原子吸收法測定菠菜中砷的質量分數不確定度評定

馮 波,李 巖

(廊坊梅花生物技術開發有限公司分析測試中心,河北 廊坊 065001)

砷具有毒性,砷中毒會損害呼吸系統、胃腸系統、心血管系統和神經系統,重則會引發癌癥[1]。GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》規定谷物、蔬菜、肉制品和調味品等食品中總砷限值不得超過0.5 mg/kg[2]。目前,GB 5009.11—2014《食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定》[3]中電感耦合等離子體質譜法、氫化物發生原子熒光光譜法和銀鹽法適合對各類食品中總砷的測定。

分析檢測存在方法誤差,誤差評定方法不同可造成不同測量結果間缺乏可比性,測量不確定度可用來統一評價測量結果[4]。為統一評定方法及正確評定不確定度,文獻[5-6]對不確定度的來源及可能引入的不確定度因素進行了分析。據報道,金屬不確定度評定有電感耦合等離子體質譜法[7-10]、原子熒光法[11-12]、原子吸收法[13-14]和分光光度法[15]。筆者應用微波消解-氫化物原子吸收法[16]測定菠菜中砷的質量分數并對其進行不確定度評定。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

砷單元素溶液標準物質,市購,標準物質;硝酸,市購,MOS級;鹽酸,市購,優級純;過氧化氫,市購,分析純;硼氫化鈉,市購,優級純;氫氧化鈉,市購,優級純;抗壞血酸,市購,分析純。

1.2 儀器與設備

ZEEnit 700p原子吸收分光光度計、HS-55型氫化物發生器,德國耶拿儀器公司;Master 40罐高通量密閉微波消解/萃取工作站,上海新儀微波化學有限公司;超純水器一體機,默克Millipore公司。所用玻璃器皿在使用前用10%的硝酸浸泡過夜后用自來水沖洗干凈,再用去離子水沖洗多次,烘干后備用。

1.3 方 法

1.3.1 微波消解前處理樣品

稱取試樣0.4 g,置于消解罐中,加入5.0 mL硝酸和過氧化氫1.0 mL,微波消解1 h,在110 ℃電熱板上趕酸,冷卻后使用2%鹽酸多次洗滌,洗滌后轉移至25 mL容量瓶中,加入100.0 g/L的抗壞血酸2.0 mL,定容,搖勻。同時作空白試驗。

1.3.2 檢 測

配制1.0 μg/mL砷標準中間液,用2%鹽酸配制質量濃度分別為0.0,2.5,5.0,7.5,10.0 μg/L的砷標準系列溶液,使用原子吸收光譜法(Atomic absorption spectrometry,簡稱AAS)檢測,以砷的質量濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標進行曲線擬合。測量消解樣品的吸光度,根據標準曲線計算樣品中砷的質量濃度,計算菠菜中砷的質量分數。

1.4 不確定度評定方法

對原子吸收法測定菠菜中砷的質量分數進行不確定度評定,首先確定砷質量分數的數學模型為

(1)

式中:X為試樣中砷的質量分數,mg/kg;c為試樣消解液扣除空白后砷的質量濃度,μg/L;V為試樣消化液定量總體積,mL;m為試樣質量,g。

2 不確定度評定分析

根據檢測方法和數學模型,可知影響砷質量分數的不確定度的主要來源有樣品稱量m、定容V、消解后測定的質量濃度c,除此還應考慮儀器誤差fAAS、標準物質誤差fGBW、移液器誤差fpip、重復性誤差frep,故將砷質量分數的數學模型修訂為

(2)

式中:影響被測量數值的重復性誤差frep屬于A類不確定度;樣品稱量m、定容V、質量濃度c、儀器誤差fAAS、標準物質誤差fGBW、移液器誤差fpip等屬于B類不確定度。筆者將分別從A,B兩類不確定度[4,6]進行評定。

2.1 A類不確定度

A類不確定度評定時需考慮在重復性條件下進行的測量,如包含樣品的稱量重復性、定容體積的重復性、質量濃度的重復性。為獲得本實驗整體重復性不確定度,平行測定5次,詳細數據如表1所示。

表1 原子吸收光譜法測定砷數據

2.2 B類不確定度

B類不確定度評定時需考慮檢測方法和使用儀器,包括質量、體積、濃度、儀器、標準物質和移液器等,因此,將從這6個方面分別進行評定。

2.2.1 質量m產生的不確定度

2.2.2 體積V產生的不確定度

使用容量瓶進行定容,容量瓶校準和定容用水溫度等是影響準確度的主要因素。

2) 定容溫度:該容量瓶已在20 ℃時校準,然而實驗室的溫度為(20±5) ℃,定容溫度影響引起的不確定度可通過估算其溫度范圍和體積膨脹系數獲得。液體的體積膨脹明顯大于容量瓶的體積膨脹,因此只需考慮前者即可。2%鹽酸溶液按水的體積膨脹系數計算,即2.1×10-4℃-1,故產生的體積變化為25×2.1×10-4×5=0.026 3 mL。

2.2.3 質量濃度c產生的不確定度

將質量濃度分別為0.0,2.5,5.0,7.5,10.0 μg/L的砷標準系列溶液上機檢測,每個質量濃度測量2次,記錄吸光度(A1,A2),砷標準溶液的吸光度如表2所示。

表2 砷標準溶液的吸光度

表3 殘差標準偏差

2.2.4 儀器fAAS產生的不確定度

使用原子吸收光譜儀進行檢測,儀器的線性誤差和進樣重復性是影響準確度的主要因素。

2.2.5 標準物質fGBW產生的不確定度

2.2.6 移液器fpip產生的不確定度

2.3 合成標準不確定度

合成不確定度由A,B兩類不確定度組成,對于菠菜中砷質量分數不確定度參照數學模型公式(2),需考慮質量、體積、濃度、儀器、標準物質、移液器和重復性等的影響。砷質量分數及其標準不確定度和相對標準不確定度匯總如表4所示。

表4 砷質量分數和不確定度

2.4 擴展不確定度

將合成標準不確定度乘以包含因子k=2(置信概率95%)得到擴展不確定度U(X),即U(X)=2u(X)=2×0.014=0.028 mg/kg;因此,砷的質量分數為X=(0.219±0.028) mg/kg。

2.5 不確定度分量對合成不確定度的貢獻

不確定度是評判檢測結果的一個參數,是完整的測量結果不可缺少的組成部分?，F將樣品稱量質量m、定容體積V、檢測質量濃度c、儀器誤差fAAS、標準物質誤差fGBW、移液器誤差fpip、重復性誤差frep等不確定度分量的占比作圖,橫坐標為不確定度分量,縱坐標為占比,如圖1所示。

圖1 砷的不確定度分量占比圖Fig.1 Arsenic and its uncertainty

3 結 論

通過分析微波消解-氫化物原子吸收法測定菠菜中砷的質量分數不確定度分量,發現砷的質量濃度引入的不確定度最大,重復性引入的不確定度次之。質量濃度不確定度主要來源于曲線擬合,與移液器容量誤差和儀器檢測密切相關,因此,定期校準儀器和核查移液器,使儀器處于最佳測定狀態可降低由質量濃度引入的不確定度。重復性不確定度主要來源于樣品消解,消解不完全或基質的干擾、消解液轉移趕酸帶來的損失等都會影響檢測結果的重復性,因此,優化消解方法和規范人員操作可降低重復性引入的不確定度。