液液萃取-石墨爐原子吸收法測定食鹽中鉛含量的不確定度評定

◎ 鄒勇平，周元元，楊 嘉，胡 云，周可欣，梁志春，王 帥

（揚州市食品藥品檢驗檢測中心，江蘇 揚州 225100）

食鹽是人們日常生活中重要的調味品，其重金屬污染狀況始終是食品安全監管中的重要內容。由于高濃度的鈉離子存在，痕量重金屬如鉛、鎘和鉻等元素在檢測時面臨很大的背景干擾，直接導致測定結果不準確[1-3]。為減少背景干擾，食鹽等高鹽基質中鉛的測定可以采用基體改進劑法[4]、液液萃取法[5-6]、固液萃取法[7-8]等。在常用食品安全國家標準中，所用的消解方法（如濕法消解、微波消解等）和使用基體改進劑的方法并不能消除高鹽基質帶來的背景干擾[9]。因此，食鹽中鉛的檢測通常采用液液萃取[6]前處理方法，即在一定的pH條件下，利用Pb2+與二乙基二硫代氨基 甲 酸 鈉（Sodium Diethyldithiocarbamate，DDTC）可以高效地絡合，再以4-甲基-2-戊酮（Methyl Isobutyl Ketone，MIBK）進行萃取，使得鉛離子與高鹽基質分離，最終采用石墨爐原子吸收法測定。

相對于傳統方法，液液萃取檢驗程序復雜，會對結果的不確定度帶來新的影響。通過文獻調研，并未發現針對本方法標準的食鹽中鉛元素測定的不確定度研究[10-11]。為了探究液液萃取中多次定容操作對不確定度的影響，同時為滿足食鹽中鉛檢驗結果質量控制的要求，依據JJF 1059.1—2012和CNAS—GL006：2019，本文對GB 5009.42—2016中規定的液液萃取法測定食鹽中鉛的不確定度進行評估。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

某品牌市售食鹽；硝酸（優級純）、高氯酸（優級純）、檸檬酸銨（分析純）、溴百里酚藍（分析純）、硫酸銨（分析純）、二乙基二硫代氨基甲酸鈉（DDTC）（分析純）、氨水（分析純）和4-甲基-2-戊酮（MIBK）（分析純），國藥集團化學試劑有限公司；鉛標準溶液（1 000 mg·L-1），國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 儀器與設備

PinAAcle 900T原子吸收光譜儀（美國Perkin-Elmer公司）；Milli-Q Reference超純水儀（美國Merck公司）；XSR204電子分析天平（瑞士梅特勒公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 標準溶液配制

用移液管吸取0.5 mL鉛標準溶液（1 000 μg·mL-1）于50 mL的容量瓶（A級）中，用硝酸溶液（5+95）稀釋至刻度，得鉛標準儲備液（10 μg·mL-1）。再用移液管吸取5.0 mL鉛標準儲備溶液（10 μg·mL-1）于50 mL容量瓶（A級）中，用硝酸溶液（5+95）稀釋至刻度，得1 μg·mL-1的鉛標準使用液。再分別移取0 mL、0.25 mL、0.50 mL、1.00 mL、1.50 mL及2.00 mL的鉛標準使用液置于一組50 mL A級容量瓶中，配制成 濃 度 為0 μg·L-1、5 μg·L-1、10 μg·L-1、20 μg·L-1、30 μg·L-1及40 μg·L-1的鉛標準工作液。

1.3.2 樣品處理

取10 g（精確至0.01 g）試樣于100 mL燒杯中，加水溶解，以少量混合酸（硝酸∶高氯酸=9∶1），加熱煮沸，放冷后全部轉移至50 mL容量瓶中，稀釋至刻度，得到備用試樣溶液。移取樣液及試劑空白液，分別置于125 mL分液漏斗中。依次加入檸檬酸銨溶液（250 g·L-1）2 mL，溴百里酚藍溶液（1 g·L-1）5滴，用1∶1氨水調節溶液顏色由黃變藍。再加入硫酸銨溶 液（300 g·L-1）10.0 mL和DDTC溶 液（50 g·L-1）10 mL，搖勻。靜置5 min，加入MIBK 10.0 mL后振蕩萃取1 min，靜置。棄水層，將有機層轉入10 mL容量瓶。

分別取鉛標準系列工作液10.0 mL于125 mL分液漏斗中，與試樣相同方法萃取。同時做試劑空白。將儀器調節至最佳條件，分別測定標準溶液萃取液、試樣空白萃取液和試樣萃取液的吸光度。計算公式如下：

式中：X為試樣中鉛含量，mg·kg-1；C為由標準曲線查得試樣溶液中鉛離子濃度（已扣除空白），μg·L-1；m為試樣取樣量，g；V為試樣溶液定容體積，mL。

1.3.3 光譜參數

石墨爐原子吸收光譜儀經優化的工作參數如下。鉛的分析譜線：283.31 nm；狹縫寬度：0.7 nm；燈電流：10 mA；載氣：氬氣；升溫程序：干燥溫度90 ℃、120 ℃、140 ℃，干燥時間5 s、20 s、30 s，灰化溫度500 ℃，灰化時間20 s，原子化溫度1 600 ℃，原子化時間5 s，凈化溫度2 450 ℃，凈化時間3 s。

2 結果與分析

2.1 不確定度來源的識別

根據計算公式中各項參數對結果的影響，得到本次實驗的不確定度來源主要有樣品稱量結果重復性、待測溶液定容體積、工作曲線、標準溶液定容和測量結果的重復性的不確定度。值得注意的是，在實驗過程中，標準溶液和樣品溶液經過2次定容，2次定容的準確度對實驗的不確定度均具有一定的影響。因此，在各自的不確定度分量中需要疊加計算。

