石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量的不確定度評定

李枝明　劉賢標　付志明　陳瑋玲　呂婷婷

摘 要：通過評定石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量的測量不確定度，分析影響測量結果的主要來源，提高檢測質量控制水平。實驗過程顯示，不確定度的來源分別為樣品稱量、樣品的消解、標準溶液的配制、標準曲線的非線性、測量重復性、樣品定容。結果表明，茶葉中鉛含量為1.120 mg·kg-1，擴展不確定度為0.095 mg·kg-1。

關鍵詞：不確定度;茶葉;鉛;石墨爐原子吸收光譜法

Abstract：To evaluate the uncertainty of determination of Lead in tea by Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry， the main sources that affect the measurement results were analyzed， and the quality control level of detection was improved. The sources of uncertainty in the experimental process are sample weighing， sample digestion， standard solution preparation， standard curve nonlinearity， measurement repeatability， and sample volume. The result of the determination of Lead in tea was 1.120 mg·kg-1， and the expanded uncertainty was 0.095 mg·kg-1.

Key words：Uncertainty; Tea; Lead; Graphite furnace atomic absorption spectrometry

中圖分類號：O657.31

測量不確定度是表征賦予被測量值分散性的非負參數[1]，測量結果的不確定度是檢測結果客觀真實性的反映，不確定度的表達在實驗室質量管理和質量保證中極為重要，對實驗室檢測結果進行不確定度的評定具有十分重要的意義。本文依據《測量不確定度的評定與表示》（JJF 1059.1-2012），對石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量不確定度來源進行識別和分析[2]，對檢測結果的不確定度進行了評定。

1 材料與方法

1.1 方法標準

國家標準《食品安全國家標準 食品中鉛的測定》（GB 5009.12-2017）第一法——石墨爐原子吸收光譜法。

1.2 儀器及試劑

石墨爐原子吸收光譜儀（GTA 120）：安捷倫科技有限公司;電子天平（AL204）：METTLER TOLEDO;電熱板（EH45C）：北京萊伯泰科儀器股份有限公司;鉛標準溶液1 000 μg·mL-1（GSB 04-1742-2004）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心;硝酸、高氯酸、磷酸二氫銨、硝酸鈀，均為優級純。

1.3 測量過程

1.3.1 樣品消解

稱取茶葉樣品0.500 0 g，置于100 mL錐形瓶中。加硝酸10 mL，高氯酸0.5 mL。置于電熱板上加熱消解，若消化液呈棕褐色，再加少量硝酸，消化至冒白煙，消化液呈無色透明或略帶黃色，冷卻，用水將試樣溶液轉入50 mL容量瓶中，定容至刻度，混勻待測。按照同一方法做空白試驗。

1.3.2 標準曲線繪制

鉛標準溶液的配制采用10 mL單標線移液管吸取鉛標準溶液1 000 μg·mL-1（C0），以2%硝酸逐級稀釋并定容至100 mL容量瓶和50 mL容量瓶中。配制成20 μg·L-1鉛標準溶液。同樣的方法配制0.0、2.0、

5.0、10.0、15.0 μg·L-1和20.0 μg·L-1鉛標準溶液，采用石墨爐原子吸收光譜儀自動進樣器吸取20 μg·L-1鉛標準溶液進行稀釋。

1.3.3 分析結果

在優化儀器工作條件下。對待測茶葉樣品進行6次平行測定，結果見表1。

2 不確定度的評定

2.1 不確定度的數學模型

茶葉中鉛含量的計算公式為：

（1）

式（1）中：X-茶葉中鉛含量，單位為mg·kg-1;

C-扣除空白后樣品測定液中鉛的濃度，單位為μg·L-1;

V-樣品溶液的定容體積，單位為mL;m-樣品的質量，單位為g。

2.2 不確定度來源分析

2.2.1 稱量樣品帶來的不確定度

稱量樣品所用天平，其最小分度值為0.1 mg，該天平經檢定，最大允許誤差為±0.5 mg，按均勻分布計，其標準不確定度：

相對標準不確定度：

2.2.2 樣品消解引入的不確定度

選擇國家標準物質GBW10016（茶葉），平行稱取6份，按1.3.1步驟進行消解，石墨爐原子吸收法測定。由于茶葉樣品消解不完全或消解過程中導致鉛的損失或污染等，使茶葉中的鉛無法完全進入到測定液中。樣品分解率的不確定度按《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1-2012）中4.3.3.2計算。測得6個值，即X1～X6，計算標準物質回收率：Ri=Xi/Xs，b+=Rmax-100%，b-=100%-Rmin，Xs=1.5 mg·kg-1，其中Xs為茶葉標準物質中鉛含量的標準值，結果如表2。

