石墨爐原子吸收光譜法測定葛根粉中鉛的不確定度評定

冉雪琴，趙心悅，王維靜

（1.成都東部新區公共衛生中心，四川成都 641418；2.四川大學華西公共衛生學院分析測試中心，四川成都 610044）

葛根，又名粉葛、葛條，是豆科植物野葛的根，屬于一種中藥材，因具有緩解人體氧化、抗炎、解酒護肝、保護神經等功效而受到人們的青睞[1]。葛根粉是利用葛根加工而成，是葛根重要的產品形態。隨著我國鄉村振興工作的推進和葛根粉商品化節奏的加快，野生葛根難以滿足市場的需要，葛根的人工栽培規模越來越大，葛根粉的機械化加工效益也日漸提升，但葛根的生長環境和葛根粉的加工過程容易受到重金屬污染而對人體健康產生危害[2]。其中，鉛污染會損害人機體的多個器官[3]。葛根粉屬于淀粉制品，依照《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017），鉛限量為0.5 mg·kg-1（以Pb 計）[4]。在報告測量結果時，為更加準確、可靠地表達測定結果及為實施符合性判斷提供科學的支持，需對檢測結果的不確定度進行評定。

本實驗依據《食品安全國家標準 食品中鉛的測定》（GB 5009.12—2017）第一法[5]對葛根粉樣品中的鉛含量進行檢測。根據《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）[6]和《化學分析中不確定度的評估指南》（CNAS—GL006： 2019）[7]對測量結果不確定度進行評定與表示。在樣品的日常檢測工作中，由于鉛屬于痕量元素，其檢測含量往往低于檢出限或者在檢出限附近，檢測結果計算時通常需要扣除試驗空白。因此，當試樣溶液元素含量較低時，扣除試驗空白觀測值對最終結果的影響會相對增加，此時，空白觀測值所帶來的不確定度是無法忽略的。但查閱相關文獻，發現大部分的研究都選擇不考慮或簡化痕量分析中試驗空白對測量結果的影響，本文在不確定度評定過程中，正視試驗空白的影響，用具體的分析數據和結果說明痕量分析檢出限附近難以準確定量。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

試驗樣品購自某食品店鋪，2 000 g/罐。

鉛標準儲備液（GSB 04-1742-2004，1 000 μg·mL-1），國家有色金屬及電子材料分析測試中心；硝酸（優級純），德國默克；30%過氧化氫（優級純），成都市科隆化學試劑廠；Colpd TM 膠體鈀通用型基體改進劑（50 mL/瓶，發明專利：ZL201010028121.9，成都微檢）；實驗用水（一級水）。

PinAAcle 900T 型原子吸收光譜儀，美國Perkin Elmer；Med-C 型微波消解儀，上海屹堯；BSA224S型電子天平，Sartorius。

1.2 試驗方法

1.2.1 試樣處理

稱取混合均勻的葛根粉樣品約0.5 g（精確至0.000 1 g）裝入微波消解罐中，在通風櫥中使用玻璃刻度吸管加入5 mL 硝酸和1 mL 過氧化氫，按微波消解儀操作步驟使試樣消解。程序運行結束后，待溫度降至80 ℃左右，打開消化罐塞，放入趕酸儀中，設定溫度為160 ℃，在通風櫥中加熱使消解液揮發至1 mL左右。取出消解罐，待其溫度降至室溫，用水少量多次淌洗消解罐內部，將消解液及淌洗液均移入10 mL玻璃制單標線容量瓶中，用水定容至分度線，顛倒混勻后置于合適位置待用。同時做試劑空白試驗。

1.2.2 儀器準備

將儀器調試至最佳測定狀態，設定波長為283.3 nm、狹縫寬度為0.7 nm、鉛空心陰極燈工作電流為10 mA、選擇塞曼效應為背景校正，設置適當的石墨爐工作程序，確保儀器清洗用水和保護氣用量正常。

1.2.3 測定

在計算機操作界面中設置標準應用液、試劑空白溶液、稀釋用水、Colpd TM 膠體鈀和試樣液體放置的位置及吸取體積，依次分析標準系列溶液、試劑空白溶液和試樣溶液，繪制標準擬合曲線，與標準系列比較定量。

1.3 數學模型建立

葛根粉樣品中鉛含量的計算公式為

式中：X為葛根粉樣品中鉛的含量（以Pb 計），mg·kg-1；V為試樣消解液定容體積，mL；ρ為代入標準曲線獲得的樣品溶液鉛濃度，μg·L-1；ρ0為代入標準曲線獲得的空白溶液鉛濃度，μg·L-1；m為稱取的葛根粉樣品質量，g；1 000 為換算系數[8]。

