原子荧光测定标准物质芹菜中汞含量的不确定度评估

马玉娥，郑伟华，汪 晖，王 贤，朱 宁

（新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，农业部农产品质量安全风险评估实验室（乌鲁木齐），新疆农产品质量安全实验室，新疆 乌鲁木齐 830091）

标准物质保证了国防、科研和工业生产中分析数据的准确性、可靠性、一致性和可追溯性，是实现跨时间和空间数据可比性的重要工具[1-2]。因此，在食品重金属检测过程中，选择合适方法进行检测，为芹菜标准品（GBW 10048） 测定值的可靠性和准确性提供保证，为食品中汞的检验检测过程和试验结果提供较好的评判标准和保证标准物质检测结果的可比性显得尤为重要。

因此，对标准物质检测方法的不确定度进行评价非常重要，不确定度是表征合理、测量值具有离散性、与测量结果具有相关性的参数[3-4]，是完整表达和科学评价试验结果可靠性的基础。测量不确定度是给出测量值的色散的合理表征，是与测量结果相关的参数[5]。

以标准物质芹菜（GBW 10048） 中汞含量测定为例，依据《化学分析指南》和《JJF 1059—1999 测量不确定度评定》对不确定度的要求，对使用原子荧光法测定芹菜（GBW 10048） 中汞过程中产生有主要影响的不确定度进行评价，为原子荧光法测定芹菜（GBW 10048） 中汞的准确度和可信度提供科学依据。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

麒麟Kylin S18 型四道同测原子荧光光度计，采用160 位极坐标式自动进样器，内置式双顺序注射泵进样装置，北京吉天仪器有限公司提供。

Millipore Mill-Q 型超纯水机，美国Millipore 公司产品；MARS X 型微波消解仪，美国CEM 公司产品；BHW-09C 型赶酸仪，上海博通有限公司产品；使用质量分数为20%的硝酸溶液浸泡玻璃器皿24 h。

1.1.2 试剂

汞标准溶液100 μg/mL，编号GBW（E） 080124，中国计量科学研究院提供；芹菜（GBW 10048） 中汞的含量为0.014 6±0.002 4 mg/kg，地球物理地球化学勘察研究所提供。

1.2 仪器主要条件

Kylin-S18 原子荧光（原子化方式）：火焰法；载气流量400 mL/min，屏蔽气流量800 mL/min，原子化器高度10 mm，原子化器温控200 ℃，负高压280 V，进样体积1 mL。

1.3 标准溶液的配制

标准中间液。使用质量浓度为100 μg/mL 的汞标准溶液，将0.50 mL 此质量浓度的汞标准溶液加入100 mL 容量瓶中，用质量分数为5%的硝酸溶液进行定容。稀释后的标准溶液质量浓度为1 μg/mL，该浓度标准溶液保存期为6 个月。

将 0.5 mL 质量浓度为1 μg/mL 汞标准中间液加入50 mL 容量瓶中，用质量分数为5%的硝酸溶液稀释并定容，定容完毕后摇匀。此溶液的质量浓度为0.01 μg/mL，该浓度标准使用液保存期为1 个月。

标准工作液。于50 mL 容量瓶中加入汞标准使用液（0.01 μg/mL） 10 mL，用5%硝酸溶液定容至刻度，其质量浓度为2.00 μg/L，摇匀待测。麒麟Kylin S18 型四道同测原子荧光光度计标准曲线的测量是对最高质量浓度点自动稀释得到的，稀释后各标准点的质量浓度分别为 0.10，0.20，0.40，1.00，2.00 μg/L。

1.4 试验方法

称取芹菜（GBW 10048 生物成分分析标准物质）0.3 g 放入消解罐中，去离子水2 mL 润湿后，在消解罐中直接加入浓硝酸6 mL，将加完浓硝酸的样品摇匀，将消解罐盖好内外盖后拧紧，将样品放置3 h后，放入MARS X 型微波消解仪中进行消解。消解结束后，将样品冷却到室温，转移至赶酸仪，在温度100 ℃的条件下赶酸2 h。冷却至室温，然后使用去离子水转移至25 mL 容量瓶中并定容，按照仪器中设定的测汞程序依次测定标准空白、标准曲线、样品试剂空白及样品溶液，最后通过外标法获得溶液中的汞含量。

