连续光源火焰原子吸收法同时测定薏苡中铜、铁、钙和锰的不确定度评价

梁艺馨，刘康书，蔡秋，王兴宁，李娜
（贵州出入境检验检疫局综合技术中心，贵州贵阳　550081）

摘要：分析连续光源火焰原子吸收法测定薏苡中铜、铁、钙和锰含量的过程，建立相应的数学模型。对样品测量过程中称量、稀释、定容、曲线拟合以及重复性等影响不确定度的因素进行了分析评定，最终计算合成和扩展各不确定度分量。本方法数理清晰，可对同时检测食品中多种金属元素的不确定度提供参考。

关键词：连续光源火焰原子吸收法；薏苡；金属元素；不确定度

梁艺馨, 刘康书, 蔡秋, 等. 连续光源火焰原子吸收法同时测定薏苡中铜、铁、钙和锰的不确定度评价[J]. 食品科学, 2016, 37(12): 134-138. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612023. http://www.spkx.net.cn

LIANG Yixin, LIU Kangshu, CAI Qiu, et al. Uncertainty evaluation for the simultaneous determination of Cu, Fe, Ca and Mn in coix seeds by HR-CS-FAAS[J]. Food Science, 2016, 37(12): 134-138. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612023. http://www.spkx.net.cn

薏苡又名薏苡仁、薏仁米、六谷子、起实等，为禾本科植物，既是一种中药药材，也是日常生活常见的食物。近年来已有大量的研究证明，薏苡含有丰富的生物活性成分，例如甘油三酯、薏苡内酯、薏苡多糖、甾醇类化合物等有效成分[1]，这些有效成分使薏苡在抗癌、抗衰老、降血压和降血糖方面有显著疗效。此外，薏苡中无机元素含量较高[2]，无机元素在人及动物体内总量不超过体质量的4%～5%，但却是人体不可缺少的成分，不同元素对身体的健康起着重要作用。由此可见，薏苡在保健食品方面研究开发具有巨大的潜力和空间，因此，能够准确测定薏苡中无机元素的含量是十分重要的。

目前，火焰原子吸收法[3-7]已成为无机元素定量分析应用的基本方法之一，其选择性强、灵敏度高、精密度好、抗干扰能力强等特点已得到广泛认同。连续光源原子吸收法与普通原子吸收相比，能更精确地校正背景，达到的检出限更低，在同时测量多种元素时，大大地提高了检测效率和实验分析的灵敏度。测量不确定度在实际工作中对评定测定结果具有重要意义，用于表征合理赋予被测量的值的分散性，是评价检测结果可信性、可比性和可接受性的重要指标[8]。目前与原子吸收法不确定度评价相关的研究有很多[9-18]，但有关连续光源火焰原子吸收光谱法测定结果不确定度的评价报道较少，本实验采用经典湿法消解，以贵州薏苡为样品，连续光源火焰原子吸收光谱法测定其Ca、Mg、Fe和Zn含量，根据国家计量技术规范JJF 1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》[19]，对测定过程的不确定度进行评定分析，建立评定方法，为测定薏苡无机元素方法不确定度的评价提供依据。

1　材料与方法

ContrAA300连续光源火焰原子吸收光谱仪　德国耶拿分析仪器股份公司；PL203电子天平　瑞士Mettler Toledo公司；硝酸（优级纯）；高氯酸（优级纯）；LaCl3（分析纯）　国药集团化学试剂有限公司；Cu、Fe、Ca、Mn标准储备液（1 000 μg/mL）　国家有色金属及电子材料分析测试中心；超纯水　实验室自制。

ContrAA300连续光源火焰原子吸收光谱仪测定Cu、Fe、Ca、Mn元素的仪器条件及参数如表1所示。

表1　连续光源火焰原子吸收光谱仪工作条件
Table 1　Working conditions of HR-CS-FAAS

分别将1 000 mg/L Cu、Fe、Ca、Mn标准储备溶液用20 g/L LaCl3溶液[20-21]进行逐级稀释，配制成Cu、Fe、Ca、Mn混合标准溶液质量浓度如表2所示。

表2　混合标准溶液各元素质量浓度
Table 2 Metal element concentrations in mixed standard solutions

将样品磨碎打浆储存于食品级聚乙烯包装袋中，采用湿法消解。称取0.5 g（精确至0.1 mg）试样置于广口锥形瓶中，加入20 mL混合酸（V（硝酸）∶V（高氯酸）=4∶1）后加盖浸泡过夜，置于电热板上，加热至150 ℃进行消解，直至样品在锥形瓶中冒白烟，消化液逐渐变为无色透明，180 ℃条件下赶酸直至消化液近干，消解完全。待冷却至室温后，用滴管将20 g/L氯化镧溶液少量多次洗涤锥形瓶，把样品消化液洗入25 mL容量瓶中，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，摇匀，同时制备试剂空白。

