■鐘宇強(qiáng) 鐘加成 舒永紅 霍柱健 李 強(qiáng) 葉錫恩 王李平 黃嘉穎

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

錳是為了滿足動(dòng)物生長(zhǎng)需要而被添加進(jìn)飼料中的常見(jiàn)礦物質(zhì)元素，是雞等家禽必需的微量元素之一。畜禽缺錳時(shí)會(huì)影響其生長(zhǎng)，飼料中錳添加過(guò)量又會(huì)污染環(huán)境。飼料中錳的測(cè)定國(guó)標(biāo)采用的是原子吸收光譜法，干灰化法處理樣品。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（inductively coupled plasma optical emission spectrometry，ICP-OES）是一種多元素同時(shí)測(cè)定的分析方法，靈敏度高、化學(xué)干擾小、線性范圍寬，既可測(cè)定低濃度成分（＜1.0 mg/L），又可同時(shí)測(cè)定高濃度成分（＞0.1%），是飼料中礦物質(zhì)元素檢測(cè)最理想、最有效的方法。

測(cè)量不確定度是表征測(cè)量值離散性的參數(shù)，與測(cè)量結(jié)果有關(guān)。測(cè)量不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量評(píng)估。由于測(cè)量的不完善和人們認(rèn)識(shí)的缺乏，導(dǎo)致測(cè)量值分散，即每次測(cè)量的結(jié)果都不相同。只有包含賦予被測(cè)量的值及與該值相關(guān)的不確定度的測(cè)量結(jié)果才是完整的、有意義的。目前，飼料中錳含量的不確定度評(píng)定只有原子吸收光譜法，有報(bào)道ICP-OES測(cè)定茶葉中錳含量的不確定度評(píng)定，但I(xiàn)CP-OES測(cè)定飼料中錳含量的不確定度評(píng)定尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究采用微波消解法處理樣品，ICP-OES測(cè)定配合飼料中錳含量，根據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度的評(píng)定和表示》和CNAS-GL 006: 2019《化學(xué)分析中不確定度評(píng)定導(dǎo)則》對(duì)錳含量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定，對(duì)測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生不確定度的來(lái)源進(jìn)行分析，找出影響測(cè)量不確定度的主要因素，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)，保證測(cè)試結(jié)果的質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 材料

取混合均勻的配合飼料樣品，粉碎，過(guò)0.45 mm分子篩，混勻后裝入密閉塑料容器中，備用。

1.2 試劑

錳元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L, 國(guó)家鋼鐵材料分析測(cè)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（GB/T 6682—2008規(guī)定的一級(jí)水）。

1.3 儀器

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Agilent 725-ES ICP-OES，美國(guó)安捷倫公司）、微波消解儀（WX-8000，上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司）、電子天平（BSA 224S，德國(guó)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0.25 g（精確至0.000 1 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(kāi)，消化液呈無(wú)色或淡黃色，加熱趕酸至近干，用少量硝酸溶液（5%）沖洗消解罐3次，將溶液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，并用硝酸溶液（5%）定容至刻度，混勻備用；同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.4.2 樣品測(cè)定

用硝酸溶液（5%）將錳標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液逐級(jí)稀釋，配 成 質(zhì) 量 分 數(shù) 分 別 為0.100、0.400、1.000、2.000、10.000 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(cè)定，在一定濃度范圍內(nèi)，發(fā)射強(qiáng)度與錳含量成正比，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量分析。儀器工作條件見(jiàn)表2。

表1 全自動(dòng)微波消解程序

表2 ICP-OES儀器工作條件

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)測(cè)試方法和試驗(yàn)原理，配合飼料中錳的含量可用式（1）表示。

