湿法消解—原子吸收光谱法测定玉米粉中铜·锌含量的不确定度

湿法消解-原子吸收光谱法测定玉米粉中铜·锌含量的不确定度

单江华，高海文

(新疆伊宁市农产品质量安全监测检验站，新疆伊宁 835000)

摘要[目的]评定原子吸收光谱法测定玉米粉中铜、锌含量的测量不确定度。[方法] 结合检验实际工作，对原子吸收光谱法测定玉米粉中铜、锌含量的测量不确定度进行评价，建立数学模型，分析该试验过程中测量不确定度来源，对样品检测过程中的样品称量、标准物质溶液转移、稀释定容、曲线拟合以及仪器测量重复性等影响不确定度的分量进行了分析。[结果] 试验得出，在合成标准不确定度的各个分量中，标准曲线拟合和重复性试验引入的不确定度是对其影响最大的2个分量，必须严格控制好标准曲线校准和样品的重复测定过程。最终计算出玉米粉中铜、锌含量的扩展不确定度分别为(1.38±0.08)mg/kg、(10.20±1.20)mg/kg，取包含因子k=2 。[结论]研究可为系统分析检测结果的准确程度和方法的可靠性研究提供参考。

关键词原子吸收光谱法；不确定度；玉米粉；铜；锌

中图分类号S509.9

作者简介单江华(1983-)，男，湖南衡东人，农艺师，硕士，从事农业农村工作研究。

收稿日期2015-06-11

Determination of Copper and Zinc Content Uncertainty in Maize Flour by Wet Digestion—Atomic Absorption Spectrometric Method

SHAN Jiang-hua, GAO Hai-wen(Yining City Agricultural Products Quality and Safety Inspection Station, Yining, Xinjiang 835000)

Abstract[Objective] To determine copper and zinc content uncertainty in maize flour by wet digestion—atomic absorption spectrometric method. [Method] Combined with actual work, the determination of copper and zinc content uncertainty in maize flour by atomic absorption spectrometric method was evaluated, the mathematical model was established, several factors influencing uncertainty in samples test process were analyzed, including sample weighting, standard mass transfer, dilution constant volume, curve fitting, repeatability of instrument measurement. [Result] The results showed that standard curve fitting and repeatability test are most important factors. The uncertainty of copper and zinc content in maize flour are (1.38±0.08)mg/kg, (10.20±1.20)mg/kg, respectively, inclusion factor k=2. [Conclusion] The study can provide reference for accurate of test results analysis and reliability of method.

Key wordsAtomic absorption spectrometric method; Uncertainty; Corn flour; Copper; Zinc

铜、锌都是人体内所必需的元素[1]。铜是动物生长所必需的重要微量元素之一，每人日需摄铜量1.5 mg[2]。它参与造血过程及铁的代谢和能量代谢，有利于血红蛋白的合成和红细胞的成熟；它还诱导合成金属硫蛋白(MT)具有解毒功能，并且作为金属酶的组成成分，直接参与机体代谢[2-3]，是构成超氧化物歧化酶(SOD)的必需元素[1]。锌是多功能元素，具有重要的生理功能和营养作用，正常成年人日需摄锌量10～15 mg[2]。正常人体内含锌量约为2.3 g，是人体中70 多个不同种属的酶的组成成分。锌能促进维生素B 族的正常吸收并发挥其重要的作用，参与胰岛素的组成和核酸的合成，是调节DNA 聚合酶的必要组成部分。此外，锌还对味觉及食欲起促进作用；促进性器官正常发育和性机能的正常；保护皮肤、骨骼和牙齿的正常；维护免疫功能。因此，缺锌会引起神经及生长发育受抑制，味、嗅觉异常，出现夜盲症，伤口不易愈合等症状；儿童缺锌，易引起食欲下降，过度缺乏，会抑制生长发育，造成侏儒症[1，4-6]。尽管这样，即使是人体必需的微量元素，如吸收过量，也会对人体有害，引起中毒。因此，最安全的补铜、补锌是通过饮食补充[4]。笔者研究了湿法消解-火焰原子吸收光谱法测定玉米中铜、锌的含量，并对这2种元素含量的不确定度进行了评定。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1原料与试剂。试验所采用样品为玉米粉。Cu、Zn标准样品(1 000 μg/ml、GSB 04-1725-2004和GSB 04-1761-2004)，国家有色金属及电子材料分析测试中心；试验分析测试中所用的化学试剂硝酸、高氯酸均为优级纯；试验用水均为超纯水。压缩空气，乙炔气(工业级)。

