原子熒光光譜法測定大米中總汞含量的不確定度評價

王秀麗，張梅超，王 妙，王 妍，徐 毅

（威海市食品藥品檢驗檢測研究院，山東威海 264200）

大米營養十分豐富，是我國人們的主要糧食之一。但近年來氯堿、塑料、電池、電子等工業排放的廢水以及廢舊醫療器械等人類活動造成了水體汞污染，大大增加了重金屬污染的食品安全風險程度。汞元素作為食品中常見的有毒重金屬元素，具有較強的毒性，可對人體的中樞神經、消化系統、呼吸系統以及腎臟、血液等產生極大的負面性影響[1]。本文以《食品安全國家標準 食品中總汞及有機汞的測定》（GB 5009.17—2021）[2]中相關標準為主要依據，采用原子熒光光譜分析法測定汞的含量。而測量不確定度是定量說明檢測結果的重要指標，是評價方法合理性、科學性的參考依據。基于國家計量技術規范《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）[3]及《常用玻璃量器檢定規程》（JJG 196—2006）[4]的規定，參考其他不確定度評定相關文獻[5-6]，對熒光法測定大米中汞元素的不確定度來源逐一分析，對該方法的測量不確定度進行綜合評定，以加強分析過程的質量控制，提高汞元素檢測結果的準確性。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

大米標準物質（中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所）；硝酸（優級純，德國默克公司）；氫氧化鉀（優級純，天津市大茂化學科技廠）；硼氫化鉀（優級純，天津市科密歐化學試劑有限公司）；鹽酸（優級純，煙臺市遠東精細化工廠）；10 mg·L-1汞標準溶液（美國安捷倫公司）；全部試劑和試液均采用二級水配制，工作氣體高純氬氣（99.999%）。

AFS-933原子熒光光譜儀（北京吉天儀器公司）；汞編碼空心陰極燈；Mars6微波消解儀（美國CEM公司）；SQPPQUINTIX224-1電子分析天平（德國賽多利斯集團）。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液的配制

（1）汞標準中間液的配制。取0.5 mL汞標準溶液（10 mg·L-1）于50 mL容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至刻度，稀釋成100 ng·mL-1的汞標準中間液，搖勻備用。

（2）汞標準工作液的配制。分別用5%硝酸溶液將上述汞中間液稀釋成質量濃度為0.1 ng·mL-1、0.2 ng·mL-1、0.4 ng·mL-1、0.8 ng·mL-1和1.0 ng·mL-1的標準工作液。

1.2.2 樣品前處理

稱取0.5 g樣品于消解管中，加入7 mL硝酸，放置過夜。按照微波消解儀標準程序進行消解，冷卻后取出，緩慢開蓋排氣，置于100 ℃加熱趕去棕色氣體，用超純水轉入25 mL容量瓶中，用少量水分3次清洗消解罐，定容至刻度后待用。同時稱取3份大米標準物質，分別加入100 ng·mL-1的汞標準中間溶液20 μL至每份樣品中，按照上述步驟進行消解，做樣品加標回收試驗。同時做空白實驗。

1.2.3 儀器工作條件

燈電流：30 mA；負高壓：270 V；載氣：400 mL·min-1；屏蔽氣：800 mL·min-1。

2 結果與分析

2.1 不確定度數學模型

汞含量計算公式為

其中：x為試樣中所測元素的含量，mg·kg-1；C為消化液中（扣除空白后）汞元素的濃度，mg·kg-1；V為消化液的稀釋體積，mL；m為樣品的質量，g；1 000為換算系數。

2.2 不確定度來源與分析

根據具體實驗操作以及數學模型分析，大米中汞測定的不確定度因素主要來源于測量重復性urel(rep)、樣品稱量urel(m)、樣品稀釋體積urel(V)、標準溶液配制urel(C)以及樣品前處理過程urel(R)幾個方面。

2.2.1 測量重復性引入的相對標準不確定度urel(rep)

稱量10份平行樣品，對其進行汞含量的測定，10次測量結果分別為4.22 mg·kg-1、4.19 mg·kg-1、4.17 mg·kg-1、4.21 mg·kg-1、4.17 mg·kg-1、4.26 mg·kg-1、4.23 mg·kg-1、4.24 mg·kg-1、4.18 mg·kg-1和4.19 mg·kg-1。由此計算得到大米粉中汞含量的平均值為4.21 mg·kg-1，標準偏差為0.03 mg·kg-1，相對標準偏差為0.71%。

