液相色谱-原子荧光光谱法测定稻米中无机砷含量的不确定度评定

苏美冬，杨 锐，陈 佳，魏 凤

（成都市华测检测技术有限公司，四川成都 610041）

0 引言

CNAS-CL01-G003《测量不确定度的要求》，第8条对检测实验室的要求中的8.2条款，检测实验室应有能力对每一项有数值要求的测量结果进行测量不确定度评估。尤其当不确定度与检测结果的有效性或应用有关、或用户要求、或当测量不确定度影响到与规范限量的符合性时，应在检测报告中报告测量结果的不确定度[1]。砷在自然界中有2种存在形式，即有机砷（包括甲基砷、二甲基砷、砷糖等）和无机砷（包括三价砷、五价砷），而对人体有严重危害的是无机砷[2]。《食品安全国家标准食品中污染物限量》GB 2762—2017中对大米中无机砷的含量制定了严格的限量（≤0.2 mg/kg）[3]。该研究工作在GB 5009.11—2014《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》[4]第2篇第1法液相色谱-原子荧光光谱法为基础上，参考相关文献[5-9]，对大米中无机砷含量的不确定度进行评定。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

SAP-20-AFS-933型液相色谱-原子荧光光谱联用仪，北京吉天仪器有限公司产品；LD5-2B型离心机，北京京立离心机有限公司产品；DHG-9053A型恒温箱，上海精宏实验设备有限公司产品；FE28型pH计、LE204EI02型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司产品。

As（Ⅲ），As（Ⅴ）标准品：O2si，1 000 mg/L；磷酸二氢铵（色谱纯）、盐酸（优级纯）、硝酸（色谱纯）、氢氧化钾（优级纯）、硼氢化钾（优级纯）。

1.2 试验方法

依据GB 5009.11—2014《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》第2篇第1法[4]，称取1.0 g（精确到0.001 g）稻米试样于50 mL塑料离心管中，加入浓度为0.15 mol/L硝酸溶液20 mL，放置过夜。于90℃恒温箱中浸提2.5 h，每0.5 h振荡1 min。提取完毕后取出冷却至室温，以转速8 000 r/min离心15 min，取上清液，经0.45μm有机滤膜过滤，待测。同时做空白试验。

1.3 标准溶液的配制

分别吸取1.00 mL As（Ⅲ）（1 000 mg/L）和As（Ⅴ）（1 000 mg/L）标准溶液于100 mL容量瓶中，加水稀释至刻度得10.0 mg/L的As（Ⅲ），As（Ⅴ）混合使用液。再分别取As（Ⅲ），As（Ⅴ）混合使用液（10.0 mg/L）0，0.10，0.20，0.30，0.40，0.60 mL于100 mL的容量瓶中，加水稀释至刻度，此标准溶液质量浓度为0，10.0，20.0，30.0，40.0，60.0μg/L。

1.4 仪器条件

SAP-20仪器参数：原子荧光光度计，负高压300 V，总灯电流80 mA，辅助电流45 mA，载气流量500 mL/min，屏蔽气流量1 000 mL/min，载流7%HCl，还原剂为5 g/L氢氧化钾+30 g/L硼氢化钾。

色谱柱：阴离子交换色谱柱（柱长250 mm，内径4 mm），阴离子交换色谱保护柱（柱长10 mm，内径4 mm）；流动相组成：15 mmol/L磷酸二氢铵溶液（pH值6.00）；流动相洗脱方式：等度洗脱；流动相流速1.0 mL/min，进样体积100μL。

2 建立数学模型

试样中的无机砷含量：

式中：X——试样中的无机砷含量，mg/kg；

C——试样被测溶液中的无机砷质量浓度，μg/L；

V——试样消解液总体积，mL；

m——试样质量，g；

1 000——单位换算。

总无机砷等于As（Ⅲ）含量与As（Ⅴ）含量的加和。

3 不确定度来源的识别

从液相色谱-原子荧光光谱法测定稻米中无机砷含量的过程及计算公式显示，其结果的不确定主要由样品称量、样品定容、标准溶液及其配制、校准曲线拟合引入的不确定度等因素引入。

4 不确定度分量的评定

4.1 样品称量不确定度U rel（1）

称取1 g稻米样品，所用天平检定证书给出的最大允差为±0.1 mg，取均匀分布，则样品称量相对标准不确定度为

4.2 样品定容体积不确定度U rel（2）

试样处理液定容体积的不确定度主要来源于容量瓶的校准、温度、重复性3个方面。

样品定容于25 mL容量瓶，容量瓶校准证书查得，25 mL容量瓶的相对扩展不确定U=0.01 mL（k=2），其容量瓶引入的相对不确定度为

25 mL容量瓶在20℃校准，实验室温度范围为20±5℃，由于容量瓶等玻璃器皿的体积随温度的变化远小于溶液的变化，只考虑溶液体积的变化，并以水来计算。水的体积膨胀系数2.1×10-4/℃，使用矩阵分布，受温度波动引起的相对不确定度为

