李 強(qiáng)，鐘宇強(qiáng)，舒永紅，葉錫恩，鐘加成，霍柱健，蔡美霞，蘇柏琦

(廣東省科學(xué)院，廣東省測試分析研究所，中國廣州分析測試中心，廣東省化學(xué)危害應(yīng)急檢測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510070)

鈉對(duì)調(diào)節(jié)人體生理平衡至關(guān)重要，攝入不足或過量都會(huì)影響健康，是食品營養(yǎng)標(biāo)簽四大核心營養(yǎng)素之一[1]，因此食品中鈉的測定顯得尤為重要。

測量不確定度是表征測量值離散性的參數(shù)，與測量結(jié)果有關(guān)。測量不確定度是對(duì)測量結(jié)果質(zhì)量的定量評(píng)估[2]，不確定度值愈小，表示結(jié)果與被測量的真值愈接近，質(zhì)量越高[3]。由于測量的不完善和人們認(rèn)識(shí)的缺乏，導(dǎo)致測量值分散，即每次測量的結(jié)果都可能不同。只有包含賦予被測量的值及與該值相關(guān)的不確定度的測量結(jié)果才是完整的、有意義的[4-6]。

火焰原子吸收光譜法測定鈉的不確定度評(píng)定已有許多報(bào)道[7-9]，但在報(bào)出包含不確定度的最終結(jié)果時(shí)，也存在一些問題。比如測量結(jié)果未修約到其末位與不確定度的末位一致[10]、最終報(bào)告的擴(kuò)展不確定度多于兩位有效數(shù)字[11]和不確定度數(shù)字修約不規(guī)范[12]等。JJF 1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》[13]明確規(guī)定，在相同計(jì)量單位下，被測量的估計(jì)值應(yīng)修約到其末位與不確定度的末位一致；最終報(bào)告的擴(kuò)展不確定度通常取一位或兩位有效數(shù)字；修約時(shí)將不確定度最末位后面的非零數(shù)都進(jìn)位而不是舍去。本研究采用食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.91-2017[14]規(guī)定的火焰原子吸收光譜法，結(jié)合微波消解法測定薯片中鈉的含量。根據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度的評(píng)定和表示》[13]和CNAS-GL006: 2019《化學(xué)分析不確定度評(píng)定導(dǎo)則》[15]對(duì)鈉的測量不確定度進(jìn)行評(píng)定，找出影響不確定度的主要因素，合理、規(guī)范地給出擴(kuò)展不確定度表示方式，為實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制提供科學(xué)、準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)，保證檢測結(jié)果的質(zhì)量。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材 料

薯片購自廣州市某超市，取一定量粉碎，混勻，裝入密閉塑料容器中，備用。

1.2 試 劑

鈉元素標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液(1000 mg/L)，國家鋼鐵材料分析測試中心；硝酸(優(yōu)級(jí)純)，廣州化學(xué)試劑廠；實(shí)驗(yàn)室用水(一級(jí)水)。

1.3 儀 器

ZA 3300型原子吸收分光光度計(jì)，日本日立公司；TOPEX全能型微波化學(xué)工作平臺(tái)，上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司；BSA224S型電子天平，德國賽多利斯公司。

1.4 方 法

1.4.1樣品預(yù)處理

準(zhǔn)確稱取試樣0.2～0.3 g(精確至0.0001 g)，置于微波消解罐中，加5 mL硝酸，按表1消解條件設(shè)定程序并加熱消解。消解完畢，待消解罐冷卻后打開，加熱趕酸至近干，用少量硝酸溶液(1%，V∶V，下同)沖洗消解罐3次，將溶液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，并用硝酸溶液(1%)定容至刻度，混勻備用；同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

表1 全自動(dòng)微波消解程序

1.4.2 樣品測定

用硝酸溶液(1%)將鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液逐級(jí)稀釋，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10.00、20.00、40.00、60.00、80.00、100.00 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。在最佳工作條件下，依次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液進(jìn)行測定，在一定濃度范圍內(nèi)，吸光度與鈉含量成正比，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量。儀器工作條件見表2。

