气相色谱法测定黄瓜中丙溴磷农药残留量的测量不确定度评定

柴宗龙,袁彩霞,周鑫魁,洪 霞,何海宁,Firuza Nasyrova,文 岚,钱滢文,*

(1.甘肃省商业科技研究所有限公司,甘肃兰州 730010;2.甘肃中商食品质量检验检测有限公司,甘肃兰州 730010;3.塔吉克斯坦科学院植物学植物生理与遗传研究所,杜尚别 734063)

测量不确定度是根据所用到的信息,表征赋予被测量量值分散性的非负参数,是测量结果可疑程度的一种定量表述,是实验室提高检验结果可靠性的重要保障[1-4]。对不确定度进行有效分析和评定,可以找出造成实验结果误差的原因,减少不确定度可以有效提高测定结果的准确度,是质量控制的一个重要手段[5-8]。测量不确定度评定分A和B两类评定,A类评定指在规定测量条件下测得的量值用统计分析的方法进行的测量不确定度分量的评定,B类评定指用不同于测量不确定度A类评定的方法对测量不确定度分量进行的评定[9-12]。

丙溴磷是一种中等毒性、低残留、广谱性的有机磷杀虫剂,具有触杀和胃毒的作用,主要防治棉花、蔬菜地和果树上的有害昆虫和螨类[13-16]。由于丙溴磷在果蔬上和土壤中半衰期短、残留量少和价格经济,因此在果蔬生长过程中使用较为广泛。使用者常常超剂量使用以达到快速、高效的去除害虫,但是由于累积作用,长期大剂量使用丙溴磷,其在果蔬上的残留量不断增大,最终会威胁到人体健康和环境卫生安全[17-19]。GB 2763-2016《食品中农药最大残留限量》对丙溴磷在不同种类蔬菜中的最大残留量做了明确规定[20],限值最小的是糙米0.02 mg/kg,限值最大的是番茄10 mg/kg。丙溴磷是国家食品安全监督抽检中果蔬类中的常检项目,而且有些残留量很高,因此,为确保大众对果蔬产品的食用安全,丙溴磷残留检测结果的准确性显得尤为重要。通过评定丙溴磷检测结果的测量不确定度,可以分析出在检测过程中造成结果可疑的环节,进而规范操作,减少实验中的不确定度分量,提高检测结果的准确性和可靠性;为样品中检测结果边缘值合格与否提供判定依据;对日常的实验室内部质控、能力验证检测等提供质量控制依据和溯源性[21-24]。除此之外,丙溴磷测量不确定度的评定对该检测标准中其他农残化合物的检测有重要的借鉴和参考作用。

本实验根据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[25]和CNAS-GL06 2006《化学分析中不确定度的评估指南》[26]规定的方法,以《NY/T 761-2008蔬菜和水果中有机磷、有机氯、拟虫菊酯和氨基甲酸酯类农药残留的测定》为检测标准[27-28],通过外部加标,建立数学模型,分析丙溴磷检测中的各个不确定度分量,对黄瓜中丙溴磷测量的不确定度予以评定[29-32]。通过该不确定度的评定,便于科学、有效的分析相同类型提取实验过程中出现的问题,提高了实验结果的准确性,使实验结果的可靠性有了量化的根据,旨在为实验室质量控制提供了一种有效的管理手段。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜黄瓜 当地批发市场;丙溴磷标准品 纯度98.6%,天津阿尔塔科技有限公司;乙腈 色谱纯,北京百灵威科技有限公司;丙酮 色谱纯,西陇科学股份有限公司;氯化钠、无水硫酸钠 分析纯,天津市大茂化学试剂厂。

气相色谱仪7890B 配FPD检测器,安捷伦科技有限公司;WondaCAP 17色谱柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm) 日本岛津技迩(上海)商贸有限公司;YP402N电子天平 上海精密科学仪器有限公司;IKA T8高速组织分散机 上海珂淮仪器有限公司;低温冷冻高速离心机CF16RXⅡ 上海安亭科学仪器厂;旋转蒸发仪RE-2000A 上海亚荣生化仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 试样前处理 新鲜黄瓜匀浆后称取25.00 g于三角瓶中,加入50 mL乙腈,均质2 min,滤纸过滤后收集滤液至50 mL聚丙烯刻度离心管中,加入约10 g氯化钠,剧烈振摇,3000 r/min离心0.5 min,分取上层乙腈10 mL,旋转蒸发至近干,用丙酮定容至5 mL,过0.22 μm有机相微孔滤膜,上机测试。

