木薯淀粉中鉛含量測量不確定度評估

劉瑞芳，廖和菁，騰彩超，吳惠清

（廣西東興出入境檢驗檢疫局，廣西東興538100）

木薯淀粉中鉛含量測量不確定度評估

劉瑞芳，廖和菁，騰彩超，吳惠清

（廣西東興出入境檢驗檢疫局，廣西東興538100）

通過石墨爐原子吸收光譜法重復(fù)測定木薯淀粉中的鉛含量，建立不確定度評定數(shù)學模型，系統(tǒng)分析和量化不確定度各分量，分析了測量過程中的不確定度主要來源于樣品制備的不確定度，標準物質(zhì)引入的不確定度，曲線擬合中產(chǎn)生的不確定度以及重復(fù)試驗的不確定度。

石墨爐原子吸收光譜法；木薯淀粉；鉛；測量不確定度

木薯淀粉，是木薯經(jīng)過淀粉提取后脫水干燥而成的粉末。被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)與非食品工業(yè)中。從東興口岸入境的木薯淀粉主要應(yīng)用于食品工業(yè)，為食用木薯淀粉。根據(jù)NY/T 875-2012《食用木薯淀粉》的標準規(guī)定[1]，污染物鉛為木薯淀粉重要的衛(wèi)生指標之一，也是出入境檢驗檢疫重要的執(zhí)法依據(jù)之一。實驗室實行對入境食用木薯淀粉進行批批檢驗的方式，來保證入境食用木薯淀粉的質(zhì)量。實驗室采用GB 5009.12-2010《食品安全國家標準食品中鉛的測定》方法對木薯淀粉中的鉛進行測定[2]。通過對該檢測方法進行分析，量化各不確定度分量，提出合成不確定度[3]，以減少檢測過程中的誤差，提高檢測結(jié)果的準確性。

1 實驗原理及方法

試樣經(jīng)灰化或酸消解后，注入原子吸收分光光度計石墨爐中，電熱原子化后吸收283.3 nm共振線，在一定濃度范圍，其吸收值與鉛含量成正比，與標準系列比較定量。

配制濃度分別為2.5、5、10、20、40 ng/mL的鉛標準使用液。自動進樣器進樣20μL于石墨爐測量吸光度A，并得到吸光度A與濃度相關(guān)的一元線性回歸方程。

稱取0.5 g已混勻木薯淀粉試樣于瓷坩鍋中，用紅外線加熱板進行炭化，炭化完全后移至馬弗爐于500℃灰化完全。用0.5%硝酸溶液溶解灰份，轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶中，繼續(xù)用0.5%硝酸溶液少量多次洗滌坩鍋，合并洗液于25mL容量瓶中并定容至刻度，混勻，自動進樣器進樣20μL于石墨爐測量吸光度A。將吸光度代入一元線性回歸方程，求得樣品溶液中鉛含量。

2 數(shù)學模型

實際評估中，應(yīng)該考慮各種隨機影響，故在數(shù)學模型中增加一個重復(fù)性系數(shù)frep，其數(shù)值等于1，該系數(shù)的相對標準不確定度等于測量結(jié)果的合成重復(fù)性不確定度分量。評定不確定度的數(shù)學模型為[3]：

式中：X為樣品中鉛含量，（mg/kg）；C為測定樣液中鉛含量，（ng/mL）；V為試樣處理后定量總體積，mL；M為試樣質(zhì)量，g；frep為合成重復(fù)性不確定度分量，值為1。

3 不確定度分量的來源及評定

從試驗過程和數(shù)據(jù)模型分析，測量不確定度主要來源于以下幾個方面：（1）重復(fù)性實驗室引入的不確定度；（2）樣品稱量引入的不確定度；（3）樣品消解后定容體積產(chǎn)生的不確定度；（4）標準工作溶液配制產(chǎn)生的不確定度；（5）儀器擬合標準曲線產(chǎn)生的不確定度。

