微波消解-氢化物原子荧光光谱法测定竹荪干制品中总砷的不确定度评定
时间：2023-04-25 10:25:04 来源：千叶帆 本文已影响人
周芥锋，刘 敏，何 莉，邱润华，陈文卫，杨 棚
(1.长宁县产品质量检验检测中心，四川 宜宾 644300；
2.四川省竹类产品质量检验检测中心，四川 宜宾 644300；
3.四川大学高分子科学与工程学院，四川 成都 610000)
竹荪有“菌中皇后”的美誉，具有高纤维、高蛋白、营养丰富、味道鲜美的特点[1-2]。竹荪菌丝体不可避免地会吸收砷元素[3]。砷元素无论是有机形态还是无机形态，均对人体有较大的毒性[4]。长期食用砷含量超标的食物，可能导致慢性As中毒引起的皮肤病、四肢无力、内分泌失调、代谢紊乱、多系统脏器组织不可逆的结构病变，甚至癌变[5]。在GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中规定，食用菌及其制品中砷质量分数小于 0.5 mg/kg[6]。
长宁县是我国三大竹荪生产基地之一。目前，对长宁竹荪的研究较为薄弱，仅有对提取液的抑菌效果、种植栽培技术、产业竞争建议及分析等方面的少量研究[2，7-9]，而对长宁竹荪在总砷元素方面的研究尚未见报道。
此外，在食品检验过程中，测定值极易受到样品处理方法、仪器状态、检测环境的影响[10]。不确定度与测定结果紧密联系，能反应出测定值的分散性，对实际结果评定具有重要意义[11]。基于此，以长宁竹荪干制品为研究对象，采用微波消解-原子荧光光谱法测定竹荪干制品中总砷，分析不确定度来源，并对不确定度的各分量进行计算，最后计算出相对标准不确定度和扩展不确定度。
1.1 实验材料
1.1.1 原料与试剂
竹荪干制品样品，四川省竹类产品质量检验检测中心委托检验样品。将样品用粉碎机粉碎，并过孔径 180 μm 网筛，备用。砷标准储备溶液(1000 μg/mL)：中国计量科学研究GBW08611；
实验玻璃仪器使用5%硝酸溶液浸泡；
氢氧化钠、硫脲、盐酸，分析级纯试剂；
硼氢化钠、抗坏血酸、高氯酸，优级纯试剂；
实验用水均为一级水。
1.1.2 仪器与设备
LC-AFS6500原子荧光光谱仪(海光)；
TPOEX+微波消解仪(屹尧)；
BSA224S电子天平(赛多利斯)。
1.2 实验方法
1.2.1 溶液的配制
还原剂溶液：分别称取 5.0 g 硫脲和抗坏血酸，加 50 mL 水，加热溶解，冷却至室温。现用现配。
还原剂流动相：称取 7.0 g 硼氢化钠和 2.5 g 氢氧化钠溶于 500 mL 水中，混匀。
酸性流动相:移取 50 mL 浓盐酸至 500 mL 水中，冷却后加水至 1000 mL。
标液稀释：用2%的硝酸水溶液稀释 1000 μg/mL 的砷标准储备液，分别得到 10.00 μg/mL 砷中间溶液1；
100 ng/mL 砷中间溶液2；
10.00 ng/mL 砷中间溶液3。
1.2.2 竹荪干制品的处理
准确称取竹荪干制品 0.5232 g 于聚四氟乙烯消解内管中，加入 10 mL 硝酸，浸泡过夜。次日置于 120 ℃ 智能控温电加热器上预消解约 30 min，冷却后，置于微波消解仪上消解。消解结束后，加入 0.5 mL 高氯酸，再次置于 120 ℃ 智能控温电加热器上赶酸至体积约 0.5 mL，冷却后转移至 10 mL 比色管中。加 0.5 mL 浓盐酸，1 mL 还原剂溶液，摇匀，静置 30 min 后上机分析。按相同的方法制备试剂空白。
微波消解程序为：在 80、120、150、180 ℃ 分别保温 2 min，在 200 ℃ 保温 30 min。
1.2.3 数学模型及不确定度来源分析
根据测定原理，分析不确定度来源。测定竹荪干制品中总砷质量分数的计算按式(1)进行。
(1)
式中：w为样品溶液中总砷的质量分数，mg/kg；
ρ为样品溶液中总砷的质量浓度，μg/L；
V为样品溶液的定容体积，mL；
m为样品的质量，g。
从式(1)分析，各个影响测定结果的参数相互独立，各参数的不确定度直接对测定结果的不确定度产生影响。微波消解-原子荧光光谱法测定竹荪干制品中总砷的不确定度主要来源如表1所示。
