微波消解-分光光度法测定月饼中铝的不确定度评定

周芥锋，邱润华，胡明霞，李春容，徐春红，李晓琼

（1.长宁县产品质量检验检测中心，四川宜宾 644300；2.四川省竹类产品质量检验检测中心，四川宜宾 644300）

月饼是我国中秋节的传统食品，生产商在制作月饼的过程中因工艺需要可以使用硫酸铝钾或硫酸铝铵作为食品膨松剂或稳定剂[1-2]。《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）规定，焙烤食品中铝的残留量小于100 mg·kg-1[3]。此外，在食品铝残留量的检验过程中，铝含量的测定值极易受到样品处理方法、仪器状态、检测环境的影响[4]。不确定度是与测定结果紧密联系的参数，能反映出测定值的分散性，对实际结果评定具有重要意义[5]。基于此，以市售月饼为研究对象，采用微波消解-分光光度法测定月饼中的铝残留量，分析不确定度来源，并对不确定度的各分量进行分析，计算出合成不确定度和扩展不确定度。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料

月饼样品，四川省长宁县产品质量检验检测中心委托检验样品。将月饼样品用粉碎机粉碎后取30 g置于85 ℃下干燥4 h备用。

1.1.2 试剂

铝标准储备溶液（1 000 μg·mL-1），国家有色金属及电子材料分析测试中心GSB 04-1713-2004；实验玻璃仪器均使用5%硝酸溶液浸泡；对硝基苯酚、氨水、硝酸、抗坏血酸、铬天青S、TritonX-100、溴代十六烷基吡啶、乙二胺-盐酸，均是分析级纯试剂；实验用水均为一级水。

1.1.3 仪器与设备

UV-1800PC可见/紫外分光光度计，上海美谱达；TPOEX+微波消解仪，屹尧；BSA224S电子天平，赛多利斯。

1.2 实验方法

1.2.1 溶液的配制

用5%的硝酸水溶液稀释1 000 μg·mL-1的铝标准储备液，分别得到100.00 μg·mL-1铝中间溶液1、1.00 μg·mL-1铝中间溶液2和系列标准工作溶液。

1.2.2 月饼的前处理

准确称取月饼样品0.516 3 g于聚四氟乙烯消解内管中，加入10 mL硝酸，浸泡过夜。次日置于120 ℃智能控温电加热器上预消解约30 min，冷却后，置于微波消解仪上消解。消解结束后，再次置于120 ℃智能控温电加热器上赶酸至体积约0.5 mL，冷却后转移至25 mL比色管中，不定容。

微波消解程序：在80 ℃、120 ℃、150 ℃和180 ℃分别保温2 min，在200 ℃保温30 min。

1.2.3 试样显色处理

在转移好样品的比色管中滴加1滴对硝基苯酚乙醇溶液（1 g·L-1），混匀，滴加氨水溶液（1+1）至浅黄色，滴加硝酸溶液（2.5%）至黄色刚消失，再多加1 mL，加入1 mL抗坏血酸溶液（10 g·L-1），混匀后加入3 mL铬天青S溶液（1 g·L-1），混匀后加1 mL TritonX-100溶液（3%），3 mL溴代十六烷基吡啶溶液（3 g·L-1），3 mL乙二胺-盐酸缓冲溶液，加水定容至25 mL，摇匀，静置40 min后，在620.0 nm波长下上机分析。按相同的方法制备空白样液。

1.2.4 数学模型及不确定度来源分析

根据测定原理，分析不确定度来源。测定月饼中铝含量的计算公式为

式中：ρ为铝含量，mg·kg-1；m1为测定试样消化液中铝的质量，μg；m0为空白值，μg；m为样品质量，g；v为样品溶液的定容体积，mL；v1为测定用体积，mL。

通过式（1）分析，各个影响测定结果的参数相互独立，各参数的不确定度直接对测定结果的不确定度产生影响。微波消解-分光光度法测定月饼中铝的不确定度主要来源如表1所示。

表1 不确定度的来源分析

2 结果与分析

2.1 样品称量引入的相对标准不确定度urel(m)

