微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定稻谷中镉含量的不确定度评估及分析*

王 颖

(张家港市粮食质量监测站 215600)

测量不确定度，根据所用到的信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数[1]，是实验室质量控制、实验室认证及开发新检测方法的需要[2]。镉是我国稻谷出(入)库粮食食品安全检测中必检项目，其限量为≤0.2 mg/kg[3]，为提升稻谷中镉含量的检测能力，完善实验室质量管理工作，本实验依据国家标准方法[4]，应用微波消解-石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)测定稻谷样品中镉的含量。分析测量结果不确定度来源，并对不确定度进行评定。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

PE-900T原子吸收光谱仪(美国产)；WX-8000微波消解仪及赶酸器(上海产)；BSA224S万分之一电子天平(北京产)；硝酸(优级纯)；糙米粉中As、Cd、Pb成分分析标准物质GBW(E)100377(镉含量0.261 mg/kg)；镉液体标准溶液1000 μg·mL-1(样品编号GSB 04-1721-2004，唯一标识209021-4，国家有色金属及电子材料分析测试中心)；锤式旋风磨(瑞典产)，纯水机(arium mini)；纯水,实验室自制，符合二级水要求。

1.2 实验方法

粳稻谷样品经混合均匀后，分取约300 g。砻谷后，用锤式旋风磨磨粉。称取混合均匀的糙米粉0.4000 g于微波消解罐中，加6 mL硝酸，经微波消解后，将消化液赶酸至近干，用1%硝酸溶液冲洗消解罐并转移至10 mL容量瓶，定容至刻度，均匀备用；同时做试剂空白实验[4]。

1.3 溶液配制

1.3.1 镉标准使用液(100 ng/mL) 吸取镉液体标准溶液10.0 mL于100 mL容量瓶中，用硝酸溶液(1%)定容至刻度，如此经多次稀释成每毫升含100.0 ng镉的标准使用液。

1.3.2 镉标准曲线工作液 吸取镉标准使用液3.0 mL至100 mL容量瓶中，用硝酸溶液(1%)定容于刻度，制备3.0 ng/mL镉标准曲线工作液。

1.4 仪器条件优化与选择

在优化仪器工作条件下，仪器工作参数见表1。

表1 石墨炉原子吸收光谱仪工作参数

1.5 镉含量的测定

优化仪器条件下，镉测定需提前预热仪器，待GFAAS稳定后，以3.0 ng/mL为母液自动稀释绘制标准曲线。编辑仪器序列，设置样品信息，通过外标法，测定样液中镉的含量并计算最终结果。

2 评定测量不确定度

2.1 建立数学模型

①

式中，X—测试样品中镉的含量，mg/kg；C测—经实验测试所得到样品消化液中镉含量，μg/L；C空—样品空白液中镉含量，μg/L；V—定容体积，mL；m—样品的称样质量，g；1000为换算系数。

2.2 不确定度的来源分析

经数学模型分析，可知该方法不确定度来源，见表2。

表2 不确定度标识及来源

2.2.1 样品称量带来的不确定度 查电子天平检定证书，该天平准确度σ=0.1 mg，按矩形分布计，其标准不确定度：

称量实际为两次，一次皮重(清零)，一次总重，即称量的相对不确定度为：

2.2.2 镉液体标准溶液的相对标准不确定度 由镉标准溶液(1000 μg·mL-1)证书查得，其相对扩展不确定度Ur为0.7%(k=2)，镉标准溶液相对标准不确定度为：

2.2.3 标准溶液逐级稀释引起的不确定度 逐级稀释过程中的不确定度，包括溶液体积与温度两方面影响。吸量管和容量瓶均根据国家计量检定规程JJG 196-2006《常用玻璃量器》的规定进行了校准[5]，均符合A级要求。

=0.00125

分别计算得出单次使用5 mL分度吸量和100 mL 容量瓶的相对标准不确定度为：

=0.00180

=0.000754

按1.3，将1000 μg/mL的镉标准溶液逐级稀释得到3 ng/mL，共使用10.0 mL单标线吸量管4次，5 mL分度吸量管1次，100 mL容量瓶5次，故标准溶液逐级稀释的相对标准不确定度为：

u3rel=

2.2.4 标准曲线拟合引起的不确定度 对6个浓度的镉标准溶液分别进行2次测定，测得的吸光度A，采用最小二乘法进行拟合，得到标准溶液浓度与吸光度的线性方程为A=0.07378C+0.00466，相关系数r=0.999100。A为溶液测得的吸光度；C为溶液中镉的浓度(μg/L)，其中B=0.07378，D=0.00466。

