乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制

曹玉蘭，周劍，魏敏，柴艷兵，李興佳，安巧云，張耀廣

（1.君樂寶乳業(yè)集團(tuán)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部乳品質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050021；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

鈣是人體必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，乳粉作為一種高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值食品，其鈣含量高，有利于人體吸收和利用。人體中鈣含量過?；虿蛔憔鶗?huì)影響生長(zhǎng)發(fā)育和健康，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)乳粉中鈣含量制定了限量范圍，因此準(zhǔn)確檢測(cè)乳粉中的鈣含量具有十分重要的意義。

目前鈣的檢測(cè)方法主要有火焰原子吸收光譜法、電感耦合等離子體光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等［1–2］，其中火焰原子吸收光譜法因具有快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。為有效避免基體效應(yīng)對(duì)物質(zhì)成分分析的影響，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要具有可靠性和可溯源性的鈣基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用于實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制［3–5］。目前關(guān)于以乳粉為基體的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究主要集中于脂肪、蛋白質(zhì)、維生素B2、黃曲霉M1等成分［6–9］，尚未見乳粉中鈣成分基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制的報(bào)道。另外，購(gòu)置大量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)會(huì)增加企業(yè)成本，針對(duì)企業(yè)對(duì)乳粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)需求現(xiàn)狀，筆者研制了乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

原子吸收分光光度計(jì)：AA–7000 型，日本島津企業(yè)管理有限公司。微波消解儀：MARS 6 型，美國(guó)培安有限公司。電子天平：BSA 224S 型，感量為0.1 mg，德國(guó)賽多利斯科學(xué)儀器有限公司。

鈣單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：質(zhì)量濃度為1 000 μg／mL，不確定度為0.5 μg／mL，編號(hào)為GBW（E） 080118，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。

硝酸：優(yōu)級(jí)純，默克化工技術(shù)（上海）有限公司。

氧化鑭：優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器工作條件

波長(zhǎng)：422.7 nm；狹縫：0.7 nm；燈電流：5 mA；燃燒頭高度：8 mm；空氣流量：15 L／min；乙炔流量：2 L／min。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)制備

乳粉與水按照1∶7 質(zhì)量比進(jìn)行復(fù)溶，在復(fù)原乳中按照目標(biāo)成分范圍添加鈣單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行配制，然后經(jīng)過攪拌混合、凍干、混勻、封裝、輻照、低溫冷凍保存等技術(shù)工藝，獲得該基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)候選物，用避光鋁箔袋封裝，按每袋8 g 分裝，共包裝800 個(gè)單元［10–12］，采用放射性同位素60Co 的γ 射線進(jìn)行輻照滅菌，于–20 ℃低溫避光保存。

1.4 定值方法

1.4.1 樣品處理

準(zhǔn)確稱取乳粉0.5 g（精確至0.001 g）于微波消解罐中，加入5 mL 硝酸，1 mL 過氧化氫，按微波消解的操作步驟消解試樣（微波消解條件為190 ℃，25 min），冷卻后取出消解罐，在趕酸器中于140～160℃趕酸至1 mL 左右，消解罐冷卻后，將消解液轉(zhuǎn)移至25 mL 容量瓶中，用少量水洗滌消解罐2～3 次，合并洗滌液于容量瓶中，用水定容至標(biāo)線，根據(jù)實(shí)際測(cè)定需要稀釋，并在稀釋液中加入鑭溶液（20 g／L）使其在最終稀釋液中的質(zhì)量濃度為1 g／L，混勻備用，此為試樣溶液，同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.4.2 定值

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品經(jīng)消解后，在1.2 儀器工作條件下，采用火焰原子吸收光譜法對(duì)乳粉中鈣進(jìn)行定值。

1.5 均勻性和穩(wěn)定性檢驗(yàn)

1.5.1 均勻性檢驗(yàn)

根據(jù)JJF1006–1994 《一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)規(guī)范》的要求對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行均勻性試驗(yàn)，從已分裝的鈣基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中隨機(jī)抽取25 袋樣品，采用火焰原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)試，每袋重復(fù)測(cè)定3 次，鈣均勻性檢驗(yàn)時(shí)最小取樣量為0.5 g。

1.5.2 穩(wěn)定性檢驗(yàn)

穩(wěn)定性檢驗(yàn)分為長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn)和短期穩(wěn)定性試驗(yàn)。按照先密后疏的原則，考察在一定時(shí)間內(nèi)乳粉中鈣含量隨時(shí)間的變化情況。測(cè)定方法與1.4基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值方法相同。

（1）長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn)。將樣品置于–20 ℃儲(chǔ)存，分別在第0、1、2、4、6 個(gè)月進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)，每次選取2 袋樣品，每袋樣品平行測(cè)定3 次。

（2）短期穩(wěn)定性試驗(yàn)。根據(jù)模擬運(yùn)輸過程中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行考察，分別將樣品置于4 ℃(冰箱)和50 ℃（烘箱）條件下，分別在第0、1、3、5、7 天進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)。

1.6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)聯(lián)合定值

聯(lián)合6 家權(quán)威實(shí)驗(yàn)室，按照1.4 方法進(jìn)行定值。向各機(jī)構(gòu)隨機(jī)發(fā)送3 個(gè)包裝樣品，每個(gè)包裝取3 個(gè)子樣品，以測(cè)定結(jié)果的平均值作為檢測(cè)結(jié)果，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法［13–15］對(duì)定值結(jié)果進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 均勻性檢驗(yàn)

