吉林化工学院学报稿件信息
微波消解-氢化物发生原子吸收法测定菠菜粉中砷的不确定度评估
冯波，李岩，刘丹，王瑾
(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)
摘 要：依据微波消解-氢化物发生原子吸收法测定砷，对砷检测过程中的样品称量、定容、消解后检测浓度、仪器、标准物质、移液器、测量重复性等不确定度的分量进行分析，计算合成不确定度和扩展不确定度，为氢化物发生原子吸收法测定砷含量的不确定度评定提供参考。
关键词：微波消解；氢化物发生；原子吸收；砷；不确定度
Uncertainties estimation for Determination of Arsenic in spinach powder by Microwave Digestion Hydride Generation Atomic Absorption Spectrometry
FENG Bo, LI Yan, LIU Dan, Wang Jin
(Analysis test center, Meihua BioTech(Langfang) Co. Ltd., Hebei 065001, China)
Abstract：Determination of Arsenic by Microwave digestion hydride generation Atomic Absorption Spectrometry, The source of uncertainty of the Arsenic detection process was analysed, such as sample weighing, constant volume determination, post-digestion detection concentration, instrument, reference material, pipette, measurement repeatability, etc, Synthetic uncertainty and extended uncertainty were calcutated, provide a reference for the assessment of uncertainty in the determination of Arsenic by hydride generation Atomic Absorption Spectrometry.
Key words：microwave digestion；hydride generation；Atomic Absorption Spectrometry；Arsenic；uncertainties
中图分类号：TS207.5 文献标志码：A 文章编号：
砷具有毒性，砷中毒会损害呼吸系统、胃肠系统、心血管系统、神经系统，严重者会引发癌症 [1]。在国标GB 2762-2017《食品中污染物限量》中规定，谷物、蔬菜、肉制品、调味品等食品总砷限值不得超过0.5mg/kg[2]。目前，国标GB 5009.11《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、银盐法适合各类食品中总砷的测定。
分析检测存在方法误差，误差评定方法不同造成不同的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。已有文献对国标GB 5009.11 [3]中三种方法，电感耦合等离子体质谱法[7-9]、原子荧光法[10]、银盐法[11]对砷进行不确定度评定。本文应用微波消解-氢化物原子吸收法 [12] 测定菠菜粉中砷并对砷含量进行不确定度评定。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂[12]
砷标准储备液(1000 μg/mL) 中国计量科学研究院、硝酸(MOS级)、盐酸(优级纯)、过氧化氢(30 %(v/v))、硼氢化钠(优级纯)、氢氧化钠(优级纯)、抗坏血酸纯(分析纯)。
1.2 仪器与设备[12]
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，用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗多次，烘干后使用。
1.3 方法[12]
称取试样0.4 g，使用的电子天平最小分度值为0.01 mg；加入5 mL MOS级硝酸和1mL过氧化氢(30 %(v/v))使用微波消解前处理样品，然后转移赶酸后使用2 %(v/v)盐酸多次洗涤转移至25 mL容量瓶，加入2mL 抗坏血酸(100g/L)，定容，摇匀；配制As标准中间液，稀释上机液，将标准曲线测定吸光度拟合曲线，消解样品上机测定吸光度，根据标准曲线自动给出最终浓度。
1.4 不确定度评定方法
本文对氢化物原子吸收法测定菠菜粉中的砷进行不确定度评估，首先确定数学模型：
式（1）
其中，
X：试样中砷含量, 单位为毫克每千克(mg/kg)；
c：测定样液扣除空白的砷浓度，单位为微克每升(μg/L)；
V：试样消化液定量总体积，单位为毫升(mL)；
m：试样质量，单位为克(g)。
以公式(1)为依据，计算各分量的不确定度。
2 不确定度评定分析
根据检测方法和数学模型分析，影响氢化物原子吸收法测定菠菜粉中砷含量的不确定度的主要来源有样品称量m、定容V、消解后检测浓度c（包括标准溶液配制、校准曲线拟合）、仪器、标准物质、移液器、样品重复测定等环节。影响被测量数值的各个参数见图1不确定度的因果关系图。本文将从A类不确定度[4] [6]和B类不确定度[4] [6]两个方面进行评定。
图1 不确定度因果关系图
Fig.1 Uncertainty causality diagram
2.1 A类不确定度[4]
A类不确定度评定时需考虑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、计算浓度的重复性。为获得本实验整体重复性不确定度，平行测定5次详细数据见表1，方法确认表明检测结果均值的重复性为1.79%，该值用于计算合成不确定度。计算过程见表1。
Table 1 The datas of Arsenic by AAS
|
序号 |
m, g |
c, μg/L |
V, mL |