25 mL容量瓶重复充满10次称量，其标准偏差为0.08，重复性相对不确定度为

因此，样品定容体积不确定度合成为：

4.3 标准溶液引入的不确定度U rel（3）

4.3.1 As（Ⅲ）与As（Ⅴ）标准品引入的不确定度U标

As（Ⅲ）与As（Ⅴ）标准溶液证书给出标准物质量浓度为1 000μg/mL，As（Ⅲ）相对扩展不确定度为0.05%（k=2），As（Ⅴ）相对扩展不确定度为2%（k=2），则As（Ⅲ）与As（Ⅴ）标准溶液的相对标准不确定度为：

因此，标品引入的不确定度合成为：

4.3.2 标准溶液配制引入的不确定度U配

（1）10 mg/L标准储备液的配制的不确定度U储。配制标准使用可调式移液枪分别吸取As（Ⅲ）与As（Ⅴ）与As（Ⅴ）标准溶液1 mL于100 mL容量瓶中，用水定容，配成10.0 mg/L的As（Ⅲ），As（Ⅴ）混合标准储备液。

此过程中，依据JJG 196—2006《常用玻璃仪器检定规程》[10]，20℃时100 mL容量瓶（A级）的容量允差为±0.10 mL，取均匀分布，其不确定度为

1 mL可调式移液枪经校准，相对扩展不确定度为1.0μL（k=2），其相对不确定度为

因此，配制标准储备液所得到的不确定度合成为

（2）标准工作曲线的配制的不确定度U曲。采用1 mL移液器分别移取As（Ⅲ），As（Ⅴ）混合储备液（10.0 mg/L）0，0.10，0.20，0.30，0.40，0.60 mL于100 mL的容量瓶中，加水稀释至刻度，此标准溶液质量浓度为0，10.0，20.0，30.0，40.0，60.0μg/L。在标准曲线配制过程中，1 mL可调式移液枪相对扩展不确定度为1.0μL（k=2），其相对不确定度为

该过程使用移液枪5次，则

因此，标准溶液及其配制过程引入的不确定度合称为：

5 拟合标准曲线的不确定度U rel（3）

标准曲线所用砷标准溶液质量浓度分别为0，10，20，30，40，60μg/L，采用6个质量浓度水平，每个质量浓度测定3次，样品溶液测定6次，测得As（Ⅲ）与As（Ⅴ）的峰面积，依据最小二乘法进行拟合。得到As（Ⅲ）的线性方程为Y=4 707.77X+754.97，R2=0.999 3；As（Ⅴ）的线性方程Y=2 708.03X-2 078.43，R2=0.999 3；测得样品平均值为5.833 6μg/L，无机砷质量浓度为0.114 mg/kg。

样品中无机砷含量见表1。

表1 样品中无机砷含量

由校准曲线引入的不确定度计算公式：

式中p——样品测定次数；

n——标准溶液测定总次数；

Ci——样品平均质量浓度，μg/L；

C——标准溶液平均质量浓度，μg/L；

Cj——各标准溶液质量浓度，μg/L；

yj——各标准溶液浓度点的峰面积；

a——校准曲线截距；

b——校准曲线斜率。

计算所得，Scci（As（Ⅲ））=1 480μg/L；

Scci（As（V））=1 480μg/L；Sy（As（Ⅲ））=3 658.5μg/L；

Sy（As（V））=2 130.7μg/L；U曲As（Ⅲ）=0.684μg/L；

U曲As（V）=0.719μg/L；U（曲As（Ⅲ），As（Ⅴ））=0.992 4μg/L；

因此，由标准曲线引入的相对标准不确定度为：

6 相对不确定的合成扩展

6.1 合成不确定度

根据各不确定分量计算无机砷测定值的合成相对标准不确定度Urel（C）为：

6.2 扩展不确定度

取包含因子k=2（置信区间95%），样品无机砷含量平均值为0.114 mg/kg，样品中无机砷测定值的扩展不确定度计算为：

7 结论

稻米中无机砷的测量结果为0.114±0.019 mg/kg，k=2。通过对稻米中无机砷含量的不确定度评估，测得的不确定度0.019 mg/kg，通过以上讨论建立数学模型，进行一系列分析所得，可以得出拟合标准直线是该方法不确定度的主要来源，其他分量影响相对很小，可以忽略不计。