石墨爐原子吸收法測定乳粉中鉻的不確定度

曾朝懿，唐潔，車振明

（西華大學生物工程學院，四川成都 610039）

石墨爐原子吸收法測定乳粉中鉻的不確定度

曾朝懿，唐潔*，車振明

（西華大學生物工程學院，四川成都 610039）

摘 要：采用石墨爐原子吸收分光光度法測定乳粉中鉻元素含量，探討了兩種不同的前處理方法對實驗結果的影響，并對檢測過程中的不確定度的主要因素進行了來源分析和計算。結果表明，干法灰化較微波消解處理樣品的檢測精密度更高，試驗穩定性和重現性好。在最優測定條件下，乳粉中鉻元素含量的擴展不確定度U95=0.016 04 μg/mL（K=2），影響乳粉中鉻含量測定的不確定度主要因素是由標準曲線繪制和樣品測量重復性引入的不確定度產生。

關鍵詞：石墨爐原子吸收分光光度法；乳制品；鉻；干法灰化；微波消解；不確定度

牛乳中含有微量的鉻，主要來源于草原或飼料[1]；在加工環節中也會帶來一定量的鉻污染。鉻常以三價和六價的形式存在于食品中，三價鉻是人體必須的微量元素，而六價鉻具有較強毒性，在人體內過量積累會致癌、致畸。違規在乳制品中添加皮革水解蛋白粉以提高乳制品中蛋白質含量的事件常有發生[1-2]，而皮革水解蛋白粉中含有大量的鉻，將直接導致乳制品中的鉻含量超標，引發食品安全問題。《GB/T2762-2005》中規定乳粉中鉻含量不得超過2.0 mg/kg[3]；在實際檢測時，添加了皮革水解蛋白粉的乳粉樣品中，鉻含量超標或在限量附近的情況時常發生。測量不確定度是表征合理地賦予被測量值的分散性，它是判定測量結果質量的依據[4]。測量結果的可能性很大程度取決于其不確定度的大小[5]。因此本研究通過對乳粉干法灰化和微波消解兩種不同前處理方法的比較，確定最佳的樣品處理及測定條件，對乳粉中的鉻含量進行檢測并對鉻含量測量的不確定度進行評定。為乳制品中微量鉻元素的測定方法及檢測不確定度評價提供研究數據。

1 實驗材料及儀器

1.1 儀器

AA-6800型石墨爐原子吸收分光光度計：日本島津；鉻空心陰極燈：北京同立；MDS-6微波消解爐：上海新儀；馬弗爐：上海意豐。

1.2 試劑

濃硝酸（優級純）、過氧化氫（優級純）、超純水、鉻標準溶液（1 000 μg/mL）購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

2 實驗方法

2.1 樣品的前處理

2.1.1 干法灰化

準確稱取5.00 g乳粉樣品于50 mL瓷坩堝中，放入程序升溫高溫爐，設置10℃/min的升溫速率，炭化溫度至300℃，保持2 h，然后以相同升溫速率升至550℃保持4h進行灰化。至完全灰化后取出冷卻，加入15 mL 80%的濃硝酸在電爐上加熱溶解殘渣，過濾后全部移入50 mL容量瓶，用超純水定容至刻度，搖勻，待用。以相同方法分別處理試劑空白和樣品空白液[2]。

2.1.2 微波消解

準確稱取0.50 g乳粉樣品于微波消解罐中，加入10 mL濃硝酸預處理30 min后補加2 mL濃硝酸，1 mL過氧化氫，蓋好內蓋，旋緊外蓋，放入微波消解裝置中，將預先設好的程序進行升溫消化，消化完成后，取出消化罐。冷卻后將消化罐中的溶液轉移至25 mL的具塞刻度試管中，在沸水浴中加熱，再加10 mL超純水進一步驅酸，然后定容至25 mL，即為試樣，以相同方法分別處理試劑空白和樣品空白[6]。

2.2 測定條件

石墨爐原子吸收的鉻空心陰極燈測定條件：波長為357.9 nm，狹縫寬度為0.5 nm，燈電流為6 mA，背景校正為塞曼效應，點燈方式為D2背景，檢測信號為峰高，氣體類型為氬氣，進樣量為10 μL，測定標準工作溶液及試樣的吸光值。繪制吸光值與標準品溶液質量濃度的標準曲線并代入該曲線求得乳粉中鉻的含量。石墨爐升溫程序[7]如表1所示。

