原子吸收法测定食品中镉含量的不确定度评定

摘　要：采用石墨炉原子吸收光谱法对食品中的镉进行测定，应用统计学理论对其测定结果的不确定度产生原因进行分析，建立测量过程分量的数学模型，分析测量过程不确定度来源及各不确定度分量对总不确定度的影响，确定测定结果的置信区间，该食品中镉的含量及其置信区间为0.270±0.006(mg/kg)。

关键词：测量不确定度 镉 石墨炉原子吸收光谱法 置信区间

测量不确定度是定量评价测量水平的指标，是判定测量结果可信程度的依据，是表征合理的赋予被测量值的分散性与测量结果相联系的参数。测量不确定度在许多发达和发展中国家已普遍使用，国际间量值的比对和实验室数据的比较都要求提供包括包含因子和置信水平约定的测量结果不确定度，使测量结果进行互相比对，以取得相互承认和共识。本文应用统计学理论讨论了石墨炉原子吸收光谱法测定食品中镉含量的各种不确定度因素[1-3]，对各不确定度分量进行量化计算，评定了镉量的测量不确定度，给出该食品中镉的含量及其置信区间。

1 实验部分[4]

1.1 标准曲线

精确量取镉单元素标准溶液(GBW 08612;1000μg/mL;20mL/支)1mL置于1000mL容量瓶中，加1%硝酸溶液稀释，并定容至刻度，摇匀;再精确量取上述溶液5mL置于1000mL容量瓶中，加1%硝酸溶液稀释，并定容至刻度，摇匀，即镉浓度为5μg/L的标准使用液。取上述镉标准使用液，由仪器自动稀释成含镉0μg/L、0.25μg/L、0.5μg/L、1.0μg/L、2.0μg/L、4.0μg/L的标准系列溶液，依次精确吸取20μL注入石墨炉，记录吸光值，绘制工作曲线。已知镉标准溶液浓度为(1000±2μg/mL，k=2)。

1.2 样品测定

精确称取样品0.4225g、‚0.3601g于微波消解罐中，加硝酸5mL和过氧化氢2mL，盖好内盖，放入微波消解仪，按规定程序消解。消解完毕，待消解罐冷却后打开，取出内管至90℃恒温加热器中加热赶酸，至消化液呈无色，将消化液转移至50mL容量瓶中，用1%硝酸溶液少量多次洗涤内罐及盖子，洗液合并于容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，摇匀备用，同时作试剂空白。依次分别吸取试剂空白及试样溶液各20μL注入石墨炉，记录吸光值，重复测定2次，根据吸光值从标准曲线中得出试样溶液中镉的浓度(μg/L)分别为：①2.281μg/L;2.243μg/L，均值为：2.262μg/L;计算样品含镉量为：0.2677mg/kg。②1.974μg/L;1.937μg/L，均值为1.955μg/L;计算样品含镉量为0.2715mg/kg;平均值为0.270mg/kg。

1.3 方法确认

精确称取样品0.3829g、0.4100g、0.3922g、0.3978g、0.3879g、0.4413g于微波消解罐中，与样品测定同步消化处理后，将消化液转移至50mL容量瓶中，用1%硝酸溶液少量多次洗涤内罐及盖子，洗液合并于容量瓶中，各精确加入镉浓度为5μg/L的标准使用液10mL。用1%硝酸溶液定容至刻度，摇匀，依次分别吸取试剂空白及试样溶液各20μL注入石墨炉，记录吸光值，重复测定2次，根据吸光值从标准曲线中得出试样溶液中镉的浓度(μ/L)，以1.2样品测定结果为本底，扣除样品的含镉量，即为所加标准镉溶液的回收值。

2 不确定度评定

2.1 测量原理及测量数学模型

试样用硝酸和过氧化氢分解后，用PinAAcle 900Z原子吸收光谱仪于波长228.8nm处测定吸收光值。由工作曲线查出试液中的镉的浓度，计算镉的含量。

式中：WCd为镉含量，mg/kg;m为试样量，g;c为由标准曲线(A=-0.00078+0.03729c)得到的试样溶液中镉的浓度(μg/L)。

2.2 不确定度来源识别及其分量的评定

根据数学模型及测定方法，镉的不确定度来源于测量重复性、方法回收率、标准溶液制备、取样、称量、样品溶液定容等不确定度分量。其中标准溶液制备的不确定度包括镉标准溶液引入的标准不确定度和稀释过程体积引入的标准不确定度。因此，分别对上述不确定度分量进行识别和描述，其测量和不确定度评定参数列于表1。

