电感耦合等离子光谱法测定婴幼儿营养米粉中铁含量的不确定度评定

(江西省食品检验检测研究院，南昌 330001)

1 引言

铁是身体运转过程中必需的微量元素之一，是非常重要的一种元素；其在人体活性因子构成中起到密切作用，如血红蛋白、酶的辅助因子等[1，2]。铁分布于人体中的各个部位，其中以脾和肝含量最多；一个成年人含有4～5克的铁元素，以血红蛋白形式存在的铁占65～70%，这对维持身体中整个铁的平衡和稳定起到关键性作用[3]。铁在婴幼儿成长过程扮演着很重要的角色，如果身体铁含量吸收不足容易导致贫血现象，进一步影响婴幼儿的学习和行为等方面能力[4]；而且缺铁性贫血对婴幼儿智力发育伤害是不可逆的，即使后期针对性补充铁营养补充剂，婴幼儿各方面能力也很难弥补[5]。因此，微量元素铁对婴幼儿生长发育非常重要；同时对市面上婴幼儿辅食中铁含量精准确定很有必要，这为含铁产品选择提供一定的参考意义。

目前对食品中元素含量检测方法有电感耦合等离子体质谱法(Inductively Coupled Plasma mass spectrometer，ICP-MS)[6，7]，电感耦合等离子体光谱法(Inductively Coupled Plasma spectrometer，ICP)[8]，原子吸收光谱法[9，10]，分光光度法等[11]。其中ICP-OES法具有化学干扰少，分析速度快，精密度高，灵敏度高，检测限低等优点[12]，被广泛应用于食品中铁含量测定。该实验根据食品安全国家标准GB5009.268-2016《食品中多元素的测定》中ICP-OES法，本文以婴幼儿营养米粉为例，使用ICP-OES法测定婴幼儿米粉中的铁含量。依据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》评定婴幼儿营养米粉中铁的不确定度，根据实验步骤分析该过程中引起不确定度的原因，主要包括涉及到的标准物质，设备仪器，玻璃器皿等，对各个不确定度进行计算分析，给出不确定度报告。目前国内很少关于ICP法测定食品中铁的不确定度来源分析相关研究和报道，这为以后测定同类产品分析不确定度提供一定的指导作用和借鉴意义。

2 材料与方法

2.1 仪器和试剂

5100VDV电感耦合等离子体光谱仪(美国安捷伦公司)；ETHOS ONE微波消解仪(意大利MILESTONE公司)；GS25-20A赶酸仪(天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司)；QUINTIX124-1CN分析天平(赛多利斯科学仪器北京有限公司)；Synergy纯水仪(美国Millipore公司)；JYL-C16V九阳料理机(九阳股份有限公司)。1000μg/mL铁标准物质(国家有色金属及电子材料分析测试中心，唯一标识177026-1)；68%UP级硝酸(苏州晶瑞化学股份有限公司)；市售婴幼儿营养米粉。

2.2 实验方法

2.2.1溶液配制

5%硝酸溶液：吸取50mL硝酸，加水定容至1000mL摇匀。铁元素标准溶液配制：用5%的硝酸溶液配制成0、0.5、1.00、2.50、4.00、5.00mg/L的铁标准溶液。

2.2.2样品前处理

参考GB5009.268-2016《食品中多元素的测定》，样品混匀后，称取一定量样品置于微波消解管中，加入5mL硝酸，加盖放置1h后用盖子盖住旋紧，然后在微波消解仪中按照设定的程序(3min升温至115℃，保持5min；3min升温至150℃，保持5min；3min升温至185℃，保持45min，结束后冷却)进行微波消解；待消解结束冷却至室温后，打开盖子，用少量水冲洗内盖，将消解管放在100℃的赶酸仪中加热30min，冷却后用水定容至50mL，混匀备用，同时进行试剂空白试验。

2.2.3电感耦合等离子体光谱仪条件

观察方式：径向观测，RF功率1.2kW，等离子气流量：12.0L/min，辅助气流量：1.0L/min，雾化器流量：0.7L/min，观察高度：8mm。

2.2.4铁含量计算公式

公式中：X为样品中铁的含量(mg/kg)，C为样品溶液中铁的浓度(μg/L)，C0为样品空白中铁的浓度(μg/L)，f为样品溶液的稀释倍数，m为样品的质量(g)。

3 结果与分析

3.1 不确定度评估

3.1.1不确定度来源分析

根据铁含量的计算公式以及分析测试过程，ICP-OES法测定婴幼儿米粉中铁含量的不确定度主要包含以下几点：样品处理过程中称样质量、样品定容体积以及样品浓度引入的不确定度，标准物质以及标准溶液配制引入的不确定度，标准曲线拟合引入的不确定度，加标回收以及重复性引入的不确定度。