2 测量不确定度的数学模型

2.1 试样中汞含量的计算

根据原子荧光的测定原理，汞含量计算公式如下：

式中：X——样品中汞的含量，mg/kg；

C——待测样品中汞的质量浓度，μg/L；

C0——空白样品中汞的质量浓度，μg/L；

V——样品定容总体积，mL；

m——待测样品质量，g。

2.2 汞的不确定度合成公式

结合公式（1） 和不确定度的传播规律，标准物质芹菜（GB W10048） 中汞含量的相对合成不确定度Ur（X）为：

3 不确定度的来源分析

根据上述建立的数学模型和芹菜（GBW 10048）试验处理过程来分析和评估，包括样品在称量和前处理过程中产生的不确定度，以及标准曲线的配制和定量分析产生的不确定度。最后，通过芹菜（GBW 10048） 的标准值及检测结果的对比来评估前处理各个过程的效果及产生的不确定度。

3.1 样品称样量m 的不确定度

为提高样品称量的精度，选用精确度为0.000 1的万分之一天平，按照矩形分布来计算，标准偏差为在样品称样量为0.3 g，重复10 次称样的情况下，在称样过程中引起的不确定度为

3.2 Hg 溶液质量浓度的不确定度

汞标准溶液浓度在测量过程中产生的不确定度由以下4 个部分组成：一是标准物质本身的不确定度（可参考标准物质证书）；二是标准溶液浓度（C） 的不确定度是通过标准溶液的浓度值- 荧光值曲线得到的；三是获得标准曲线最高点浓度点，而对标准溶液的储备液和工作液按比例稀释产生的不确定度；四是汞标准溶液在重复测量的过程中产生的不确定度。

3.2.1 标准物质产生的不确定度U（ρ）

测量过程中使用的汞标准溶液质量浓度ρ 为100 μg/L，汞标准溶液GBW（E）080124 中国计量科学研究院提供的标准物质证书中规定的不确定度为0.8 μg/L。考虑矩形分布，取标准物质产生的不确定度为U（ρ）=0.46 μg/L，标准物质产生的相对标准不确定度为

3.2.2 Hg 标准曲线拟合产生的不确定度U（c1）

在上述仪器条件和各试验前处理相同的条件下，仪器对最高质量浓度（2.00 μg/L） 点进行自动稀释并测定。

标准曲线响应值结果见表1。

表1 标准曲线响应值结果

根据表1 中的测量数据建立回归校准曲线，拟合得到的曲线方程为A=2 995.838 1C-5.101 6。同时，标准物质芹菜（GBW 10048） 样品溶液按测定方法测定10 次，按校准曲线方程计算平均质量浓度C0=0.186 μg/L，则U（C1）为 由以下公式计算：

式中：B1——校准曲线的斜率，取值为2 995.838 1；

p——样品溶液测量的次数，p=10；

n——测量标准溶液的次数，n=5；

C0——待测样品溶液中汞的质量浓度，μg/L；

Cj——校准曲线中汞的标准质量浓度，μg/L；

Aj——校准曲线溶液中荧光值的测定。

将表 （1） 的数据代入公式 （3） 和公式 （4） 进行计算，其中：

3.2.3 稀释标准工作溶液时引入的不确定度

Kylin-S18 原子荧光为自稀释，标准曲线最高质量浓度点为2.00 μg/L。将质量浓度为100 μg/L 的标准储备液按1∶100，1∶100，1∶5，分3 次稀释到2 μg/L。

在得到最高标准浓度点的稀释过程中，需要用到 1 mL 移液管 2 次，10 mL 移液管 1 次，50 mL 容量瓶3 次，影响移液管和容量瓶不确定度的因素主要为重复性、校准、温度。

（1） 校准。

1 mL A 级移液管在温度为20 ℃的条件下，移液量程所允许的误差为±0.007 mL，其标准偏差按照均匀分布计算为

10 mL A 级移液管在温度为20 ℃的条件下，移液量程所允许的误差为±0.020 mL，其标准偏差按照均匀分布计算为

50 mL A 级容量瓶在温度为20 ℃的条件下，其所允许的误差为±0.05 mL，其标准偏差按照均匀分布计算为

25 mL A 级容积瓶在温度为20 ℃的条件下，其所允许的误差为±0.03 mL，其标准偏差按照均匀分布计算为

移液管及容量瓶由重复性引起的标准偏差见表2。

表2 移液管及容量瓶由重复性引起的标准偏差

（2） 温度。

假设实验室温度和校正温度之间的差异为3 ℃，校正温度为20 ℃，由此产生的不确定度可以通过温度范围和体积膨胀系数来计算[6-7]。 水的体积膨胀系数为2.1×10-4mL/℃[8]，则将具有0.95 置信水平的体积变化区间换算为标准偏差：

