石墨炉原子吸收法测定乳粉中铬的不确定度

曾朝懿，唐洁，车振明

（西华大学生物工程学院，四川成都 610039）

石墨炉原子吸收法测定乳粉中铬的不确定度

曾朝懿，唐洁*，车振明

（西华大学生物工程学院，四川成都 610039）

摘 要：采用石墨炉原子吸收分光光度法测定乳粉中铬元素含量，探讨了两种不同的前处理方法对实验结果的影响，并对检测过程中的不确定度的主要因素进行了来源分析和计算。结果表明，干法灰化较微波消解处理样品的检测精密度更高，试验稳定性和重现性好。在最优测定条件下，乳粉中铬元素含量的扩展不确定度U95=0.016 04 μg/mL（K=2），影响乳粉中铬含量测定的不确定度主要因素是由标准曲线绘制和样品测量重复性引入的不确定度产生。

关键词：石墨炉原子吸收分光光度法；乳制品；铬；干法灰化；微波消解；不确定度

牛乳中含有微量的铬，主要来源于草原或饲料[1]；在加工环节中也会带来一定量的铬污染。铬常以三价和六价的形式存在于食品中，三价铬是人体必须的微量元素，而六价铬具有较强毒性，在人体内过量积累会致癌、致畸。违规在乳制品中添加皮革水解蛋白粉以提高乳制品中蛋白质含量的事件常有发生[1-2]，而皮革水解蛋白粉中含有大量的铬，将直接导致乳制品中的铬含量超标，引发食品安全问题。《GB/T2762-2005》中规定乳粉中铬含量不得超过2.0 mg/kg[3]；在实际检测时，添加了皮革水解蛋白粉的乳粉样品中，铬含量超标或在限量附近的情况时常发生。测量不确定度是表征合理地赋予被测量值的分散性，它是判定测量结果质量的依据[4]。测量结果的可能性很大程度取决于其不确定度的大小[5]。因此本研究通过对乳粉干法灰化和微波消解两种不同前处理方法的比较，确定最佳的样品处理及测定条件，对乳粉中的铬含量进行检测并对铬含量测量的不确定度进行评定。为乳制品中微量铬元素的测定方法及检测不确定度评价提供研究数据。

1 实验材料及仪器

1.1 仪器

AA-6800型石墨炉原子吸收分光光度计：日本岛津；铬空心阴极灯：北京同立；MDS-6微波消解炉：上海新仪；马弗炉：上海意丰。

1.2 试剂

浓硝酸（优级纯）、过氧化氢（优级纯）、超纯水、铬标准溶液（1 000 μg/mL）购于国家有色金属及电子材料分析测试中心。

2 实验方法

2.1 样品的前处理

2.1.1 干法灰化

准确称取5.00 g乳粉样品于50 mL瓷坩埚中，放入程序升温高温炉，设置10℃/min的升温速率，炭化温度至300℃，保持2 h，然后以相同升温速率升至550℃保持4h进行灰化。至完全灰化后取出冷却，加入15 mL 80%的浓硝酸在电炉上加热溶解残渣，过滤后全部移入50 mL容量瓶，用超纯水定容至刻度，摇匀，待用。以相同方法分别处理试剂空白和样品空白液[2]。

2.1.2 微波消解

准确称取0.50 g乳粉样品于微波消解罐中，加入10 mL浓硝酸预处理30 min后补加2 mL浓硝酸，1 mL过氧化氢，盖好内盖，旋紧外盖，放入微波消解装置中，将预先设好的程序进行升温消化，消化完成后，取出消化罐。冷却后将消化罐中的溶液转移至25 mL的具塞刻度试管中，在沸水浴中加热，再加10 mL超纯水进一步驱酸，然后定容至25 mL，即为试样，以相同方法分别处理试剂空白和样品空白[6]。

2.2 测定条件

石墨炉原子吸收的铬空心阴极灯测定条件：波长为357.9 nm，狭缝宽度为0.5 nm，灯电流为6 mA，背景校正为塞曼效应，点灯方式为D2背景，检测信号为峰高，气体类型为氩气，进样量为10 μL，测定标准工作溶液及试样的吸光值。绘制吸光值与标准品溶液质量浓度的标准曲线并代入该曲线求得乳粉中铬的含量。石墨炉升温程序[7]如表1所示。