表1 不确定度的来源分析
2.1 样品称量引入的相对标准不确定度urel(m)
2.2 样品消解后定容引入的相对标准不确定度urel(V)
2.2.1 10 mL 比色管所产生的标准不确定度
2.2.2 温度效应所产生的标准不确定度
故样品消解后定容引入的相对标准不确定度urel(V)=u(V10)/V10=0.0578/10.00=0.00578。
2.3 标准曲线配制引入的相对标准不确定度urel(S)
2.3.1 标准储备溶液质量浓度引入的不确定度urel(ρ)
砷元素标准储备液证书质量浓度为 1000 μg/mL，依据证书其相对标准不确定度为1%(包含因子k=2)，则其相对标准不确定度为urel(ρ)=1%/2=0.00500。
2.3.2 砷标准中间溶液稀释引入的不确定度
1)10.00 μg/mL 的砷标准中间溶液稀释引入的不确定度urel(中间液1)
10.00 μg/mL 的砷中间液1的相对标准不确定度为：
urel(中间液1)=
2)100.00 ng/mL 砷标准中间溶液稀释引入的不确定度urel(中间液2)
100.00 ng/L 的砷中间液的相对标准不确定度为：
urel(中间液2)=
3)10.00 ng/mL 砷标准中间溶液稀释引入的不确定度urel(中间液3)
移取 1.00 mL 砷中间液2，用2%的硝酸溶液定容于 10 mL 比色管中摇匀。配置过程中使用 1000 μL 移液器一次和 10 mL 比色管，实验室温度变化为 ±2 ℃。由配置中间液1可知，1000 μL 移液器的相对标准不确定度为：0.00578；
测量重复性相对标准不确定度为：0.00289。由2.2知，用 10 mL 比色管配置溶液的相对标准不确定度为：0.00578。
4)自动进样器的不确定度
采用自动进样器绘制标准曲线。从中间液3中自动稀释可得到质量浓度为0.0、1.0、2.0、4.0、8.0、10.0 ng/mL 的标准工作曲线。仪器说明书未给出自动进样器的不确定度，故无法评定该过程的相对标准不确定度。
配置砷标准溶液引入的相对标准不确定度为：
urel(S)=
2.4 标准曲线拟合的相对标准不确定度urel(J)
采用6个标准质量浓度点建立标准曲线，每个标准质量浓度点测量3次，取荧光强度(B)其平均值，并由平均值得到荧光强度(B)与质量浓度(ρ)的关系方程，即：B=166.0821ρ-10.6850。测定结果见表3。
表3 标准曲线的测定结果
样品平行测试两次，荧光强度(B)分别为1439.189和1365.385，带入标准曲线方程，得到的质量浓度分别为 8.730 ng/mL 和 8.285 ng/mL，平均质量浓度为 8.508 ng/mL。
拟合曲线的偏差为：
标准溶液质量浓度的残差平方和为：
其相对标准不确定度urel(J)=0.07185/8.508=0.0084
2.5 仪器测定重复性引入的相对标准不确定度urel(R)
对竹荪干制品样品溶液进行6次重复测定，根据标准曲线方程计算出长裙竹荪中总砷含量分别为0.1699、0.1596、0.1605、0.1618、0.1605、0.1573 mg/kg，平均含量为 0.1616 mg/kg。根据贝塞尔公式，测定结果的标准偏差为：
测定结果的标准不确定度为：
由原子荧光光谱仪测定重复性引入的相对标准不确定度为：
2.6 合成相对标准不确定度及相对扩展不确定度
将砷元素的各个分量进行合成，其相对标准不确定度为：
2.7 测量不确定度报告
实验测定竹荪干制品中总砷质量分数为w=(0.1616±0.00646)mg/kg。
采用微波消解-原子荧光光谱法测定竹荪干制品中总砷，通过分析并计算主要不确定来源发现，当竹荪干样品的称样质量为 0.5232 g 时，总砷的质量分数为0.1616±0.00646 mg/kg，符合国家标准GB2762-2017的限量要求。此外，标准曲线溶液的配置和仪器测量重复性是主要的不确定度来源，因而配置标液的过程应当格外注意。
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