石墨炉原子吸收光谱法测定绿茶中镉的不确定度评定

王艳敏，周 鸿，刘 源

(江西省疾病预防控制中心，江西南昌330029)

石墨炉原子吸收光谱法测定绿茶中镉的不确定度评定

王艳敏，周 鸿，刘 源

(江西省疾病预防控制中心，江西南昌330029)

目的对石墨炉原子吸收光谱法测定绿茶中镉的全过程进行分析，分析不确定度的影响因素，并对其不确定度进行评定。方法按照国标方法GB 5009.15-2014进行检测，依据JJF 1059.1-2012的要求对测量结果进行评定。结果当绿茶中镉含量为146μg/kg时，其扩展不确定度为9.34μg/kg(k=2)。各个分量中样品预处理对结果影响最大，占71.7%，其次是测定样品溶液中镉浓度的不确定度占27.6%。结论用石墨炉原子吸收光谱法评定茶叶中金属元素的不确定度时有必要考虑样品预处理这一项。在实际工作中严格控制样品消化处理过程是降低不确定度的关键。

石墨炉原子吸收光谱法；绿茶；镉；不确定度

镉是一种人体非必需的重金属元素，已有研究表明镉对人类和其他动物均具有致癌性和很强的蓄积性，在人体内半衰期长达16~30年，可损害肝肾功能，对生殖系统、神经系统和心血管系统均具有毒性，还可引起骨质疏松或软骨症[1，2]。美国农业委员会已把镉列为最重要的一种农业环境污染物，而茶叶是一种极易富集镉、铅、铬等金属元素的植物，种植环境、土壤、水质均对其有影响，我国部颁标准NY659-2003对茶叶中镉限量有明确的规定[3]，给出茶叶中镉的不确定度是为了满足客户要求以及便于测量者和管理科室对测量结果的可信度和准确性进行评定。

按ISO/IEC 17025《检测和校准实验室能力的通用要求》的规定，当检测结果处于产品标准要求的临界值即有可能判定被检测产品不合格时，应当给出测量不确定度。不确定度是对测量结果可能误差的度量，也是定量说明测量结果质量好坏的一个参数[4]。本文采用微波消解法对绿茶进行前处理并结合石墨炉原子吸收法测定绿茶中镉含量，依据《JJF 1059.1-2012》和《CNAS-GL05：2011》的要求对测量结果进行不确定度分析与评定[5，6]。通过不确定度的分析，建立石墨炉原子吸收法测定镉的评定方法，找出影响测量结果不确定度的主要来源并对其各分量进行评估，并严格控制检测过程中不确定度较高的环节，确保检验结果的可靠性和合理性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂镉空心阴极灯（北京有色金属研究总院）；镉标准储备液GBW(E)080119（中国计量科学研究院）；硝酸（优级纯），德国Meker公司；磷酸二氢铵（优级纯），国药集团；过氧化氢（优级纯），国药集团；GBW10052绿茶生物成分分析标准物质（GSB-30），地球物理地球化学勘察研究所。

1.2 仪器与设备ZEEnit700原子吸收光谱仪（德国耶拿分析仪器公司，石墨炉和火焰双检测器）；MARS微波消解系统（美国CEM公司）；MS304S电子天平（梅特勒-托利多公司）。

1.3 试验方法按照国家标准方法[7]称取绿茶粉若干份，倒入已用酸处理好的微波消解罐中，加入6.0ml硝酸并放置过夜，然后加入1.0ml过氧化氢，用微波消解仪以800W消解（120℃持续3min，150℃持续8min，180℃持续20min），置于140℃控温电热消解器上加热赶酸至近干，即取出冷却，用超纯水将消化液转移至25.0ml容量瓶中并定容至刻度。同时做试剂空白试验。

仪器条件如下：普通型石墨管；进样量：10μl；定量方式：外标法定量；基体改进剂：1%磷酸二氢铵。石墨炉升温条件：干燥温度90℃持续20s，105℃持续20s，110℃持续10s；灰化温度700℃，12s；原子化温度1600℃，4s。波长228.8nm，狭缝0.8nm，灯电流5.5mA。塞曼背景校正。

