原子荧光光度法测定食品用洗涤剂中砷含量的不确定度评定

段平梅 刘 睿 郑养珍 孟丽君 姚晨之,3＊

1.中轻日用化学检验认证有限公司，山西太原，030001；2.国家洗涤用品质量检验检测中心（太原），山西太原，030001；3.中国日用化学研究院有限公司，山西太原，030001

测量结果的不确定度是用来表征测量结果的质量并给出定量的说明。反过来，也表明该测量结果的可信赖程度[1]。用仪器检测得到的测量结果具有不确定度，该不确定度不但和仪器有关，同时还与测量程序、所使用的检测方法等有关[2]。

近年来随着人类活动的影响，砷污染日益加剧，严重威胁着人们的健康和生命安全，各种砷污染可视情况引起急性、亚急性和慢性砷中毒，对公众健康造成危害。食品用洗涤剂的安全关乎人们的身体健康，砷在食品用洗涤剂中不是添加的原料或成分，一般为原料引入或不合格生产设备带入，当然原料引入的可能性更大。目前，食品用洗涤剂主要进行生产许可管理，这种管理不仅提高了产品可信度，同时确实使产品质量得到了较大的提升。从近年来的产品质量监督抽查结果来看，企业在生产和原料控制的要求能够满足产品安全性，但依然要对这些指标进行必要的监控和管理。国标GB 14930.1－2005《食品安全国家标准 洗涤剂》中对砷也有指标要求[3]。通过研究原子荧光光度计检测洗涤剂中砷含量的不确定度，能够科学地评价检测数据的质量和可信度。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

AFS-933原子荧光光度计（配砷空心阴极灯，北京吉天仪器有限公司）；ATY224电子天平（岛津公司）；LC-E109S电陶炉（广东顺德忠臣电器有限公司）；盐酸（GR，国药集团化学试剂有限公司）；硫脲（GR，国药集团化学试剂有限公司）；氢氧化钾、硼氢化钾（GR，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；UPT-I-520T超纯水机（成都超纯科技有限公司）；高纯氩气（纯度≥99.999%，山西钢盾贸易有限公司气体部）；砷标准储备液（中国计量科学研究院），临用时用水逐级稀释至100 ng/ml的砷标准工作溶液。

实验器皿：分度吸量管，单标线吸量管，容量瓶。

1.2 实验方法

采用GB/T 30797－2014标准[4]中规定的干灰化法进行实验。首先称取洗涤剂试样1.0 g（称准至0.001 g）于50 ml坩埚中，加入硝酸镁、氧化镁，于电热板上炭化至无黑烟，然后移入550 ℃箱式电阻炉中灼烧4 h。冷却后取出，用少量水润湿灰分，然后用20 ml盐酸溶解灰分。将溶液移至50 ml容量瓶中，加入10 ml硫脲-抗坏血酸混合溶液，用稀盐酸溶液定容至刻度。同时做空白试验。将配制好的标准工作溶液引入预热稳定的原子荧光光度计，根据浓度和吸光度绘制标准曲线，再引入试剂空白和试样消化液，外标法定量得出样品中砷的含量。

2 结果与讨论

2.1 不确定度评定方法

依据标准GB/T 27418－2017《测量不确定度评定和表示》，不确定度的评定方法流程见图1[1]。

图1 不确定度的评定方法流程图

2.2 不确定度来源分析

根据不确定度评定标准GB/T 27418－2017《测量不确定度评定和表示》[1]，按照检测方法分析不确定度可知，不确定度主要由以下几个内容组成。

（1）天平称量引入的标准不确定度u(m)。

（2）试样定容时体积引入的标准不确定度u(v)。

（3）标准曲线配制稀释过程引入的标准不确定度u(c1)。

（4）标准曲线拟合引入的标准不确定度度u(c2)。

（5）分析仪器校准偏差引入的标准不确定u(c3)。

（6）重复性测量结果引入的标准不确定度u(r)。

2.3 建立数学模型

试样溶液中砷含量按下式计算结果[4]为：

式中：X—砷含量，μg/g；C1—试样溶液中砷的质量浓度，ng/ml；C2—空白溶液中砷的质量浓度，ng/ml；V—试样溶液的总体积，ml；m—试样的称样量，g。

