石墨炉原子吸收光谱法测定葛根粉中铅的不确定度评定

冉雪琴，赵心悦，王维静

（1.成都东部新区公共卫生中心，四川成都 641418；2.四川大学华西公共卫生学院分析测试中心，四川成都 610044）

葛根，又名粉葛、葛条，是豆科植物野葛的根，属于一种中药材，因具有缓解人体氧化、抗炎、解酒护肝、保护神经等功效而受到人们的青睐[1]。葛根粉是利用葛根加工而成，是葛根重要的产品形态。随着我国乡村振兴工作的推进和葛根粉商品化节奏的加快，野生葛根难以满足市场的需要，葛根的人工栽培规模越来越大，葛根粉的机械化加工效益也日渐提升，但葛根的生长环境和葛根粉的加工过程容易受到重金属污染而对人体健康产生危害[2]。其中，铅污染会损害人机体的多个器官[3]。葛根粉属于淀粉制品，依照《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017），铅限量为0.5 mg·kg-1（以Pb 计）[4]。在报告测量结果时，为更加准确、可靠地表达测定结果及为实施符合性判断提供科学的支持，需对检测结果的不确定度进行评定。

本实验依据《食品安全国家标准 食品中铅的测定》（GB 5009.12—2017）第一法[5]对葛根粉样品中的铅含量进行检测。根据《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）[6]和《化学分析中不确定度的评估指南》（CNAS—GL006： 2019）[7]对测量结果不确定度进行评定与表示。在样品的日常检测工作中，由于铅属于痕量元素，其检测含量往往低于检出限或者在检出限附近，检测结果计算时通常需要扣除试验空白。因此，当试样溶液元素含量较低时，扣除试验空白观测值对最终结果的影响会相对增加，此时，空白观测值所带来的不确定度是无法忽略的。但查阅相关文献，发现大部分的研究都选择不考虑或简化痕量分析中试验空白对测量结果的影响，本文在不确定度评定过程中，正视试验空白的影响，用具体的分析数据和结果说明痕量分析检出限附近难以准确定量。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

试验样品购自某食品店铺，2 000 g/罐。

铅标准储备液（GSB 04-1742-2004，1 000 μg·mL-1），国家有色金属及电子材料分析测试中心；硝酸（优级纯），德国默克；30%过氧化氢（优级纯），成都市科隆化学试剂厂；Colpd TM 胶体钯通用型基体改进剂（50 mL/瓶，发明专利：ZL201010028121.9，成都微检）；实验用水（一级水）。

PinAAcle 900T 型原子吸收光谱仪，美国Perkin Elmer；Med-C 型微波消解仪，上海屹尧；BSA224S型电子天平，Sartorius。

1.2 试验方法

1.2.1 试样处理

称取混合均匀的葛根粉样品约0.5 g（精确至0.000 1 g）装入微波消解罐中，在通风橱中使用玻璃刻度吸管加入5 mL 硝酸和1 mL 过氧化氢，按微波消解仪操作步骤使试样消解。程序运行结束后，待温度降至80 ℃左右，打开消化罐塞，放入赶酸仪中，设定温度为160 ℃，在通风橱中加热使消解液挥发至1 mL左右。取出消解罐，待其温度降至室温，用水少量多次淌洗消解罐内部，将消解液及淌洗液均移入10 mL玻璃制单标线容量瓶中，用水定容至分度线，颠倒混匀后置于合适位置待用。同时做试剂空白试验。

1.2.2 仪器准备

将仪器调试至最佳测定状态，设定波长为283.3 nm、狭缝宽度为0.7 nm、铅空心阴极灯工作电流为10 mA、选择塞曼效应为背景校正，设置适当的石墨炉工作程序，确保仪器清洗用水和保护气用量正常。

1.2.3 测定

在计算机操作界面中设置标准应用液、试剂空白溶液、稀释用水、Colpd TM 胶体钯和试样液体放置的位置及吸取体积，依次分析标准系列溶液、试剂空白溶液和试样溶液，绘制标准拟合曲线，与标准系列比较定量。

1.3 数学模型建立

葛根粉样品中铅含量的计算公式为

式中：X为葛根粉样品中铅的含量（以Pb 计），mg·kg-1；V为试样消解液定容体积，mL；ρ为代入标准曲线获得的样品溶液铅浓度，μg·L-1；ρ0为代入标准曲线获得的空白溶液铅浓度，μg·L-1；m为称取的葛根粉样品质量，g；1 000 为换算系数[8]。