表1 石墨爐升溫程序Table 1 Graphite furnace temperature program

2.3 標準曲線

配制鉻標準濃度梯度為 0.002、0.016、0.040、0.080、0.320 μg/mL，以吸光值為縱坐標，濃度為橫坐標繪制曲線。根據擬合的標準曲線對測量數據進行回歸分析，得回歸方程為y=0.406xi+0.006，相關系數為0.999 1。

2.4 不確定度分析

2.4.1 數學模型[8]

經過對鉻元素標準工作溶液的測定，繪制了標準曲線。測量樣品時，只需將未知溶液自動進樣。即可從系統中讀出其濃度值。故數學模型為：

式中：x為被測溶液的濃度讀出值；y為被測溶液的濃度測定結果。

2.4.2 不確定度來源分析

采用石墨爐原子吸收分光光度法測定乳粉中的鉻元素，測定結果的不確定度主要來自校準曲線擬合、標準溶液稀釋至使用液，包括標準物質本身，移液、定容、重復測量樣品及測量儀器示值誤差等因素引起的相對不確定度，根據不確定度的傳遞規律[8-9]，其不確定度可由下式計算：

式中：u1為校準曲線擬合的不確定度；u2為測定樣品濃度時重復性引起引入的不確定度；u3為由標準溶液引入的不確定度；u4為分析儀器引入的不確定度。

3 結果與分析

3.1 消化方法的選擇

分別用干法灰化和微波消解兩種方法處理乳粉樣品，在石墨爐原子吸收的鉻空心陰極燈測定參數條件下，利用鉻溶液標準曲線，測定樣品中相應的鉻含量，重復3次。測定結果如表2所示。

表2 不同處理方法的乳粉中鉻含量的平均值及標準偏差Table 2 Different treatment method of chromium content in milk of average value and standard deviation μg/mL

從表2數據可知：由于受微波消解罐容量限制，微波消解處理樣品的量很少，測定結果鉻含量也較小，偏離平均值較遠，相對偏差值較大，致使精確度不高，不適宜做方法學實驗；而干法灰化的乳粉多次測定結果極差很小，都非常接近平均值，相對標準偏差較小，測定結果比較精確。同時，由于鉻在550℃高溫灰化的條件下都未發現損失，且干法灰化可以避免使用過多濃酸對石墨爐管的腐蝕作用，延長石墨管的使用壽命。雖然處理時間稍長，但其處理方法簡單、結果干擾性小[5]。因此在不確定度評定中常采用干法灰化來處理樣品。

3.2 不確定度分量的評定

3.2.1 由于校準曲線擬合引入的不確定度u1

調節儀器測定參數條件，用空白溶液調零，分別對5種濃度不同的鉻標準溶液進行3次重復測定，數據見表3。

表3 鉻標準溶液濃度與吸光值Table 3 The concentration and the absorbance of standard solution

根據測量數據用線性回歸法求出標準工作曲線為y=0.406xi+0.006，相關系數r=0.999 1。對于擬合的標準工作曲線非線性引起的不確定度，可用表4中列出的部分標準差數據進行計算。

標準偏差：

式中：yij為儀器各點響應值；yj為回歸直線的計算值；n為濃度梯度數，數值為 5；m為每個濃度測量次數，數值為3。

表4 標準差計算結果Table 4 The results of standard deviation

注：xi表示鉻標準溶液濃度；yij表示鉻標準溶液濃度對應的吸光值；yj表示由工作曲線回歸得到的吸光值。

3.2.2 由測定樣品濃度時重復性引入的不確定度u2

對乳粉中鉻含量進行測定，重復9次，結果見表5。

表5 重復測樣結果Table 5 The results of repeat sample test

由表5計算得實驗標準差S為：

3.2.3 由標準溶液引入的不確定度分量u3

1）由標準物質配制引起標準溶液定值不確定分量u31

鉻標準物質（GSB04-1723-2004）標準值：1 000μg/mL，不確定度為0.7%，屬正態分布，按K=2計算

2）由容量瓶逐級稀釋引起的標準溶液定值不確定度分量u32

先使用100 mL容量瓶（允許誤差為±0.10 mL）將標準物質稀釋成1 μg/mL標準中間液，再使用50 mL容量瓶（允許誤差為±0.05 mL）配制成標準工作液系列。容量瓶刻線讀數不確定度可忽略；配制溶液溫度接近25℃，溫度影響可忽略[10]。按均勻分布以K=3計算并合并得到：

