石墨炉原子吸收法测定食品中铅含量的不确定度分析

卢姗，陈中，程仕群，伍尚森，吴炜亮（. 华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 50640；.广东产品质量监督检验研究院，广东佛山 58300）

石墨炉原子吸收法测定食品中铅含量的不确定度分析

卢姗2⋆，陈中1，程仕群2，伍尚森2，吴炜亮2
（1. 华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640；2.广东产品质量监督检验研究院，广东佛山 528300）

重金属残留是食品的主要污染之一。根据不同的食品种类，其标准均规定了相应的重金属限量值。铅是食品中的微量重金属之一，因此，食品国家标准常常将重金属铅作为衡量食品是否受到重金属污染的重要指标之一。根据GB/T 5009.12—2010《食品安全国家标准 食品中铅的测定》，采用石墨炉原子吸收法对食品中的铅进行测定，并对其不确定度进行分析评估。通过分析测定过程中各种不确定度的来源，计算不确定度分量，得出相对标准不确定度为0.210m g/kg，扩展不确定度为0.017 85 m g/kg（k=2），相对标准偏差为8.5%。通过石墨炉原子吸收法测定食品中铅的不确定度的研究，有利于提高检测数据的可重复性，保证检测数据的质量。

食品；铅；不确定度；石墨炉原子吸收法

铅及其化合物是重要的工业原料之一，在制造工业上被广泛应用。但铅属于天然有毒微量重金属元素，具有蓄积性、多亲和性的特点，易通过生物链富集而对植物及生物造成慢性毒副作用。摄入重金属铅污染严重的食品而造成的蓄积性毒副作用，会对消费者的肾脏、心血管系统、免疫系统、中枢神经系统或生殖系统造成损害［1-4］。

由于食品使用的初级农产品原材料及其在制造或包装过程中均有可能受到重金属铅的污染，因此，我国食品安全国家标准常常将重金属铅作为衡量食品是否受到重金属污染的重要指标之一。目前，食品中的铅含量主要采用石墨炉原子吸收光谱法、氢化物原子荧光光谱法、火焰原子吸收光谱法、二硫腙比色法及单扫描极谱法等进行检测。由于石墨炉原子吸收光谱法与其他方法相比，具有前处理简便、检出限低及灵敏度高等优点，因此，国家标准GB 5009.12-2010《食品安全国家标准 食品中铅的测定》将其作为检测食品中铅含量的第一方法［5］。

不确定度的测量是表征合理赋予被测量之值的分散性，与测量结果相关联的参数，其大小决定了测量结果的使用价值［6］。目前，通过对不确定度的评价，为有效控制实验室检测数据质量提供参考，为准确评估食品或药材中的重金属带来的质量安全风险提供科学方法。研究人员已对食物或药材中重金属的检测方法的不确定度进行了一定的研究陆美斌等人采用电感耦合等离子体质谱法对谷物中砷和镉的不确定度进行了评定［7］，此外，石墨炉原子吸收光谱法测定烟叶中的铅［8］，中药材黄芪中的铅［9］及稻米中的铅［10］的不确定度分析也均有相关研究，但石墨炉原子吸收光谱法测定食品中铅含量的不确定度尚未进行系统分析，因此，本文旨在通过对石墨炉原子吸收光谱法测定食品中铅含量的不确定度进行研究，为提高检测数据的可重复性及质量提供必要的理论参考依据［11，12］。

表1 C的重复检测结果

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 实验材料

硝酸：广州化学试剂厂，优级纯；过氧化氢（30%）：北京化学试剂研究所，BV-III级；磷酸二氢钠：广州化学试剂厂，优纯级；铅（标准品证书号：GSB G-62071-90）：国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院；硝酸钯：天津基准化学试剂有限公司；硝酸镁：广州化学试剂厂，优级纯。

1.1.2 实验仪器

AA600原子吸收光谱仪：美国铂金埃尔默仪器有限公司；ML204天平：梅特勒-托利多公司；MARS16微波消解仪：美国CEM公司；AWL-0501-U微量无机型超纯水机：重庆颐洋企业发展有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 铅标准液的配制

