微波消解-分光光度法測定月餅中鋁的不確定度評定

周芥鋒，邱潤華，胡明霞，李春容，徐春紅，李曉瓊

（1.長寧縣產品質量檢驗檢測中心，四川宜賓 644300；2.四川省竹類產品質量檢驗檢測中心，四川宜賓 644300）

月餅是我國中秋節的傳統食品，生產商在制作月餅的過程中因工藝需要可以使用硫酸鋁鉀或硫酸鋁銨作為食品膨松劑或穩定劑[1-2]。《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》（GB 2760—2014）規定，焙烤食品中鋁的殘留量小于100 mg·kg-1[3]。此外，在食品鋁殘留量的檢驗過程中，鋁含量的測定值極易受到樣品處理方法、儀器狀態、檢測環境的影響[4]。不確定度是與測定結果緊密聯系的參數，能反映出測定值的分散性，對實際結果評定具有重要意義[5]。基于此，以市售月餅為研究對象，采用微波消解-分光光度法測定月餅中的鋁殘留量，分析不確定度來源，并對不確定度的各分量進行分析，計算出合成不確定度和擴展不確定度。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料

月餅樣品，四川省長寧縣產品質量檢驗檢測中心委托檢驗樣品。將月餅樣品用粉碎機粉碎后取30 g置于85 ℃下干燥4 h備用。

1.1.2 試劑

鋁標準儲備溶液（1 000 μg·mL-1），國家有色金屬及電子材料分析測試中心GSB 04-1713-2004；實驗玻璃儀器均使用5%硝酸溶液浸泡；對硝基苯酚、氨水、硝酸、抗壞血酸、鉻天青S、TritonX-100、溴代十六烷基吡啶、乙二胺-鹽酸，均是分析級純試劑；實驗用水均為一級水。

1.1.3 儀器與設備

UV-1800PC可見/紫外分光光度計，上海美譜達；TPOEX+微波消解儀，屹堯；BSA224S電子天平，賽多利斯。

1.2 實驗方法

1.2.1 溶液的配制

用5%的硝酸水溶液稀釋1 000 μg·mL-1的鋁標準儲備液，分別得到100.00 μg·mL-1鋁中間溶液1、1.00 μg·mL-1鋁中間溶液2和系列標準工作溶液。

1.2.2 月餅的前處理

準確稱取月餅樣品0.516 3 g于聚四氟乙烯消解內管中，加入10 mL硝酸，浸泡過夜。次日置于120 ℃智能控溫電加熱器上預消解約30 min，冷卻后，置于微波消解儀上消解。消解結束后，再次置于120 ℃智能控溫電加熱器上趕酸至體積約0.5 mL，冷卻后轉移至25 mL比色管中，不定容。

微波消解程序：在80 ℃、120 ℃、150 ℃和180 ℃分別保溫2 min，在200 ℃保溫30 min。

1.2.3 試樣顯色處理

在轉移好樣品的比色管中滴加1滴對硝基苯酚乙醇溶液（1 g·L-1），混勻，滴加氨水溶液（1+1）至淺黃色，滴加硝酸溶液（2.5%）至黃色剛消失，再多加1 mL，加入1 mL抗壞血酸溶液（10 g·L-1），混勻后加入3 mL鉻天青S溶液（1 g·L-1），混勻后加1 mL TritonX-100溶液（3%），3 mL溴代十六烷基吡啶溶液（3 g·L-1），3 mL乙二胺-鹽酸緩沖溶液，加水定容至25 mL，搖勻，靜置40 min后，在620.0 nm波長下上機分析。按相同的方法制備空白樣液。

1.2.4 數學模型及不確定度來源分析

根據測定原理，分析不確定度來源。測定月餅中鋁含量的計算公式為

式中：ρ為鋁含量，mg·kg-1；m1為測定試樣消化液中鋁的質量，μg；m0為空白值，μg；m為樣品質量，g；v為樣品溶液的定容體積，mL；v1為測定用體積，mL。

