原子吸收法测定金银花中铜的不确定度分析

辜忠春，姚胜海，杨柳，李光荣，杨志斌，李爱华

（1.湖北省林业科学研究院，国家林业局林产品质量检验检测中心（武汉），湖北武汉430075；2.湖北省林业科学研究院鹤峰森林药材研究所，湖北恩施445800）

原子吸收法测定金银花中铜的不确定度分析

辜忠春1，姚胜海2，杨柳1，李光荣1，杨志斌1，李爱华1

（1.湖北省林业科学研究院，国家林业局林产品质量检验检测中心（武汉），湖北武汉430075；2.湖北省林业科学研究院鹤峰森林药材研究所，湖北恩施445800）

建立火焰原子吸收光谱法测定金银花中铜含量的不确定度评定方法。通过分析试验过程，确立数学模型，识别各不确定度分量，计算合成标准不确定度和扩展不确定度。结果表明，金银花中铜含量测定结果为（1.6±0.2）mg/kg，k=2；影响金银花中铜含量测量不确定度的最大因素是由拟合标准曲线求铜含量产生。该评定模型可为火焰原子吸收光谱法的测量不确定度评估提供参考。

不确定度；金银花；铜；火焰原子吸收光谱法

金银花为忍冬科植物忍冬（Lonicera japonica Thunb.）的干燥花蕾或带初开的花[1]，作为传统饮料金银花露的主要原料，具有清热解毒等作用[2]。其生长过程中易受到大气污染、农药、化肥等影响，会造成其重金属铜等污染，影响使用安全性。铜过剩可使人体血红蛋白变性，损伤细胞膜，抑制部分酶的活性，影响机体的正常代谢，还会导致心血管系统疾病[3]。因此金银花安全性检测中铜含量有严格限量[1，4]，对检测结果的可信程度衡量，通常采用测量不确定度来进行评估。不确定度评定技术近年来在食品等领域越来越受到关注[5-7]。目前，关于金银花中铜含量测定的研究较多[8]，但关于金银花中铜含量测定的不确定度分析的还鲜见报道。本研究参照国家标准GB/T 5009.13-2003《食品中铜的测定》[9]，以火焰原子吸收光谱法对金银花中的污染物铜进行测定，依据不确定度理论[10-12]对各个不确定度分量进行分析和评定，以建立火焰原子吸收光谱法测定金银花中铜含量的不确定度的评估方法。通过不确定度分析，找出影响不确定度的主要因素，并对这些因素进行重点控制，以降低所引入的不确定度分量，为准确检测金银花中铜含量提供参考指导。

1 材料与方法

1.1 仪器

ZEENIT700P原子吸收光谱仪：德国耶纳公司；SL602N型电子天平：上海民桥公司；SX2-4-9型马弗炉：上海索谱公司。

1.2 样品与试剂

金银花采自湖北省林业科学研究院试验林场山坡的野生金银花植株上，除去杂物后，分别用自来水、超纯水冲洗干净，晾干后于65℃的烘箱中烘干，粉碎，混合均匀，储于洁净聚乙烯瓶中备用。

铜标准溶液：100mg/L（GNM-SCU-002-2013，国家有色金属及电子材料分析测试中心），相对扩展不确定度为0.7%（k=2）；硝酸（优级纯）：国药化学试剂公司。

1.3 样品前处理

按国标GB/T 5009.13-2003《食品中铜的测定》进行，其中试样称量2.00 g，干灰化后定容于25mL容量瓶中，即为待测溶液。

1.4 铜标准曲线绘制

用A级5mL单标线吸量管准确吸取5mL铜标准溶液于A级100mL容量瓶中，以5%（体积分数）的硝酸液定容摇匀，即配制成为5.00mg/L的铜标准使用液。分别准确吸取0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL的5.00mg/L铜标准使用液于A级50mL容量瓶中，以5%（体积分数）的硝酸液定容摇匀，即配制成为0.00、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mg/L的铜标准系列工作溶液，上机测定，以铜的质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线。

1.5 原子吸收光谱仪测定条件[9]

