原子荧光光谱法测定香菇中砷的不确定度评定

辜忠春，李光荣，李军章，杜业云

（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）

原子荧光光谱法测定香菇中砷的不确定度评定

辜忠春，李光荣，李军章，杜业云

（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）

通过以原子荧光光谱法对香菇中的砷进行测定，分析和识别测定过程中各个不确定度分量，确立评定函数模型，计算合成标准不确定度和扩展不确定度，从而建立香菇中砷测定的不确定度评定方法。评定结果表明：样品制备对实验的测量不确定度影响最大，因此样品制备过程中应严谨操作，注意样品消解条件的控制。该评定模型可为采用此方法测定香菇中砷的质量控制提供参考。

砷；香菇；不确定度；原子荧光光谱法

Abstract：Determination of arsenic inLentinus edodesby atomic fluorescence spectrometry，uncertainty components in testing processes were analyzed and recognized，evaluation of function model was established，combined standard uncertainty and expanded uncertainty were calculated.The method of uncertainty evaluation for determination of arsenic inLentinus edodeswas established.The results showed that the most affected for laboratory uncertainty was sample preparation.Therefore，the process of sample preparation should be strict in operation，the digestion conditions should be controlled carefully.This evaluation model can provide reference for the quality control adopting this method to determine the content of arsenic inLentinus edodes.

Key words：arsenic；Lentinus edodes；uncertainty；atomic fluorescence spectrometry

砷污染严重危害人类健康[1-2]，在食品污染物检测中被列为重点检测元素之一[3]，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定[4]。不确定度评定近年来在食品中的成份分析[5]、食品添加剂检测[6]、重金属测定[7]、农药残留检验[8]等领域越来越受到关注。目前，关于香菇（Lentinus edodes）中污染物砷测定的研究有很多[9-10]，但鲜见原子荧光光谱法测定香菇中砷的不确定度评定的报道。本研究按照国标GB 5009.11-2014《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》[11]中经典湿法消解香菇样品，以原子荧光光谱法对香菇中的污染物砷进行测定，依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度的评定与表示》[4]和CNAS-GL06：2006《化学分析中不确定度的评估指南》[12]对测定过程引入的各个不确定度分量进行分析和评定，以建立原子荧光光谱法测定香菇中砷的不确定度的评定方法。通过对香菇中砷含量测量不确定度的评定，既可定量地表示出测量结果的可信程度，又可明确各个不确定度分量对试验结果的影响大小，这对进一步优化检测方法、提高实验室检测水平和出具准确公正的检测报告提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

香菇：干样，市售，取可食部分粉碎混匀备用。

盐酸、硝酸、高氯酸、硼氢化钾、氢氧化钾均为优级纯，硫脲为分析纯：国药化学试剂公司；实验用水为湖北省林业科学研究院实验室自制超纯水。

砷标准溶液（1 000±1）μg/mL（GBW08611）：国家标准物质研究中心，逐级稀释为100 ng/mL的砷标准使用液。

AFS-830型双道原子荧光光谱仪：北京吉天仪器公司；BS210S型电子天平：德国赛多利斯仪器公司。

1.2 方法

1.2.1 不确定度的评定

1）概述试验过程；2）确立数学模型；3）根据试验过程和数学模型获得各不确定度分量来源；4）各分量不确定度计算；5）标准不确定度的合成与扩展。

1.2.2 试验方法概述

1.2.2.1 原子荧光光谱仪工作条件[13]

光电倍增管负高压275 V；灯电流75 mA；原子化器高度8 mm；载气流量400 mL/min，屏蔽气流量800 mL/min；进样量0.5 mL；读数时间 13 s，延迟时间1 s；读数方式为峰面积，测量方式为标准曲线法。载流HCl浓度为5%（体积分数）；还原剂溶液为20 mg/mL KBH4+5 mg/mLKOH的混合溶液，现用现配。

1.2.2.2 样品测定[11]

准确称取香菇粉碎样品1.000 0 g置于100 mL三角瓶中，加入15 mL混合酸（HNO3+HClO4体积比为5∶1），盖上小漏斗置于通风橱过夜。次日于电热板上先低温加热，当溶液变为无色清亮并冒白烟时，再消煮约30 min，然后提高电热板温度，继续消解至剩余体积约1.5 mL～2 mL时，取下冷却；加超纯水赶酸数次，冷却后，无损地洗入50 mL容量瓶，再分别加入2.5 mL浓盐酸、10 mL的50 mg/mL硫脲溶液，定容摇匀，放置30 min后上机测定，标准曲线法定量；同时作空白试验。