表2 FAAS儀器工作條件

2 結(jié)果與討論

2.1 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)測試方法和實(shí)驗(yàn)原理，薯片中鈉的含量可用式(1)表示：

(1)

式中：ω(Na)——樣品中鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/g

C0——測試溶液中扣除空白后鈉的濃度，mg/L

V50——樣品消化液的總體積，mL

m——樣品量，g

1000——換算系數(shù)

考慮重復(fù)性因子Frep和回收率Rec，式(1)可寫為[15]：

(2)

公式(2)即為FAAS測定薯片中鈉不確定度的數(shù)學(xué)模型。

2.2 測量不確定度來源分析

從式(2)可以看出，鈉的不確定度主要來自稱樣量m、定容體積V50和樣品溶液中鈉的測定濃度C0，另外還有樣品重復(fù)性試驗(yàn)Frep和樣品消化(加標(biāo)回收試驗(yàn)Rec)帶來的不確定度等。不確定度來源如圖1所示。

由于各含量相互獨(dú)立，由式(2)得出不確定度計(jì)算公式為：

(3)

圖1 不確定度來源

2.3 不確定度分量及計(jì)算

2.3.1 樣品稱量m帶來的不確定度u(m)

2.3.1.1 天平分度值產(chǎn)生的不確定度

由資料可知，天平的分度值為0.0002 g，按均勻分布，換算成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.3.1.2 天平重復(fù)稱量變動(dòng)性產(chǎn)生的不確定度

用標(biāo)準(zhǔn)砝碼(100 g)在該天平上進(jìn)行9次稱量，結(jié)果分別為：99.9999、100.0005、100.0010、99.9990、100.0008、100.0002、99.9998、100.0001和100.0005 g，求得極差R為0.0020 g。觀測列呈正態(tài)分布，查表得極差系數(shù)C=2.97，則變動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

R/C=0.002/2.97=0.00067 g

由以上兩項(xiàng)合成得出：

假如某次稱樣為0.2774 g，則稱樣量m的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.3.2 樣品消化回收率Rec帶來的不確定度u(Rec)

由于樣品消化不完全或消化過程導(dǎo)致鈉的損失或污染等，將使樣品中鈉不能100%進(jìn)入到測定液中，本實(shí)驗(yàn)室在測定薯片中鈉含量時(shí)，進(jìn)行了6次加標(biāo)回收試驗(yàn)，測得回收率分別為97.5%、97.6%、97.1%、98.3%、97.8%和93.1%，平均值為96.9%，則回收率的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Rec)為：

換算成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.3 使用50 mL容量瓶定容樣品溶液產(chǎn)生的不確定度u(V50)

2.3.3.1 容量瓶的最大允許誤差

50 mL容量瓶最大允許誤差為±0.065 mL，按三角分布換算成標(biāo)準(zhǔn)偏差為

2.3.3.2 重復(fù)充滿液體至容量瓶刻度的變動(dòng)性

重復(fù)充滿液體至容量瓶刻度的變動(dòng)性通過10次重復(fù)測量，其變動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)偏差為

SD50 mL=0.0098 mL

2.3.3.3 溫度變化帶來的不確定度

容量瓶和溶液溫度與校正時(shí)溫度不同引起的體積不確定度為50×2.1×10-4×5=0.053 mL(水體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃，假定實(shí)驗(yàn)室溫度為25 ℃)，在95%置信概率下，換算成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

u2=0.053/1.96=0.027 mL

由以上三項(xiàng)合成得出

則樣品定容體積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.3.4 測試溶液中鈉濃度C0的不確定度u(C0)

測試液中鈉濃度的不確定度u(C0)主要有2個(gè)來源，一是由標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋成工作溶液產(chǎn)生的不確定度u(C01)，二是標(biāo)準(zhǔn)系列線性擬合帶來的不確定度u(C02)。

2.3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液及由標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋至系列工作標(biāo)準(zhǔn)溶液產(chǎn)生的不確定度u(C01)