每次測定的結果會由稱量、提取及人員操作引入不確定度，為了防止重復引入，將幾個分量合并為總測量過程中的一個分量（由稱取、提取及操作重復性等隨機因素引入的不確定度），由測定結果的重復性表示。由以上數據計算可得重復性測量引入的相對標準不確定度為

2.2.2 樣品稱量引入的相對標準不確定度urel(m)

樣品稱量引入的不確定度主要由天平稱量最大誤差引入。根據天平檢定證書，該實驗中使用的天平最大允許誤差≤±0.000 5 g，天平的精度為0.000 1 g。按照矩形分布，取樣量按0.5 g計。則樣品稱量引入的相對標準不確定度urel(m)為

2.2.3 樣品稀釋體積引入的相對標準不確定度urel(V)

本實驗中將樣品消化液定容至25 mL容量瓶中。因此，該過程的不確定度由容量瓶允許誤差引入的不確定度u(Va)和溫度變化引入的不確定度u(Vb)導致。根據《常用玻璃量器檢定規程》（JJG 196—2006）中規定，20 ℃時25 mL單標線容量瓶容量允許誤差為±0.03 mL。

按照矩形分布，則由容量瓶允許誤差引入的相對標準不確定度為

20 ℃時，水的膨脹系數α為2.1×10-4℃-1，按照環境溫度變化為±3 ℃，定容體積v=25 mL，則溫度變化引入的不確定為

即容量瓶容量不確定度區間包含半峰寬為0.015 75 mL，符合均勻分布，包含因子則由溫度引入的相對標準不確定度為

因此，樣品稀釋體積引入的相對標準不確定度為

2.2.4 標準溶液配制引入的相對標準不確定度urel(C)

標準溶液配制引入的不確定度主要由標準物質的不確定度u(C1)和逐級稀釋引入不確定度u(C2)決定。

（1）標準物質引入的不確定度u(C1)。根據標準物質的證書可知其擴展不確定度為0.01，其中k=2，因此其引入的相對標準不確定度為

（2）逐級稀釋引入的不確定度u(C2)。u(C2)主要包括稀釋容器允許誤差的不確定度u(C2-v)和溫度變化引入的不確定度u(C2-T)。根據2.2.1標準物質配制過程，得知該實驗中用到的量器有1 mL移液槍、5 mL移液槍和6個50 mL容量瓶。其中，移液槍按照三角分布，容量瓶按照矩形分布，結合溫度變化引起的不確定度u(T)，其相對標準不確定度如表1所示。

表1 量具相對標準不確定度分析結果

因此，標準溶液逐級稀釋過程中引入的相對標準不確定度為

則合成標準溶液配制引入的相對標準不確定度urel(C)為

2.2.5 樣品前處理過程中引入的相對不確定度urel(R)

樣品前處理過程中引入的不確定度通常用回收率來評價，按照2.2.2中樣品處理方法，分別測定其中汞的含量并計算回收率，見表2。按照下列公式進行計算，樣品前處理過程引入的相對標準不確定度為

表2 樣品回收率計算結果

式中：S（r）為回收率標準偏差，%；為平均回收率，%。

2.2.6 合成不確定度

按照上述結果，將各分量的相對標準不確定度匯總，見表3。

表3 不確定度分量匯總表

按照不確定度的數學模型，合成相對標準不確定度的公式為

將上述各分量的相對標準不確定度數值代入公式中，可得合成相對標準不確定度為urel(X)=0.015。

2.3 擴展不確定度的評定

在95%置信概率下，包含因子k=2。則測量結果的擴展不確定度為

2.4 結果表示

在大米樣品中，當k=2時，汞含量結果表示為（4.21±0.13） mg·kg-1。

3 結論

通過對大米粉中總汞含量測定的不確定度分量進行評定，結果表明標準溶液配制、樣品前處理方法及測量重復性依次是測定過程中主要的不確定度來源，因此在測定過程中應嚴格按照標準規定的前處理方法進行處理，規范操作，增加測量次數，以及盡可能選擇帶證書的國家標準物質，以減小對總不確定度的影響。