表1 石墨炉升温程序Table 1 Graphite furnace temperature program

2.3 标准曲线

配制铬标准浓度梯度为 0.002、0.016、0.040、0.080、0.320 μg/mL，以吸光值为纵坐标，浓度为横坐标绘制曲线。根据拟合的标准曲线对测量数据进行回归分析，得回归方程为y=0.406xi+0.006，相关系数为0.999 1。

2.4 不确定度分析

2.4.1 数学模型[8]

经过对铬元素标准工作溶液的测定，绘制了标准曲线。测量样品时，只需将未知溶液自动进样。即可从系统中读出其浓度值。故数学模型为：

式中：x为被测溶液的浓度读出值；y为被测溶液的浓度测定结果。

2.4.2 不确定度来源分析

采用石墨炉原子吸收分光光度法测定乳粉中的铬元素，测定结果的不确定度主要来自校准曲线拟合、标准溶液稀释至使用液，包括标准物质本身，移液、定容、重复测量样品及测量仪器示值误差等因素引起的相对不确定度，根据不确定度的传递规律[8-9]，其不确定度可由下式计算：

式中：u1为校准曲线拟合的不确定度；u2为测定样品浓度时重复性引起引入的不确定度；u3为由标准溶液引入的不确定度；u4为分析仪器引入的不确定度。

3 结果与分析

3.1 消化方法的选择

分别用干法灰化和微波消解两种方法处理乳粉样品，在石墨炉原子吸收的铬空心阴极灯测定参数条件下，利用铬溶液标准曲线，测定样品中相应的铬含量，重复3次。测定结果如表2所示。

表2 不同处理方法的乳粉中铬含量的平均值及标准偏差Table 2 Different treatment method of chromium content in milk of average value and standard deviation μg/mL

从表2数据可知：由于受微波消解罐容量限制，微波消解处理样品的量很少，测定结果铬含量也较小，偏离平均值较远，相对偏差值较大，致使精确度不高，不适宜做方法学实验；而干法灰化的乳粉多次测定结果极差很小，都非常接近平均值，相对标准偏差较小，测定结果比较精确。同时，由于铬在550℃高温灰化的条件下都未发现损失，且干法灰化可以避免使用过多浓酸对石墨炉管的腐蚀作用，延长石墨管的使用寿命。虽然处理时间稍长，但其处理方法简单、结果干扰性小[5]。因此在不确定度评定中常采用干法灰化来处理样品。

3.2 不确定度分量的评定

3.2.1 由于校准曲线拟合引入的不确定度u1

调节仪器测定参数条件，用空白溶液调零，分别对5种浓度不同的铬标准溶液进行3次重复测定，数据见表3。

表3 铬标准溶液浓度与吸光值Table 3 The concentration and the absorbance of standard solution

根据测量数据用线性回归法求出标准工作曲线为y=0.406xi+0.006，相关系数r=0.999 1。对于拟合的标准工作曲线非线性引起的不确定度，可用表4中列出的部分标准差数据进行计算。

标准偏差：

式中：yij为仪器各点响应值；yj为回归直线的计算值；n为浓度梯度数，数值为 5；m为每个浓度测量次数，数值为3。

表4 标准差计算结果Table 4 The results of standard deviation

注：xi表示铬标准溶液浓度；yij表示铬标准溶液浓度对应的吸光值；yj表示由工作曲线回归得到的吸光值。

3.2.2 由测定样品浓度时重复性引入的不确定度u2

对乳粉中铬含量进行测定，重复9次，结果见表5。

表5 重复测样结果Table 5 The results of repeat sample test

由表5计算得实验标准差S为：

3.2.3 由标准溶液引入的不确定度分量u3

1）由标准物质配制引起标准溶液定值不确定分量u31

铬标准物质（GSB04-1723-2004）标准值：1 000μg/mL，不确定度为0.7%，属正态分布，按K=2计算

2）由容量瓶逐级稀释引起的标准溶液定值不确定度分量u32

先使用100 mL容量瓶（允许误差为±0.10 mL）将标准物质稀释成1 μg/mL标准中间液，再使用50 mL容量瓶（允许误差为±0.05 mL）配制成标准工作液系列。容量瓶刻线读数不确定度可忽略；配制溶液温度接近25℃，温度影响可忽略[10]。按均匀分布以K=3计算并合并得到：