1 mL移液管的標(biāo)準(zhǔn)不確定度由校準(zhǔn)獲得為0.0018 mL，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0018，50 mL容量瓶的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度由2.3.3求得為0.00079，故

u(C01)=0.0030×20=0.060 mg/L

2.3.4.2 標(biāo)準(zhǔn)系列線性擬合帶來的不確定度u(C02)

在譜線330.2 nm處，用空白溶液調(diào)零，分別對(duì)6種鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行2次重復(fù)測定，結(jié)果如表3所示。

表3 鈉標(biāo)準(zhǔn)系列濃度的吸光度值

將表3中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合得如下直線方程：

A=0.00103C+0.000071；相關(guān)系數(shù)r=0.9999。

其中B1=0.00103，B0=0.000071；A為溶液的吸光度；C為溶液中鈉的濃度。實(shí)際工作中，對(duì)薯片樣品中鈉的含量進(jìn)行了2次測定，由吸光度通過直線方程求得扣除空白后C02=41.00 mg/L，則C02的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

式中B1=0.00103

P=2(對(duì)C02進(jìn)行兩次測量)

n=6(每個(gè)濃度進(jìn)行2次測量，共2×6=12次)

=0.44 mg/L

合并以上2項(xiàng)，則試液中鈉濃度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

換算成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.5 樣品重復(fù)性試驗(yàn)帶來的不確定度u(Frep)

在重復(fù)性條件下，對(duì)該樣品進(jìn)行了6次獨(dú)立測量，鈉的含量分別為7.08、7.39、7.41、 7.56、7.44和7.05 mg/g，其算術(shù)平均值為7.32 mg/g。

單次測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

實(shí)際樣品檢測時(shí)通常做平行雙樣，則算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為(n=2)：

因此鈉重復(fù)測定帶來的相對(duì)不確定度為：

2.4 各不確定度分量的合成

將各相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行匯總，如表4所示。圖2為各相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量柱狀圖。

表4 鈉的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

圖2 各不確定度分量圖

由表4和圖2可以看出，樣品重復(fù)測定和加標(biāo)回收試驗(yàn)引入的不確定度最大(加權(quán)平方和占比均為43.1%)，是影響測量結(jié)果不確定度的主要因素；其次是樣品消化液中鈉濃度的測定過程引入的不確定度(加權(quán)平方和占比為13.0%)；樣品稱量和消化液定容體積帶來的不確定度可以忽略不計(jì)。

將各分量值帶入式(3)，得：

[urel(Frep)]2+[urel(Rec)]2

u(ω)=0.030×7.32=0.22 mg/g

2.5 擴(kuò)展不確定度及結(jié)果表示

根據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》[13]，在95%置信水平下，取包含因子k=2，薯片中鈉含量的擴(kuò)展不確定度為：U=2 × 0.22=0.44 mg/g。

則薯片樣品中鈉含量結(jié)果表示為：

(7.32 ± 0.44) mg/g，k=2

3 結(jié) 論

本研究采用微波消解法處理樣品，F(xiàn)AAS測定薯片樣品中鈉的含量，對(duì)樣品稱量、玻璃儀器、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、樣品重復(fù)性測定、加標(biāo)回收、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合等因素進(jìn)行綜合考察，在各不確定度分量評(píng)定過程中，發(fā)現(xiàn)樣品重復(fù)測定和加標(biāo)回收試驗(yàn)產(chǎn)生的不確定度對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度貢獻(xiàn)最大，是實(shí)際工作中應(yīng)加以控制的關(guān)鍵點(diǎn)。因此，建議采用微波消解法處理樣品，嚴(yán)格控制好條件，防止鈉的損失或污染，降低消化過程帶來的不確定度。本文系統(tǒng)、規(guī)范地闡述了應(yīng)用FAAS法測定薯片中鈉的不確定度評(píng)定方法，給出了包含不確定度的鈉含量結(jié)果表示方式。通過不確定度來源分析，對(duì)各不確定度分量進(jìn)行評(píng)估和量化，找到影響測量結(jié)果不確定度的關(guān)鍵點(diǎn)，并嚴(yán)格加以控制，對(duì)提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和質(zhì)量具有實(shí)際意義。