表3 标准曲线浓度计算吸光度值结果表

对假设待测样品进行2次测定，最小二乘法标准曲线拟合过程引入的不确定度的计算如下：

②

③

经计算得出SR=0.00325，u4=0.0370，u4rel=0.0370÷2.3765=0.0156

2.2.5 方法回收率的不确定度 选用糙米粉中As、Cd、Pb成分分析标准物质GBW(E)100377平行称取6份进行微波消解，通过GFAAS测定，结果见表4。

表4 糙米标准物质测量值和回收率结果表

由于稻谷样品经砻谷粉碎后，经微波消解过程中或消解不完全，或因操作不当引入污染，故样品中的镉无法完全进入到测定液中。在方法确认阶段，可通过采用与待测样品特性量浓度水平、基本相似的标准物质以及相同的测量程序来进行方法回收率的不确定度评定[6]。按JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》计算，以均匀分布计，可能值区间的半宽为(98.08%～89.27%)/2=4.406%

其中：

根据t检验法，判断方法回收率与1.0之间是否有显著性差异，以此判断是否需要对测定结果进行修正。

查t分布表，可知置信概率95%下，自由度为5的临界值为2.57，计算t值2.48小于该值，即回收率平均值与1.0之间无显著性差异，不需要用回收率对结果进行修正，反之需用回收率校正因子对结果进行修正。

2.2.6 使用10 mL容量瓶定容引起的不确定度

2.2.6.2 容量瓶校准引起的不确定度 10 mL容量瓶准确度为0.05 mL按均匀分布计算其相对不确定度为：

2.2.7 仪器校准的不确定度 查仪器校准证书，该原子吸收光谱仪校准镉时，扩展不确定度U=0.2 pg，进样量20 μL，包含因子k=2，计算其标准不确定度u7=0.2÷20÷2=0.005 μg/L。

2.2.8 测量重复性引入不确定度 在重复性条件下，对该样品进行10次独立测量，其镉的含量分别为0.0614 mg/kg、0.0574 mg/kg、0.0588 mg/kg、0.0582 mg/kg、0.0588 mg/kg、0.0575 mg/kg、0.0583 mg/kg、0.0591 mg/kg、0.0587 mg/kg、0.0600 mg/kg。

日常工作中，常以2次平行双样测量结果平均值作为测量的结果，故假设2次测量结果为0.0574 mg/kg和0.0614 mg/kg，采用极差法计算标准不确定度为：

镉重复测定带来的相对标准不确定度为：

2.3 合成相对不确定度

=0.0489

2.4 扩展不确定度

取包含因子k=2,测定结果的扩展不确定度U=uc×2=0.0060 mg/kg,故稻谷样品中镉含量为(0.0594±0.0060)mg/kg，k=2。

2.5 各不确定度分量比例图

图1 各相对不确定度分量分布图

由图1可知，对不确定度影响占比较大的3个分量为测量重复性(占比33%)，方法回收率(26%)以及标准曲线拟合(15%)。

3 讨论与结论

微波消解-GFAAS法测定稻谷样品中镉含量为(0.0594±0.0060)mg/kg，k=2。该方法中镉的相对标准不确定度按照影响大小排序依次为：测量重复性(n=2)>方法回收率>标准曲线拟合>定容>仪器校准>标准溶液逐级稀释>镉液体标准溶液>样品称量。日常工作中，常以双实验平均值作为报告结果，本实验假设10次独立测量结果的最大值与最小值为双实验测量结果，并进行不确定度评定。发现测量重复性(n=2时)的相对不确定度影响最大，故在今后工作中，可通过增加测量次数提高结果准确性。其次，方法回收率的影响方面，应尽量优化前处理方法，提升方法回收率，提升人员操作水平，减少损失和避免污染。再次，也要注意线性拟合对相对标准不确定度的影响，可通过增加测量次数使线性回归方程的系数尽可能接近1，减少拟合引入的不确定度。