原子吸收光谱法测定山茶油中钙、铜、锌含量的不确定度分析

唐满生，李治章，李文艺，吴雅丽，肖新生(湖南科技学院 化学与生物工程学院，湘南优势植物资源综合利用湖南省重点实验室，湖南 永州 425199)

不确定度[1-2]是测量方法最基本也是最重要的特性指标之一，是测量方法可靠性的重要标志。山茶油是我国南方地区常见的食用油，由于其脂肪酸组成中油酸的含量非常高，同时还富含植物甾醇、VD、VK、VE、类胡萝卜素、茶多酚、山茶甙、角鲨烯和矿物质等多种营养成分，因此享有“东方橄榄油”的美誉[3-4]。尽管对于山茶油营养价值的研究已有很多报道[5-6]，但对于其钙、铜、锌含量的测定及测定方法不确定度研究较少[7]。钙、铜、锌是人体所需的重要金属元素，其含量的高低也是评价山茶油品质优劣的指标之一。因此对山茶油中此类金属元素含量测定方法进行不确定度分析和评定具有重要意义。

本研究采用火焰原子吸收光谱法测定山茶油中钙、铜和锌的含量，如实反映测定方法的置信度和准确性，确定了影响测定不确定度的原因。

1 材料与方法

1.1 实验材料

山茶油(压榨法生产，5 L/桶)购于超市；硝酸(分析纯)、盐酸(分析纯)等试剂购于安耐吉；钙、铜、锌标准液均购于探索平台。

TAS-986型原子吸收分光光度计；SX5-18型箱式电阻炉；AVY120型电子分析天平；DK-98-II-2kW型电炉。

1.2 实验方法

1.2.1 实验用具的准备与处理

实验要用的烧杯、容量瓶、移液管、坩埚等参考文献[8]进行处理。

1.2.2 待测样品的制备

分别向编号为1～7的坩埚加入1.998 9、2.033 2、2.002 0、2.036 2、2.029 8、2.014 0、2.034 3 g 山茶油。然后将坩埚置于电炉上均匀受热，打开实验室通风口，小火炭化至无烟。冷却后再转移入电阻炉中500℃灰化3 h，充分冷却后取出用0.2%硝酸将灰分溶解，将试样消化液分别对应转移至已编号的25 mL容量瓶中，用0.2%硝酸多次洗涤坩埚，用二次蒸馏水定容至刻度，保存待用。

1.2.3 标准溶液配制

钙标准溶液：用2 mL移液管分别从500 μg/mL钙储备液中取0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 mL加入100 mL容量瓶，用蒸馏水定容，混匀，准确配制质量浓度分别为2、4、6、8、10 μg/mL钙标准溶液，保存待用。

铜标准溶液：用1 mL移液管分别从100 μg/mL铜储备液中取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL加入100 mL 容量瓶，用蒸馏水定容，混匀，准确配制质量浓度分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 μg/mL铜标准溶液，保存待用。

锌标准溶液：先用5 mL移液管从500 μg/mL锌储备液中取5.0 mL加入100 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容，混匀，配成质量浓度为25 μg/mL的锌标准溶液。然后用2 mL移液管分别取0.8、1.6 mL，5.0 mL移液管分别取2.4、3.2、4.0、8.0、16 mL 的25 μg/mL锌标准溶液加入100 mL容量瓶，用蒸馏水定容，混匀，准确配制质量浓度分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、4.0 μg/mL锌标准溶液，保存待用。

1.2.4 原子吸收分光光度计工作条件设定(见表1)

表1 原子吸收分光光度计的工作条件

2 结果与讨论

2.1 不确定度来源的分析

被测样品中金属元素含量的数学模型为：

(1)

式中：P为样品中金属元素的含量， mg/kg；c为测定样品溶液中金属元素的质量浓度，μg/mL；V为样品定容后的体积，mL；m为样品的质量，g。

根据实验方法和以上数学模型分析，测定不确定度的来源主要为：①样品制备过程中产生的不确定度：包括样品的称量，稀释过程的体积校准；②标准储备液稀释过程引入的不确定度；③最小二乘法拟合校准曲线：得出样品中金属元素质量浓度时所产生的不确定度；④重复性实验引入的不确定度。

2.2 样品制备过程中产生的不确定度

2.2.1 待测样品称量过程引入的不确定度

待测样品称量时需要称量坩埚的质量，还需要称量坩埚和样品的总质量，即需要称量2次，在计算不确定度时需乘系数2。

在一个称量的窄的范围内，不同质量是在同一个平衡上测得的，因此u(灵敏度)是可以忽略的。分析天平的线性校正范围是±0.2 mg；分析天平的读数分辨率是0.1 mg[9]。

称量样品质量在2 g左右，现令m=2 g，得urel(m)=u(m)/m×100%=0.182 6/(2×1 000)×100%=0.009 13%，数值较小，可以忽略不计。