式中：ω(Mn)——樣品中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，508 mg/kg；

C0——測(cè)試溶液中扣除空白后錳的濃度，5.092 mg/L；

V25——樣品消化液的總體積，25.0 mL；

m——樣品量，0.250 4 g。

考慮重復(fù)性因子Frep 和回收率Rec，式（1）可寫用式（2）表示。

式中：Frep——重復(fù)性因子，1；

Rec——回收率影響因子，1。

這就是ICP-OES 測(cè)定飼料中錳不確定度的數(shù)學(xué)模型。

2.2 測(cè)量不確定度來(lái)源分析

尋找測(cè)量不確定度的來(lái)源，是進(jìn)行不確定度評(píng)估的關(guān)鍵步驟，原則上應(yīng)從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面考慮，既不能遺漏、也不要憑空增加影響因素。實(shí)踐中，可從建立的不確定度數(shù)學(xué)模型入手，逐個(gè)查找不確定度來(lái)源。從式（2）可以看出，錳含量的不確定度主要來(lái)源有：樣品稱量、定容體積、消解液中錳濃度的測(cè)定、重復(fù)性試驗(yàn)和加標(biāo)回收試驗(yàn)。其中測(cè)定濃度C0的不確定度分量包括標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制和標(biāo)準(zhǔn)曲線線性擬合帶來(lái)的不確定度以及ICP-OES 儀器校準(zhǔn)的不確定度。儀器分析過(guò)程帶來(lái)的不確定度體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)系列濃度的測(cè)量和樣品重復(fù)性試驗(yàn)，加標(biāo)回收試驗(yàn)反映了消化過(guò)程和環(huán)境因素的影響。各不確定度來(lái)源如圖1所示。

圖1 不確定度來(lái)源分析

由于各含量相互獨(dú)立，由式(2)得出不確定度計(jì)算公式(3)。

2.3 不確定度分量及計(jì)算

2.3.1 樣品稱量m帶來(lái)的不確定度[u(m)]

2.3.1.1 天平校正產(chǎn)生的不確定度

由檢定證書可知，天平稱量的擴(kuò)展不確定度為0.000 2 g，按均勻分布，可換算成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

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)果表3所示。

表3 100 g標(biāo)準(zhǔn)砝碼重復(fù)稱量結(jié)果

觀測(cè)列呈正態(tài)分布，查表得極差系數(shù)C=2.97，則可計(jì)算變動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)偏差。

R/C=0.002/2.97=0.000 67 g

由以上兩項(xiàng)合成計(jì)算得出u(m)。

則可計(jì)算稱樣量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(lái)的不確定度[u(Rec)]

由于樣品消化不完全或消化過(guò)程導(dǎo)致錳的損失或污染等，將使樣品中錳不能100%進(jìn)入到測(cè)定液中。本試驗(yàn)選用某一配合飼料進(jìn)行6次加標(biāo)試驗(yàn)，錳的回收率分別為96.2%、94.6%、92.9%、101.3%、96.3%、103.2%，其平均值為：97.4%，計(jì)算回收率的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Rec)。

則計(jì)算回收率Rec的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.3.3 使用25 mL 容量瓶定容樣品溶液產(chǎn)生的不確定度[u(V25)]

2.3.3.1 容量瓶校準(zhǔn)的不確定度

25 mL 容量瓶校準(zhǔn)的不確定度為±0.030 mL，可按三角分布換算成標(biāo)準(zhǔn)偏差。

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(guò)10次重復(fù)測(cè)量，計(jì)算其變動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)偏差。

SD25mL=0.008 4 mL

2.3.3.3 溫度變化帶來(lái)的不確定度

計(jì)算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(水體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃，假定實(shí)驗(yàn)室溫度為25 ℃)。

25×2.1×10-4×5=0.027 mL

在95%置信概率下，換算成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

u2=0.027/1.96=0.014 mL

由以上三項(xiàng)合成計(jì)算得出u(V25)。

則可計(jì)算樣品定容體積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.3.4 測(cè)試溶液中錳濃度C0的不確定度u(C0)

測(cè)試液中錳濃度的不確定度u(C0)主要有三個(gè)來(lái)源：①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)；②標(biāo)準(zhǔn)系列線性擬合帶來(lái)的不確定度u(C02)；③儀器校準(zhǔn)錳時(shí)產(chǎn)生的不確定度u(C03)。