2 結果與分析

2.1 識別不確定度來源

根據試驗方法，梳理表述出鉛的測量程序為樣品稱取→試樣消解→定容→標準溶液準備→設備準備→標準曲線→測定空白→測定試樣→計算結果。

根據測量程序和計算模型，列出與鉛檢測結果具有因果關系的不確定度分量主要有5 個，即鉛標準應用液制備、標準曲線擬合、試樣消解溶液體積、葛根粉樣品質量和重復測定。

2.2 量化不確定度分量

2.2.1 鉛標準應用液制備的不確定度urel(c)

（1）標準應用液制備過程。用移液器吸取0.25 mL 鉛標準儲備液于25 mL 單標線容量瓶，用潔凈的膠頭滴管滴加5%硝酸溶液至分度線，顛倒混勻，配制成10 μg·mL-1的鉛標準中間液；另取一只25 mL容量瓶，吸取鉛標準中間液0.125 mL加入其中，用潔凈的膠頭滴管滴加5%硝酸溶液至分度線，顛倒混勻，配制成50 μg·L-1的鉛標準應用液，由儀器設置的程序自動稀釋成標準系列溶液。

分析配制過程，鉛標準應用液制備的不確定度來源于標準儲備液標示質量濃度和稀釋過程，其中稀釋過程中使用的移液器和容量瓶體積主要受示值校準和溫度浮動的影響會產生不確定度。

（2）鉛標準儲備液標示質量濃度的不確定度urel(c1)。查看鉛單元素標準儲備液國家標準物質證書，相對擴展不確定度為0.7%，k=2。鉛標準儲備液標示質量濃度引入的相對標準不確定度為

（3）標準應用液稀釋過程引入的相對標準不確定度urel(c2)。查100 ～1 000 μL 移液器校準證書，相對擴展不確定度為0.3%，k=2。配制10 μg·mL-1的鉛標準中間液時吸取鉛標準儲備液體積V1=0.25 mL，則V1由示值校準引入的標準不確定度為

水的體積膨脹系數為2.1×10-4℃-1[9]，水的體積膨脹系數明顯高于對固體玻璃體積的熱膨脹系數，可不考慮溫度對量器本身體積的影響，實驗室溫度浮動于（20±5） ℃，視為矩形分布，則V1由溫度引入的標準不確定度為

將V1的兩個影響因素進行合成，則配制10 μg·mL-1的鉛標準中間液吸取鉛標準儲備液體積引入的相對標準不確定度為

同理，配制50 μg·L-1的鉛標準應用液時吸取鉛標準中間液體積V2=0.125 mL，V2由示值校準引入的標準不確定度為

將V2的兩個影響因素進行合成，配制50 μg·L-1的鉛標準應用液時吸取鉛標準中間液體積引入的相對標準不確定度為

稀釋過程定容體積V3=25.0 mL，根據JJG 196—2006，A 類25 mL 容量瓶的容量允差為±0.030 mL，視為三角形分布，[10]，則V3由示值校準引入的標準不確定度為

將V3的兩個影響因素進行合成，配制標準應用液過程中定容體積引入的相對標準不確定度為

配制過程經歷兩次定容，配制過程為積商模型，因此標準應用液稀釋過程引入的相對標準不確定度為

（4）鉛標準應用液制備引入的相對標準不確定度urel(c)為

2.2.2 標準曲線擬合的不確定度urel(L)

以濃度c（μg·L-1）對應吸光度值A，繪制標準曲線[11]。標準系列溶液測定結果見表1。

表1 鉛標準系列測定結果

標準曲線方程為

式中：Aj為第i個標準系列溶液的第j次吸光度值；i為標準系列序號標識；j為標準系列溶液各自的測定次數標識；ci為第i個標準系列溶液濃度，μg·L-1；b為斜率；a為截距。

根據表1結果擬合得到的標準曲線為Aj=0.001 3ci-0.000 1，線性相關系數r=0.999 8，即b=0.001 3，a=-0.000 1。樣品重復測定兩次，其試樣溶液中鉛的平均濃度ρs=3.342 μg·L-1。試劑空白溶液鉛濃度為ρ0=1.531 μg·L-1。