铅标准储备液：准确称取1.000g金属铅（99.99%），分次加入少量的硝酸（1+1），加热溶解，总量不超过37mL，移入1 000mL的容量瓶，加水至刻度，混匀。

铅标准使用液：吸取铅标准储备液1.0mL于100mL容量瓶中，加入0.5mol/L硝酸至刻度，经多次稀释成50.0μg/L铅的标准使用液。

1.2.2 试样制备

试样在去除杂物后，磨碎，过20目筛，储于塑料瓶中，保存备用。

1.2.3 试样消解

称取2g试样于聚四氟乙烯内罐，加硝酸4mL浸泡过夜，再加过氧化氢（30%）3mL（总量不能超过罐容积的1/3），盖好内盖，旋紧不锈钢外套，放入微波消解仪中进行消解处理。微波消解的程序升温条件为初始温度30℃，以9℃/min升至120℃，保持3min；以6.25℃/min升至170℃，保持5min；以5℃/min升至190℃，保持20min。消解完成后，聚四氟乙烯罐在箱内自然冷却至室温，用滴管将消化液吸入25mL容量的瓶中，用纯净水少量多次洗涤罐，洗液合并于容量瓶中，并定容至刻度，混匀备用；同时作试剂空白。

1.2.4 试样测定

仪器条件：波长283.3nm；狭缝0.7nm；灯电流10mA；干燥温度120℃，20s；灰化温度800℃，持续35s；原子化温度2 000℃，持续3s；背景校正为塞曼效应。基体改进剂为0.005mg硝酸钯及0.003mg硝酸镁。

标准曲线的绘制：吸取配制的铅标准使用液各10μL注入石墨炉，测得其吸光值，并求得吸光值与浓度关系的一元线性回归方程。

试样测定：分别吸取试样液和试剂空白液各10μL，注入石墨炉，测得其吸光值，代入标准系列的一元线性回归方程中求得样液中铅含量。

试样中铅含量按式（1）进行计算。

其中，X为样品中铅含量，mg/kg；C1为测定样液中铅的浓度，µg/L；C0为测定空白液中铅的浓度，µg/L；A为样品质量，g；V为定容体积，mL；F为稀释倍数。

2 结果与讨论

2.1 浓度（C）引起的不确定度

2.1.1 重复性引起的不确定度

依据JJG1059-1999《测量不确定度评定与表示》，用极差法［13］计算测定结果所产生的不确定度，重复测定产生的不确定度按公式（2）计算：

用公式（2）计算实测如表1所示食品消解液的10次测定结果所产生的不确定度。

从表1计算，结果重复测定产生的不确定度为3.99×10-2。

2.1.2 标准溶液引起的不确定度

配制标准溶液产生的不确定度的计算如公式（3），用铅标准液按比例稀释成为50µg/L铅标准使用液。

按照JJG 646-2006《移液器检定规程》［14］和JJG 196-2006《常用玻璃量具检定规程》［15］，按均匀分布计算标准偏差。1.00mL移液管检定证书给出的不确定范围在±0.002mL之间，标准偏差为；重复10次测量产生的标准偏差为0.006mL。温度引起的不确定度范围在±2℃之间，体积膨胀系数为2.1×10-4（1/℃），即1.00×2×2.1×10-4=4.2×10-4mL， 按95%的 置信概率（k=1.96）转换为标准偏差为4.2×10-4/ 1.96=2.14×10-4mL，得到1.00mL移液管引起的相对不确定度如公式（4）所示。

5.00mL移液管检定证书给出的不确定范围在±0.005mL之间，标准偏差为；重复10次测量产生的标准偏差为0.006mL。温度引起的不确定度范围在±2℃之间，体积膨胀系数 为2.1×10-4（1/℃），即5.00×2×2.1×10-4= 2.1×10-3mL，按95%的置信概率（k=1.96）转换为标准偏差为2.1×10-3/1.96=1.07×10-3mL，得到5.00mL移液管引起的相对不确定度如公式（5）所示。