2.4 不确定度各分量的评定

2.4.1 天平称量引入的标准不确定度u(m)

从天平校准证书上得到天平校准的最大允许误差为±1 mg，按矩形概率（均匀）分布[1]估计，k取值为，则称量引入标准不确定度：

2.4.2 被测试样定容时，定容体积和温度引入的标准不确定度u(v)

（1）容量瓶的容量偏差引入的标准不确定度u(v0)：根据JJG 196-2006《常用玻璃量器检定规程》[5]规定，20 ℃时50 ml A级容量瓶体积刻度允差为±0.05 ml。按均匀分布，则50 ml A级容量瓶体积带来的相对标准不确定度为：

（2）定容时实验室温度偏差引起的标准不确定度u(t)：该项不确定度可通过估算体积膨胀系数来进行计算。实验室温度变化为±2 ℃，水的体积膨胀系数[6]为2.1×10-4℃-1，假设温度变化呈均匀分布，因此水溶液定容50 ml时产生的体积随温度变化引入的相对标准不确定度为：

综上所述，被测试样定容50 ml时由体积和温度变化引入的合成标准不确定度为：

2.4.3 标准曲线配制稀释过程引入的标准不确定度u(c1)

稀释过程引入的标准不确定度评定可根据经验，求出各分量的相对标准不确定度后，合成得出。

2.4.3.1 砷标准物质母液浓度引入的标准不确定度u(c母)

查询砷标准物质证书，砷单元素溶液标准物质，证书编号为：GBW08611，浓度为1000 μg/ml，相对扩展不确定度为1 μg/ml (k＝2)，基体（V/V）为1%硝酸溶液。则砷标准物质浓度引入的相对标准不确定度为：

2.4.3.2 砷标准溶液中间液的配制引入的标准不确定度u(c中间)

砷标准中间液（100 μg/ml）：吸取10.0 ml砷单元素溶液（1000 μg/ml）标准物质于100 ml容量瓶中，定容至刻度混匀，此溶液浓度为100 μg/ml。查询JJG 196－2006《常用玻璃量器检定规程》[5]得到：10 ml单标线吸量管（A级）的容量允差为±0.020 ml；100 ml单标线容量瓶（A级）的容量允差为±0.10 ml。按均匀分布计算，则移液的相对标准不确定度为urel(v移)=0.020 ml/10 ml/＝0.001155，移液时温度变化引起的体积变化而引入的相对标准不确定度为urel(v移t)＝2℃×10 ml×2.1×10-4℃-1)/10 ml/＝0.000242，定容时体积的相对标准不确定度为urel(v100)＝0.10 ml/ 100 ml/＝0.000577，定容时温度变化引起的体积变化而引入的相对标准不确定度为urel(vt)＝2 ℃×100 ml×2.1×10-4℃-1/100 ml/＝0.000242。则砷标准中间液引入合成相对标准不确定度如下：

2.4.3.3 砷标准曲线稀释过程引入的标准不确定度u(c标)

砷标准曲线溶液：吸取1.0 ml砷标准中间液（100 μg/ml）于100 ml容量瓶中，定容至刻度，混匀；再次吸取10.0 ml砷标准中间液（1 μg/ml）于100 ml容量瓶中，定容至刻度，混匀，得到标准使用液，此溶液浓度为100 ng/ml，此标准工作溶液需现用现配。分别吸取砷标准工作溶液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 ml于50 ml容量瓶中，加入10 ml硫脲-抗坏血酸混合溶液，用稀盐酸溶液定容至刻度。各自相当于砷浓度为0.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 ng/ml，备用。