波长324.8 nm，光谱通带0.5 nm，灯电流6.0mA，空气流量5 L/min，乙炔流量2 L/min。

2 数学模型的建立与结果计算

依据试验方法，铜含量计算公式为：ω=c×V/m。式中：ω为试样中铜含量，mg/kg；c为待测消解液中铜的质量浓度，mg/L；V为样品消解液定容体积，mL；m为称样质量，g。

按GB/T 5009.13-2003要求，计算结果保留两位有效数字，但在各不确定度分量评定时，多保留一些位数以避免连续计算中修约误差引入不确定度[10]。

3 不确定度来源分析

根据检测方法，试验主要过程为采样、粉碎、样品称量、前处理、定容、曲线配制、光谱仪测定、重复测定、结果计算等，结合检测经验分析和数学模型，金银花中铜含量的测量不确定度来源主要有6个方面：①测量重复性引入的不确定度；②样品称量误差引入的不确定度；③消解液定容量器校准引入的不确定度；④样品前处理引入的不确定度；⑤测定消解液中铜含量引入的不确定度；⑥计算结果数值修约引入的不确定度。因果关系图见图1。

图1 不确定度来源的因果关系图Fig.1 Causal relationship of thesourcesof uncertainty

4 不确定度各分量分析

4.1 样品测量重复性不确定度urel（A）

在重复性条件下，试样铜含量ω重复测定结果（n=7）分别为：1.62、1.61、1.59、1.53、1.65、1.65、1.57mg/kg，平均值为=1.6mg/kg。此项不确定度采用贝塞尔公式计算，试验标准偏差为：0.048 5mg/kg，该试验标准偏差S1表征了测得值ω的分散性，测量重复性用S1来表征[10]，则样品测量重复性引入的标准不确定度为：0.018 1（mg/kg），相对标准不确定度为：urel（A）=u（A）/=1.131%。

测量重复性不确定度基本涵盖了仪器读数的变异性、样品的非完全均匀性与随机取样、称量等方面的随机性影响，故在其它相应的不确定度分量评定中不必重复考虑各自的随机影响。

4.2 样品称量误差引入的不确定度urel（B）

该不确定度主要有2因素的不确定度组成：天平校准最大允差（MPE）和天平读数的变动性。读数的变动性不确定度已包含在测量重复性不确定度之中，因而只考虑天平最大允差因素。

检测标准[9]要求试样称量为1.00 g～5.00 g，即可用百分之一天平称量，此次试验称量2.00 g，天平经计量检定MPE=±0.05 g，服从矩形分布，其包含因子k=，称量读两次平衡点（一次空盘清零，一次称样），则称量引入的标准不确定度为0.040 8（g），相对标准不确定度为：urel（B）=0.040 8/ 2.00=2.040%。

4.3 消解液定容量器校准引入的不确定度urel（C）

该项不确定度主要有2因素的不确定度组成：容量瓶容量允差、温度波动影响。玻璃量器的校准是在20℃室温下进行[13]，本次试验的实验室室温为（20±1）℃，±1℃的室温波动引入的不确定度很小，可忽略温度波动影响，仅评估容量瓶容量允差引入的不确定度。同理，以下量器校准的不确定度评定均忽略温度波动影响。

消解液定容于A级25mL容量瓶中，其容量允差为±0.03mL[13]，因容量瓶作为单值量器，即靠近示值的数值比接近两边界的更加可能[10]，可视为三角分布，其包含因子，则消解液定容量器校准引入的标准不确定度为：=0.012 2（mL），相对标准不确定度为：urel（C）=u（C）/25=0.049%。

4.4 样品前处理引入的不确定度urel（D）

前处理时，因样品可能没有灰化完全，加上样品灰化时铜的损失、沾污，以及转移加热时铜的损失、沾污等因素，导致试样中的铜难以100%获得，该项不确定度来源复杂且难以直接量化，可以通过加标回收率的不确定度来间接表征。加标回收率R分别为（n=6）：90.3%、95.5%、89.6%、86.9%、93.3%、103.1%，回收率平均值为：R=93.1%，标准偏差为：S2==0.057 3，则样品前处理引入的标准不确定度为相对标准不确定度为：urel（D）=u（D）/R=2.513%。