2　结果与分析

式中：X为样品中元素的含量/（mg/kg）；C为样品消化液中扣除试剂空白后的元素质量浓度/（mg/L）；V为样品定容体积/mL；m为样品质量/g。

由数学模型可知，影响薏苡中各元素含量测定的不确定度分量包括样品称量质量引入的不确定度、样品定容体积引入的不确定度、样品消化液中各元素含量的不确定度3 个方面。依据实验过程，样品消化液中各元素含量的不确定度与标准贮备液及标准溶液配制过程引入的不确定度，曲线拟合引入的不确定度，样品消化液重复性测定的不确定度和回收率引入的不确定度有关。

按《电子天平》[22]检定规程，实验所用Mettler PL203电子天平，由检定证书提供的最大允许误差为5 mg，重复性误差为10 mg。最大允许误差属于均匀分布，

，标准偏差为

；重复偏差由于在实验中只称量一次，标准偏差为

。所以u（m）=

=6.46 mg，相对不确定度urel（m）= u（m）/m=6.46/500=0.012 9。

样品消化液和样品空白液分别用2个25.00 mL容量瓶（A级，（25.00±0.04）mL）定容，属于均匀分布，

，该分量不确定度u（V1）=（0.04×2）

= 0.046 mL。

通过该容量瓶的典型样品的重复性实验来评估其重复性引起的不确定度。连续在25 mL容量瓶中加纯水至刻度线，用天平称量每次定容后纯水质量，重复10 次，计算出10 次标准偏差为σ=0.032 8 mL，所以u（V2）= 0.032 8/

=0.010 4 mL。

根据容量瓶生产商提供的信息，该容量瓶已在20 ℃校准，实验室室温在（20±3）℃变化。此过程引起的不确定度可通过其温度范围和体积膨胀系数来计算。液体的体积膨胀明显大于容量瓶的体积膨胀，因此容量瓶体积膨胀可以忽略不计[23]。水的体积膨胀系数为2.1×10－4℃－1，所以产生的体积变化为±（25×3×2.1×10－4）= ±0.015 8 mL，假设温度是均匀变化，则标准偏差为0.015 8

=0.009 12 mL。所以u（V3）=0.009 12 mL。

2.3.3.1　Cu、Fe、Ca、Mn标准溶液与吸光度拟合直线方程计算各元素含量的不确定度

表3　标准溶液的质量浓度和平均吸光度
Table 3 Concentrations and average absorbance of standard solutions

对混合标准溶液各元素分别进行3 次平行测定，结果用最小二乘法对数据进行拟合，测定结果见表3。对样品溶液中各元素含量进行6 次平行测定，由各元素直线方程计算出各元素平均质量浓度

，再通过校准曲线计算各元素质量浓度时引入的不确定度u（c1）：

式中：N为样品测定次数；b为斜率；a为截距；

为标准溶液的平均质量浓度；

为样品测定结果平均值；n为标准溶液测定次数（标准溶液每个质量浓度进行3 次平行测定，共3×6=18 次）；Sxx为标准溶液残差平方和，

（xi－

）2；yi为各元素不同质量浓度标准溶液对应的吸光度；ci为各元素标准溶液吸光度对应的标准溶液质量浓度。

表4　4种元素的不确定度
Table 4 Uncertainties in curve fitting of 4 elements

2.3.3.2　Cu、Fe、Ca、Mn标准贮备液及标准溶液配制过程引入的不确定度

Cu（GSB G 62023-90）、Fe（GSB G 62020-90）、Ca（GSB G 62012-90）、Mn（GSB G 62019-90）标准储备液1 000 μg/mL均为国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院提供，样品证书上均注明扩展不确定度为4 μg/mL，k=2，假设其置信水平为95%，按其正态分布可知各元素标准储备液的标准不确定度

；相对标准不确定度

。

以配制Cu标准溶液过程为例，包含以下两个过程：标准储备液稀释过程，将1 000 μg/mL标准储备稀释成100 μg/mL标准溶液过程中，需要使用1 次10.00 mL单标线吸量管（A级，（10±0.02） mL），1 个100 mL容量瓶（A级，（100±0.1）mL）按1∶10逐级进行稀释得到100 μg/mL标准溶液以备使用。标准溶液配制过程，将100 μg/mL标准溶液按表3所示质量浓度使用5 次2 mL （A级，（2±0.03）mL）分度吸量管，6 个100 mL容量瓶（A级，（100±0.1）mL）分别按0.2∶100、0.5∶100、1∶100、1.5∶100、2∶100稀释得到标准溶液。因此分别对10 mL分度移液管（A级）、5 mL吸量管（A级）、100 mL容量瓶（A级）的不确定度进行评估。

实验过程中所有标准溶液的稀释和配制使用10 mL单标线吸量管、2 mL分度吸量管、5 mL分度吸量管、10 mL分度吸量管及100 mL容量瓶的不确定度均根据JJG 196—2006《常用玻璃量器》规定[24]，取矩形分布，各分量的计算如下：