100mL容量瓶检定证书给出的不确定度范围在±0.03mL之间，标准偏差为；重复10次测量产生的标准偏差为0.008mL。温度引起的不确定度范围在±2℃之间，体积膨胀系数 为2.1×10-4（1/℃）， 即100×2×2.1×10-4= 4.2×10-2mL，按95%的置信概率（k=1.96）转换为标准偏差为4.2×10-2/1.96 = 2.14×10-2mL，所以100mL的容量瓶引起的相对不确定度如公式（6）所示。

10mL容量瓶检定证书给出的不确定度范围在±0.006mL之间，标准偏差为；重复10次测量产生的标准偏差为0.007mL；温度引起的不确定度范围在±2℃之间，体积膨胀系数为2.1×10-4（1/℃）， 即10×2×2.1×10-4=4.2×10-3mL，按95%的置信概率（k=1.96）转换为标准偏差为4.2×10-3/1.96=2.14×10-3mL，得到10mL容量瓶引起的相对不确定度如公式（7）所示。

所以，

配制标准溶液产生的相对不确定度如公式（10）所示。

2.1.3 标准曲线引起的不确定度

标准系列的2次检测结果如表2所示，对数据进行拟合得到的一元线性回归方程为Y=0.002 6X+0.000 1，r=0.999 9，斜率b=0.002 6。

表2 标准溶液的测定结果

其中：P为测试C的次数，n为测试标准溶液次数，b为标准曲线的斜率，为测试C的平均值，为测试标准溶液的平均值。

所以，由标准曲线带来的相对不确定度为

2.1.4 仪器引起的不确定度

仪器鉴定证书上的RSD为0.22%，按正态分布95%的置信概率计算，置信因子为1.96，即：。

2.1.5 浓度引起的不确定度

2.2 定容体积（V）引起的不确定度

消解液定容至25.0mL后测定，25.0mL的容量瓶引起的不确定度计算如下，25mL容量瓶检定证书给出的不确定度范围在±0.01mL之间，按均匀分布计算标准偏差为；重复10次测量产生的标准偏差为0.006mL。温度引起的不确定度范围在±2℃之间，体积膨胀系数为2.1×10-4（1/℃），即 25×2×2.1×10-4=1.05×10-2mL， 按 95%的 置信概率（k=1.96）转换为标准偏差为：1.05×10-2/1.96=5.36×10-3mL，得到25mL容量瓶引起的相对不确定度为式（15）：

2.3 检样质量（m）引起的不确定度

根据检定证书可知所用天平的灵敏度为0.02g，按均匀分布，置信因子。被测量的可能值区间为半区间，即，则计算误差引入的标准不确定度：

用砝码在天平上重复称量10次，其极差R为0.02g，观测列呈正态分布，查表得极差系数C为2.97，则变动性标准偏差引入的标准不确定度为：；称重引起的标准不确定度为：； 10次称样的平均值为1.98g，得。

3 标准不确定度的合成与扩展

根据JJF 1135-2005《化学分析测量不确定度评定》［16］，最终的相对标准不确定度为式（16）。

经过10次重复测出的w = 0.210 mg/kg，所以得出U （w）=u（w）×w=0.042 5×0.210=0.008 925mg/k取扩展因子k=2，则扩展不确定度为0.008 925× 2=0.017 85mg/kg；相对标准偏差则为。

4 结论

GB/T 5009.12-2010《食品安全国家标准食品中铅的测定》规定，在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的20%。本论文通过探讨石墨炉原子吸收法测定食品中铅含量的不确定度，获得该检测方法在前处理及检测过程中的相对标准不确定度为0.210mg/kg，扩展不确定度为0.017 85mg/kg，相对标准偏差为8.5%。与标准规定相比较，实验过程中的不确定度所产生的相对标准偏差在标准允许范围内。

采用石墨炉原子吸收法测定食品中的铅含量，主要由重复性、标准溶液及标准、检测仪器、消解液的定容体积、样品质量等因素贡献，因此，在实验过程中，应通过降低检测仪器的噪音及消除背景干扰等手段降低检测中的不确定度，以提高检测数据的可重复性，保证检测数据的质量。

[1]方勇,杨文建,陈悦,等.重金属铅的化学形态及其食品安全[J].中国粮油学报,2013(6):123-128.

