全自动测汞仪和原子荧光光谱仪测定竹荪中总汞含量不确定度的比较
2021-10-24刘康书罗天林梁艺馨
刘康书，罗天林，梁艺馨
（贵阳海关，贵州贵阳 550081）
竹荪是一种极其名贵的食用菌，被誉为“菌中皇后”，具有较高的食用价值和药用价值[1]，有抑菌[2]、抗氧化[3]、降血压、血脂、胆固醇[4]、抑制肿瘤[5]、调节免疫功能[6]等作用。但是随着矿产资源的开采，越来越多的重金属从自然本底中被释放到环境中，竹荪的种植环境和加工环境可能遭到污染，相关部门在监管过程中发现部分企业的竹荪出现总汞含量较高，超过国家标准GB 2762-2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中规定的限量值[7]，这不仅造成浪费，还影响了产地声誉。因此，检测结果的可靠性对于判断产品是否符合标准要求十分重要。目前，食品中总汞的测定方法主要有电感耦合等离子体质谱法[8−13]、原子荧光光谱法[14−16]、全自动测汞仪法[17−19]等。由于这几种方法的灵敏度各不相同，所以在一定浓度范围内检测结果的准确度也不同，而且在分析过程中都不可避免的存在误差，此时，不确定度的大小就发挥了较大的作用。
测量不确定度是表征合理的赋予被测量值的分散性，与测量结果相联系的参数。它是评价检测结果可信度的重要指标，是测量结果的一部分，没有不确定度的测量结果是不完整而且无实际意义。按照国家计量技术规范JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[20]、国家标准GB/T 27025-2019《检测和校准实验室能力的通用要求》[21]、CNAS-GL01-G003：2019《测量不确定度的要求》[22]及CNAS-GL006：2019《化学分析中不确定度的评估指南》[23]中的要求，测量不确定度的评估成为检测实验室的一项十分重要的工作。全自动测汞仪采用直接进样，不需要对样品进行消解，也无需任何试剂，操作方便快速，在近几年得到很大的发展和应用。但是，目前大多数学者对食品中总汞含量的测量不确定度的研究多集中在原子荧光光谱法[24]及电感耦合等离子体质谱法[25]这两种方法，而对全自动测汞仪测定食品中总汞含量的测量不确定度研究的相关报道较少，本研究对全自动测汞仪和原子荧光光谱仪测定竹荪中总汞含量的不确定度进行分析，比较这两种方法在一定浓度范围内检测结果的准确度，以期为今后检测人员选择合适的检测方法提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
竹荪 市售；汞单元素标准溶液GSB 04-1729-2004（1000 μg/mL） 国家有色金属及电子材料分析测试中心；重铬酸钾（分析纯）、硝酸（优级纯） 国药集团化学试剂有限公司；实验用水 超纯水；其他试剂 均为分析纯。
DMA-80全自动汞分析仪 意大利Milestone公司；AF610D2原子荧光光谱仪 北京北分瑞利公司；XPE204电子分析天平 瑞士Mettler Toledo公司；MARS6CLASS微波消解仪 美国CEM公司；EHD-24控温电热消解仪 北京东航科仪仪器有限公司；Milli-Q超纯水处理系统 美国Milli-pore公司。
1.2 实验方法
1.2.1 样品前处理 全自动测汞仪法无需进行样品消解，准确称取样品0.1 g（精确到0.001 g）于空白值低于0.003 ng的石英舟中，直接测定。
原子荧光法的样品前处理：准确称取样品0.5 g（精确到0.001 g）于消解罐中，加入5 mL硝酸，加盖放置过夜，按照微波消解仪的标准操作步骤进行消解。消解完全后，待冷却取出，缓慢打开罐盖排气，用少量水冲洗内盖，将消解罐放在控温电热消解仪中，80 ℃加热赶酸至近干，取出消解内罐，将消化液转移至25 mL塑料容量瓶中，用少量水分3次洗涤内罐，洗涤液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用；同时做空白试验。
1.2.2 标准溶液的配制
1.2.2.1 标准中间液的配制 准确移取1.00 mL汞单元素标准溶液（1000 μg/mL）于100 mL容量瓶中，用重铬酸钾的硝酸溶液（0.5 g/L）稀释至刻度，混匀，此溶液浓度为10 μg/mL。
1.2.2.2 标准使用液的配制 准确移取1.00 mL汞标准中间液（10 μg/mL）于100 mL容量瓶中，用重铬酸钾的硝酸溶液（0.5 g/L）稀释至刻度，混匀，此溶液浓度为100 ng/mL。