2.2 不確定度評定

2.2.1 樣品稱量結果不確定度urel(m)

由檢定證書查得儀器最大允差為±0.5 mg，按矩形分布，引入的標準不確定度為由于稱量時存在去皮操作，所以此標準不確定度需計算2次。標準規定稱量樣品10.00 g，所得相對標準不確定度為

2.2.2 待測溶液定容體積不確定度urel(V)

試樣溶液定容需要考慮以下3個不確定度分量。

（1）初次定容器具的不確定度。定容使用的50 mL容量瓶經校準符合A級要求，其允許誤差為±0.05 mL[12]。假設均勻分布，取由此產生的標準不確定度

（2）二次定容器具引入的不確定度。實驗程序中采用10 mL移液管移取MIBK。移液管經檢定符合A級要求，其允許誤差為±0.020 mL。假定矩形分布，取引起的標準不確定度為

（3）溫度引入的不確定度。在（20±5）℃溫度下進行定容時，水的體積膨脹系數以2.1×10-4℃-1計。按矩形分布，得到的相對不確定度為在同樣溫度條件下，MIBK的體積膨脹系數為1.16×10-3℃-1[13]。假定為矩形分布，其相對不確定度均為

則待測溶液定容體積帶來的相對標準不確定度為：

2.2.3 工作曲線擬合的不確定度urel(cal)

將鉛標準溶液經MIBK萃取后進行測定，以峰高和標準溶液濃度分別為縱坐標和橫坐標，經最小二乘法擬合得到線性回歸方程y=0.003 84x+0.031 84，線性系數為0.998 889。標準曲線相關結果見表1。

表1 標準溶液濃度與吸光度數據表

對單個樣品進行3次平行測定，濃度分別為32.43 μg·L-1、34.31 μg·L-1、33.24 μg·L-1。由工作曲線擬合所產生的不確定度u(cal)按公式計算：

式中：c0為樣品溶液的平均濃度，33.33 μg·L-1；為不同標準溶液的平均濃度（n×m次），17.5 μg·L-1；b為標準曲線的斜率；P為單個樣品溶液的測量次數，P=3；n為標準曲線測量點個數，n=6；m為單個測量點重復測量次數，m=3；S為標準溶液吸光度的標準偏差，計算公式及結果為：

將上述各值代入公式得出u(cal)=0.87 μg·L-1。則由工作曲線帶來的相對標準不確定度為：

2.2.4 校準溶液濃度不確定度urel(c)

校準溶液濃度不確定度需要考慮以下3個不確定度分量。

（1）標準溶液濃度引入。鉛標準溶液（1 000 mg·L-1）的相對擴展不確定度U=0.7%，包含因子k=2，相對標準不確定度

（2）標準溶液配制引入。由于標準工作液還需要經過MIBK萃取過程，所以還應考慮二次定容，包括使用10 mL移液管吸取標準工作液和MIBK。參閱JJG 196—2006，各玻璃量具示值允差假定以矩形分布評定，取算得其相對標準不確定度分量（表2）。得到標準溶液配制使用的量具校準帶來的合成標準不確定度為u2(cv)=0.013。

（3）配制標準工作溶液時溫度變化引入。實驗室環境溫度控制在（20±5）℃。將液體體積膨脹影響假定矩形分布，取，水的膨脹系數為a=2.1×10-4℃-1，MIBK的膨脹系數為b=1.16×10-3℃-1。計算可得配制標準工作溶液時溫度變化帶來的不確定度分量（表3）。將表3中數據合成，得到配制標準溶液時溫度變化引入的標準不確定度u3(ct)=0.012。

表3 配制標準工作曲線時溫度變化引入的不確定度數據表

將3個分量數據合成，得到標準溶液引入的合成相對標準不確定度：

2.2.5 測量結果的重復性不確定度urel(frep)

選擇同一個樣品，均在同一標準條件下平行測定5次，得到所含鉛含量結果為0.137 mg·kg-1、0.131 mg·kg-1、0.140 mg·kg-1、0.142 mg·kg-1和0.130 mg·kg-1。則平均含量X為0.136 mg·kg-1。結果的標準偏差為0.005 34。每個試樣測定3次，取平均值。可得測量重復性帶來的相對標準不確定度為：

2.3 合成標準不確定度的計算

各相對不確定度分量經合成，得到的合成標準不確定度為：

2.4 擴展不確定度的計算

選擇95%的置信度水平，k=2的擴展因子來衡量，擴展不確定度U=k×X×urel(X)=0.011 mg·kg-1。

2.5 不確定度結果

按照《食品安全國家標準 食鹽指標的測定》（GB 5009.42—2016）使用液液萃取-石墨爐原子吸收法測定食鹽中鉛含量，測定結果不確定度表述為X=(0.136±0.011) mg·kg-1。

3 結論

通過評估，從各個分量的影響程度可以看出，采用液液萃取的方法，測定結果的不確定度主要來源依次為工作曲線擬合、測量結果的重復性和校準溶液濃度，總占比達到93.7%，與文獻報道的順序基本一致。與不使用液液萃取的石墨爐原子吸收法方法相比，本方法中工作曲線擬合、標準溶液濃度和待測溶液定容體積帶來的不確定度分量均有不同程度的增加[10-11]。在配制標準溶液時，選擇合適濃度的標準物質以減少稀釋定容的次數，可以減少標準溶液濃度帶來的不確定度。儀器的穩定型和標準曲線線性范圍的選擇也影響著工作曲線引入不確定度。因此，實驗中不僅應關注樣品制樣的均勻度以降低測定重復性引入的不確定度，還應該關注選擇穩定的儀器響應狀態和合適的標準曲線來提高測定結果的準確性。