4.5 测定消解液中铜含量引入的不确定度urel（E）

该项不确定度主要有4个因素组成：原子吸收光谱仪的测量误差urel（E1）、标准物质urel（E2）、配制标准系列溶液所用量器校准urel（E3）、拟合标准曲线求铜含量urel（E4）。

4.5.1 原子吸收光谱仪的测量误差引入的不确定度urel（E1）

查检定报告，原子吸收光谱仪的测量扩展不确定度为：UFAAS=2.3%（k=2），则测量误差引入的相对标准不确定度urel（E1）=UFAAS/k=1.15%。

4.5.2 标准物质引入的不确定度urel（E2）

该项不确定度主要有2个因素组成：标准物质认定值、配制铜标准使用液所用量器校准。

4.5.2.1 标准物质认定值的不确定度urel（E2-1）

铜标准溶液证书给出信息：认定值相对扩展不确定度为0.7%，k=2，则标准物质认定值的相对不确定度urel（E2-1）=0.7%/2=0.35%。

4.5.2.2 配制铜标准使用液所用量器校准的不确定度urel（E2-2）

配制铜标准使用液时，使用A级5mL单标线吸量管和A级100mL容量瓶各一次。

A级5mL单标线吸量管容量允差为±0.015mL，视为三角分布，其包含因子，则吸量管容量允差的标准不确定度为=0.006 1mL，相对标准不确定度为：urel（E2-2-1）=u（E2-2-1）/5=0.122%。

A级100mL容量瓶容量允差为±0.10mL，视为三角分布，其包含因子，则容量瓶容量允差的标准不确定度为：=0.040 8mL，相对标准不确定度为：urel（E2-2-2）=u（E2-2-2）/100=0.041%。

吸量管和容量瓶的影响因素彼此独立不相关，则合成配制铜标准使用液所用量器校准的相对标准不确定度为=0.129%。

4.5.2.3 标准物质引入的不确定度合成

标准物质认定值和配制铜标准使用液所用量器2因素彼此独立，则合成标准物质引入的相对标准不确定度为=0.373%。

4.5.3 配制标准系列溶液所用量器校准引入的不确定度urel（E3）

配制标准系列溶液时，各曲线点分别使用A级2mL或10mL分度吸量管和A级50mL容量瓶，2、10mL分度吸量管容量允差分别为±0.025mL、±0.05mL，容量瓶容量允差为±0.05mL，按4.5.2.2的评估方法，配制0.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mg/L的标准系列溶液所用量器校准引入的相对标准不确定度分别为：0.492%、0.250%、0.513%、0.344%、0.260%、0.210%，则合成配制标准系列溶液所用量器校准引入的相对标准不确定度，以近似均方根计算[11]：

4.5.4 拟合标准曲线求铜含量引入的不确定度urel（E4）

对标准系列溶液上机，重复3次测定，测定结果见表1。

表1 标准曲线测定结果Table1 Standard curvemeasurement results

曲线的线性回归方程以最小二乘法得到：A=0.0066+ 0.121 6c，r=0.999 6，a=0.006 6，b=0.121 6mg/L。对消解液重复7次测定，消解液平均吸光度A=0.022 2，代入方程，拟合曲线得出消解液中铜的质量浓度为：c0= 0.128mg/L，则由拟合曲线求消解液中铜含量引入的标准不确定度u（E4）和相对标准不确定度urel（E4）分别为[11-12]：