2 结果与分析

2.1 识别不确定度来源

根据试验方法，梳理表述出铅的测量程序为样品称取→试样消解→定容→标准溶液准备→设备准备→标准曲线→测定空白→测定试样→计算结果。

根据测量程序和计算模型，列出与铅检测结果具有因果关系的不确定度分量主要有5 个，即铅标准应用液制备、标准曲线拟合、试样消解溶液体积、葛根粉样品质量和重复测定。

2.2 量化不确定度分量

2.2.1 铅标准应用液制备的不确定度urel(c)

（1）标准应用液制备过程。用移液器吸取0.25 mL 铅标准储备液于25 mL 单标线容量瓶，用洁净的胶头滴管滴加5%硝酸溶液至分度线，颠倒混匀，配制成10 μg·mL-1的铅标准中间液；另取一只25 mL容量瓶，吸取铅标准中间液0.125 mL加入其中，用洁净的胶头滴管滴加5%硝酸溶液至分度线，颠倒混匀，配制成50 μg·L-1的铅标准应用液，由仪器设置的程序自动稀释成标准系列溶液。

分析配制过程，铅标准应用液制备的不确定度来源于标准储备液标示质量浓度和稀释过程，其中稀释过程中使用的移液器和容量瓶体积主要受示值校准和温度浮动的影响会产生不确定度。

（2）铅标准储备液标示质量浓度的不确定度urel(c1)。查看铅单元素标准储备液国家标准物质证书，相对扩展不确定度为0.7%，k=2。铅标准储备液标示质量浓度引入的相对标准不确定度为

（3）标准应用液稀释过程引入的相对标准不确定度urel(c2)。查100 ～1 000 μL 移液器校准证书，相对扩展不确定度为0.3%，k=2。配制10 μg·mL-1的铅标准中间液时吸取铅标准储备液体积V1=0.25 mL，则V1由示值校准引入的标准不确定度为

水的体积膨胀系数为2.1×10-4℃-1[9]，水的体积膨胀系数明显高于对固体玻璃体积的热膨胀系数，可不考虑温度对量器本身体积的影响，实验室温度浮动于（20±5） ℃，视为矩形分布，则V1由温度引入的标准不确定度为

将V1的两个影响因素进行合成，则配制10 μg·mL-1的铅标准中间液吸取铅标准储备液体积引入的相对标准不确定度为

同理，配制50 μg·L-1的铅标准应用液时吸取铅标准中间液体积V2=0.125 mL，V2由示值校准引入的标准不确定度为

将V2的两个影响因素进行合成，配制50 μg·L-1的铅标准应用液时吸取铅标准中间液体积引入的相对标准不确定度为

稀释过程定容体积V3=25.0 mL，根据JJG 196—2006，A 类25 mL 容量瓶的容量允差为±0.030 mL，视为三角形分布，[10]，则V3由示值校准引入的标准不确定度为

将V3的两个影响因素进行合成，配制标准应用液过程中定容体积引入的相对标准不确定度为

配制过程经历两次定容，配制过程为积商模型，因此标准应用液稀释过程引入的相对标准不确定度为

（4）铅标准应用液制备引入的相对标准不确定度urel(c)为

2.2.2 标准曲线拟合的不确定度urel(L)

以浓度c（μg·L-1）对应吸光度值A，绘制标准曲线[11]。标准系列溶液测定结果见表1。

表1 铅标准系列测定结果

标准曲线方程为

式中：Aj为第i个标准系列溶液的第j次吸光度值；i为标准系列序号标识；j为标准系列溶液各自的测定次数标识；ci为第i个标准系列溶液浓度，μg·L-1；b为斜率；a为截距。

根据表1结果拟合得到的标准曲线为Aj=0.001 3ci-0.000 1，线性相关系数r=0.999 8，即b=0.001 3，a=-0.000 1。样品重复测定两次，其试样溶液中铅的平均浓度ρs=3.342 μg·L-1。试剂空白溶液铅浓度为ρ0=1.531 μg·L-1。