按照均勻分布計，樣品消解引入的標準不確定度：

其相對標準不確定度：

2.2.3 標準溶液配制引入的不確定度

標準溶液的配制過程見1.3.2。

（1）鉛標準溶液的相對標準不確定度。已知鉛標準溶液的濃度1 000 μg·mL-1，證書給出相對擴展不確定度U為0.7%（k=2），即鉛標準溶液（1 000 μg·mL-1）的相對標準不確定度為：

（2）玻璃量具的相對標準不確定度。本實驗所用玻璃量具為10 mL單標線移液管（A級）、50 mL容量瓶（A級）、100 mL容量瓶（A級），玻璃量具的不確定的度主要由其最大允差、溫度引入的容量誤差、體積讀數標準偏差3部分組成，玻璃量具引入的相對標準不確定度見表3。

其中，量具的最大允差依據JJG 196-2006標準[3];溫度引入的容量誤差通過20 ℃下水的膨脹系數（2.1×10-4 ℃-1）計算，實驗中水溫為（20±5）℃，均以均勻分布計算各自標準不確定度，各量具的相對標準不確定度由各自3個分量的標準不確定度合成。

（3）配制鉛標準溶液的相對標準不確定度。配制0.0、2.0、5.0、10.0、15.0 μg·L-1和20.0 μg·L-1鉛標準溶液，采用的是石墨爐原子吸收光譜儀自動進樣器吸取20.0 μg·L-1鉛標準溶液進行稀釋，該過程吸取標準溶液體積的不確定度可忽略不計。

根據（1）～（3），標準溶液配制過程中共使用10 mL單標線移液管5次，100 mL容量瓶4次，50 mL容量瓶1次，因此配制鉛標準溶液引入的相對標準不確定度為：

2.2.4 標準曲線的非線性引入的不確定度

采用最小二乘法擬合標準工作曲線求得樣品濃度中引入的不確定度u（c2），分別對6個濃度的鉛標準溶液進行3次測定，得到相應的吸光度Y，采用最小二乘法擬合，得到標準工作曲線的線性回歸方程Y=aC+b及曲線的線性相關系數r，結果見表4。

對茶葉樣品進行6次測量，由吸光度求得樣品溶液鉛濃度見表5。

由工作曲線求得茶葉樣品鉛濃度過程引入的不確定度計算如下。

標準溶液吸光度殘差的標準偏差：

（2）

式（2）中，n-標準溶液測定次數，n=18;a-標準曲線斜率，a=0.007 61;b-標準曲線截距，b=0.0057 7;

Yj-標準溶液吸光度測得值，Cj-標準溶液濃度值。

標準溶液的平均濃度：

標準溶液濃度殘差的平方和：

由工作曲線求得茶葉樣品鉛濃度過程引入的標準不確定度：

（3）

式（3）中，樣品測定次數p=6，標準溶液測定次數n=18，樣品鉛濃度平均值C=11.203 6 μg·L-1。

其相對標準不確定度為：

2.2.5 測量重復性引入的不確定度

稱取6個平行樣品測量，樣品測量結果見表1，可按A類評定，單次測量的標準偏差為：

6次測量的相對標準不確定度為：

2.2.6 樣品定容體積引入的不確定度

樣品定容體積為50mL，其相對標準不確定度同2.2.3（2），即樣品定容體積的相對標準不確定度為：

urel（V）=urel（V50 mL）=0.000 860 7

2.3 相對合成標準不確定度

根據2.2各不確定度分量，則有茶葉中鉛含量的相對合成標準不確定度：

茶葉中鉛含量的合成標準不確定度：

u（X）=urel（X）×X=0.047 28 mg·kg-1

2.4 擴展不確定度

當置信概率為95%，取包含因子k=2，則擴展不確定度為：

U=k×u（X）=0.095 mg·kg-1

3 結果表示

該方法測定茶葉中鉛的含量為：

X=（1.120±0.095）mg·kg-1

4 結論

茶葉樣品中鉛含量1.120 mg·kg-1，其擴展不確定度為0.095 mg·kg-1（k=2）。本文通過分析和評定石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量的不確定度，最終確定其主要來源為樣品的消解、測量重復性及標準溶液的配制。因此，在測量過程中應注意樣品的消解過程，優化前處理方法及標準溶液配制，盡可能徹底消解樣品，提高檢驗人員的專業技術能力，確保方法具有良好的重現性，以此提高結果的準確性。

參考文獻：

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局.JJF 1059.1-2012 測量不確定度評定與表示[S].北京：中國標準出版社，2012.

[2]國家衛生和計劃生育委員會，國家食品藥品監督管理總局.GB 5009.12-2017 食品安全國家標準 食品中鉛的測定[S].北京：中國標準出版社，2017.

[3]國家質量監督檢驗檢疫總局.JJG 196-2006 常用玻璃量器檢定規程[S].北京：中國計量出版社，2006.