1.2.2 色谱条件 色谱柱程序升温(参考检验标准NY/T 761-2008第一部分第一法):100 ℃保持2 min,25 ℃/min升至150 ℃,8 ℃/min升至240 ℃,保持5 min;燃气H2(99.999%);载气N2(99.999%),流量3.5 mL/min;进样口温度220 ℃;进样方式不分流进样,进样量1 μL;FPD检测器,温度250 ℃。

1.2.3 黄瓜中丙溴磷残留量计算 上机测试0.10、0.20、0.30、0.50和0.80 μg/mL五个浓度水平的丙溴磷标准工作液,用最小二乘法得其线性回归方程为y=3547.75x+42.6285(其中,x为配制的丙溴磷标准工作液浓度;y为x相对应丙溴磷在气相色谱仪上的响应峰面积),在阴性黄瓜试样中加入丙溴磷标准溶液,使得加标浓度为0.50 mg/kg,平行加标做8份试样,经1.2.1处理后上机测试,通过丙溴磷在气相色谱仪上的峰面积,带入到上述标准工作液得到的线性方程中,计算出丙溴磷的回收值,再将其带入检验标准NY/T 761-2008第一部分有机磷含量计算公式(式1),计算得黄瓜试样中丙溴磷残留量为0.45 mg/kg,其值以ω表示。

式(1)

式中:c:上机测试液浓度(μg/mL);V1:提取溶剂总体积(mL);V2:提取溶液分取体积(mL);V3:定容体积(mL);m:试样质量(g);1000:单位换算。

1.3 数据处理

本文中测试的数据,其平均值和相对标准偏差均由Excel计算,鱼骨图和相关公式由图片编辑器和MathType数学公式编辑器9.6(中文版)生成。

2 结果与分析

2.1 数学模型

通过参考国家计量技术规范JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》中的评定方法和NY/T 761-2008《蔬菜和水果中有机磷、有机氯、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类农药多残留的测定》中有机磷部分的计算方法,由式(1)知,等式右侧是对丙溴磷残留量有影响的各个变量,即数学模型输入量,等式左侧丙溴磷残留量,即数学模型输出量。输出量的不确定度均来源于输入量的不确定度,因此,可建立式(2)数学模型,通过分析数学模型中的各个输出量的不确定度,能够有效和完整的评定黄瓜中丙溴磷残留量检测所产生的扩展不确定度。

式(2)

式中:f1表示试样平行测量偏差系数引入的不确定度;f2表示仪器数据处理工作站系统参数引入的不确定度,其他字母均和式(1)意义一样。

2.2 标准不确定度分量来源鱼骨图

由图1知,试样中丙溴磷残留量测定的相对标准不确定度(urel(ω))可合成为:

图1 标准不确定度鱼骨图Fig.1 Fishbone diagram with standard uncertainty注:ω:试样中丙溴磷残留量质量分数;m:试样质量;c:试样上机测试液中丙溴磷浓度;V1:提取溶剂总体积;V2:提取液分取体积;V3:定容体积;f1:试样平行测量偏差系数;f2:仪器数据处理工作站系统参数。

urel(ω)={[urel(m)2+urel(c)2+urel(V1)2+urel(V2)2+urel(V3)2+urel(f1)2]}-1

式(3)

2.3 不确定度的计算

2.3.1 试样质量称取引入的相对标准不确定度urel(m) urel(m)由天平允许误差标准不确定度u(a)、天平示值误差标准不确定度u(b)和称量重复性标准不确定度u(c)三者构成,其中u(c)为A类不确定度评定。

一次称样操作可建立数学模型:

m=m2-m1

式(4)

式中:m2为样品实测质量读数;m1为调零读数。

则一次称样天平允许误差的标准不确定度为:

式(5)

式(6)

式(7)