3）由溶液转移过程引起的标准溶液定值不确定度分量u33

先使用1支1 mL移液管（允许误差为±0.30 mL）配制标准中间液，再使用另一支10 mL移液管（允许误差为±0.50 mL）配制标准工作溶液系列，移液管刻度线读数不确定度可忽略；配制溶液温度接近25℃，温度影响可忽略[10]。按均匀分布K=3计算并合成得到：

综合以上3项，由标准溶液定值引起的y不确定度分量u3，按下式计算得到：

3.2.4 分析仪器的不确定度

由仪器的检定证书提供u4=0.006。

3.3 合成不确定度

各标准不确定度分量见表6。

表6 标准不确定度各分量一览表Table 6 Each component of standard uncertainty

3.4 扩展不确定度U评定及其结果表示

对乳粉样品进行9次重复检测的平均值=0.009 4 μg/mL，取包含因子 K=2，置信概率近似为95%，则

合成不确定度U（y），按下式计算：

即扩展不确定度为0.029 2，说明在本实验条件下，该乳粉中铬的含量C为（0.009 4±0.029 2）μg/mL。

4 结论

采用石墨炉原子吸收分光光度法测定乳粉中的铬元素，探讨了两种不同的前处理方法对乳粉中铬元素测定的影响，实验结果表明，干法灰化较微波消解处理样品操作更简单稳定、重现性好。对此方法检测乳粉中铬元素含量的不确定度进行评价，分析计算了影响测定结果的各不确定度分量，包括校准曲线拟合、标准溶液稀释至使用液，标准物质本身，移液、定容、重复测量样品及测量仪器示值误差等因素。分析计算结果显示，该乳粉中铬浓度含量为（0.009 4±0.029 2）μg/mL（k=2），其中影响测量结果的不确定度的主要因素来源于标准曲线拟合和样品重复性测量。

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[1]王蓉,袁东,付大友,等.牛奶中铬含量分析[J].食品科学,2006,27(12):681

[2]郝岩平,亢美娟,王克新.石墨炉原子吸收光谱法测定乳制品中铬的含量[J].中国食品添加剂,2006(3):151

[3]中华人民共和国卫生部,中国国家标准化管理委员会.GB/T2762-2005食品中污染物限量[S].北京:中国标准出版社,2005:6

[4]中国合格评定国家认可委员会.CNAS-GL06-2006化学分析中不确定度的评估指南[S].北京:中国标准出版社,2006

[5]中国实验室国家认可委员会.中国实验室注册评审员培训教材[M].北京:中国标准出版社,2002:66

[6]但德忠.分析测试中的现代微波制样技术[M].成都:四川大学出版社,2003:28-32

[7]中华人民共和国卫生部,中国国家标准化管理委员会.GB/T5009.123-2003食品中铬的测定[S].北京:中国标准出版社,2004:3

[8]李庆忠,李春燕.合成不确定度的两种评估方法[J].计量技术,2007(6):59

[9]中国合格评定国家认可委员会.CNAS-GL07-006测量不确定度评估和报告通用要求[S].北京:中国标准出版社,2006:9

[10]国家质量技术监督局.JJG196-1990玻璃仪器检定规程[S].北京:中国标准出版社,2006:12

Uncertainty on the Determination of Chromium in Milk Powder by Atomic Absorption Spectrometry

ZENG Zhao-yi，TANG Jie*，CHE Zheng-ming
（School of Bioengineering，Xihua University，Chengdu 610039，Sichuan，China）

Abstract：The method of Graphite furnace atomic absorption spectrophotometry was used to detest the Chromium content milk powder.Two different pretreatment methods were studied，and the main factors of measurement uncertainty were also calculated and analyzed through its sources.The results showed that dry digestion for samples pretreatment was more accurate， stable， reproducible than microwave digestion.Under the optimum conditions， the expanded uncertainty of Chromium in milk powder was U95=0.016 04 μg/mL （K=2）.The main factors affecting the uncertainty were the calibration of standard curve and determination of samples reproducibility.

Key words：atomic absorption spectrometry； milk powder； chromium； dry digestion； microwave digestion；uncertainty

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.06.023

西华大学食品生物技术省高校重点实验室项目资助（S2D 0803-09-1）

曾朝懿（1988—），女（汉），硕士研究生，研究方向：食品安全与检测。

唐洁（1982—），女（汉），讲师，研究方向：食品安全。

2012-10-30