4.5.5 测定消解液中铜含量引入的不确定度的合成

测定消解液中铜含量的4项影响因素来源彼此独立，则合成测定消解液中铜含量引入的相对不确定度为

4.6 计算结果数值修约引入的不确定度urel（F）

5 标准不确定度的合成与扩展

各分量标准不确定度的分析结果汇总见表2。

该6个分量的不确定度来源彼此独立不相关，则金银花中铜含量测量的相对合成标准不确定度urel为：

表2 各分量的标准不确定度分析结果Table2 Analysis resultof each com ponentof uncertainty

取包含概率P=95%，包含因子k=2，则扩展不确定度为：U=k×uc（ω）=0.2mg/kg。

火焰原子吸收光谱法测定金银花中铜含量的测量结果表示为：（1.6±0.2）mg/kg，k=2。

6 结论与讨论

1）本试验以金银花为样品，依据国标GB/T5009.13-2003，用火焰原子吸收光谱法测定铜含量结果为：（1.6±0.2）mg/kg（k=2），其中扩展不确定度U=0.04mg/kg是由标准不确定度uc（ω）=0.02mg/kg和包含因子k= 2的乘积得到；铜含量测定结果符合相关标准[1，4]中≤20 mg/kg的限量要求，表明此次测定的金银花中的铜残留量较低，处于安全范围内，且离限量值差距较远，可能是由于所采金银花长于山坡，没有使用化肥和农药等因素所致，具体原因有待进一步研究。

2）依据GB/T 5009.13-2003中的检测方法，称样量为1.00 g～5.00 g，即可用百分之一天平进行称量，本实验称量为2.00 g，称量误差的相对标准不确定度为2.041%，该分量不确定度较大。如果用千分之一天平称量为2.000 g，则相对标准不确定度为0.204%；用万分之一天平称量为2.000 0 g，则相对标准不确定度为0.020%；不确定度均大为降低甚至可忽略不计，从而可减少称量因素对测量准确度的不利影响；况且目前实验室基本配备有千分之一天平或万分之一天平，因此，建议国标GB/T 5009.13-2003中将称样量修订为1.000 g～5.000 g或1.000 0 g～5.000 0 g。

3）数值修约引入的不确定度容易被忽视[5]。依据GB/T 5009.13-2003的要求，计算结果保留2位有效数字，则本项实验的数值修约引入的相对标准不确定度为1.812%；该分量不确定度较大。若计算结果保留3位有效数字，则其相对不确定度为1.60）=0.181%，该项不确定度便可显著降低可忽略不计。因此，为降低该项不确定度，计算结果可保留为3位有效数字。

4）综合分析结果可见，本次试验的测量不确定度6个主要来源中，比较其对总不确定度的相对贡献，以测定消解液中铜含量引入的不确定度居首位（主要由子分量拟合曲线求铜含量引入），其次为：样品前处理、称量误差、数值修约引入的不确定度，而测量重复性、消解液定容量器校准引入的不确定度较小。因此，在测定标准曲线过程中应严格按国标方法进行操作；并优化前处理方法，完善回收率；建议使用高精度天平精密称量；扩大计算结果的有效位数。通过不确定度评估分析，找出影响测量准确度的主要因素，进而有针对性地优化试验方案，从而保证测量结果的准确可靠。

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Evaluation of Uncertainty for Determ ination of Copper in Lonicera japonica Flos by FAAS

GU Zhong-chun1，YAOSheng-hai2，YANG Liu1，LIGuang-rong1，YANG Zhi-bin1，LIAi-hua1
（1.HubeiAcademy of Forestry，ForestProductsQuality Inspection Centerof the State Forestry Bureau（Wuhan），Wuhan 430075，Hubei，China；2.Hefeng ForestMedical InstituteofHubeiAcademy of Forestry，Enshi445800，Hubei，China）

The content of copper in Lonicera japonica flos was determined by flame atomic absorption spectrometry（FAAS），the uncertainty evaluation wasestablished.The experimental processwasanalyzed to establishmathematicalmodel.Each uncertainty componentwas recognized，and then the standard uncertainty and extended uncertainty was calculated.Results showed that the content of copper in lonicera japonica flos was（1.6±0.2）mg/kg，k=2，the standard curve fitting was used to calculate the contentof copper，which was the biggest influence factor for testing uncertainty for the contentof copper in lonicera japonica flos determined by FAAS.The evaluationmodel could providea reference for FAAS testing uncertainty evaluation.

uncertainty；Lonicera japonica flos；copper；flameatomicabsorption spectrometry

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.07.024

2016-11-17

中央财政林业科技推广示范项目（[2016]HBTG17）

辜忠春（1970—），男（汉），高级工程师，大专，研究方向：仪器分析。