以配制Cu标准溶液时使用10 mL单标线吸量管引入的不确定度为例：

允差：（10±0.02）mL，由检定证书提供，标准不确定度u1=0.02/

=0.012 mL；温度：实验室在（20±3） ℃变化，按95%置信概率时体积区间变化：3 ℃×2.1×10－4℃－1×10 mL=6.3×10－3mL，则标准不确定度u2=6.3×10－3mL/1.96=3.21×10－3mL；10 mL单标线吸量管标准偏差：s=u3=0.004 0 mL。

单次使用10 mL单标线吸量管吸取标准溶液引入的相对标准不确定度：

同理，计算每次配制各元素标准溶液分别所用器具引入的标准不确定度如表5所示。

表5　所用容量器具的不确定度
Table 5 Uncertainties of pipettes and volumetric flasks

由以上数据得，以配制混合标准溶液时Cu过程为例，计算配制Cu标准溶液时引入的相对不确定度：

同理可计算配制混合标准溶液各元素分别所用器具引入的标准不确定度如表6所示。

表6　配制混合标准溶液过程各元素的相对不确定度
Table 6 Relative uncertainties in the preparation of mixed standard solutions

分别对6组样品进行平行测定，得到各元素的测定结果平均值

，标准偏差S，所以

，

，结果见表7。

表7　样品溶液重复测定引入的不确定度
Table 7 Uncertainties caused by sample detection repeatability

分析方法的偏差通常是通过研究测定器相关标准物质或加标实验来确定，即回收率的测定。在质量浓度为0.2～2.0 mg/L范围内4种元素各自分别进行了3 个添加水平的回收率实验，消解完全后在1.2.1节条件下进行测定，用所得结果计算回收率，结果见表8。

表8　薏苡中4种元素加标回收率测定结果
Table 8 Results of recoveries of four elements in spiked coix seeds

回收率标准不确定度采用平均值的标准偏差[2 5]：

，式中S为n 个R的标准差，R

，结果见表9。

表9　回收率引入的不确定度
Table 9　Uncertainties caused by recoveries

根据以上7种不确定度的主要来源所示结果可计算出合成不确定度：

表10　4种元素的合成相对不确定度
Table 10 Combined relative uncertainties for four elements

按国际惯例，取置信区间95%，k=2[26]，则相对扩展不确定度u=k×urel（单位mg/kg），结果如表11所示。

表11　4种元素的扩展不确定度
Table 11　Expanded uncertainties for four elements

表12　薏苡中铜、铁、钙和锰含量的测定结果
Table 12 Contents of Cu, Fe, Ca and Mn in coix seeds

3　讨论

本实验以薏苡为样品，用高分辨率连续光源火焰原子吸收光谱法同时测定Cu、Fe、Ca、Mn含量，对测定结果不确定度来源及各分量进行分析探讨。从结果可以看出，该方法的不确定度主要来源于样品称量质量引入的不确定度、样品定容体积引入的不确定度、样品消化液中各元素含量的不确定度、标准贮备液及标准溶液配制过程引入的不确定度、样品消化液重复性测定的不确定度曲线拟合引入的不确定度，样品消化液重复性测定的不确定度和回收率引入的不确定度几个方面，其中标准溶液与吸光度拟合直线方程计算各元素含量的不确定度和回收率引入的不确定度对合成不确定度贡献最大，然后是重复性测定引入的不确定度。实验结果的从整个实验过程可知，要最大程度减少测量结果的不确定度，必须注意标准曲线的配制，控制好消解过程、标准曲线校准和优化仪器工作条件以及样品的重复测定过程，从而保证实验结果的可靠性和准确性。

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Uncertainty Evaluation for the Simultaneous Determination of Cu, Fe, Ca and Mn in Coix Seeds by HR-CS-FAAS

LIANG Yixin, LIU Kangshu, CAI Qiu, WANG Xingning, LI Na
(Technology Center, Guizhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Guiyang　550081, China)

Abstract: A mathematical model was established to analyze the uncertainty for the simultaneous determination of copper (Cu), ferrum (Fe), cadmium (Ca) and manganese (Mn) in coix seeds by high resolution-continuum source-flame atomic absorption spectrometry (HR-CS-FAAS). In the estimation of uncertainty, the sample weighing, constant volume dilution, curve fitting, and repeatability that may affect the uncertainty of analytical data were taken into account. The uncertainty components were used to calculate the combined and expanded uncertainties. The method proposed in this study is concise and can provide a useful reference for evaluating the uncertainty in the simultaneous determination of several metal elements in food samples.

Key words: high resolution-continuum source-flame atomic absorption spectrometry (HR-CS-FAAS); coix seed; metal elements; uncertainty

基金项目：国家质检总局科技计划项目（2014IK112）；贵州省科技厅科技计划项目（黔科合NZ字[2013]3006）

作者简介：梁艺馨（1990—），男，助理工程师，硕士，研究方向为食品、化妆品等理化分析检测。E-mail：leungaku@163.com

连续光源火焰原子吸收法同时测定薏苡中铜、铁、钙和锰的不确定度评价

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨 论

1　材料与方法

2　结果与分析

3　讨论