[2]钱韻芳,钟耀广.食品中铅的安全性分析[J].农产品加工•学刊,2008(12):84-86.

[3]陈天金,魏益民,潘家荣.食品中铅对人体危害的风险评估[J].中国食物与营养,2007(2):15-18.

[4]沈向红,应英,汤筠,等.浙江省2007年食品中铅、镉、汞、铝污染监测及危害分析[J].中国卫生检验杂志,2008(10):2081-2083.

[5]中华人民共和国卫生部.GB/T 5009.12-2010,食品安全国家标准食品中铅的测定[S].北京:中国标准出版社,2010.

[6]朱晓艳,曹国洲,刘在美,等.与食品接触聚丙烯成型品蒸发残渣测量不确定度的评估[J].食品科学,2010(2):145-147.

[7]陆美斌,李为喜,李静梅,等.电感耦合等离子体质谱法测定谷物中砷和镉的不确定度评定[J].中国食品学报,2014(5):180-185.

[8]黄淑芳,李晓忠,汪修奇,等.GFAAS测定烟叶制品中重金属铅的不确定度评定[J].光谱实验室,2011(6):3271-3276.

[9]蔡鹏,钱保勇,袁华峰.石墨炉原子吸收法测定黄芪中铅含量的不确定度评定[J].中国药师,2014(10):1645-1648.

[10]冯信平,田家金.石墨炉原子吸收分光光度法测定稻米中铬含量的不确定度分析[J].热带作物学报,2011(9):1765-1768.

[11]冯云,傅科杰,杨力生,等.AAS法测定重金属含量的不确定度分析[J].印染,2008(4):37-39,45.

[12]杜润峰,朱文亮,卢姗.与食品接触硅橡胶密封圈正己烷蒸发残渣不确定度的分析评估[J].食品科学,2014(16):222-226.

[13]国家质量技术监督总局.JJF 1059-1999,测量不确定度评定与表示[S].北京:中国计量出版社,1999.

[14]国家质量监督检验检疫总局. JJG 196-2006,常用玻璃量具鉴定规程[S].北京:中国计量出版社,2007.

[15]国家质量监督检验检疫总局.JJG 646-2006,移液器检定规程[S].北京:中国计量出版社,2006.

[16]国家质量监督检验检疫总局.JJF 1135-2005化学分析测量不确定度评定[S].北京:中国计量出版社,2005.

Uncertainty Determination of Pb in Food by Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry

LU Shan2⋆,CHEN Zhong1,CHENG Shi-qun2, WU Shang-sen2,WU Wei-liang2
(1.Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangdong Guangzhou 510640; 2. Quality Supervision, Inspection and Research Institute of Guangdong Foshan, Guangdong Foshan 528300)

Heavy metal pollution is one of the main contamination of food, so depending on the type of food, its standards are prescribed limit value corresponding heavy metal. Lead is one of the main heavy metal contamination in food, so food national standards often lead pollution as an important indicator of whether food contaminated by heavy metals. The first method of graphite furnace atomic absorption spectrometry of lead in food was evaluated according to GB / T 5009.12-2010 "national food safety standard Determination of lead in food" and analyzed using an assessment of its uncertainty. Through various sources of measurement uncertainty analysis process, calculate uncertainty components, derived relative standard uncertainty of 0.210 mg / kg, the expanded uncertainty was 0.01785 mg / kg (k = 2), and the relative standard deviation 8.5%. Through study on Uncertainty Measurement of lead in food using graphite furnace atomic absorption spectrometry. it helps to improve the repeatability of test data as well as ensure the quality of test data.

Food; Lead; Uncertainty; Graphite furnace atomic absorption spectrometry

TS254.7

A

2096-0387（2015）01-0056-04

简介：卢姗（1985-），女，广东佛山人，工学学士，工程师，研究方向：食品检测。