称量重复性(n=8)标准不确定度由技术规范JJF 1059.1-2012中4.3.2.2贝塞尔公式计算其标准偏差,测量结果由一次测量直接给出,见表1,故u(c)等于1倍标准偏差,因此称量重复性的标准不确定度为:

表1 试样质量Table 1 Sample quality

式(8)

分析考察不确定度分量式(6)、式(7)和式(8)三者相互独立,互不相关,因此试样质量m的合成标准不确定度采用方和根的方式合成:

式(9)

因此,称取25.00 g试样质量引入的相对标准不确定度为:

式(10)

2.3.2 试样上机测试液中丙溴磷检测结果引入的相对标准不确定度urel(c) urel(c)由标准物质纯度的相对标准不确定度urel(d),标准系列工作液的相对标准不确定度urel(e),标准工作曲线拟合的相对标准不确定度urel(f)和上机测试液峰面积的相对标准不确定度urel(g)四者构成。试样上机测试液一次测试可建立数学模型:

c=c2-c1

式(11)

式中:c1为依据2.3.1处理的试剂空白测试结果,c2为实际测试液的测试结果。通过以往经验,在此实验中,c1值可忽略不计,其不确定度为零。

2.3.2.1 标准物质纯度的相对标准不确定度 查阅丙溴磷标准物质证书GBW(E)081898知,其相对不确定度为2%(k=2),因此标准物质纯度的相对标准不确定度为:

urel(d)=2%

式(12)

2.3.2.2 标准系列工作液的相对标准不确定度 用2.3.2.1的丙溴磷标液分别配制0.10、0.20、0.30、0.50和0.80 μg/mL五个浓度水平的标准工作液,配制时先将100 μg/mL的丙溴磷标液稀释10倍,然后用稀释液配制标准系列工作液。

在配制过程中用到10 mL容量瓶1次,5 mL容量瓶5次,用到的移液器容量有0.05、0.10、0.15、0.25、0.40和1.00 mL,共6次移液,稀释和配制用的溶剂均为丙酮。

式(13)

式(14)

式(15)

因此10 mL容量瓶使用1次引入的相对标准不确定度为:

式(16)

同理知,A级5 mL容量瓶允许误差为±0.020 mL,其标准不确定度为:

式(17)

定容溶剂温度校准引入的标准不确定度为:

式(18)

工作人员定容刻度读数视力误差引入的标准不确定度为:

式(19)

因此,5 mL容量瓶使用1次引入的相对标准不确定度为:

式(20)

5次使用5 mL容量瓶引入的相对标准不确定度为:

式(21)

式(22)

移液器共移液6次,平均移液0.325 mL,移液器温度校准引入的相对标准不确定度为:

式(23)

因此,移液器引入的相对标准不确定度为:

式(24)

由于10 mL容量瓶、5 mL容量瓶和移液器三者对标准系列工作液的配制相互独立,所以可以采用方和根的形式将其合成,因此,配制标准系列工作液的相对标准不确定度为:

式(25)

2.3.2.3 标准工作曲线拟合引入的相对标准不确定度 丙溴磷标准系列各浓度点对应的峰面积见表2,利用最小二乘法拟合标准曲线线性回归方程y=3547.75x+42.6285,其中斜率a=3547.75,截距b=42.6285,回归方程的线性系数的平方R2=0.9986。

表2 标准工作曲线数据(n=3)Table 2 Standard working curve data(n=3)

按2.3.1平行处理试样8份,上机测试,由上述线性方程得试样中丙溴磷含量平均值c=0.45 μg/mL,由标准曲线拟合引入的标准不确定度为:

式(26)

式(27)

因此,标准工作曲线拟合引入的相对标准不确定度为:

式(28)

2.3.2.4 上机测试液峰面积引入的相对标准不确定度 对同一试样上机测试液多次重复测量,进样体积均为1.0 μL,则进样体积的标准不确定度可以体现在峰面积上,其为A类评定,见表3。

表3 重复测量试样峰面积Table 3 Repeated measurement of peak area of sample

式(29)

因此,同一上机测试液重复测量峰面积测得值引入的相对标准不确定度为:

式(30)

式(31)

因此,上机测试液峰面积的相对标准不确定度为:

式(32)