3.1.2不确定度分量的计算

(1)称样量引入的不确定度样品称样量为0.5g，由分析天平计量检定证书可以得到，其最大允许差为0.5mg。假定其为矩形(均匀)分布，换算成标准不确定度为：

由于采用减量法称重，则由称量引入的标准不确定度为：

由称量引入的相对标准不确定度为：

(2)样品定容体积引入的不确定度

在样品处理定容过程采用的是50mL容量瓶，20℃时允许误差为±0.05mL，取矩形(均匀)分布，则引入的标准不确定度为：

样品定容液体为5%的硝酸溶液，以水计，在20℃时水的膨胀系数为2.08×10-4/℃，根椐容量瓶检定证书，50mL容量瓶在20℃检定，而实验室温度在±2℃之间变动，该影响引起的不确定度可通过估算该温度范围和体积膨胀系数来进行计算，本实验只考虑溶剂即可。忽略温度对容量瓶容积的影响。溶剂为1%的硝酸溶液，99%的水，因此按水的体积膨胀系数算为2.08×10-4/℃，取矩形分布，则由温度变化引起的定容体积标准不确定度为：

由定容体积引入的相对标准不确定度为：

=0.000626

(3)标准物质引入的不确定度

根据标准物质证书可知，所使用的标准物质铁(1000mg/L)的相对扩展不确定度为0.7%，k=2，则由标准溶液浓度引入的相对标准不确定度为：

=0.000626

由温度引入的标准不确定度如下：

200μL移液枪吸取25μL，50μL，125μL，200μL时由温度引入的标准不确定度为：

=0.00000600μL

=0.0000120μL

=0.0000300μL

=0.0000480μL

据此，标准物质配制过程中引入的各个相对标准不确定度为：

=0.00920

=0.00576

因此，标准物质配制过程引入的相对标准不确定度为：

(4)加标回收率引入的不确定度

对样品进行了6次处理和6次加标回收处理，考察加标回收引入的不确定度。表1为处理的12次结果。

根据CNAS-GL06-2006化学分析中不确定度评估指南以及JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示，取置信概率95%，在自由度为5时临界值t(95%，5)=2.57, 说明回收率与1之间无显著性差异，不必采用fR修正结果。

表1 样品加标回收率数据

(5)样品重复测定引入的不确定度

(6)标准曲线最小二乘法拟合计算浓度引入的不确定度

对标准溶液的测量与样品所设定的参数相同，每个标准溶液浓度测定两次，表2是标准溶液的测定结果响应值。

表2 标准曲线方程参数

C0的标准不确定度可以根据工作曲线上样品溶液响应值处的浓度标准偏差计算，计算公式如下：

3.1.3 合成相对标准不确定度及扩展不确定度

根据上述不确定度分量的分析，其相对标准不确定度见表3所示。

表3 铁含量测定的相对标准不确定度

则合成相对标准不确定度为：

则铁含量的扩展不确定度为：

3.1.4 测量不确定度报告与表示

食品安全国家标准GB5009.268-2016《食品中多元素的测定》中ICP-OES法测定婴幼儿米粉中的铁含量测定结果为(58.3±6.9)mg/kg(k=2)。

4 结论

从婴幼儿营养米粉中的铁含量测定中的各个不确定度分量计算可以看出，对实验结果影响最大的是标准物质溶液的配制，由其引起的相对标准不确定度为0.0542；其次是标准曲线最小二乘法拟合计算浓度，由其引起的相对标准不确定度为0.0215；而样品称量、样品溶液定容、加标回收、样品重复测定对实验结果影响较小。对各个相对标准不确定度进行合成，计算得出扩展不确定度为6.859mg/kg，最终ICP-OES法测定婴幼儿米粉中的铁含量不确定度报告表示为(58.3±6.9)mg/kg(k=2)。在本研究中，标准物质配制过程由于使用了200μL的移液枪吸取少量体积的标准物质，造成吸取的标准物质体积误差比较大，从而影响实验测定结果；这种误差可通过吸取多大体积的标准物质用多大的移液枪解决。标准曲线最小二乘法拟合计算浓度由于样品空白有一定的响应值，再则样品、标液测定次数及选取的点少，从而对实验结果也造成了一定的影响；可以选取杂质含量更少的优级纯硝酸和超纯水、增加标准溶液浓度点和测定次数以及增加样品测量次数降低实验过程中的误差，使得测定结果更加准确。通过各个影响不确定度因素分析和研究，这为电感耦合等离子体光谱法测定食品铁含量中易产生较大实验误差的因素进行更好控制和采取规避措施。