微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定稻谷中鎘含量的不確定度評估及分析*

王 穎

(張家港市糧食質量監測站 215600)

測量不確定度，根據所用到的信息，表征賦予被測量值分散性的非負參數[1]，是實驗室質量控制、實驗室認證及開發新檢測方法的需要[2]。鎘是我國稻谷出(入)庫糧食食品安全檢測中必檢項目，其限量為≤0.2 mg/kg[3]，為提升稻谷中鎘含量的檢測能力，完善實驗室質量管理工作，本實驗依據國家標準方法[4]，應用微波消解-石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)測定稻谷樣品中鎘的含量。分析測量結果不確定度來源，并對不確定度進行評定。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

PE-900T原子吸收光譜儀(美國產)；WX-8000微波消解儀及趕酸器(上海產)；BSA224S萬分之一電子天平(北京產)；硝酸(優級純)；糙米粉中As、Cd、Pb成分分析標準物質GBW(E)100377(鎘含量0.261 mg/kg)；鎘液體標準溶液1000 μg·mL-1(樣品編號GSB 04-1721-2004，唯一標識209021-4，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)；錘式旋風磨(瑞典產)，純水機(arium mini)；純水,實驗室自制，符合二級水要求。

1.2 實驗方法

粳稻谷樣品經混合均勻后，分取約300 g。礱谷后，用錘式旋風磨磨粉。稱取混合均勻的糙米粉0.4000 g于微波消解罐中，加6 mL硝酸，經微波消解后，將消化液趕酸至近干，用1%硝酸溶液沖洗消解罐并轉移至10 mL容量瓶，定容至刻度，均勻備用；同時做試劑空白實驗[4]。

1.3 溶液配制

1.3.1 鎘標準使用液(100 ng/mL) 吸取鎘液體標準溶液10.0 mL于100 mL容量瓶中，用硝酸溶液(1%)定容至刻度，如此經多次稀釋成每毫升含100.0 ng鎘的標準使用液。

1.3.2 鎘標準曲線工作液 吸取鎘標準使用液3.0 mL至100 mL容量瓶中，用硝酸溶液(1%)定容于刻度，制備3.0 ng/mL鎘標準曲線工作液。

1.4 儀器條件優化與選擇

在優化儀器工作條件下，儀器工作參數見表1。

表1 石墨爐原子吸收光譜儀工作參數

1.5 鎘含量的測定

優化儀器條件下，鎘測定需提前預熱儀器，待GFAAS穩定后，以3.0 ng/mL為母液自動稀釋繪制標準曲線。編輯儀器序列，設置樣品信息，通過外標法，測定樣液中鎘的含量并計算最終結果。

2 評定測量不確定度

2.1 建立數學模型

①

式中，X—測試樣品中鎘的含量，mg/kg；C測—經實驗測試所得到樣品消化液中鎘含量，μg/L；C空—樣品空白液中鎘含量，μg/L；V—定容體積，mL；m—樣品的稱樣質量，g；1000為換算系數。

2.2 不確定度的來源分析

經數學模型分析，可知該方法不確定度來源，見表2。

表2 不確定度標識及來源

2.2.1 樣品稱量帶來的不確定度 查電子天平檢定證書，該天平準確度σ=0.1 mg，按矩形分布計，其標準不確定度：

稱量實際為兩次，一次皮重(清零)，一次總重，即稱量的相對不確定度為：

2.2.2 鎘液體標準溶液的相對標準不確定度 由鎘標準溶液(1000 μg·mL-1)證書查得，其相對擴展不確定度Ur為0.7%(k=2)，鎘標準溶液相對標準不確定度為：

2.2.3 標準溶液逐級稀釋引起的不確定度 逐級稀釋過程中的不確定度，包括溶液體積與溫度兩方面影響。吸量管和容量瓶均根據國家計量檢定規程JJG 196-2006《常用玻璃量器》的規定進行了校準[5]，均符合A級要求。

=0.00125

分別計算得出單次使用5 mL分度吸量和100 mL 容量瓶的相對標準不確定度為：

=0.00180

=0.000754

按1.3，將1000 μg/mL的鎘標準溶液逐級稀釋得到3 ng/mL，共使用10.0 mL單標線吸量管4次，5 mL分度吸量管1次，100 mL容量瓶5次，故標準溶液逐級稀釋的相對標準不確定度為：

u3rel=

2.2.4 標準曲線擬合引起的不確定度 對6個濃度的鎘標準溶液分別進行2次測定，測得的吸光度A，采用最小二乘法進行擬合，得到標準溶液濃度與吸光度的線性方程為A=0.07378C+0.00466，相關系數r=0.999100。A為溶液測得的吸光度；C為溶液中鎘的濃度(μg/L)，其中B=0.07378，D=0.00466。