1.1.2仪器与设备。AA-6300C型原子吸收分光光度计，日本岛津；HP1315-33型可调式电热板，SIMAREC；AL204电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；100 ml容量瓶(A级)、1 ml移液器、10 ml分度吸管。以上仪器、器皿均经检定合格。

1.2环境条件室内温度、湿度等满足试验要求，故环境变化引起的不确定度可以忽略不计。

1.3测定方法按照GB/T 14609-2008《粮油检验 谷物及其制品中铜、铁、锰、锌、钙、镁的测定 火焰原子吸收光谱法》进行。

1.4试验前处理

1.4.1样品处理。玉米粉样品过100目分子筛，备用。

1.4.2样品湿法消解。先加入15 ml浓硝酸(HNO3)加盖浸泡过夜，次日，放在可调式电热板上先小火加热(120 ℃)，待反应平稳后，先升温到160 ℃。一段时间后，取下，稍冷，加入4 ml硝酸(HNO3)和1 ml高氯酸(HClO4)，重复1次。当三角瓶开始冒浓密的高氯酸白烟，并持续数分钟后，加入20 ml超纯水，用超纯水赶酸，直至剩余1～2 ml时，冷却，转移，并定容至25 ml刻度试管中，待测。处理过程中同时做2组空白试验。

1.5标准工作曲线绘制取用铜(Cu)、锌(Zn)标准溶液逐级进行稀释后的不同浓度的标准使用液，具体如表1所示，用AA-6300C型原子吸收分光光度计上机测试，分别测定铜、锌的吸光度(A)，根据测定吸光值A及对应的Cu、Zn标准液浓度绘制标准工作曲线，具体如表1。

表1　标准系列浓度　mg/L

2数学模型

试验所建数学模型如下：

式中，X为试样中元素的质量分数(mg/kg)；c为试液中元素的浓度值(mg/L)；c0为试剂空白液中元素的浓度值(mg/L)；V为试样消解液定容体积(ml)；m为试样质量(g)。

3玉米粉中铜、锌含量的不确定度评定

3.1不确定度来源分析样品的测量步骤主要包括取样、样品消化、消化液定容、仪器分析等，在上述步骤中，影响测量不确定度的因素很多，且有些还较复杂，如果一项一项将其进行定量分析可能性很小，有些因素影响很小，完全可以将其忽略，故该试验只对影响结果较为显著的因素进行定量分析评定。从测量过程和数学模型分析，玉米粉中铜、锌含量不确定度主要有样品称量、标准物质溶液转移、稀释定容、曲线拟合以及仪器测量重复性等。

3.2不确定度分量的计算

3.2.1铜、锌标准溶液引入的不确定度。铜、锌标准溶液编号分别为GBW08615和GBW08620，质量浓度均为1 000 μg/ml，扩展不确定度均为0.1%，包含因子k=2，则铜、锌标准溶液引入的相对不确定度分别为：

3.2.2标准溶液逐级稀释引入的不确定度。

3.2.2.1标准溶液稀释过程。用1 ml移液器分别吸取铜、锌标准溶液(1 000 μg/ml)1 ml至2个100 ml容量瓶中，配制成铜、锌中间溶液10 μg/ml。然后用10 ml移液管(A级)吸取铜中间溶液1、2、4、8、10 ml至5个100 ml容量瓶中，用1%硝酸定容，配制成铜工作溶液浓度梯度0.1、0.2、0.4、0.8、1.0 μg/ml；用10 ml分度吸管(A级)吸取铜中间溶液2、4、8、16、20 ml至5个100 ml容量瓶中，用1%硝酸定容，配制成铜工作溶液浓度梯度0.2、0.4、0.8、1.6、2.0 μg/ml。

