0進(jìn)行的3次測定；

m=3：每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)濃度進(jìn)行3次測定，包括標(biāo)準(zhǔn)空白溶液；

n=6：配制標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度個(gè)數(shù)，包括標(biāo)準(zhǔn)空白溶液；

Yij：為各質(zhì)量濃度點(diǎn)測定的熒光值；

Yi：為工作曲線方程計(jì)算的熒光值。

由(10)-(11)式計(jì)算得：

u(c0)=0.0258ng/mL，即樣品溶液c0的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(16)

2.6 測量不確定度評(píng)定和報(bào)告

2.6.1 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由前述計(jì)算得到的各不確定度分量的數(shù)據(jù)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(17)

2.6.2 擴(kuò)展不確定度

根據(jù)JJF 113.5—2005《化學(xué)分析測量不確定度評(píng)定》，在95%置信概率下取包含因子k=2，綠茶樣品中總砷的測定值為0.15mg/kg，則擴(kuò)展不確定度為：

U=0.15×0.129×2=0.039mg/kg

2.6.3 測量結(jié)果及不確定度表述

按照本方法測定綠茶樣品中總砷含量測定結(jié)果為(0.15±0.039)mg/kg，k=2。

圖1 各分量相對(duì)不確定度

圖1是各不確定分量的貢獻(xiàn)情況比較，從圖中明顯可以看出，測量重復(fù)性對(duì)結(jié)果不確定度貢獻(xiàn)最大，而樣品稱量、定容體積、標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)結(jié)果不確定度貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

3 結(jié)論

綠茶樣品測定總砷，對(duì)其測定結(jié)果不確定度有影

響的來源主要有：標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、樣品稱量及前處理、測定重復(fù)性，以及標(biāo)準(zhǔn)工作曲線擬合等過程，通過系統(tǒng)分析上述分量對(duì)測定結(jié)果不確定度的貢獻(xiàn)，得到原子熒光光度法測定綠茶中總砷的擴(kuò)展不確定度，可為日常檢測結(jié)果評(píng)價(jià)及報(bào)告提供可靠的研判依據(jù)，從而保證檢測結(jié)果科學(xué)準(zhǔn)確。

[1]孫洪欣，王偉，劉昕然，等.菊花茶中砷含量特征及砷健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2013，8(2)：230-237.

[2]張清海，陸洋，林紹霞，等.貴州省典型名優(yōu)茶產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染及在茶葉中的富集[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(8)：292-294.

[3]GB 2762-2017 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品污染物限量.

[4]GB 5009.11-2014 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無機(jī)砷的測定.

[5]JJF 1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》.

[6]CNAS-GL06《化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南》.

[7]JJG 196-2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》.