综合分析以上各个标准不确定度分量,试样上机测试液中丙溴磷检测结果引入的相对标准不确定度为:

式(33)

2.3.3 提取溶剂体积V1引入的相对标准不确定度urel(V1) urel(V1)由量取工具量筒允许误差的标准不确定度u(h)、溶剂温度校准的标准不确定度u(i)和工作人员读取量取刻度视力误差u(j)三者构成。

式(34)

式(35)

式(36)

因此,提取溶剂V1引入的相对标准不确定度为:

式(37)

2.3.4 提取液分取体积V2引入的相对标准不确定度urel(V2) urel(V2)由量取工具量筒允许误差的标准不确定度u(k)、量取溶剂温度校准的标准不确定度u(l)和工作人员读取量器刻度视力误差u(m)三者构成。

由步骤2.3.1知,量入式10 mL量筒允许误差为±0.10 mL,其标准不确定度为:

式(38)

量筒温度校准引入的标准不确定度为:

式(39)

量筒量取工作人员刻度读数视力误差引入的标准不确定度为:

式(40)

因此,提取液分取体积V2引入的相对标准不确定度为:

式(41)

2.3.5 定容体积V3引入的相对标准不确定度urel(V3) 由容量瓶允许误差的标准不确定度u(n)、定容溶剂温度校准的标准不确定度u(o)和工作人员读取定容刻度视力误差u(p)三者构成。

由步骤2.1中式(2)知,5 mL容量瓶允许误差的标准不确定度为:

式(42)

定容温度校准引入的标准不确定度为:

式(43)

定容工作人员刻度读数视力误差引入的标准不确定度为:

式(44)

因此,5 mL容量瓶定容体积V3引入的相对标准不确定度为:

式(45)

2.3.6 样品测定偏差系数引入的相对标准不确定度urel(f1) 影响检测结果平行性的因素主要有样品的普遍均匀性,检测人员对样品前处理的一致性和仪器自身的性能响应度,其为A类不确定度评定,通过8次试验计算其结果的标准偏差,以进行不确定度的评定,其重复性试验结果见表4。

表4 重复性试验结果Table 4 Repeatability test results

式(46)

由表4知,黄瓜中丙溴磷残留量的最佳估计值0.45 mg/kg,因此样品测定偏差系数引入的相对标准不确定度为:

式(47)

2.4 试样中丙溴磷残留量测定相对合成标准不确定度urel(ω)

由2.2可知,测量重复性和仪器数据处理软件产生的标准不确定度合成在urel(c)中,因此,试样中丙溴磷残留量测定合成相对标准不确定度为:

urel(ω)={[urel(m)2+urel(c)2+urel(V1)2+urel(V2)2+urel(V3)2+urel(f1)2]}-1×100%=4.260%

式(48)

2.5 试样中丙溴磷残留量测定扩展标准不确定度U(ω)

在95%置信区间时,包含因子k=2,黄瓜中丙溴磷残留量测定的相对扩展标准不确定度为:

Urel(ω)=urel(ω)×k×100%=8.520%

式(49)

因此,试样中丙溴磷残留量测定扩展标准不确定度为:

式(50)

3 结论

实际检验得知丙溴磷在果蔬中经常检出,应用有机磷检测方法NY/T 761-2008,通过参考国家计量技术规范JJF 1059.1-2012中的评定方法,分析得出本实验黄瓜中丙溴磷残留量最佳估计值为0.45 mg/kg,其测量不确定度为0.04 mg/kg,可表示为ω=(0.45±0.04) mg/kg,其中k=2,对其检测结果的准确性给予了可靠的判断依据,是实验室质量控制很好的手段;其中对定量结果有较大影响的主要因素有标准物质的纯度、移液器的使用次数和标准曲线的拟合三个方面。因此,在日常检测工作中,应该购买纯度较高的标准溶液,并且严格按照标准物质证书上的保存条件做好贮存,定期做好期间核查;在保证标准曲线适用的前提下,在配制标准工作液时,尽可能减少移液器的使用频次或者使用更精密的量器且定期做好量器的校准;及时做好检测仪器的检定和期间核查,以提高检测结果的准确性和实验室的整体检测能力。