圖1 不確定度來源因果圖Fig.1 The causeand effect diagram of sourcesof uncertainty

3.1 重復(fù)性實驗引起的不確定度

該不確定度分量主要由樣品的重復(fù)測定所引入，包含了整個測量過程中各種隨機影響，適于不確定度的A類評定。

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，鉛含量的標準差為：

按正態(tài)分布計算，標準不確定度為Sx/2=0.002 65 mg/kg。

3.2 質(zhì)量m引入的不確定度

稱量使用編號為200845JAH015的電子天平。木薯淀粉的稱樣量為0.5 g，電子天平具有0.1mg的分辨率。稱量過程產(chǎn)生的不確定度主要來自于天平的靈敏度、線性、測量的重復(fù)性以及浮力等，為B類不確定度。不需要考慮浮力修正，因為其影響可以忽略不計。由此天平檢定證書得知，所使用天平最大允差為±0.1mg，按均勻分布處理，則有標準不確定度為0.057 7mg。樣品質(zhì)量為0.5 g，其相對標準不確定度為0.000 057 7/0.5=0.000 115 0。

3.3 試樣處理后定容總體積V引入的不確定度

體積V引入的不確定度主要包括兩個部分：一是容量瓶體積引入的不確定度；二是校準溫度與實驗室溫度不同產(chǎn)生的不確定度。查檢定證書得知，檢定溫度為24℃，實驗室溫度一般為（25±1）℃，故由溫度產(chǎn)生的不確定度不計。定容使用A級容量瓶，查檢定證書知，最大允差為±0.03mL，為B類不確定度。按均勻分布計算，其標準不確定度為相對標準不確定度為0.017 3/25=0.000 692。

3.4 標準工作曲線引入的不確定度

標準工作曲線引入的不確定度主要來源于標準溶液的配制以及儀器擬合標準曲線引入的不確定度。

3.4.1 標準溶液的配制引入的不確定度

標準溶液的配制引入的不確定度主要受移液管，移液槍、定容用容量瓶以及溫度等影響，適于不確定度的A類評定。

80 ng/mL標準工作溶液的配制過程：用1mL移液管（A級）準確移取1mL濃度為1 000μg/mL的鉛標準溶液（有證標準物質(zhì)），置于100mL容量瓶中（A級），用0.5%硝酸溶液稀釋至刻度搖勻，制成濃度為10μg/mL的鉛中間標準工作溶液；用1 000μL移液槍準確吸取0.8mL濃度為10μg/mL的鉛中間標準工作溶液，置于100mL容量瓶中（A級），用0.5%硝酸溶液稀釋至刻度搖勻，制成濃度為80 ng/mL的鉛標準工作溶液。

標準溶液的濃度計算公式：

式中：Cm為標準母液濃度（1 000μg/mL）；Vm為標準母液用量（1mL）；Vz為鉛中間標準溶液的用量（0.8mL）；Vg為配制鉛標準溶液的定容體積（100mL）；Vr為配制鉛中間標準溶液的定容體積（100mL）。

3.4.1.1 標準物質(zhì)引起的不確定度

標準母液為有證標準物質(zhì)，經(jīng)查標準物質(zhì)證書，擴展不確定度為2μg/mL。K=2。則相對標準不確定度為：

3.4.1.2 移液管引起的不確定度

1mL單標線移液管移取標準母液引入的不確定度，屬于B類不確定度，按三角形分布計算。則有：

讀數(shù)誤差引起的不確定度為0.001，假定為均勻分布。則有：

相對標準不確定度為：Uvmrel=0.00 25

3.4.1.3 容量瓶體積引起的不確定度

容量瓶體積Vr引入的不確定度，屬于B類不確定度，按照三角形分布計算。影響體積不確定度主要有兩個方面：校準，溫度。制度商給出的容量瓶在20℃的體積為（100±0.1）mL，不確定度采用三角形計算，則標準不確定度為。讀數(shù)誤差為0.01mL，假定為均勻分布，則有

3.4.1.4 移液槍引起的不確定度

1 000μL移液槍移取標準中間液引入的不確定度，屬于B類不確定度，按三角形分布計算。

標準不確定度Uvm=u/k=0/2.45=0

3.4.1.5 容量瓶體積Vg引入的不確定度

容量瓶體積Vg引入的不確定度，屬于B類不確定度，按三角形分布計算。其相對標準不確定度的計算同3）：Uvgrel=0.000 7mL，則由標準溶液的配制引起的相對標準不確定度為：