2.2.1 测量重复性不确定度分量评定

测定样品的同时进行方法确认(实验1.3)，每份样品液中加入的镉标准溶液浓度为1μg/L，扣除样品本底后，6份加入的镉标准溶液浓度测定结果为(μg/L)：0.981、0.971、1.006、1.013、0.975、1.005,平均值为：0.992μg/L。

实验标准差：

相对标准差：

标准不确定度：。

2.2.2 方法回收率不确定度分量评定

使用方法确认(实验1.3)中的方法确认数据分析。镉标准溶液浓度为10⁶μg/L，其标准不确定度u=10³μg/L(由证书获得)，稀释后加入样品液中的标准镉浓度为1μg/L，扣除样品本底后6次测定结果平均值为0.992μg/L，标准差s=0.0182μg/L，u(s)=0.0075;自由度γ为6-1=5。

方法回收率Rm=0.992/1=0.992;Rm的标准不确定度u（Rm）=Rm×｛[sarel]²[u(cCRM)/cCRM]²｝^1/2=0.992×｛0.0075²+[1000/1000000]²｝^1/2=0.0075。用t检验法检查Rm与1.0(即100%)有无显著性差异：t=|1-Rm|/u(Rm)=|1-0.992|/0.0075=1.07。查t分布表，得置信概率P=95%下自由度γ为5的临界值tp(γ)=2.57，由于t=1.07<2.57，所以Rm与1.0之间无显著性差异，不必对结果进行回收率修正。则u2rel=u(Rm)/Rm=0.0075/0.992=0.0076。

2.2.3 标准溶液制备不确定度分量评定

a.镉标准溶液为1000μg/mL，扩展不确定度(k=2)为2μg/mL，其标准不确定度u_31rel＝2/(2×10³)＝0.0001。

b.制备标准溶液时，1mL和5mL单标线移液管各使用1次，1mL移液管允差为±0.007mL，5mL移液管允差为±0.015mL^[7]，按均匀分布处理，k=3。

校准分量不确定度：U_41rel={[1×0.007/(3^1/2×1))]²+[1×0.015/(3^1/2×5)]²｝^1/2=0.0044。

温度变化不确定度：定容在(20±5)℃进行^[5]，水的体膨胀系数为2.1×10^-4/℃，温度变化导致的玻璃计量器具最大相对体积变化为5℃×2.1×10^-4/℃=0.105%，按均匀分布处理，k=3^1/2。共2次：U_42rel={[2×(0.105%/3^1/2)2]^1/2=0.00086。

合成：U_4rel=(0.00442+0.000862)^1/2=0.0045。

2.2.4 取样的不确定度分量评定

因样品充分混匀后随机取样，可认为样品均匀，取样的不确定度忽略不计。

2.2.5 称量的不确定度分量评定

称取约0.4g样品，天平允差为±0.5mg，按均匀分布处理，k=3^1/2。平称量两次获得样品质量：U_5rel=[(0.5/3^1/2)²+(0.5/3^1/2)²]^1/2/1000=0.0004。

2.2.6 样品溶液定容的不确定度分量评定

样品溶液定容使用50mL容量瓶，允差为±0.05mL，按均匀分布处理，k=3^1/2。校准分量不确定度：U_61rel=[(0.05/(3^1/2×50)=0.0006。

温度变化不确定度：定容在(20±5)℃进行，水的体膨胀系数为2.1×10^-4/℃，温度变化导致的玻璃计量器具最大相对体积变化为(5℃×2.1×10^-4)/1℃=0.105%，按均匀分布处理，k=3^1/2。U_62rel=0.105%/3^1/2=0.0006。

合成：U_6rel=(0.0006²+0.0006²)^1/2=0.0008。

3 合成不确定度评定

u_crel=(0.0075²+0.0076²+0.0001²+0.0045²+0.0004²+0.0008²)^1/2=0.0116;uc(w)=0.0116×0.270=0.003mg/kg。

4 扩展不确定度评定

取扩展因子k=2，则扩展不确定度，U(w)=2×uc(w)=2×0.003=0.006mg/kg。

5 讨论

石墨炉原子吸收光谱法测定食品中镉含量的不确定度主要来源于测量重复性的不确定度、方法回收率的不确定度和标准溶液制备的不确定度，因此，在检测中宜采用浓度适中的标准溶液，使移取的体积适当，同时，增加样品和标准溶液的重复测量次数可减小测量不确定度。

随着我国社会经济的飞速发展，环境污染问题日益严重，人民群众对食品受重金属污染现象的关注也逐渐加深。因此，准确测量食品中重金属含量对食品安全风险定量评估和食品国家安全标准的建立健全具有重要的意义，测量不确定度评定是对检验检测结果可信度的直观表现，对产品质量控制和检验检测标准的制定有着重要的参考作用。