使用線性最小二乘法擬合曲線計算樣品溶液濃度引入的標準不確定度u(ρs)為

殘差標準偏差s為

式中：p為試樣平行測定次數；n為標準系列溶液總次數；為n次所有標準溶液濃度的平均值，μg·L-1；cj為第i個標準系列溶液的第j次代入不確定度計算的濃度，μg·L-1。

若不考慮空白試驗帶來的不確定度影響，則標準曲線擬合引入的相對標準不確定度為

本實驗中試樣溶液鉛濃度與空白溶液鉛濃度比較接近，且處于同一數量級，考慮空白試驗帶來的不確定度影響。試劑空白測定次數p=1，按照式（3）中u(ρs)方式，計算擬合空白溶液濃度引入的標準不確定度為u(ρ0)=0.592 4 μg·L-1。

將參與擬合的試樣溶液和空白溶液不確定度進行合成得到標準曲線擬合引入的標準不確定度u(L)為

標準曲線擬合引入的相對標準不確定度urel(L)為

比較考慮空白試驗影響和不考慮空白試驗影響兩種情況標準曲線擬合引入的相對標準不確定度計算結果，urel(L)明顯大于u＇rel(L)。可以發現，痕量分析在檢出限附近定量時，空白試驗觀測值對不確定度的影響較大，不可忽略。

因此，本實驗充分考慮空白試驗帶來的不確定度影響，將標準曲線擬合引入的相對標準不確定度urel(L)=0.221 1代入最終結果進行合成標準不確定度計算。

2.2.3 試樣消解溶液體積的不確定度urel(V)

定容操作重復性的影響視為包含于重復測定的不確定度中，因此不考慮定容操作重復性的影響[12]。

對于校準的影響，A 類10 mL（V）容量瓶的容量允差為±0.020 mL，視為三角形分布，[13]，則V由示值校準引入的標準不確定度為

將V的兩個影響因素進行合成，則試樣消解溶液體積引入的相對標準不確定度urel(V)為

2.2.4 葛根粉樣品質量的不確定度urel(m)

樣品質量獲取為直接稱量，影響質量不確定度的因素主要有校準、線性、日偏移、可讀性等，實驗室環境溫度在電子天平說明書所要求的范圍內，且按規范進行電子天平的使用和操作，線性、日偏移、可讀性等因素對質量不確定度影響相對較小，評估暫不考慮線性對電子天平示值的影響。

對于校準的影響，查看稱量用電子天平校準證書，偏載誤差為0.2 mg，重復性誤差為0.1 mg，示值誤差為0.2 mg，視為矩形分布，m按0.5 g 計。由葛根粉樣品質量引入的標準不確定度u(m)為

葛根粉樣品質量引入的相對標準不確定度urel(m)為

2.2.5 重復測定引入的相對標準不確定度urel(rep)

試樣進行兩次測定的樣品量分別為0.577 5 g、0.569 7 g，試樣溶液鉛濃度分別為3.386 μg·L-1、3.297 μg·L-1，空白溶液鉛濃度ρ0為1.531 μg·L-1。計算樣品鉛含量分別為0.032 mg·kg-1、0.031 mg·kg-1，試樣平均鉛含量X=0.032 mg·kg-1，標準偏差S=0.000 79 mg·kg-1，因此重復測定引入的標準不確定度u(rep)為

則重復測定引入的相對標準不確定度urel(rep)為

2.2.6 合成標準不確定度u(X)和擴展不確定度U

計算模型為積商模型，將以上評定的各分量進行合成，得到鉛含量的合成標準不確定度u(X)為

考慮置信水平為95%，與之相適應因子k=2，計算鉛含量的擴展不確定度U為

U=u(X)×k=0.007 1×2=0.014 m g· kg-1

2.3 不確定度報告

依據《食品安全國家標準 食品中鉛的測定》第一法測定葛根粉中鉛的含量（以Pb 計）為（0.032±0.014）mg·kg-1，k=2。

3 結論

比較各組分量的不確定度評定結果，可以看出不確定度貢獻最大的分量為標準曲線擬合，其中空白試驗對測量不確定度結果影響較大，痕量分析在檢出限附近定量時，相對標準不確定度會增大，不利于準確測量。不確定度貢獻次之的分量為重復測定，因此合理設計標準曲線和優化標準曲線擬合、規范實驗操作和控制測量精密度可以減小測量不確定度。

試樣在消解過程中存在污染或損失等情況，因未進行回收率試驗分析，所以本次評定未考慮由回收率帶來的不確定度影響。當實驗中遇到測定超出標準線性范圍需要進行樣品溶液稀釋時，應充分考慮稀釋系數不確定度分量。