3.4.2 儀器擬合標準曲線引入的不確定度（Ux）

所用儀器為島津AA-7000FG，石墨爐法測定所配制標準工作溶液的吸光度，每個濃度測定2次，結(jié)果見表2。

表2 擬合標準曲線的數(shù)據(jù)Table2 Thedateof fitting Standard curve

通過以上數(shù)據(jù)，經(jīng)擬合得到一次線性方程：y= 0.010 359x+0.002 497 1。其中斜率b=0.010 359，截距a=0.0024971，相關(guān)系數(shù)為0.9999，對于被測量x，應(yīng)用此線性方程計算公式為：x=（y-0.002 497 1）/0.010 359，故由y，a，b三個因子的不確定度來求出樣品濃度x的不確定度按下式計算：

式中：P為試樣平行測量次數(shù)；N為擬合直線的數(shù)據(jù)對總數(shù)；Y為試樣測量響應(yīng)值（P個）的平均值；yˉ為繪制擬全曲線響應(yīng)值（n個）的平均值；Ci為繪制擬合曲線用某標準溶液濃度值；Cˉ為繪制擬合曲線用標準溶液濃度輸入值Ci（n個）的平均值；S（y）回歸標準偏差。

討論最小二乘法的測量不確定度時，與xi對應(yīng)的每一個響應(yīng)值yi是隨機的。擬合直線的標準偏差即回歸標準偏差為：

式中：yi-yfi是輸入量為xi時，儀器響應(yīng)值與擬合曲線上對應(yīng)的響應(yīng)值之差。

根據(jù)外標法樣品測定原理，樣品溶液的濃度在標準曲線中間位置時，測量效果最佳。故最佳吸光度為：0.209 7。

其相對標準不確定度為：ur（x）=0.0170/12.91=0.0013

由4.1和4.2合成的標準工作曲線引入不確定度為：

4 結(jié)果與討論

4.1 合成標準不確定度

表3 不確定度分量匯總Table3 Thesummary ofuncertainty com ponents

合成相對不確定度為：

則標準不確定度為：

4.2 擴展不確定度

由不確定度分量匯總表判定被測量的分布為正態(tài)分布，根據(jù)Veff=7，查得t95（7）=2.36，即包含因子k=1.960。故擴展不確定度為：U95=1.960×0.000 23= 0.000 45mg/kg

5 結(jié)果表示

木薯淀粉中鉛的含量X=（0.058±0.000 45）mg/kg（置信概率95%，擴展因子1.96）。

6 總結(jié)

通過不確定度的評定可以看出，影響測量結(jié)果的最大因素是樣品的重復(fù)測定，即樣品前處理過程的平行性。因此，在測量過程中，要特別注意樣品前處理過程的平行性問題。在實際測量過程中，應(yīng)特別注意樣品稱樣量盡可能一致，盡可能縮小樣品的定容體積偏差，在整個測量過程中，盡可能保持環(huán)境穩(wěn)定以及通過增加測量樣品的次數(shù)來剔除一些不合理的測量數(shù)據(jù)等。

[1]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.NY/T 875-2012食用木薯淀粉[OL]. http://www.foodmate.net,2012:4

[2]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB 5009.12-2010食品安全國家標準食品中鉛的測定[OL].http://www.foodmate.net,2010:3-5

[3]中國合格評定國家認可委員會.CNAS-GL06:2006化學分析中不確定度的分析指南[C].中國合格評定國家認可委員會,2006: 31-35

[4]李正東.測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計檢驗方法化學測量不確定度評定[Z].中國計量科學研究院,2013:48-57

Lead M easurement Uncertainty Evaluation of the Cassava Starch

LIURui-fang，LIAOHe-jing，TENGCai-chao，WUHui-qing

（Guangxi Importand Export Inspection and Quarantine Bureau，Dongxing 538100，Guangxi，China）

Bymeans of GFAAS，repeatmeasure the lead content of the edible cassava starch，establish the mathematicalmodelof the Uncertainty.Systematically analyse and quantize the componentsof the Uncertainty，and analyse the Uncertainty in themeasuring processmain source in sample preparation，referencematerial，curve fittingand repeated test.

GFAAS；cassava starch；lead；Uncertainty

2013-07-30

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.23.021

劉瑞芳（1980—），女（漢），本科，從事食品檢驗工作。