1.2.2.3 标准曲线绘制

分别准确吸取 0.00、1.00、2.00、5.00、7.00、10.00 mL的100 ng/mL砷标准使用液于50 mL容量瓶中，分别加入2.5 mL浓盐酸、10 mL50 mg/mL硫脲溶液，定容摇匀，即配制成为 0.0、2.0、4.0、10.0、14.0、20.0 ng/mL 的砷标准系列溶液。放置30 min后上机测定。以砷浓度为横坐标，荧光值为纵坐标绘制标准曲线。

1.2.3 数学模型[12]

根据上述测定方法，测定结果与有关参数有如下函数关系：W=（c×V/m）×rep。式中：W为香菇试样中砷的质量分数，mg/kg；c为由拟合标准曲线得到消解液中砷的质量浓度，ng/mL；V为样品消解液定容体积，mL；m为称样质量，g；rep为测定总重复性因子。

2 结果与分析

2.1 不确定度来源计算

由试验过程和数学模型可知，香菇中砷含量的测量不确定度来源主要有4个方面：样品重复测定引入的不确定度、样品制备引入的不确定度、消解液中砷的质量浓度测定引入的不确定度、计算结果数值修约引入的不确定度。因果关系如图1所示。

图1 不确定度的因果关系图Fig.1 The causal relationship graph of the uncertainty for determination of arsenic

从数学模型和因果关系图看出，各影响因素彼此独立不相关，各因素不确定度分量直接对被测量W的不确定度产生影响，则合成相对标准不确定度urel为：

2.2 不确定度各分量分析

2.2.1 样品重复测定引入的不确定度

测定总重复性因子由重复性测定试验得到。对同一香菇样品重复6次测量其砷含量，一般测试次数较少时，可采用极差法[4]评估重复测定引入的不确定度，结果见表1。

表1 样品的重复测定引入的不确定度Table 1 The uncertainty caused by the samples repeated measurements

此项分量综合体现了随机取样、称量、仪器读数的变动性等各方面的随机影响，因此，在其它分量评定时不用再重复考虑其随机影响。

样品的重复测定引入的标准不确定度为：u（rep）=，相对标准不确定度为：0.01 43。

2.2.2 样品制备引入的不确定度

此项不确定度主要由3项子分量组成：①样品称量引入的不确定度；②消解液定容体积校准引入的不确定度；③样品消解回收率引入的不确定度。

2.2.2.1 样品称量引入的不确定度

样品称量为1.000 0 g，天平的最大允差为0.001 g，一般称量读两次平衡点（一次清零，另一次称重），引入的不确定度按照矩形分布（包含因子），则称量引入的标准不确定度为：0.000 82（g），相对标准不确定度为：urel（m）=0.000 82/1=0.000 8。

2.2.2.2 消解液定容体积校准引入的不确定度

该分量由容量瓶最大允差引入的不确定度与室温波动引入的不确定度2项次分量合并而成。

消解液定容于A级50 mL容量瓶中，A级50 mL容量瓶的最大允差[14]为0.05 mL，假设允差呈三角形分布（包含因子），则允差引入的标准不确定度为，相对标准不确定度为：urel（V1）=0.020 41/50=0.000 4。

实验室室温为（20±3）℃，水的膨胀系数为2.1×10-4mL/℃，假设室温波动为矩形分布（包含因子k=），则室温波动引入的标准不确定度为：u（V2）=，相对标准不确定度为：urel（V2）=0.018 19/50=0.000 4。

上述2项次分量的近似彼此独立，则合成消解液定容体积校准引入的相对标准不确定度urel（V）=

2.2.2.3 样品消解回收率引入的不确定度

在前处理过程中，因样品消解不完全及样品消解时砷的损失、沾污等因素，导致待测目标物砷难以100%获得，此次试验测定回收率R为90.3%～103.9%，则样品消解回收率引入的不确定度[15]为：urel（R）=

上述3项子分量彼此独立，则合成样品制备引入的相对标准不确定度为：

2.2.3 消解液中砷的质量浓度测定引入的不确定度

此项不确定度主要由4项子分量组成：①标准物质引入的不确定度u（C1），②配制标准系列溶液体积校准引入的不确定度u（C2），③原子荧光光谱仪的测量误差引入的不确定度u（C3），④拟合标准曲线求砷含量引入的不确定度u（C4）。

2.2.3.1 标准物质引入的不确定度

该分量由标准物质认定值的不确定度与配制标准使用液体积校准引入的不确定度合并而成。

砷标准溶液证书所给认定值为1 000 μg/mL，扩展不确定度为1 μg/mL，包含因子k=2，则认定值相对标准不确定度urel（C1-0）=1/1000/2=0.000 5。

由标准溶液逐级稀释为100ng/mL的砷标准使用液时，使用1 mL的A级单标线吸量管和100 mL的A级容量瓶各2次，按上述2.2.2.2的评估方法，1 mL吸量管、100 mL容量瓶体积校准引入的相对标准不确定度分别为：0.002 9、0.000 6，则合成配制标准使用液体积校准引入的相对不确定度urel（C1-1）=