3）由溶液轉移過程引起的標準溶液定值不確定度分量u33

先使用1支1 mL移液管（允許誤差為±0.30 mL）配制標準中間液，再使用另一支10 mL移液管（允許誤差為±0.50 mL）配制標準工作溶液系列，移液管刻度線讀數不確定度可忽略；配制溶液溫度接近25℃，溫度影響可忽略[10]。按均勻分布K=3計算并合成得到：

綜合以上3項，由標準溶液定值引起的y不確定度分量u3，按下式計算得到：

3.2.4 分析儀器的不確定度

由儀器的檢定證書提供u4=0.006。

3.3 合成不確定度

各標準不確定度分量見表6。

表6 標準不確定度各分量一覽表Table 6 Each component of standard uncertainty

3.4 擴展不確定度U評定及其結果表示

對乳粉樣品進行9次重復檢測的平均值=0.009 4 μg/mL，取包含因子 K=2，置信概率近似為95%，則

合成不確定度U（y），按下式計算：

即擴展不確定度為0.029 2，說明在本實驗條件下，該乳粉中鉻的含量C為（0.009 4±0.029 2）μg/mL。

4 結論

采用石墨爐原子吸收分光光度法測定乳粉中的鉻元素，探討了兩種不同的前處理方法對乳粉中鉻元素測定的影響，實驗結果表明，干法灰化較微波消解處理樣品操作更簡單穩定、重現性好。對此方法檢測乳粉中鉻元素含量的不確定度進行評價，分析計算了影響測定結果的各不確定度分量，包括校準曲線擬合、標準溶液稀釋至使用液，標準物質本身，移液、定容、重復測量樣品及測量儀器示值誤差等因素。分析計算結果顯示，該乳粉中鉻濃度含量為（0.009 4±0.029 2）μg/mL（k=2），其中影響測量結果的不確定度的主要因素來源于標準曲線擬合和樣品重復性測量。

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[1]王蓉,袁東,付大友,等.牛奶中鉻含量分析[J].食品科學,2006,27(12):681

[2]郝巖平,亢美娟,王克新.石墨爐原子吸收光譜法測定乳制品中鉻的含量[J].中國食品添加劑,2006(3):151

[3]中華人民共和國衛生部,中國國家標準化管理委員會.GB/T2762-2005食品中污染物限量[S].北京:中國標準出版社,2005:6

[4]中國合格評定國家認可委員會.CNAS-GL06-2006化學分析中不確定度的評估指南[S].北京:中國標準出版社,2006

[5]中國實驗室國家認可委員會.中國實驗室注冊評審員培訓教材[M].北京:中國標準出版社,2002:66

[6]但德忠.分析測試中的現代微波制樣技術[M].成都:四川大學出版社,2003:28-32

[7]中華人民共和國衛生部,中國國家標準化管理委員會.GB/T5009.123-2003食品中鉻的測定[S].北京:中國標準出版社,2004:3

[8]李慶忠,李春燕.合成不確定度的兩種評估方法[J].計量技術,2007(6):59

[9]中國合格評定國家認可委員會.CNAS-GL07-006測量不確定度評估和報告通用要求[S].北京:中國標準出版社,2006:9

[10]國家質量技術監督局.JJG196-1990玻璃儀器檢定規程[S].北京:中國標準出版社,2006:12

Uncertainty on the Determination of Chromium in Milk Powder by Atomic Absorption Spectrometry

ZENG Zhao-yi，TANG Jie*，CHE Zheng-ming
（School of Bioengineering，Xihua University，Chengdu 610039，Sichuan，China）

Abstract：The method of Graphite furnace atomic absorption spectrophotometry was used to detest the Chromium content milk powder.Two different pretreatment methods were studied，and the main factors of measurement uncertainty were also calculated and analyzed through its sources.The results showed that dry digestion for samples pretreatment was more accurate， stable， reproducible than microwave digestion.Under the optimum conditions， the expanded uncertainty of Chromium in milk powder was U95=0.016 04 μg/mL （K=2）.The main factors affecting the uncertainty were the calibration of standard curve and determination of samples reproducibility.

Key words：atomic absorption spectrometry； milk powder； chromium； dry digestion； microwave digestion；uncertainty

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.06.023

西華大學食品生物技術省高校重點實驗室項目資助（S2D 0803-09-1）

曾朝懿（1988—），女（漢），碩士研究生，研究方向：食品安全與檢測。

唐潔（1982—），女（漢），講師，研究方向：食品安全。

2012-10-30