在室温下，使用1.00 mL A 级移液管移取1.00 mL液体，根据标准偏差公式可以算出1.00 mL A 级移液管体积标准偏差为

在室温下，使用10 mL A 级移液管移取10.00 mL液体， 根据标准偏差公式可以算出10.00 mL A 级移液管体积标准偏差为

在室温下，把50 mL A 级容量瓶定容至50.00 mL，根据标准偏差公式可以算出50 mL A 级容量瓶体积标准偏差为

在室温下，把25 mL A 级容量瓶定容至25.00 mL，根据标准偏差公式可以算出50 mL A 级容量瓶体积标准偏差为

将以上校准、重复性和温度带来的标准偏差进行合成，则获得稀释成曲线最高浓度点时产生的相对标准不确定度为：

由此可得标准储备液配制成曲线最高浓度点时产生的不确定度对C0的测量带来的不确定度：

3.2.4 样品重复测定产生的不确定度

对标准物质芹菜（GBW 10048） 上机进行检测，检测次数为10 次（n=10），以获得样品重复检测产生的不确定度，最后测得的质量浓度平均值Cm为0.186 μg/L。

样品检测结果见表3。

表3 样品检测结果

由样品重复测定产生的标准偏差S 可根据贝塞尔公式计算，公式如下：

按照A 类不确定度的要求进行评定，公式如下：

3.2.5 Hg 溶液浓度C 合成的不确定度

将3.2.1，3.2.2，3.2.3，3.2.4 进行合成，得出C的相对标准不确定度如下：

3.3 样品经稀释并定容后产生的不确定度

样品经过微波消解后，将其进行稀释定容，最终定容体积至25 mL。根据不确定度的计算方法进行计算，得出结果如下：

4 合成标准不确定度的计算

用原子荧光法测定标准物质芹菜（GBW 10048）所产生的不确定度最终合成后可按照公式（2） 计算。计算公式及结果如下：

5 扩展不确定度的计算

为求得试验对标准物质芹菜（GBW10048） 测定的扩展不确定度，根据试验过程和试验结果，取包含因子k 的值为2，其置信水平为0.95，由此可计算出试验的扩展不确定度为 U=k·U（X）=0.000 84 mg/kg。

原子荧光法测定标准物质芹菜（GBW 10048）中汞含量的不确定度来源见表4。

表4 原子荧光法测定标准物质芹菜（GBW 10048） 中汞含量的不确定度来源

6 结论

标准芹菜（GBW 10048） 标准物质证书中规定的认定值和不确定度为0.014 6±0.002 4 mg/kg，试验测量的结果X 范围为0.015 1～0.015 7 mg/kg，平均值为0.015 4 mg/kg，测量结果符合标准物质证书对认定值和不确定度的要求，在包含因子k 的值为2，置信水平为0.95 的条件下，试验的扩展不确定度为0.000 84 mg/kg。使用原子荧光法测定标准物质芹菜（GBW 10048） 中的汞含量时，由于汞元素本身常温易蒸发的特性，汞标准各级溶液在配制和保存过程中显得尤为重要，因此由汞标准溶液浓度引起的不确定度是影响标准物质芹菜（GBW 10048） 中汞测量不确定度的主要因素。而汞标准溶液浓度引起的不确定度主要是由配制标准溶液最高浓度点（2.00 μg/L）时，各浓度级标准溶液稀释定容时产生的不确定度，以及标准曲线拟合时产生的不确定度和决定的。如何降低原子荧光分光光度计法测定标准物质芹菜（GBW 10048） 中汞含量的不确定度，需要从样品前处理、标准溶液稀释和仪器操作条件3 个方面进行优化。考虑到汞元素的特性，样品前处理中消解、赶酸的质量控制是测量中的重要的不确定因素之一，前处理的过程决定了样品的平行重复性，在前处理的过程中尤其要注意温度对汞元素的影响，标准溶液储备液及中间液要注意保存方式，在标准溶液的配制过程中，尽量减少稀释定容的次数，以此来降低由标准曲线产生的测量不确定度。按时对仪器进行检定和校准，及时对仪器进行期间核查，以保证仪器的进样精度，降低其对样品测量产生的不确定度。