按照1.5.1 方法對(duì)乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果通過方差分析（F檢驗(yàn)）判斷組內(nèi)和組間基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)有無系統(tǒng)性差異，F(xiàn)檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 均勻性檢驗(yàn)乳粉中鈣含量結(jié)果 mg／kg

表2 方差分析結(jié)果

由表2數(shù)據(jù)計(jì)算得F=組間均方差／組內(nèi)均方差=1.825，查表得F0.05(24，50)=1.86，F(xiàn)＜F0.05(24，50)，說明乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是均勻性的。

2.2 穩(wěn)定性檢驗(yàn)

按照1.5.2 方法對(duì)鈣基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定性和短期穩(wěn)定性檢驗(yàn)，結(jié)果數(shù)據(jù)見表3～表5。

表3 乳粉中鈣標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

表4 短期穩(wěn)定性檢驗(yàn)乳粉中鈣含量測(cè)定結(jié)果

表5 短期穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

依據(jù)JJF 1343—2012 《標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的通用原則及統(tǒng)計(jì)學(xué)原理》進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在6 個(gè)月長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn)中，乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)擬合直線斜率［16–17］β1=1.711 6，截距β0=3 119，標(biāo)準(zhǔn)偏差s2=8 495.01，與斜率相關(guān)的不確定度s(β1)=19.135 4。由表3 可知，|β1|＜t0.95，3s(β1)，表明乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在該包裝儲(chǔ)存條件下，6 個(gè)月內(nèi)是穩(wěn)定的，達(dá)到JJG 1006—1994 中的相關(guān)要求。

由表4、表5 可知，在4℃(冰箱)模擬運(yùn)輸條件下，β1=1.713，t0.95，3s(β1)=12.735 12；在50℃（烘箱）模擬運(yùn)輸條件下，β1=5.317，t0.95，3s(β1)=46.474 17。乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)擬合直線斜率|β1|＜t0.95，3s(β1)，說明在4℃(冰箱)和50℃（烘箱）條件下乳粉中鈣量值在7 天內(nèi)是穩(wěn)定的。

2.3 聯(lián)合定值

聯(lián)合6 家權(quán)威實(shí)驗(yàn)室，按照1.6 方法對(duì)乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行定值，結(jié)果見表6。

表6 乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值結(jié)果 mg／kg

按照J(rèn)JF 1343—2012 《標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的通用原則及統(tǒng)計(jì)學(xué)原理》對(duì)表6 數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，首先采用達(dá)戈斯提諾法（D 檢驗(yàn)）進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，得出統(tǒng)計(jì)量D值為0.282 5，大于臨界值0.275 7，表明該組數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。根據(jù)狄克遜法進(jìn)行可疑值檢驗(yàn)，將各實(shí)驗(yàn)室定值結(jié)果按照由小到大的順序排序，計(jì)算得r1=0.127 49，rn=0.113 36。當(dāng)n=54 時(shí)，查表得?（0.05,54）=0.32，則r1和rn均小于f（0.05，54），故所有數(shù)據(jù)均應(yīng)保留。根據(jù)科克倫法進(jìn)行組間數(shù)據(jù)等精度檢驗(yàn)，計(jì)算統(tǒng)計(jì)量6 組方差和為11 488.629，其中最大方差為3 032.861，計(jì)算得C=3 032.861／11 488.629=0.263 988，查 表 得C(0.05，6，9)=0.381 7，C＜C(0.05，6，9)，表明各組數(shù)據(jù)平均值間為等精度。

研制的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)乳粉中鈣定值結(jié)果為6 家實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果的總均值：3 196 mg／kg。

2.4 不確定度評(píng)定

乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值結(jié)果的不確定度由3 部分組成，分別為均勻性引入的不確定度、穩(wěn)定性引入的不確定度、定值過程引入的不確定度。

2.4.1 均勻性引入的不確定度

2.4.2 穩(wěn)定性引入的不確定度

由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不穩(wěn)定性引入的不確定度主要包括長(zhǎng)期穩(wěn)定性和短期穩(wěn)定性引入的不確定度。

穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ults=s(β1)·t（t 表示給定的保存期限），由表3 數(shù)據(jù)計(jì)算長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢驗(yàn)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

ults，rel=19.135 4×6／3 124=3.675%

由表4 和表5 數(shù)據(jù)計(jì)算短期穩(wěn)定性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

usts，rel(4℃)=4.004 75×7／3 092=0.907%

usts，rel(50℃)=14.614 52×7／3 103=3.296%

2.4.3 定值引入的不確定度

定值引入的不確定度是由6 家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合定值引入的A 類不確定度以及采用的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、稱量等過程引入的B 類不確定度兩部分組成。

將6 組實(shí)驗(yàn)室平均值作為1 組新數(shù)據(jù)，則定值引入的A 類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

在定值過程中B 類不確定度主要包括配制標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品稱量、樣品定容體積和標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合。定值過程引入的B類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量見表7。

表7 定值過程引入的B 類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

2.5 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度

乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值結(jié)果的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

擴(kuò)展不確定度：

乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的特性值為(3.20±0.35) mg／g，k=2。

3 結(jié)語(yǔ)

采用火焰原子吸收光譜法和6 家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合定值方式，研制了均勻性和穩(wěn)定性良好的乳粉中鈣成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，并對(duì)定值結(jié)果的不確定度進(jìn)行了評(píng)定，保證了乳粉中鈣成分測(cè)量定值的準(zhǔn)確性和可溯源性。該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)已獲批為國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，可用于乳粉中鈣成分的測(cè)定和實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制等，有效保證乳制品的質(zhì)量安全。