表3 標準曲線濃度計算吸光度值結果表

對假設待測樣品進行2次測定，最小二乘法標準曲線擬合過程引入的不確定度的計算如下：

②

③

經計算得出SR=0.00325，u4=0.0370，u4rel=0.0370÷2.3765=0.0156

2.2.5 方法回收率的不確定度 選用糙米粉中As、Cd、Pb成分分析標準物質GBW(E)100377平行稱取6份進行微波消解，通過GFAAS測定，結果見表4。

表4 糙米標準物質測量值和回收率結果表

由于稻谷樣品經礱谷粉碎后，經微波消解過程中或消解不完全，或因操作不當引入污染，故樣品中的鎘無法完全進入到測定液中。在方法確認階段，可通過采用與待測樣品特性量濃度水平、基本相似的標準物質以及相同的測量程序來進行方法回收率的不確定度評定[6]。按JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》計算，以均勻分布計，可能值區間的半寬為(98.08%～89.27%)/2=4.406%

其中：

根據t檢驗法，判斷方法回收率與1.0之間是否有顯著性差異，以此判斷是否需要對測定結果進行修正。

查t分布表，可知置信概率95%下，自由度為5的臨界值為2.57，計算t值2.48小于該值，即回收率平均值與1.0之間無顯著性差異，不需要用回收率對結果進行修正，反之需用回收率校正因子對結果進行修正。

2.2.6 使用10 mL容量瓶定容引起的不確定度

2.2.6.2 容量瓶校準引起的不確定度 10 mL容量瓶準確度為0.05 mL按均勻分布計算其相對不確定度為：

2.2.7 儀器校準的不確定度 查儀器校準證書，該原子吸收光譜儀校準鎘時，擴展不確定度U=0.2 pg，進樣量20 μL，包含因子k=2，計算其標準不確定度u7=0.2÷20÷2=0.005 μg/L。

2.2.8 測量重復性引入不確定度 在重復性條件下，對該樣品進行10次獨立測量，其鎘的含量分別為0.0614 mg/kg、0.0574 mg/kg、0.0588 mg/kg、0.0582 mg/kg、0.0588 mg/kg、0.0575 mg/kg、0.0583 mg/kg、0.0591 mg/kg、0.0587 mg/kg、0.0600 mg/kg。

日常工作中，常以2次平行雙樣測量結果平均值作為測量的結果，故假設2次測量結果為0.0574 mg/kg和0.0614 mg/kg，采用極差法計算標準不確定度為：

鎘重復測定帶來的相對標準不確定度為：

2.3 合成相對不確定度

=0.0489

2.4 擴展不確定度

取包含因子k=2,測定結果的擴展不確定度U=uc×2=0.0060 mg/kg,故稻谷樣品中鎘含量為(0.0594±0.0060)mg/kg，k=2。

2.5 各不確定度分量比例圖

圖1 各相對不確定度分量分布圖

由圖1可知，對不確定度影響占比較大的3個分量為測量重復性(占比33%)，方法回收率(26%)以及標準曲線擬合(15%)。

3 討論與結論

微波消解-GFAAS法測定稻谷樣品中鎘含量為(0.0594±0.0060)mg/kg，k=2。該方法中鎘的相對標準不確定度按照影響大小排序依次為：測量重復性(n=2)>方法回收率>標準曲線擬合>定容>儀器校準>標準溶液逐級稀釋>鎘液體標準溶液>樣品稱量。日常工作中，常以雙實驗平均值作為報告結果，本實驗假設10次獨立測量結果的最大值與最小值為雙實驗測量結果，并進行不確定度評定。發現測量重復性(n=2時)的相對不確定度影響最大，故在今后工作中，可通過增加測量次數提高結果準確性。其次，方法回收率的影響方面，應盡量優化前處理方法，提升方法回收率，提升人員操作水平，減少損失和避免污染。再次，也要注意線性擬合對相對標準不確定度的影響，可通過增加測量次數使線性回歸方程的系數盡可能接近1，減少擬合引入的不確定度。