微波消解-HG-AFS法測(cè)定乳粉中硒的不確定度評(píng)定*

唐 瓊，陳思伊，龐 潔，黃艷桃

(南寧市疾病預(yù)防控制中心，廣西 南寧 530023)

測(cè)量不確定度是評(píng)定測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。1963年，原美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)專(zhuān)家埃森哈特在研究“儀器校準(zhǔn)系統(tǒng)的精密度和準(zhǔn)確度估計(jì)”時(shí)提出了采用測(cè)量不確定度的概念，受到國(guó)際上的普遍關(guān)注[1]。1993年，七個(gè)國(guó)際組織聯(lián)合發(fā)布了《測(cè)量不確定度表示指南》(簡(jiǎn)稱(chēng)GUM)。1999年，我國(guó)發(fā)布了JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范，該規(guī)范等同采用GUM，其基本術(shù)語(yǔ)以及測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示方法與GUM完全一致，成為我國(guó)進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定與表示的理論基礎(chǔ)，目前標(biāo)準(zhǔn)更新至JJF1059.1-2012《測(cè)定不確定度的評(píng)定與表示》。

硒是人體必需微量元素之一，它是多種蛋白質(zhì)和酶的必要組成部分，具有抗氧化，抗炎和調(diào)節(jié)甲狀腺激素等功能[2]。研究表明硒對(duì)新生兒，尤其是早產(chǎn)兒的健康和發(fā)育有至關(guān)重要的作用[3]。嬰兒食用含硒量低的乳粉可能會(huì)引起硒缺乏，對(duì)嬰兒健康有重大影響，近年一些嬰幼兒配方奶粉中有強(qiáng)化加硒的傾向[4-5]，因此準(zhǔn)確的測(cè)定嬰幼兒配方乳粉中硒含量非常重要，甚至硒的形態(tài)含量分析也逐漸成為研究重點(diǎn)[6-7]。目前國(guó)內(nèi)HG-AFS測(cè)硒的方法因其具有檢出限低，靈敏度高，干擾少等優(yōu)點(diǎn)在各領(lǐng)域已被廣泛研究[8-9]。實(shí)驗(yàn)依據(jù)GB 5009.93-2017標(biāo)準(zhǔn)[10]，采用微波消解樣品，氫化物原子熒光光譜法測(cè)試了兩種嬰幼兒配方乳粉標(biāo)準(zhǔn)分析物質(zhì)中的硒含量，分析測(cè)定結(jié)果的不確定度，采用GSB的硒標(biāo)準(zhǔn)溶液和6次平行試驗(yàn)的方法，找出影響測(cè)定結(jié)果不確定的因素[11-12]，對(duì)不確定度進(jìn)行評(píng)估，以其為食品中硒檢測(cè)結(jié)果的科學(xué)評(píng)定提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

儀器及工作條件：AFS-8230原子熒光光度計(jì)，北京吉天有限公司；硒空心陰極燈(工作條件：負(fù)高壓250 V，燈電流8 mA，原子化器高度8 mm，載氣流量300 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min，讀數(shù)時(shí)間10 s，延時(shí)遲時(shí)間1 s)，國(guó)家有色金屬。

試劑：硒標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(ρ(Se)=1000 μg/mL)，北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司；硒標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(ρ(Se)=0.1000 μg/mL)由硒標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋得到。鹽酸、硼氫化鉀、氫氧化鈉、鐵氰化鉀、硝酸、高氯酸均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水為電阻率18.30 MΩ·cm的去離子超純水。

樣品來(lái)源：GBW10115和GBW10118國(guó)家計(jì)量科學(xué)研究院，編號(hào)分別為1#和2#。

1.2 樣品處理方法

稱(chēng)取試樣0.5 g(精確至0.001 g)，置于消化管中，加8 mL硝酸于100 ℃ 預(yù)消解1 h后，置于微波消解儀中進(jìn)行消解(消解程序見(jiàn)表1)。冷卻后取出內(nèi)罐，將消化液轉(zhuǎn)移置錐形瓶中，加入幾粒玻璃珠于電熱板上加熱至近干，冷卻，再加入5 mL鹽酸溶液(1+1)，繼續(xù)加熱至溶液變?yōu)榍辶翢o(wú)色并伴有白煙出現(xiàn)。然后轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中，加入1.0 mL鐵氰化鉀溶液(100 g/L)，用7%鹽酸定容，混勻待測(cè)，同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