Xi，mg/kg |
|
|
重复性% |
|
1 |
0.40473 |
3.871 |
25 |
0.239 |
0.012 |
0.227 |
1.79 |
|
2 |
0.40415 |
3.637 |
25 |
0.225 |
0.002 |
||
|
3 |
0.40193 |
3.752 |
25 |
0.233 |
0.006 |
||
|
4 |
0.40338 |
3.531 |
25 |
0.219 |
0.008 |
||
|
5 |
0.40110 |
3.506 |
25 |
0.219 |
0.008 |
重复性不确定度
为：
；
；
2.2 B类不确定度
由质量、体积、消解后浓度、仪器、标准物质和移液器等引入的不确定度。
2.2.1 质量m
1） 重复性：重复性已与其它分量合并，在A类不确定度中进行了评定。
2） 灵敏度：灵敏度可忽略。
3） 线性：电子天平计量检定证书表明，当称样量在0≤m≤5 g时，最大允许误差为±0.05 mg，在这里，计算标准不确定度时按照矩形分布处理。即
因使用减量法称量，每一次称重均为独立的观测结果，两者的线性影响是不相关的。
由此得到质量m的标准不确定度u(m) 为：
=0.00004 g
2.2.2 体积V[4]
定容体积有三个主要的影响因素：校准、定容重复性和定容用水温度。
1）校准：计量检定证书上表明25 mL单标线容量瓶的级别为A级，查JJG 196-2006《常用玻璃量器检定规程》[13]得知，25 mL级别为A级的单标线容量瓶容量允差为±0.030 mL。给出的不确定度的数值没有置信水平或分布情况信息，在这里，计算标准不确定度时按照三角形分布处理。即
2）重复性：重复性已与其他分量合并，在A类不确定度中进行了评定。
3）温度：该容量瓶已在20 ℃校准，而实验室的温度在±5 ℃之间变动。该影响引起的不确定度可通过估算该温度范围和体积膨胀系数来进行计算。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% HCl溶液按水的体积膨胀系数来计算，水的体积膨胀系数为2.1×10-4 ℃-1，所以产生的体积变化为25×2.1×10-4 × 5=0.0263 mL。
计算标准不确定度时，温度变化按照矩形分布处理。即
两种分量合成得到体积的标准不确定度u(V)为：
2.2.3 浓度
用1000 μg/mL砷标准溶液，经过二次稀释配制浓度为0 μg/L,2.5 μg/L.5 μg/L ,7.5 μg/L,10 μg/L
的标准曲线，砷标准曲线吸光度（λ=193.7nm）见表2。
表2 标准曲线吸光度
Table 2 The absorbance of Standard curve
|
浓度μg/L |
吸光度A1 |
吸光度A2 |
吸光度 |
|
0 |
0.1420 |
0.1007 |
0.1213 |
|
2.5 |
0.9214 |
0.9158 |
0.9186 |
|
5 |
1.6823 |
1.6902 |
1.6860 |
|
7.5 |
2.3764 |
2.3255 |
2.3510 |
|
10 |
3.2381 |
3.1793 |
3.2090 |
标准曲线为：
Aj ：第 i个标准溶液的第j次吸光度
Cj：第i个标准溶液的浓度
Bi：斜率
B0：截距
由以上数据得出标准曲线
，线性相关系数R2=0.999，其中Bi为0.304；B0 为0.135。
残差标准偏差S(详细数据见表3)：
表3 残差标准偏差数据
Table 3 The datas of residual standard deviation
|
浓度μg/L |
吸光度A |
|
|
|
0 |
0.142 |
0.135 |
0.00005 |
|
0.101 |
0.135 |
0.00118 |
|
|
2.5 |
0.921 |
0.895 |
0.00070 |
|
0.916 |
0.895 |
0.00043 |
|
|
5 |
1.682 |
1.655 |
0.00075 |
|
1.690 |
1.655 |
0.00124 |
|
|
7.5 |
2.376 |
2.415 |
0.00149 |
|
2.325 |
2.415 |
0.00801 |
|
|
10 |
3.238 |
3.175 |
0.00398 |
|
3.179 |
3.175 |
0.00002 |
菠菜粉中砷含量测定5次，平均浓度 
为3.659 μg/L，不确定度u(c)为：
其中：
B: 标准曲线斜率
P: 测试c的次数
n: 测试标准溶液的次数
c0: 菠菜粉中砷的平均浓度
: 不同标准溶液的平均值（n次）
i: 下标，指第几个标准溶液
j: 下标，指获得标准曲线的测量次数
2.2.4 仪器fAAS
仪器有两个主要的影响因素：线性误差和重复性。
1）线性误差：线性误差为2%。在这里，计算标准不确定度时按照矩形分布处理。即
2）重复性：重复性为0.9%。在这里，计算标准不确定度时按照矩形分布处理。即
仪器的标准不确定度
为：
2.2.5 标准物质fGBW(As)
证书：砷标准物质GBW 08611 1000 μg/mL±1 μg/mL（国家标准物质中心）。证书规定置信水平，k=2。在这里，计算标准不确定度时按照矩形分布处理。标准物质的标准不确定度
为：
2.2.6 移液器fpipette
容量误差：5 μL~50 μL移液枪，检定证书表明50 μL的容量误差为0.9%，即为0.45 μL。在这里，计算标准不确定度时按照矩形分布处理。移液器的标准不确定度
为：
2.3 合成标准不确定度
合成不确定度是由A类不确定度和B类不确定组成，对于本方法，除质量、体积、浓度外还应考虑仪器、标准物质、移液器和重复性的影响。因此，公式中需加入各自的修正因子扩大为：
式（2）
砷含量及其标准不确定度和相对标准不确定度汇总见表4。
表4 砷含量和不确定度
Table 4 The content of Arsenic and its uncertainty
|
|
描述 |
数值x |
标准不确定度u(x) |
相对标准不确定度u(x)/x |
|
m |
菠菜粉质量 |
0.40338 g |
0.00004 g |
0.00010 |
|
V |
容量瓶体积 |
25 mL |
0.020 mL |
0.00080 |
|
c |
样品浓度 |
3.531 |