使用线性最小二乘法拟合曲线计算样品溶液浓度引入的标准不确定度u(ρs)为

残差标准偏差s为

式中：p为试样平行测定次数；n为标准系列溶液总次数；为n次所有标准溶液浓度的平均值，μg·L-1；cj为第i个标准系列溶液的第j次代入不确定度计算的浓度，μg·L-1。

若不考虑空白试验带来的不确定度影响，则标准曲线拟合引入的相对标准不确定度为

本实验中试样溶液铅浓度与空白溶液铅浓度比较接近，且处于同一数量级，考虑空白试验带来的不确定度影响。试剂空白测定次数p=1，按照式（3）中u(ρs)方式，计算拟合空白溶液浓度引入的标准不确定度为u(ρ0)=0.592 4 μg·L-1。

将参与拟合的试样溶液和空白溶液不确定度进行合成得到标准曲线拟合引入的标准不确定度u(L)为

标准曲线拟合引入的相对标准不确定度urel(L)为

比较考虑空白试验影响和不考虑空白试验影响两种情况标准曲线拟合引入的相对标准不确定度计算结果，urel(L)明显大于u＇rel(L)。可以发现，痕量分析在检出限附近定量时，空白试验观测值对不确定度的影响较大，不可忽略。

因此，本实验充分考虑空白试验带来的不确定度影响，将标准曲线拟合引入的相对标准不确定度urel(L)=0.221 1代入最终结果进行合成标准不确定度计算。

2.2.3 试样消解溶液体积的不确定度urel(V)

定容操作重复性的影响视为包含于重复测定的不确定度中，因此不考虑定容操作重复性的影响[12]。

对于校准的影响，A 类10 mL（V）容量瓶的容量允差为±0.020 mL，视为三角形分布，[13]，则V由示值校准引入的标准不确定度为

将V的两个影响因素进行合成，则试样消解溶液体积引入的相对标准不确定度urel(V)为

2.2.4 葛根粉样品质量的不确定度urel(m)

样品质量获取为直接称量，影响质量不确定度的因素主要有校准、线性、日偏移、可读性等，实验室环境温度在电子天平说明书所要求的范围内，且按规范进行电子天平的使用和操作，线性、日偏移、可读性等因素对质量不确定度影响相对较小，评估暂不考虑线性对电子天平示值的影响。

对于校准的影响，查看称量用电子天平校准证书，偏载误差为0.2 mg，重复性误差为0.1 mg，示值误差为0.2 mg，视为矩形分布，m按0.5 g 计。由葛根粉样品质量引入的标准不确定度u(m)为

葛根粉样品质量引入的相对标准不确定度urel(m)为

2.2.5 重复测定引入的相对标准不确定度urel(rep)

试样进行两次测定的样品量分别为0.577 5 g、0.569 7 g，试样溶液铅浓度分别为3.386 μg·L-1、3.297 μg·L-1，空白溶液铅浓度ρ0为1.531 μg·L-1。计算样品铅含量分别为0.032 mg·kg-1、0.031 mg·kg-1，试样平均铅含量X=0.032 mg·kg-1，标准偏差S=0.000 79 mg·kg-1，因此重复测定引入的标准不确定度u(rep)为

则重复测定引入的相对标准不确定度urel(rep)为

2.2.6 合成标准不确定度u(X)和扩展不确定度U

计算模型为积商模型，将以上评定的各分量进行合成，得到铅含量的合成标准不确定度u(X)为

考虑置信水平为95%，与之相适应因子k=2，计算铅含量的扩展不确定度U为

U=u(X)×k=0.007 1×2=0.014 m g· kg-1

2.3 不确定度报告

依据《食品安全国家标准 食品中铅的测定》第一法测定葛根粉中铅的含量（以Pb 计）为（0.032±0.014）mg·kg-1，k=2。

3 结论

比较各组分量的不确定度评定结果，可以看出不确定度贡献最大的分量为标准曲线拟合，其中空白试验对测量不确定度结果影响较大，痕量分析在检出限附近定量时，相对标准不确定度会增大，不利于准确测量。不确定度贡献次之的分量为重复测定，因此合理设计标准曲线和优化标准曲线拟合、规范实验操作和控制测量精密度可以减小测量不确定度。

试样在消解过程中存在污染或损失等情况，因未进行回收率试验分析，所以本次评定未考虑由回收率带来的不确定度影响。当实验中遇到测定超出标准线性范围需要进行样品溶液稀释时，应充分考虑稀释系数不确定度分量。