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)

式中：C01——10 mg/L錳標(biāo)液濃度；

Cstock——標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液濃度；

f10——稀釋因子。

由校正證書查得10 mL 移液管和100 mL 容量瓶的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為0.001 6和0.000 52。

(C01)=0.003 3×10=0.033 mg/L

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

在譜線257.610 nm 處，用空白溶液調(diào)零，分別對(duì)5種錳標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行了3次重復(fù)測(cè)定，結(jié)果如表4所示。

表4 錳標(biāo)準(zhǔn)系列濃度（Cj）與發(fā)射強(qiáng)度（Ij，cps）

將表4中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合得直線方程（相關(guān)系數(shù)r=0.999 8）。

式中：B1——18 266.9；

B0——728.7；

I——溶液的發(fā)射強(qiáng)度；

C——溶液中錳的濃度。

以某一配合飼料樣品為例，對(duì)其中錳的含量進(jìn)行2 次測(cè)定，由發(fā)射強(qiáng)度通過(guò)直線方程求得C02=5.092 mg/L，則可計(jì)算C02的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

式中：B1——18 266.9；

P——2(對(duì)C02進(jìn)行兩次測(cè)量)；

n——15(每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列濃度進(jìn)行3 次測(cè)量，共3×5=15次)；

2.3.4.3 儀器校準(zhǔn)錳時(shí)產(chǎn)生的不確定度u(C03)

由校準(zhǔn)證書查得儀器校準(zhǔn)錳時(shí)，其擴(kuò)展不確定度U=0.000 1 mg/L，k=2，換算成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

u(C03)=0.000 1/2=0.000 05 mg/L

合并以上3項(xiàng)，則試液中錳濃度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(C0)。

換算成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

u(C0)/C0=0.068/5.092=0.013

2.3.5 樣品重復(fù)性試驗(yàn)帶來(lái)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(cè)量，錳的含量分別為501、503、510、513、507、517 mg/kg，其算術(shù)平均值為508 mg/kg。

單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

實(shí)際樣品檢測(cè)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（n=2）。

因此錳含量平行雙樣的相對(duì)不確定度。

2.4 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5所示；對(duì)各相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行作圖，如圖2所示。

表5 錳的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由表5 和圖2 可以看出，樣品消化加標(biāo)回收試驗(yàn)過(guò)程引入的不確定度最大，加權(quán)平方和占比87.1%；其次是樣品消化液中錳濃度的測(cè)定和重復(fù)試驗(yàn)引入的不確定度，加權(quán)平方和占比分別為8.8%和3.6%；稱樣量和消化液定容體積帶來(lái)的不確定度加權(quán)平方和占比分別為0.38%和0.037%，可以忽略不計(jì)。將各分量值代入式（3）計(jì)算。

圖2 各不確定度分量

u(ω)=0.044×508=23 mg/kg

2.5 擴(kuò)展不確定度及結(jié)果表示

根據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[17]，在95% 置信水平下，取包含因子k=2，則配合飼料中錳含量的擴(kuò)展不確定度。

U=2×23=46 mg/kg

計(jì)算配合飼料樣品中錳含量表示為：（508±46）mg/kg，k=2。

3 結(jié)論

本研究采用微波處理樣品，ICP-OES測(cè)定配合飼料中錳的含量，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(cè)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(guò)程中，發(fā)現(xiàn)樣品加標(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。因此，建議采用微波消解法處理樣品，嚴(yán)格控制好條件，防止錳的損失或污染，降低消化過(guò)程帶來(lái)的不確定度。本文首次系統(tǒng)、規(guī)范地闡述了應(yīng)用ICP-OES 法測(cè)定配合飼料中錳的不確定度評(píng)定方法，給出了帶不確定度的錳含量結(jié)果表示方式。通過(guò)不確定度來(lái)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(cè)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(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和質(zhì)量具有實(shí)際意義。