1.2.2.3 全自动测汞仪法标准曲线的配制 准确移取10.00 mL汞标准使用液（100 ng/mL）于100 mL容量瓶中，用重铬酸钾的硝酸溶液（0.5 g/L）稀释至刻度，混匀，此溶液浓度为10 ng/mL。分别吸取10 ng/mL汞标准使用液0.05、0.10、0.50、1.00、2.00 mL于空白值低于0.003 ng的石英舟中，相当于汞含量为0.50、1.00、5.00、10.00、20.00 ng的标准系列。
1.2.2.4 原子荧光法标准曲线的配制 分别吸取100 ng/mL汞标准使用液0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 mL于100 mL容量瓶中，用硝酸溶液（1+9）稀释至刻度，混匀，配制成汞浓度为0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 ng/mL的标准系列。
1.2.3 仪器条件
1.2.3.1 全自动测汞仪的升温程序 采用梯度升温模式，全自动测汞仪的升温程序见表1。
表1 全自动测汞仪的升温程序Table 1 Temperature rising program of automatic mercury analyzer
1.2.3.2 原子荧光光谱仪的工作条件 采用标准曲线法测量方式，原子荧光光谱仪的工作条件见表2。
表2 原子荧光光谱仪的工作条件Table 2 Operation conditions of atomic fluorescence spectrometer
1.3 数据处理
实验数据采用Excel2010软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 数学模型的建立
2.1.1 全自动测汞仪测定汞的数学模型
式（1）和式（2）中：Y为峰高；a为工作曲线的斜率；b为工作曲线的截距；C为样品汞的含量，mg/kg；X为标准曲线得出的试样中汞的质量，ng；m为样品质量，g。
2.1.2 原子荧光光谱仪测定汞的数学模型
式（3）中：X为样品中汞元素的含量，mg/kg；C为样品消化液中扣除试剂空白后汞的质量浓度，mg/L；V为样品定容体积，mL；m为样品质量，g。
2.2 不确定度的主要来源
根据数学模型和测定的具体过程分析，两种方法对竹荪中汞测定的不确定度分量主要来源于以下几个方面：标准物质引入的不确定度，标准曲线配制过程中量具引入的不确定度，温度变化引入的不确定度，样品称样质量引入的不确定度，定容体积引入的不确定度，加标回收率引入的不确定度，标准曲线拟合以及样品测量重复性引入的不确定度等[26−29]。
2.3 不确定度分量的计算与分析
2.3.1 汞标准物质引入的不确定度 根据国家有色金属及电子材料分析测试中心汞单元素标准溶液GSB 04-1729-2004（1000 μg/mL）证书所提供的其相对扩展不确定度为0.7%，k=2，则汞标准物质引入的相对不确定度为
2.3.2 标准溶液配制过程量具引入的不确定度 根据国家计量技术规范JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》，标准溶液配制过程中使用到的量具引入的不确定度按B类不确定度评定，容量瓶按三角分布计算，吸量管及移液器按矩形分布计算，计算结果见表3。
根据表3中的数据可知：全自动测汞仪法中，标准溶液配制过程中量具引入的相对标准不确定度为：
表3 标准溶液配制过程中量具引入的不确定度Table 3 Uncertainty resulting from the preparation of standard solution by measuring instruments
原子荧光法中，标准溶液配制过程中量具引入的相对标准不确定度为：
2.3.3 标准溶液配制过程中温度变化引入的不确定度 标准溶液配制过程中温度变化引入的不确定度是因为标准溶液配制过程中使用的量具与其检定时温度的不一致而产生的。由于各量具在检定时的温度为20 ℃，标准溶液配制时，温度一般控制在（20±5）℃范围内，而水在20 ℃时的体积膨胀系数为α=2.1×10−4/℃，按矩形分布，各量具因温度变化引入的标准不确定度按计算，相对不确定度按计算，计算结果见表 4。
根据表4中的数据可知：全自动测汞仪法中，标准溶液配制过程温度变化引入的相对标准不确定度为：