2 数学模型

式中：W—样品中镉的含量，μg/kg；

Cs—样品消化溶液中镉的浓度，ng/ml；

C0—试剂空白溶液中镉的浓度，ng/ml；

V—样品消化液定容体积，ml；

m—样品质量，g。

R—测量结果的回收率。

3 测量不确定度来源

石墨炉原子吸收分光光度法测定绿茶中镉的不确定度来源有：⑴称量样品引入的不确定度；⑵样品消化液定容引入的不确定度；⑶测定样品溶液中镉浓度Cs引入的不确定度，该项不确定度由2部分构成：配制标准溶液所产生的不确定度和由拟合的标准曲线求得Cs时引入的不确定度；⑷重复性实验（随机）变化引入的不确定度，包括天平重复性、体积重复性等，将各重复性分量合并为总试验的一个分量；⑸样品预处理产生的不确定度。

4 不确定度的分量评定及计算

4.2 样品消化液定容引入的不确定度u(V)

4.3 测定样品溶液中镉浓度Cs引入的不确定度u (Cs)

4.3.1 配制标准溶液引入的不确定度u1(Cs)

4.3.1.2 镉标准储备液稀释过程引入的不确定度吸取镉储备液（100μg/ml）0.50ml至100ml A级容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，得镉标准中间液（500ng/ml），吸取镉标准中间液0.60ml至100ml A级容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，得3.00ng/mL镉标准应用液。采用仪器自动稀释，分取标准溶液体积不确定度忽略。

根据JJG196-2006《常用玻璃量器检定规程》[8]，玻璃量器产生的不确定度主要由容量允差和溶液温度与校正时温度不同引入的，温度变化一般为±4℃，水的膨胀系数为20℃时2.1×10-4/℃，以上两项均符合均匀分布，分别计算后合成得出相对标准不确定度，如表1所示。

以上各项不确度分量相互独立，故由标准储备液配制标准溶液引入的标准不确定度：

4.3.2 由拟合的标准曲线求得Cs时的不确定度u2(Cs)3.00ng/ml镉标准溶液由仪器自动稀释成0.60、1.20、1.80、2.40和3.00ng/ml浓度系列标准溶液，表2是标准系列的两次测定结果，对该数据进行拟合得：Y=0.034168X+0.001758，r=0.9992

截距a=0.001758，斜率b=0.034168，X=1.50

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根据标准溶液的浓度X利用标准曲线求得吸光度的理论值yi，计算实际吸光度Yi与理论值yi的残差Yi-（a+bxi）。每份溶液测定2次，包括空白在内共6份溶液，n=2×6=12，计算求得残差的标准偏差SR：

本次评定对样品测定液进行了7次测量，具体检测结果见表3，由直线方程求得样品溶液中镉平均浓度：c=2.046ng/ml。

根据CNAS-GL06化学分析中不确定度的评估指南，标准曲线拟合引入的不确定度为：

式中：b：工作曲线斜率，b=0.034168

SR：工作曲线标准偏差，SR=0.00175

p：样品重复测定次数，p=7

n：测试标准溶液的次数，n=12

c：测试消解液浓度Cs的平均值，c=2.046ng/ml

将上述各值代入公式得出：u2(Cs)=0.0256ng/ml

从标准曲线求水样中镉浓度时引入的相对不确定度

4.4 重复性实验（随机）变化引入的不确定度u (rep)在重复性条件下，对绿茶样品进行了7次独立测试，测试结果见表3。同时在试剂空白溶液中未检测到镉元素。

样品重复测试引入的不确定度属A类评定，实验标准差s采用贝塞尔法计算：

表1 使用玻璃量器产生的不确定度

表2 标准曲线回归方程拟合结果

表3 样品重复检测结果

则重复性实验（随机）变化产生的不确定度为

相对不确定度

4.5 样品预处理产生的不确定度u(R)样品预处理过程中存在较多不确定性因素，包括消化不完全，赶酸、转移过程中镉的损失或污染等情况，使样品中镉没有全部进入到测定液中，从而给检验结果带来偏差，本实验拟通过标准样品回收法进行评定，消解过程与样品一致。已有研究表明，标样回收法不确定度的来源有：称量、定容、标准溶液配制、曲线拟合、标样证书标准值、回收率重复性等[9，10]，因前四项与上述样品评定过程有重复，本文只讨论标样证书标准值和重复性引入的不确定度。具体检测结果见表4。