2.2.2 样品稀释过程的不确定度

容量瓶体积引入的不确定度：据JJG 196—2006《常用玻璃量器》规定，20℃时25 mL A级容量瓶的容量允差为±0.02 mL，取矩形分布,则由此带来的不确定度为：

温度引起的不确定度：已知水的膨胀系数a=2.1×10-4mL/℃，温差为±4℃，置信概率为0.95，所以温度引起的不确定度为：

0.012 1(mL)

由稀释过程引入的相对不确定度urel(V稀)=u(V稀)/V1=0.016 7/25×100%=0.067%。

2.3 标准储备液稀释过程引入的不确定度

2.3.1 移液管在稀释过程引入的不确定度

移液管引入的不确定度：据JJG 196—2006《常用玻璃量器》规定，1 mL移液管最大允许误差为 ±0.007 mL，取矩形分布，则该移液管引入的不确定度为：

2 mL移液管最大允许误差为±0.010 mL，取矩形分布，则该移液管引入的不确定度为：

5 mL 移液管最大允许误差为±0.020 mL，取矩形分布，则该移液管引入的不确定度为：

2.3.2 容量瓶在稀释过程引入的不确定度

容量瓶体积引入的不确定度：据JJG 196—2006《常用玻璃量器》规定，20℃时100 mL A级容量瓶的容量允差为±0.10 mL，取矩形分布，则100 mL容量瓶体积带来的不确定度为：

温度引起的不确定度：已知水的膨胀系数a=2.1×10-4mL/℃，温差为±4℃，置信概率为0.95，所以温度引起的不确定度为：

由标准液稀释定容过程中引入的相对不确定度urel(V容)=u(V容)/V3×100%=0.075 4/100×100%=0.075%。

2.3.3 钙标准储备液稀释过程引入的相对不确定度

2.3.4 铜标准储备液稀释过程引入的相对不确定度

2.3.5 锌标准储备液稀释过程引入的相对不确定度

2.4 标准曲线最小二乘法带来的不确定度

2.4.1 样品溶液钙质量浓度测定中的不确定度评定

对上述钙标准系列溶液进行3次重复测定[10]，分别在3次独立开机条件下进行(铜、锌与之相同)，测定结果见表2。

表2 钙标准系列溶液吸光度测定结果

(2)

(3)

2.4.2 样品溶液铜质量浓度测定中的不确定度评定

对上述铜标准系列溶液进行3次重复测定，测定结果见表3。

表3 铜标准系列溶液吸光度测定结果

2.4.3 样品溶液锌质量浓度测定中的不确定度评定

对上述锌标准系列溶液进行3次重复测定，测定结果见表4。

表4 锌标准系列溶液吸光度测定结果

2.5 重复性实验引入的不确定度

对于重现性所产生的不确定度的计算，只需计算出其相对标准偏差(RSD)即可[6]。

2.5.1 钙元素重复性实验引入的不确定度

在重复条件下，对编号为1～7的样品进行了7次独立测定，分别测得样品溶液中钙元素质量浓度，再根据式(1)计算，各样品中钙含量依次为55.41、52.38、53.57、45.43、43.11、44.31、52.60 mg/kg。

则钙元素单次测量的不确定度为：

样品钙含量均值的不确定度为：

2.5.2 铜元素重复性实验引入的不确定度

在重复条件下，对编号为1～7的样品进行了7次独立测定，分别测得样品溶液中铜元素质量浓度，再根据式(1)计算，各样品中铜含量依次为1.126、0.984、0.749、0.859、0.862、0.869、1.352 mg/kg。

2.5.3 锌元素重复性实验引入的不确定度

在重复条件下，对编号为1～7的样品进行了7次独立测定，分别测得样品溶液中锌元素质量浓度，再根据式(1)计算，各样品中锌含量依次为33.14、35.54、35.09、38.67、35.84、32.65、44.12 mg/kg。

2.6 相对合成标准不确定度

山茶油中钙、铜、锌含量的测定在样品制备过程中、标准储备液稀释过程中、最小二乘法拟合校准曲线、重复性实验引入的不确定度的分析结果见表5。

表5 钙、铜、锌元素各不确定度分析结果 %

2.7 扩展不确定度

在没有特殊要求下，按国际惯例，测得结果的扩展不确定度包含因子k取2[12]。

3 结 论

通过原子吸收光谱法测定实际样品，对山茶油中金属元素钙、铜、锌含量测定的不确定度进行分析，得出当山茶油中钙含量为49.54 mg/kg时，测定结果的不确定度为6.084 mg/kg；当山茶油中铜含量为0.972 mg/kg时，测定结果的不确定度为0.331 4 mg/kg；当山茶油中锌含量为36.44 mg/kg时，测定结果的不确定度为3.097 4 mg/kg。其中最小二乘法拟合校准曲线和重复性实验引入的不确定度是不确定度的主要来源。

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