通過式（1）分析，各個影響測定結果的參數相互獨立，各參數的不確定度直接對測定結果的不確定度產生影響。微波消解-分光光度法測定月餅中鋁的不確定度主要來源如表1所示。

表1 不確定度的來源分析

2 結果與分析

2.1 樣品稱量引入的相對標準不確定度urel(m)

月餅樣品稱樣量（m）為0.516 3 g，即516.3 mg。本實驗使用的是BSA224S萬分之一精度級別的電子天平。從長寧縣計量測試所出具的天平檢定證書上獲得，當稱量范圍在0～50 g時的最大允許誤差為±0.5 mg。該不確定度分量需要稱量3次（1次空盤歸零，1次放聚四氟乙烯消解內管歸零，1次稱樣），因使用同一臺電子天平，故3次稱量具有較大相關性，相關系數約定為1[6]。假設服從均勻分布，包含因子取，則稱量引入的標準不確定度為u(m)=（3×0.5）/=0.866 mg，相對標準不確定度為

2.2 樣品消解后定容引入的相對標準不確定度urel(V)

2.2.1 25 mL比色管所產生的標準不確定度

月餅樣品消解后用25 mL比色管定容，按照《專用玻璃量器檢定規程》（JJG 10—2005）標準規定，25 mL比色管的容量允差為0.25 mL。按均勻分布計算，則由比色管容量帶來的標準不確定度u（V1）

2.2.2 溫度效應引入的標準不確定度

25 mL比色管是在20 ℃下校準合格，實際定容時的溫度為22 ℃。已知液體的體積膨脹系數為2.1×10-4℃-1，溫度波動產生的體積變化區間為±（25×2.1×10-4×2）=±0.010 5 mL。假設服從均勻分布，則由溫度效應所產生的標準不確定度u(V2)=

考察上述兩個不確定度可知，二者相互獨立，故合成兩個分量。得到樣品消解后定容引入的標準不確定度為

樣品消解后定容引入的相對標準不確定度為

2.3 標準曲線配制引入的相對標準不確定度urel(Q)

2.3.1 標準儲備溶液質量濃度引入的不確定度urel(ρ)

鋁元素標準儲備液證書濃度為1 000 μg·mL-1，依據證書其標準不確定度為0.7%（包含因子K=2），則其相對標準不確定度為urel(ρ)=0.7%/2=0.003 5。

2.3.2 鋁標準中間溶液稀釋引入的不確定度

（1）100.00 μg·mL-1的鋁標準中間溶液稀釋引入的不確定度urel(Z1)。移取1.00 mL鋁標準儲備液，用5%的硝酸溶液定容于10 mL A級容量瓶中搖勻。配制過程中使用1 000 μL移液器和10 mL A級容量瓶，實驗室溫度變化為±2 ℃。參照《移液器檢定規程》（JJG 646—2006），1 000 μL移液器移取體積為1 000 μL時，最大允差為±1.0%，測量重復性為0.5%。查得《常用玻璃量器檢定規程》（JJG 196—2006）知，10 mL容量瓶的最大允差為±0.020。假設服從均勻分布。移液器的最大允差相對標準不確定度為0.005 78；測量重復性相對標準不確定度為0.5%/=0.002 89。10 mL容量瓶的相對標準不確定度為0.001 18，見表2。

100.00 μg·mL-1的鋁中間液1引入的相對標準不確定度

（2）1.00 μg·mL-1鋁標準中間溶液稀釋引入的不確定度urel（Z2）。移取1.00 mL鋁中間液1，用5%的硝酸溶液定容于100 mL A級容量瓶中搖勻。配制過程中使用1 000 μL移液器和100 mL A級容量瓶，實驗室溫度變化為±2 ℃。假設服從均勻分布。移液器的最大允差相對標準不確定度為0.005 78，測量重復性相對標準不確定度為0.5%/=0.002 89。100 mL容量瓶的相對標準不確定度為0.000 626，見表2。