上述2项次分量互不相关，则合成标准物质引入的相对标准不确定度为：

2.2.3.2 配制标准系列溶液体积校准引入的不确定度

各曲线点的溶液体积校准引入的不确定度，均由量器允差引入的不确定度和室温波动引入的不确定度组成。各量器允差[14]引入的相对标准不确定度见表2。

表2 配制标准使用液所用量器允差引入的标准不确定度Table 2 The permitting introduction standard uncertainty of glass measuring tools for preparation standard liquid

室温波动引入的相对标准不确定度为0.000 4。按上述2.2.2.2的评估方法，配制2.0、4.0、10.0、14.0、20.0 ng/mL的标准溶液体积校准引入的相对标准不确定度分别为：0.0029、0.0051、0.0017、0.0029、0.0009。则合成标准系列溶液体积校准引入的相对标准不确定度可用近似均方根计算[16]：

2.2.3.3 原子荧光光谱仪的测量误差引入的不确定度

原子荧光光谱仪检定证书给出仪器的测量扩展不确定度为：UAFS=0.025（k=2），则光谱仪的测量误差引入的相对标准不确定度urel（C3）=UAFS/k=0.012 5。

2.2.3.4 拟合标准曲线求砷含量引入的不确定度

标准曲线平行3次测定，由仪器自动扣荧光值空白，结果见表3。

表3 标准曲线测定结果Table 3 Standard curve measurement results

用最小二乘法进行拟合，得到回归方程I=132c-1，R2=0.999 5，本试验对香菇样品进行6次重复测定，得试样消解液平均荧光值为：I=928，代入回归方程，由曲线拟合得出试样溶液中的砷质量浓度为：c0=7.02 ng/mL，则拟合标准曲线求消解液中砷质量浓度引入的不确定度 u（C4）为[12]：

则拟合标准曲线求砷含量引入的相对标准不确定度为：urel（C4）=u（C4）/c0=0.078/7.02=0.011 2。

2.2.3.5 消解液中砷的质量浓度测定引入的不确定度的合成

上述4项子分量的不确定度互不相关，则合成消解液中砷的质量浓度测定引入的相对标准不确定度为：

2.2.4 计算结果数值修约引入的不确定度

本次试验测量结果的数值修约间隔为0.01（mg/kg），修约半宽为0.01/2=0.005，即数值修约最大误差为0.005，修约误差呈矩形分布，不确定度为，则计算结果数值修约引入的相对标准不确定度为：urel（P）=0.002 9/0.35=0.008 3。

2.3 标准不确定度的合成和扩展

上述4个分量的相对标准不确定度见表4。

表4 各分量相对标准不确定度汇总Table 4 The table of relative standard uncertainty of components

根据公式（1），则合成香菇中砷含量测量的相对标准不确定度为：

合成标准不确定度uc（w）为：

一般检测取包含概率P=95%，包含因子k=2，则扩展不确定度为：U=k×uc（w）=0.04 mg/kg。

香菇中砷含量的测量结果为：（0.35±0.04）mg/kg（k=2）。

3 结论与讨论

1）原子荧光光谱法测定香菇中砷含量为：（0.35±0.04）mg/kg，其中扩展不确定度U=0.04 mg/kg是由标准不确定度uc（w）=0.02 mg/kg和包含因子k=2的乘积得到。香菇中砷含量符合国家强制性标准GB 2762-2012《食品安全国家标准食品中污染物限量》0.5 mg/kg的限量要求[3]。

2）在标准系列溶液体积校准引入的不确定度合成时，若采用文献[17]中由各曲线点相对标准不确定度的方和根法进行合成（按此法，本试验则为：0.006 8，这就意味着曲线点越多，合成不确定度会越大，即拟合度越差，这种方和根合成法便值得商榷；因为在一般情况下，测定标准曲线时，曲线点越多，标准曲线线性关系会越满意。而依据文献[16]用近似均方根合成法（即本文中：urel（C2）=0.003 1便较为合理。

3）通过分析、评定香菇中砷的测量不确定度可知，不确定度的主要来源有4个方面，按照贡献大小排序依次为样品制备、消解液测定、样品重复测定及数值修约；其中制样引入的不确定度又主要由样品消解不完全及砷的损失或污染等引起的。因此样品制备过程应引起高度重视，需优化前处理方法，尽可能彻底消解样品，减少砷的损失及污染，完善回收率，降低不确定度，从而保证实验室检测质量。

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（Hubei Academy of Forestry，Forest Products Quality Inspection Center of the State Forestry Bureau（Wuhan），Wuhan 430075，Hubei，China）

2017-01-18

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.19.023

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。