石墨炉原子吸收光谱法测定梭子蟹中镉的不确定度分析

樊青青,陈丹丹,胡 雨

南通市食品药品监督检验中心 (南通 226000)

镉元素是一种在自然界中广泛存在,含量微少的金属元素。因近年来土壤环境污染愈发严重,动植物含镉量增加。镉可以在食物链富积,尤其是水生生物极易富积镉。镉元素在体内的富集会导致人急性或慢性中毒,对肾脏、骨骼等造成损伤,对动物和人体有一定致畸、致癌和致突变作用[1-2]。近年来动物性海产品中,甲壳类海产品(虾蛄、梭子蟹等)中镉含量超标严重,甲壳类的镉污染程度大于贝类、鱼类[3-6]。研究发现发现镉主要蓄积在肝胰腺部位,蟹黄、蟹膏中镉含量大于胸肌、腿肌,这些部位的镉富集增加了梭子蟹可食用部位安全风险[7-8]。因此,梭子蟹中重金属镉的检测对相关食品安全风险监测意义重大。

不确定度是用于体现测量结果可靠性程度的相关参数,其数值体现了检验水平的高低,是反映食品检验检测结果准确性的最重要依据[9-10]。根据标准CNAS-CL01—G003:2018《测量不确定度的要求》[11],实验室可采用评定和应用测量不确定度机制,维护测量不确定度有效性。实验室需要有丰富经验的的检测人员来正确评估测量不确定度,以提高食品检验质量管控能力和管理水平[12-16]。根据GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》[17]规定的甲壳类水产动物中镉含量不超过0.5 mg/kg的技术要求,选取镉含量超标的梭子蟹,根据JJF 1059.1—2012[18]中不确定度评定方法,使用GB 5009.15—2014《食品安全国家标准 食品中镉的测定》[19]中的石墨炉原子吸收分光光度法对梭子蟹中镉含量进行测量不确定度评定。通过此不确定度评定掌握影响检测不合格梭子蟹中镉不确定度的主要因素,并加以控制,提高检验水平。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

PinAAcle 900 T型石墨炉原子吸收分光光度计,铂金埃尔默股份有限公司;BSA224S型电子天平,赛多利斯科学仪器有限公司;MARS6型微波消解仪,美国CEM公司;JB30L型石墨消解仪,奥谱勒科技集团(成都)有限公司;Transferpette型移液枪,德国普兰德公司;T25DS25型匀浆机,德国IKA集团;玻璃仪器,A级,用硝酸溶液(20%)浸泡48 h以上,用去离子水反复冲洗至干净。

1.2 试剂与材料

硝酸,UP级,苏州晶瑞化学股份有限公司;30%过氧化氢,优级纯,国药集团化学试剂有限公司;超纯水,H2OBASIC-T,赛多利斯科学仪器有限公司;镉标准溶液,1 000 μg/mL,中国计量科学研究院;梭子蟹,取自江苏省南通市启东市农批市场。

1.3 试验方法

1.3.1标准溶液的配制

10 mg/L镉标准中间液:吸取1.00 mL浓度为1 000 mg/L的镉标液至100 mL容量瓶中,用硝酸溶液定容至刻度。

100 μg/L标准使用液:吸取1.00 mL标准中间液至100 mL容量瓶中,用硝酸溶液定容至刻度。

3 μg/L标准工作液:吸取1.5 mL标准使用液至50 mL容量瓶中,用硝酸溶液定容至刻度。

标准溶液配制过程中使用到的硝酸溶液为体积比是1∶99的硝酸水溶液。上机检测时仪器可自动稀释3 μg/L标准工作液,得到一条标准曲线浓度梯度为:0 、0.6 、1.2、1.8、2.4 、3.0 μg/L。

1.3.2样品前处理

准确称取匀浆均匀的梭子蟹试样约1 g(精确到0.01 g)置于微波消解罐中,加5 mL硝酸和2 mL 30%过氧化氢。微波消化程序根据仪器型号调至最佳条件。消解完毕,等消解罐冷却后打开,放入石墨消解仪中赶酸,在140 ℃温度下加热至溶液呈黄豆粒大小,冷却至室温后将溶液转移至25 mL容量瓶中,用少量1%硝酸溶液冲洗消解罐至少3次,至流出溶液变为无色。最后用1%硝酸溶液定容至刻度,混匀备用。根据样品实际浓度,将样品溶液稀释40倍进样;同时做试剂空白试验。

1.3.3原子吸收检验条件

(1)仪器参数

气体为氩气;狭缝0.7 nm;灯电流5 mA;背景校正,塞曼效应。

(2)测量条件

波长228.8 nm;升温程序,干燥温度150 ℃保持30 s,灰化温度250 ℃保持15 s,原子化温度1 500 ℃保持4 s,除残温度2 500 ℃保持5 s。

1.3.4数学模型

根据GB 5009.15—2014《食品安全国家标准 食品中镉的测定》,梭子蟹中的镉含量测定不确定度数学模型为公式(1)。

(1)

式中:X为试样中镉含量,mg/kg;c为试样被测液中镉测定浓度(已扣除试剂空白),μg/L;V为试样消化液总体积,mL;f为稀释倍数;m为试样质量,g。

1.3.5不确定度来源

根据GB 5009.15—2014中镉的检测步骤和含量的计算公式,梭子蟹中镉残留量的测量不确定度的来源主要有6个部分,具体见表1。

表1 梭子蟹中镉不确定度来源

2 结果与讨论

2.1 样品称量产生的不确定度urel(m)

从电子分析天平的检定证书可知,称量1 g样品的最大允许误差为±0.000 5 g,则分析天平引入的标准不确定度为:

样品称样量为1 g时,产生的相对标准不确定度计算:

2.2 试样消解液定容过程产生的不确定度urel(V)

2.2.1容量瓶体积校准产生的不确定度u1(25)

样品溶液定容于25 mL的容量瓶中,根据JJG 196—2006《常用玻璃量器》[20]表6查询知容积为25 mL的容量瓶(A级)的容量允差为±0.03 mL,按照矩形分布原则,置信因子k取。则由25 mL容量瓶体积校准产生的标准不确定度为:

2.2.2由温度校准产生的不确定度u2(25)

2.2.325 mL容量瓶合成标准不确定度urel(25)

经计算,25 mL容量瓶相对标准不确定度urel(25)为:

2.2.4 样品溶液稀释过程中移液器相对标准不确定度urel(移1)

样品溶液定容至25 mL容量瓶后,根据样品溶液的实际浓度稀释40倍上机,用移液枪移取0.625 mL于另一25 mL容量瓶中,用1%硝酸溶液定容至刻度。移液枪扩展不确定度(k=2)为±0.25%(500 μL)。

2.2.5 样品溶液定容过程引入的相对标准不确定度urel(V)

2.3 配制标准工作液过程产生的不确定度urel(S)

2.3.1镉标准溶液产生的不确定度urel(S1)

查阅镉标准储备液证书得到,1 000 μg/mL的镉标准储备液拓展不确定度为2 μg/mL(k=2),则从标准溶液产生的不确定度计算:

镉标液产生的相对标准不确定度urel(S1):

2.3.2由标准使用液稀释过程产生的不确定度urel(S2)

2.3.2.1 玻璃量器体积校准产生的不确定度u1

2.3.2.2 温度产生的标准不确定度u2

2.3.2.3 各容量瓶和移液管的合成不确定度

各容量瓶和移液管的合成不确定度为:

相对标准不确定度为:

urel(100)=0.083 7 mL/100 mL=0.000 837

urel(50)=0.041 9 mL/50 mL=0.000 838

urel(移2)=0.004 09 mL/1 mL=0.004 09

urel(移3)=0.006 99 mL/1.5 mL=0.004 66

2.3.2.4 由标准使用液稀释过程产生的合成不确定度urel(S2)

标准溶液稀释过程中使用了 100 mL 容量瓶2次,50 mL容量瓶1次,1 mL移液器2次,2 mL移液器1次,则标准溶液稀释过程产生的相对标准不确定度为:

2.3.3标准溶液产生的相对标准不确定度urel(S)

2.4 标准曲线拟合产生的不确定度urel(I)

上机时用浓度为3 μg/L的标准工作液仪器自动稀释,标准曲线浓度梯度为:0、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 μg/L。每个浓度平行测定2个,检测结果见表2。根据最小二乘法拟合标准曲线,标曲为y=0.046 81x+0.000 69,相关系数为0.999 116。

表2 标准系列溶液测定结果

工作曲线变动性的标准差为公式(2):

(2)

式中:Ai为实际测定的吸光度值;m为校准曲线的斜率;t为校准曲线的截距;ci为建立校准曲线用标准系列溶液中镉的质量浓度,μg/L;n为标准曲线校准点测量次数;SR为工作曲线的标准差。

样品溶液中镉的吸光值及对应浓度见表3。

表3 样品溶液镉的吸光值及对应浓度

标准曲线拟合引入的标准不确定度为公式(3):

(3)

则曲线拟合引入的相对标准不确定度计算:

2.5 样品测量重复性引入的不确定度urel(X)

样品溶液上机进行6次平行测定,检测结果见表4。

表4 样品溶液平行测定结果

由表4可知,样品测定结果的标准偏差为公式(4):

(4)

样品测定结果的平均值标准不确定度为:

样品测定结果的平均值相对标准不确定度为:

2.6 系统偏差产生的不确定度urel(P)

鉴于样品前处理过程复杂,含有微波消解、赶酸、转移定容等步骤,引入误差无法精确计算,因此通过检测回收率的方式来评定前处理过程的不确定度。添加水平为1 mg/kg,进行3平行加标回收率试验,回收率结果见表5。

表5 梭子蟹样品加标回收试验测定结果

系统偏差的标准不确定度为:

相对标准不确定度为:

2.7 不确定度的计算

根据以上计算,将各相对标准不确定度结果统计见表6。

表6 梭子蟹中镉不确定度来源

合成相对标准不确定度为:

2.8 扩展不确定度的评定

合成标准不确定度为:u=urel×X=0.019 4×2.324=0.0451 mg/kg

取扩展因子k=2(95%置信率),则扩展不确定度为:

U=2u=0.090 2 mg/kg

2.9 结果报告

石墨炉原子吸收分光光度法测梭子蟹中镉含量的结果为:X=2.324±0.090 mg/kg(k=2)。

3 结论

在使用石墨炉原子吸收光谱法测定梭子蟹中镉的含量时,由标准曲线产生的不确定度对结果影响最大,对结果影响最大,其次为系统偏差和配制标准溶液导致的不确定度。标准品纯度、定容过程及称量过程引入的不确定度相对来说较小。在镉测定的前处理操作中时,镉损耗主要体现在赶酸和转移定容中,赶酸时应注意赶酸温度及消解罐内壁的损耗,尽可能减少试样定容转移过程中的损失。配制溶液时使用的移液器、容量瓶等尽量使用同一规格型号,并尽量减少稀释过程。运行仪器前应熟悉仪器状态和操作手册,实验人员需规范操作设备,需要时可采用加标法或检测质控样法监控实验准确度,提高结果可信度。