表1 微波消解程序

1.3 建立數(shù)學(xué)模型

乳粉中硒含量按式(1)計(jì)算

(1)

式中C0為樣品測(cè)試液中硒的含量，μg/L；V為樣品定容總體積，mL；m為稱(chēng)樣量，g；1000為μg換算成mg的系數(shù)。

觀(guān)察數(shù)學(xué)模型可知，各項(xiàng)參數(shù)相互獨(dú)立，由式(1)結(jié)合JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[13]得出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為：

(2)

1.4 測(cè)量不確定度的來(lái)源分析

嬰幼兒乳粉中硒含量測(cè)定不確定度的主要來(lái)源有：試樣稱(chēng)量質(zhì)量引入的不確定度、定容體積引入的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和配制過(guò)程引入的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)擬合引入的不確定度、重復(fù)性實(shí)驗(yàn)引入的不確定度。詳見(jiàn)表2。

表2 不確定度來(lái)源和類(lèi)型

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品稱(chēng)樣量產(chǎn)生的不確定度u rel(m)

2.1.1 天平校準(zhǔn)產(chǎn)生的不確定度

根據(jù)天平檢定證書(shū)給出的擴(kuò)展不確定度為2.2 mg，置信因子k=2，則天平校準(zhǔn)的不確定度為：u1(m)=0.0022/2=0.0011 g。

2.1.2 天平重復(fù)性稱(chēng)量變動(dòng)性產(chǎn)生的不確定度

用砝碼進(jìn)行9次稱(chēng)量，求得極差R=0.001 g，觀(guān)測(cè)列是正態(tài)分布，查表得極差系數(shù)C=2.97，由極差法[13]公式計(jì)算可得實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s(m)=R/C=0.001/2.97=0.00034 g。

試樣重復(fù)稱(chēng)量產(chǎn)生的不確定度為：

兩次稱(chēng)量后(即一次去皮，一次凈質(zhì)量)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量為：

稱(chēng)量0.500 g樣品引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2 用10 mL容量瓶定容消解液產(chǎn)生的不確定度urel (V)

2.2.1 容量瓶校正不確定度

2.2.2 容量瓶重復(fù)性稱(chēng)量變動(dòng)性產(chǎn)生的不確定度

將容量瓶充盈，通過(guò)10次重復(fù)測(cè)量，其變動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

2.2.3 溫度引起的體積不確定度

樣品消化液定容體積引入的不確定為：

定容消化液產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定為：

2.3 消化液中硒的濃度C0產(chǎn)生的不確定度urel(C0 )

此不確定主要由3個(gè)方面組成，即標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程中產(chǎn)生的不確定、標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)擬合時(shí)產(chǎn)生的不確定度、重復(fù)測(cè)量硒濃度產(chǎn)生的不確定度。

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程產(chǎn)生的不確定度urel(sd)

(1)硒標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1000 μg/mL由北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司研制，查證書(shū)得其擴(kuò)展不確定為1%，k=2，則標(biāo)準(zhǔn)不確定為：1/2=0.5 μg/mL。

其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定為u1(sd)=0.5/1000=0.00050。

(2)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)配制引入的不確定度u2(sd)