表4 标准溶液配制过程中温度变化引入的不确定度Table 4 Uncertainty resulting from the preparation of standard solution by temperature variation
原子荧光法中，标准溶液配制过程温度变化引入的相对标准不确定度为：
2.3.4 样品前处理过程中称样质量引入的不确定度根据天平检定证书的最大允许误差为±0.0005 g，按矩形分布，全自动测汞仪法中，称取0.1 g（精确到0.001 g）的试样，得到称样质量引入的相对不确定度为原子荧光法中，称取0.5 g（精确到0.001 g）的试样，得到称样质量引入的相对不确定度为
2.3.5 样品定容体积引入的不确定度 全自动测汞仪法中，样品无需消解，称量后直接检测，不存在样品定容体积引入的不确定度；原子荧光法中，样品消化液定容至25 mL容量瓶中定容后测定，根据计量证书得知25 mL A级单标线容量瓶的最大允差为±0.04 mL，可计算样品定容体积引入的相对不确定度为
2.3.6 加标回收率引入的不确定度 按1 g样品中加入50 ng汞的加标量（与样品中汞的含量相当），全自动测汞仪法中，称取0.1 g的样品，加入5 ng汞；原子荧光法中，称取0.5 g样品，加入25 ng汞。考察回收率对不确定度的影响，按A类评定，由回收率引入的相对不确定度根据公式计算，同时对回收率进行显著性检验若t
2.3.7 标准曲线拟合引入的不确定度 按照1.2.3测定条件对两种方法的标准溶液进行测定，每个标准点测定2次，采用最小二乘法拟合得到标准曲线的线性回归方程、相关系数、残余标准误差，同时对一阳性样品进行3次重复测定，根据公式（4）对两种方法中标准曲线拟合引入的不确定度进行计算，结果见表6。
表6 曲线拟合数据及不确定度Table 6 Data for fitting calibration curve and uncertainty
式（4）中：S为残余标准误差，ng/mL；b为标准曲线的斜率；N为标准溶液测定的总次数；n为样品的测量次数；c为被测样品溶液质量浓度的平均值，为标准溶液各校准点质量浓度的平均值，ng/mL；Scc为标准溶液质量浓度的残差和，ng/mL。
2.3.8 样品测量重复性引入的不确定度 采用两种方法分别对样品重复测定3次，根据国家计量技术规范JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》，样品重复测定产生的不确定度按A类不确定度评定，可由公式（5）计算，结果见表7。
式中，n为样品重复测定的次数；Xi为样品每次的测度值，mg/kg,；为样品重复测定的平均值，mg/kg。
2.4 相对标准不确定度的合成
两种方法中各不确定度分量相互独立，不需要考虑分量间的相关性，全自动测汞仪法测定竹荪中总汞含量的合成相对标准不确定度为：
原子荧光法测定竹荪中总汞含量的合成相对不确定度为：
2.5 扩展不确定度及结果表示
根据JJF1135-2005《化学分析测量不确定度评定》[30]的要求，置信区间为95%时，扩展因子k=2,全自动测汞仪法测定竹荪中总汞含量扩展不确定度为U（Hg）=2×Urel（Hg）×X样=2×0.053×0.052=0.006，测定结果表示为：（0.052±0.006）mg/kg；原子荧光法测定竹荪中总汞含量扩展不确定度为U′（Hg）=2 ×U′rel（Hg）×X′样=2×0.024×0.050=0.0024，测定结果表示为：（0.050±0.002）mg/kg。
3 结论
通过比较全自动测汞仪和原子荧光光谱仪测定竹荪中总汞含量的不确定度评定，结果表明，两种方法测定竹荪中总汞含量的不确定度主要来源于：标准溶液、标准溶液配制过程、标准工作曲线的拟合、样品前处理过程、加标回收率以及样品测量重复性等。从两种方法不确定度的评定过程看，汞标准物质引入的不确定度两种方法一样大；标准溶液配制过程中量具、样品前处理过程中称样质量及标准工作曲线拟合引入的不确定度，全自动测汞仪法大于原子荧光法；加标回收率及样品测量重复性引入的不确定度，原子荧光法大于全自动测汞仪法。其中，加标回收率、标准工作曲线的拟合、样品测量重复性这三方面不确定度的贡献较大。在实际工作中应选择合适的加标浓度，绘制合理的标准工作曲线，使得样品浓度接近工作曲线各浓度点的平均值，尽量增加样品重复测定的次数来减小由此引入的不确定度。从两种方法的扩展不确定度的结果看，原子荧光法小于全自动测汞仪法，因此，当样品中汞含量为0.050 mg/kg浓度水平时，原子荧光法的检测结果更可信。这为检测人员在今后的检测工作中合理选择检测方法及怎样提高检测结果的准确性提供了参考。