1.00 μg·L-1的鋁中間液引入的相對標準不確定度為

（3）鋁標準工作曲線配制引入的相對標準不確定度ur（elG）。取6支25 mL比色管，一次準確加入0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL和5.0 mL中間液2，加入1%的硫酸溶液1 mL，加水至10 mL，按照1.2.3試樣顯色處理，制得鋁質量分別為0 μg、1.0 μg、2.0 μg、3.0 μg、4.0 μg 和 5.0 μg 的標準工作曲線。鋁標準工作曲線配制過程用到5 000 μL移液器、25 mL比色管，實驗室溫度波動變化為±2 ℃。5 000 μL移液器的相對標準不確定度見表2所示，為0.003 47。由《移液器檢定規程》（JJG 646—2006）知，5 000 μL移液器移取體積≤2 000 μL時最大允差≤1.0%，測量重復性≤0.5%；當移取體積在3 000 μL≤V≤4 000 μL的最大允差≤0.5%，測量重復性≤0.2%。移取體積等于5 000 μL時最大允差≤0.6%，測量重復性≤0.2%。假設服從均勻分布。移液器移取體積≤2 000 μL時測量重復性相對標準不確定度為0.5%/=0.002 89；移取體積在3 000 μL≤V≤4 000 μL時測量重復性相對標準不確定度為0.2%/=0.001 15，移取體積等于5 00

表2 移取和容量引入的不確定度

表3 標準溶液稀釋引入的不確定度

鋁標準工作曲線稀釋過程中引入的相對標準不確定度為

則標準曲線配制引入的相對標準不確定度為

2.4 標準曲線擬合的相對標準不確定度urel(J)

采用6個標準質量點建立標準曲線，每個標準質量點測量3次，取吸光度（A）其平均值，并由平均值得到吸光度與質量（m）的關系方程，即A=0.161 9m-0.021 9，相關系數為0.997。測定結果見表4。

表4 標準曲線的測定結果

樣品平行測試兩次，吸光度分別為0.189和0.197，試劑空白吸光度為0.008。帶入標準曲線方程，得到鋁的質量分別為1.25 μg和1.30 μg，平均質量為1.28 μg。

擬合曲線的偏差為

標準溶液質量濃度的殘差平方和為

式中：n為測量校準溶液的次數，n=18；a為擬合曲線的截距，a=-0.021 9；b為擬合曲線斜率，b=0.161 9；mi為鋁標準溶液鋁的質量，μg；Ai為鋁標準溶液的吸光度；P為樣品測量次數，P=2；m為被測物平行測定的平均值，m=0.66 μg；m—為標準曲線中鋁濃度的平均值，m—=2.5 μg。

其相對標準不確定度urel(J)=0.078 8/1.28=0.061 6

2.5 儀器測定重復性引入的相對標準不確定度urel(R)

對月餅樣品溶液進行6次重復測定，根據標準曲線方程和1.2.4數學模型計算出月餅中鋁平均含量為 61.18 mg·kg-1，見表5。

表5 樣品的測定結果

根據貝塞爾公式，測定結果的標準偏差為

式中：s為標準偏差；n為樣品重復測定次數，n=6；Xj為樣品第j次測定的鋁含量，mg·kg-1；X—為樣品測定6次的鋁平均含量，mg·kg-1。

測定結果的標準不確定度為

2.6 合成相對標準不確定度及擴展不確定度

將鋁元素的各個分量進行合成，其相對標準不確定度為

取置信區間p=95%，K=2，則擴展不確定度為U=61.18×0.065 2×2=7.98 mg·kg-1。

2.7 測量不確定度報告

實驗測定月餅中鋁含量為X=（61.18±7.98）mg·kg-1；K=2。

3 結論

采用可見/紫外分光光度法測定月餅中鋁，當月餅的稱樣質量為0.516 3 g時，鋁的含量為（61.18±7.98）mg·kg-1，該樣品符合國家標準《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》（GB 2760—2014）中鋁含量的要求。通過分析并計算主要不確定度來源發現，標準曲線溶液的配制和標準曲線擬合是主要的不確定度來源，因而在配制標液的過程應當格外注意。