表4 绿茶标准样品检测结果

5 合成标准不确定度和扩展不确定度

以上各不确定度分量相互独立，则合成相对标准不确定度为：

取扩展因子k=2，对应的置信水平大约是95%，则扩展不确定度为

U=k×u样=2×4.67=9.34μg/kg

表5 各不确定度分量汇总表

6 结果报告

用石墨炉原子吸收分光光度法测定绿茶中镉含量，绿茶中镉含量为146μg/kg时，测量结果表述为（146±9.34）μg/kg，k=2。

7 讨论

采用石墨炉原子吸收法测定绿茶中镉，系统地分析不确定度来源并对各分量进行计算，从不确定度的整个评定过程可以看出，样品预处理产生的不确定度对最终评定结果影响最大，占71.7%，其次是测定样品溶液中镉浓度Cs引入的不确定度对评定结果的影响，占27.6%，而其他三项引入的不确定度影响非常小（＜3%）。因此，要确保绿茶中镉检测结果的准确性，就必须严格控制样品消化处理过程这一关键步骤，其次是标准溶液稀释配制及标准曲线校准过程，减少重复性偏差。

目前，用各种方法检测茶叶中金属元素的报道较多[11-15]，但测量不确定度的报道较少[16，17]，而且有的评定过程没有考虑消化过程的影响，从本文评定结果可看出，样品消化回收率产生的不确定度对最终评定结果影响最大，在评定结果不确定度时有必要考虑这一项。此外，JJF 1059.1-2012中没有明确回收率引入的不确定度的计算方法，各实验室实际工作中采用的计算方法也不一致，比如采用极差法或重复性试验的A类评定方法[17]，或按JJF1059-1999中5.8节计算公式计算[18]，按正态分布处理[19]等，这就给实际工作带来困扰。因回收率值是一个与过程密切相关的量值，过程不同评定结果不同，如果已由实验获得了数据，采用A类方法更合理并更具有针对性[20]，因此在实际工作中可以采用与检测样品基体相似的标准样品进行评估，这样可以基本忽略因基体不同引起的差异。从本文评定结果可以看出，如果选用元素标准值不确定度低的标准样品，就可以进一步降低样品消化预处理产生的不确定度。

本文检测及评定过程均按照日常检测工作的实际情况，评定结果可以真实反映实验室检测水平。此次评定找到了工作中的关键步骤，可为实验室质量控制提供科学、准确的依据，同时为测量其他元素的不确定度评定提供参考，对提高测量结果的质量有重要意义。

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Uncertainty evaluation in determination of cadmium in green tea by graphite furnace atomic absorption spectrometry

WANG Yanmin，ZHOU Hong，LIU Yuan.Jiangxi Province Center for Disease Control and Prevention，Nanchang 330029，China.

Objective To analyze the whole determination process of cadmium(Cd)in green tea by graphite furnace atomic absorption spectrometry，study the influencing factors of uncertainty，and evaluate the uncertainty.Methods The cadmium content in green tea was detected by graphite furnace atomic absorption spectrometry according to the national standard method of GB/T 5009.15-2014.The uncertainty of measurement results was evaluated in accordance with the requirements of JJF 1059.1-2012. Results The result showed that the expanded uncertainty was 9.34μg/kg(k=2)when the Cd content in green tea was 146μg/kg. The effect of sample pretreatment on the result uncertainty was 71.7%in all components，and the next in importance was the uncertainty of cadmium concentration in the sample solution，accounting for 27.6%.Conclusions It was necessary to consider the sample pretreatment for evaluating the uncertainty of metal elements in tea by graphite furnace atomic absorption spectrometry. Strict controlling of sample digestion process was the key to reduce the uncertainty in practical work.

Graphite furnace atomic absorption spectrometry；Green tea；Cadmium；Uncertainty

R155.5+1，R446

A

1674-1129(2017)01-0023-05

10.3969/j.issn.1674-1129.2017.01.007

2016-08-09；

2016-11-30)

江西省卫生计生委科技计划项目（20166003）；江西省卫生计生委科技计划项目（20166004）

王艳敏，1983年生，女，硕士研究生，主管技师，研究方向为食品中重金属元素检测分析

周鸿，1964年生，女，硕士研究生，主任医师，长期从事食品检测，E-mail：minyanwang2007@126.com