硒標(biāo)準(zhǔn)使用液ρ(Se)=0.1000 μg/mL由標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液ρ(Se)=1000 μg/mL逐級(jí)稀釋制成，整個(gè)過(guò)程用到了10，10，1 mL單標(biāo)線(xiàn)吸量管和100 mL單標(biāo)線(xiàn)容量瓶。再分別用1 mL分度吸管和5 mL分度吸管吸取0.1000 μg/mL硒標(biāo)準(zhǔn)溶液0.10，0.30，0.50，1.0，3.0 mL，分別置于10 mL容量瓶中，加入鐵氰化鉀溶液100 g/L 1.0 mL，再用7%鹽酸稀釋至刻度，混勻。使硒的標(biāo)準(zhǔn)系列濃度分別為1.000，3.000，5.000，10.000，30.000 μg/L。按照J(rèn)JF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》和JJG 196-2006《常用玻璃量具檢定規(guī)程》的要求，計(jì)算不確定度如表3所示。

表3 各玻璃量具的不確定

根據(jù)表2硒標(biāo)準(zhǔn)工作液ρ(Se)=0.1000 μg/mL配制過(guò)程引入的不確定度為：

標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)配制過(guò)程中引入的不確定為：

所以標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)擬合引起的不確定urel(A)

對(duì)5個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別測(cè)定3次，得到測(cè)定的熒光強(qiáng)度值yij，設(shè)y=b×C+a，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)和最小二乘法擬合得到標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)線(xiàn)性回歸方程為y=73.337C+15.513，方程的線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)r=0.9998。具體測(cè)量結(jié)果如表3所示。

表4 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行3次平行測(cè)定的結(jié)果

利用excel表格[15]計(jì)算實(shí)際熒光強(qiáng)度與理論熒光強(qiáng)度的殘差uj=yij-(73.337C+15.513)，按公式(3)計(jì)算殘差的標(biāo)準(zhǔn)偏差sR=18.68：

(3)

對(duì)1#、2#樣品中硒濃度分別進(jìn)行6次測(cè)定，由熒光強(qiáng)度通過(guò)直線(xiàn)方程求得C0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(4)計(jì)算得到，數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表5。

(4)

表5 樣品測(cè)試數(shù)據(jù)

2.3.3 測(cè)量重復(fù)性引起的不確定urel(rep)

根據(jù)貝塞爾法則，n=6次獨(dú)立測(cè)定中硒含量按公式(1)計(jì)算平均值分別為0.3379 mg/kg和0.4211 mg/kg，單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.0072 mg/kg和0.0114 mg/kg，平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.0029 mg/kg和0.0047 mg/kg，數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表6。

表6 重復(fù)測(cè)量結(jié)果

濃度測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的不確定度合成按公式(5)計(jì)算，數(shù)據(jù)如表7所示。

(5)

表7 濃度測(cè)量過(guò)程引起的不確定度計(jì)算表

2.4 合成不確定度

根據(jù)上述分析和計(jì)算結(jié)果，列出不確定分量表，結(jié)果見(jiàn)表8，由式(2)可得試樣的合成不確定度結(jié)果如表8所示。

表8 不確定度分量一覽表

2.5 計(jì)算擴(kuò)展不確定度

在95%置信概率下取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：

U=k×WSe×urel(WSe)

(6)

測(cè)試結(jié)果的表示如表9所示。

表9HG-AFS-Se結(jié)果的表示匯總表

3 結(jié) 論

采用微波消解原子熒光光譜法測(cè)定了嬰幼兒配方乳粉分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的總硒含量，測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相比較結(jié)果在質(zhì)控范圍內(nèi)，由表5可知測(cè)量精密度(RSD)分別為2.1%和2.7%，符合一般標(biāo)準(zhǔn)方法的要求。從表8可以看出，測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)擬合是引起不確定度的三大主要因素，三者均為濃度測(cè)量過(guò)程的引入的不確定度因素。因此在實(shí)際分析測(cè)量過(guò)程中，檢測(cè)人員在整體規(guī)范操作、提高檢測(cè)技能的基礎(chǔ)上，應(yīng)特別注重標(biāo)準(zhǔn)溶液配制的操作規(guī)范以及關(guān)注儀器的使用性能，建立合理適用的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)線(xiàn)性范圍，將儀器調(diào)整至最佳工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，以便降低不確定度，提高檢測(cè)準(zhǔn)確度。