查询JJG 196－2006《常用玻璃量器检定规程》得到所使用器具最大容量允差，其中定容体积均为50 ml，50 ml单标线容量瓶（A级）最大容量允差为±0.05 ml[5]，考虑定容体积和温度偏差，假设均服从均匀分布，计算各曲线点配制引入的标准不确定度和相对不确定度。结果见表1，则配制砷标准工作曲线引入的合成相对标准不确定度如下：

表1 标准曲线稀释过程引入的标准不确定度

综上所述，标准曲线配制稀释过程引入的相对标准不确定度如下：

2.4.4 标准曲线拟合引入的标准不确定度u(c2)

方法中测定砷的标准曲线浓度系列为0.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 ng/ml，读出每个浓度对应的荧光值，各浓度均重复3次测定，取平均值得实测荧光值，数据见表2。

由表2数据拟合的线性回归方程：I=153.013 9c-11.016 5，相关系数r=0.999 9。利用拟合方程将各点溶液浓度值带入，计算出对应的校准荧光值。

表2 标准溶液的浓度与相应的荧光值

分别称取1.0 g食品用洗涤剂样品，进行10次独立测定，仪器检测砷浓度平均值为：0.039 ng/ml。则标准曲线拟合的标准不确定度为[7]：

式中：ST为标准曲线的剩余标准偏差；b为标准曲线的斜率，b＝153.013 9；p为试样溶液重复测量次数，p＝10；n为标准溶液测量总次数，n＝18；c为试样溶液的平均值浓度，c＝0.039 ng/ml；c标为校准曲线各曲线点输入浓度的平均值，c标＝5.0 ng/ml；ci为各标准曲线点的输入浓度值。

标准曲线的剩余标准偏差计算公式如下[7]：

式中：Ii为各个标准溶液对应的实测荧光值；Ij为各个标准溶液对应的校准荧光值。

计算可得：ST＝ 5.4596

2.4.5 分析仪器校准偏差引入的标准不确定度u(c3)

查询原子荧光光度计有效期内检定证书得，仪器检定时仪器响应噪声偏差为0.3%。假设服从均匀分布，则仪器校准引入的相对标准不确定度为：urel(c3)＝0.003/＝0.001 732。

2.4.6 测量结果重复性引入的标准不确定度u(r)

准确称取1.0 g食品用洗涤剂，参照GB/T 30797－2014《食品用洗涤剂试验方法 总砷的测定》第二法 氢化物发生原子荧光法进行砷检测，独立重复测定10次。测定结果分别是0.036、0.040、0.038、0.037、0.041、0.039、0.040、0.039、0.043、0.038 ng/ml，其平均值为0.039 ng/ml，根据贝塞尔公式计算得出标准偏差为0.0020%，因此测量结果重复性引入的相对标准不确定度为：

2.4.7 合成标准不确定度

根据检测方法和数学模型分析，各分量估计值彼此不相关，计算食品用洗涤剂样品中砷测定的相对标准不确定度为：

则该样品中砷的标准不确定度为：uc(X)＝0.039×0.651 8＝0.025 4 ng/ml。

2.4.8 扩展不确定度

取置信水平为95%，包含因子k＝2，则食品用洗涤剂样品中砷的扩展不确定度为U：

U＝kuc(X)＝2×0.025 4＝0.051 ng/ml。

3 结论

本实验的食品用洗涤剂样品中砷含量的不确定度结果表述为：

X＝(0.039±0.051) ng/ml，(k＝2)。

比较各不确定度分量值可看出，标准曲线拟合时产生的不确定度占比最大，影响最大，其次是样品重复性产生的不确定度；标准曲线配制稀释过程和仪器校准引入的不确定度相对较小；样品称量和试样定容这两个分量对总合成标准不确定度贡献度最少。从标准曲线拟合的不确定度计算公式可以看出，待测样品中砷的浓度与标准曲线的中位值浓度相差较大时计算得出的不确定度较大，所以实验过程中应根据待测样品含量而选择合理的曲线线性范围，使不确定度控制在更低的数值，保证测试结果的准确性。