表2　标准溶液稀释引入的相对标准不确定度分量

3.2.3样品称量引入的不确定度。

3.2.3.1称量重复性引入的标准不确定度分量uA(m)。样品10次重复称量结果见表1，采样贝塞耳公式，单次测量称量标准偏差为：

称量重复性引入的相对标准不确定度为：

3.2.3.3样品称量引入的合成相对标准不确定度uC(m)。至此，样品称量引入的合成相对标准不确定度如下：

=0.000 31 g

试验中称量样品的平均值为2.503 2 g，则样品称量的合成相对标准不确定度：

25 ml刻度试管引起的相对标准不确定度为：

消解液定容引入的合成相对标准不确定度为：

=0.012

3.2.5标准曲线最小二乘法拟合引入的不确定度。该试验所用的铜、锌标准曲线溶液浓度分别为0.1、0.2、0.4、0.8、1.0 mg/L和0.2、0.4、0.8、1.6、2.0 mg/L，5个浓度分别测量2次，结果见表3。

表3　标准溶液吸光度测定值

Cu、Zn 2种元素标准溶液线性拟合得方程分别为：ACu=B1cCu+B0和AZn=B1cZn+B0，式中Cu、Zn2种元素标准溶液线性方程最佳斜率B1分别为0.071 7和0.139，最佳截距B0分别为0.008和0.019 7。其残差标准偏差分别为：

试验的10个平行样Cu、Zn含量的平均值分别为1.38和10.20 mg/kg，标准曲线最小二乘法拟合引入的标准不确定度分别为：

=0.022 1 mg/kg

=0.502 3 mg/kg

式中，cCu样、cZn样为样品检测结果的平均值；p为测量次数；n为测试标准溶液次数。

曲线拟合引入的相对标准不确定度为：

3.2.6重复性试验的不确定度。该试验从玉米粉样品中称取10个平行样进行Cu、Zn含量的测定，得到被测元素的10次测量结果(测量过程已包括该试验所有的重复性，即从称样、样品处理到检测数据报出整个过程)，数据见表4、5。

表4　铜检测结果汇总

其单次测量试验标准偏差为：

重复试验引入的标准不确定为：

重复试验的相对标准不确定度：

表5　锌检测结果汇总

其单次测量试验标准偏差为：

重复试验引入的标准不确定为：

重复试验的相对标准不确定：

3.3合成标准不确定度计算合成不确定度采用将求得的各个不确定分量平方和开平方根，即：

=0.04 mg/kg

=0.60 mg/kg

式中,YCu、YZn分别为样品中铜含量和锌含量的平均值(mg/kg)。

3.4扩展不确定度根据《化学分析中不确定度的评估指南》[8]，在不确定度的评定过程中取包含因子k=2，置信水平为95%，则玉米粉中铜、锌含量的扩展不确定度分别为：

UCu(95)=uCuc×k=0.04×2=0.08 mg/kg

UZn(95)=uZnc×k=0.6×2=1.20 mg/kg

测定结果报告为：XCu=(1.38±0.08) mg/kg，XZn=(10.20±1.20) mg/kg。

4结论

从不确定度的整个评定过程中可以看出，在合成标准标准不确定度的各个分量中，标准曲线拟合和重复性试验引入的不确定度是对其影响最大的2个分量。但在实际检测过程中，样品测定一般都不会测量10次，而只有2～3次，这样重复性试验引入的不确定度就可能成为影响合成不确定度最大的一个分量。所以，要控制好原子吸收光谱法测定玉米粉中铜含量和锌含量，就必须严格控制好标准曲线校准和样品的重复测定过程。在实际检测过程中，按规范严格操作。

参考文献

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