原子吸收法测定菠菜中砷的质量分数不确定度评定

冯 波,李 岩

(廊坊梅花生物技术开发有限公司分析测试中心,河北 廊坊 065001)

砷具有毒性,砷中毒会损害呼吸系统、胃肠系统、心血管系统和神经系统,重则会引发癌症[1]。GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》规定谷物、蔬菜、肉制品和调味品等食品中总砷限值不得超过0.5 mg/kg[2]。目前,GB 5009.11—2014《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》[3]中电感耦合等离子体质谱法、氢化物发生原子荧光光谱法和银盐法适合对各类食品中总砷的测定。

分析检测存在方法误差,误差评定方法不同可造成不同测量结果间缺乏可比性,测量不确定度可用来统一评价测量结果[4]。为统一评定方法及正确评定不确定度,文献[5-6]对不确定度的来源及可能引入的不确定度因素进行了分析。据报道,金属不确定度评定有电感耦合等离子体质谱法[7-10]、原子荧光法[11-12]、原子吸收法[13-14]和分光光度法[15]。笔者应用微波消解-氢化物原子吸收法[16]测定菠菜中砷的质量分数并对其进行不确定度评定。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

砷单元素溶液标准物质,市购,标准物质;硝酸,市购,MOS级;盐酸,市购,优级纯;过氧化氢,市购,分析纯;硼氢化钠,市购,优级纯;氢氧化钠,市购,优级纯;抗坏血酸,市购,分析纯。

1.2 仪器与设备

ZEEnit 700p原子吸收分光光度计、HS-55型氢化物发生器,德国耶拿仪器公司;Master 40罐高通量密闭微波消解/萃取工作站,上海新仪微波化学有限公司;超纯水器一体机,默克Millipore公司。所用玻璃器皿在使用前用10%的硝酸浸泡过夜后用自来水冲洗干净,再用去离子水冲洗多次,烘干后备用。

1.3 方 法

1.3.1 微波消解前处理样品

称取试样0.4 g,置于消解罐中,加入5.0 mL硝酸和过氧化氢1.0 mL,微波消解1 h,在110 ℃电热板上赶酸,冷却后使用2%盐酸多次洗涤,洗涤后转移至25 mL容量瓶中,加入100.0 g/L的抗坏血酸2.0 mL,定容,摇匀。同时作空白试验。

1.3.2 检 测

配制1.0 μg/mL砷标准中间液,用2%盐酸配制质量浓度分别为0.0,2.5,5.0,7.5,10.0 μg/L的砷标准系列溶液,使用原子吸收光谱法(Atomic absorption spectrometry,简称AAS)检测,以砷的质量浓度为横坐标、吸光度为纵坐标进行曲线拟合。测量消解样品的吸光度,根据标准曲线计算样品中砷的质量浓度,计算菠菜中砷的质量分数。

1.4 不确定度评定方法

对原子吸收法测定菠菜中砷的质量分数进行不确定度评定,首先确定砷质量分数的数学模型为

(1)

式中:X为试样中砷的质量分数,mg/kg;c为试样消解液扣除空白后砷的质量浓度,μg/L;V为试样消化液定量总体积,mL;m为试样质量,g。

2 不确定度评定分析

根据检测方法和数学模型,可知影响砷质量分数的不确定度的主要来源有样品称量m、定容V、消解后测定的质量浓度c,除此还应考虑仪器误差fAAS、标准物质误差fGBW、移液器误差fpip、重复性误差frep,故将砷质量分数的数学模型修订为

(2)

式中:影响被测量数值的重复性误差frep属于A类不确定度;样品称量m、定容V、质量浓度c、仪器误差fAAS、标准物质误差fGBW、移液器误差fpip等属于B类不确定度。笔者将分别从A,B两类不确定度[4,6]进行评定。

2.1 A类不确定度

A类不确定度评定时需考虑在重复性条件下进行的测量,如包含样品的称量重复性、定容体积的重复性、质量浓度的重复性。为获得本实验整体重复性不确定度,平行测定5次,详细数据如表1所示。

表1 原子吸收光谱法测定砷数据

2.2 B类不确定度

B类不确定度评定时需考虑检测方法和使用仪器,包括质量、体积、浓度、仪器、标准物质和移液器等,因此,将从这6个方面分别进行评定。

2.2.1 质量m产生的不确定度

2.2.2 体积V产生的不确定度

使用容量瓶进行定容,容量瓶校准和定容用水温度等是影响准确度的主要因素。

2) 定容温度:该容量瓶已在20 ℃时校准,然而实验室的温度为(20±5) ℃,定容温度影响引起的不确定度可通过估算其温度范围和体积膨胀系数获得。液体的体积膨胀明显大于容量瓶的体积膨胀,因此只需考虑前者即可。2%盐酸溶液按水的体积膨胀系数计算,即2.1×10-4℃-1,故产生的体积变化为25×2.1×10-4×5=0.026 3 mL。

2.2.3 质量浓度c产生的不确定度

将质量浓度分别为0.0,2.5,5.0,7.5,10.0 μg/L的砷标准系列溶液上机检测,每个质量浓度测量2次,记录吸光度(A1,A2),砷标准溶液的吸光度如表2所示。

表2 砷标准溶液的吸光度

表3 残差标准偏差

2.2.4 仪器fAAS产生的不确定度

使用原子吸收光谱仪进行检测,仪器的线性误差和进样重复性是影响准确度的主要因素。

2.2.5 标准物质fGBW产生的不确定度

2.2.6 移液器fpip产生的不确定度

2.3 合成标准不确定度

合成不确定度由A,B两类不确定度组成,对于菠菜中砷质量分数不确定度参照数学模型公式(2),需考虑质量、体积、浓度、仪器、标准物质、移液器和重复性等的影响。砷质量分数及其标准不确定度和相对标准不确定度汇总如表4所示。

表4 砷质量分数和不确定度

2.4 扩展不确定度

将合成标准不确定度乘以包含因子k=2(置信概率95%)得到扩展不确定度U(X),即U(X)=2u(X)=2×0.014=0.028 mg/kg;因此,砷的质量分数为X=(0.219±0.028) mg/kg。

2.5 不确定度分量对合成不确定度的贡献

不确定度是评判检测结果的一个参数,是完整的测量结果不可缺少的组成部分。现将样品称量质量m、定容体积V、检测质量浓度c、仪器误差fAAS、标准物质误差fGBW、移液器误差fpip、重复性误差frep等不确定度分量的占比作图,横坐标为不确定度分量,纵坐标为占比,如图1所示。

图1 砷的不确定度分量占比图Fig.1 Arsenic and its uncertainty

3 结 论

通过分析微波消解-氢化物原子吸收法测定菠菜中砷的质量分数不确定度分量,发现砷的质量浓度引入的不确定度最大,重复性引入的不确定度次之。质量浓度不确定度主要来源于曲线拟合,与移液器容量误差和仪器检测密切相关,因此,定期校准仪器和核查移液器,使仪器处于最佳测定状态可降低由质量浓度引入的不确定度。重复性不确定度主要来源于样品消解,消解不完全或基质的干扰、消解液转移赶酸带来的损失等都会影响检测结果的重复性,因此,优化消解方法和规范人员操作可降低重复性引入的不确定度。