月饼样品称样量（m）为0.516 3 g，即516.3 mg。本实验使用的是BSA224S万分之一精度级别的电子天平。从长宁县计量测试所出具的天平检定证书上获得，当称量范围在0～50 g时的最大允许误差为±0.5 mg。该不确定度分量需要称量3次（1次空盘归零，1次放聚四氟乙烯消解内管归零，1次称样），因使用同一台电子天平，故3次称量具有较大相关性，相关系数约定为1[6]。假设服从均匀分布，包含因子取，则称量引入的标准不确定度为u(m)=（3×0.5）/=0.866 mg，相对标准不确定度为

2.2 样品消解后定容引入的相对标准不确定度urel(V)

2.2.1 25 mL比色管所产生的标准不确定度

月饼样品消解后用25 mL比色管定容，按照《专用玻璃量器检定规程》（JJG 10—2005）标准规定，25 mL比色管的容量允差为0.25 mL。按均匀分布计算，则由比色管容量带来的标准不确定度u（V1）

2.2.2 温度效应引入的标准不确定度

25 mL比色管是在20 ℃下校准合格，实际定容时的温度为22 ℃。已知液体的体积膨胀系数为2.1×10-4℃-1，温度波动产生的体积变化区间为±（25×2.1×10-4×2）=±0.010 5 mL。假设服从均匀分布，则由温度效应所产生的标准不确定度u(V2)=

考察上述两个不确定度可知，二者相互独立，故合成两个分量。得到样品消解后定容引入的标准不确定度为

样品消解后定容引入的相对标准不确定度为

2.3 标准曲线配制引入的相对标准不确定度urel(Q)

2.3.1 标准储备溶液质量浓度引入的不确定度urel(ρ)

铝元素标准储备液证书浓度为1 000 μg·mL-1，依据证书其标准不确定度为0.7%（包含因子K=2），则其相对标准不确定度为urel(ρ)=0.7%/2=0.003 5。

2.3.2 铝标准中间溶液稀释引入的不确定度

（1）100.00 μg·mL-1的铝标准中间溶液稀释引入的不确定度urel(Z1)。移取1.00 mL铝标准储备液，用5%的硝酸溶液定容于10 mL A级容量瓶中摇匀。配制过程中使用1 000 μL移液器和10 mL A级容量瓶，实验室温度变化为±2 ℃。参照《移液器检定规程》（JJG 646—2006），1 000 μL移液器移取体积为1 000 μL时，最大允差为±1.0%，测量重复性为0.5%。查得《常用玻璃量器检定规程》（JJG 196—2006）知，10 mL容量瓶的最大允差为±0.020。假设服从均匀分布。移液器的最大允差相对标准不确定度为0.005 78；测量重复性相对标准不确定度为0.5%/=0.002 89。10 mL容量瓶的相对标准不确定度为0.001 18，见表2。

100.00 μg·mL-1的铝中间液1引入的相对标准不确定度

（2）1.00 μg·mL-1铝标准中间溶液稀释引入的不确定度urel（Z2）。移取1.00 mL铝中间液1，用5%的硝酸溶液定容于100 mL A级容量瓶中摇匀。配制过程中使用1 000 μL移液器和100 mL A级容量瓶，实验室温度变化为±2 ℃。假设服从均匀分布。移液器的最大允差相对标准不确定度为0.005 78，测量重复性相对标准不确定度为0.5%/=0.002 89。100 mL容量瓶的相对标准不确定度为0.000 626，见表2。

1.00 μg·L-1的铝中间液引入的相对标准不确定度为

（3）铝标准工作曲线配制引入的相对标准不确定度ur（elG）。取6支25 mL比色管，一次准确加入0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL和5.0 mL中间液2，加入1%的硫酸溶液1 mL，加水至10 mL，按照1.2.3试样显色处理，制得铝质量分别为0 μg、1.0 μg、2.0 μg、3.0 μg、4.0 μg 和 5.0 μg 的标准工作曲线。铝标准工作曲线配制过程用到5 000 μL移液器、25 mL比色管，实验室温度波动变化为±2 ℃。5 000 μL移液器的相对标准不确定度见表2所示，为0.003 47。由《移液器检定规程》（JJG 646—2006）知，5 000 μL移液器移取体积≤2 000 μL时最大允差≤1.0%，测量重复性≤0.5%；当移取体积在3 000 μL≤V≤4 000 μL的最大允差≤0.5%，测量重复性≤0.2%。移取体积等于5 000 μL时最大允差≤0.6%，测量重复性≤0.2%。假设服从均匀分布。移液器移取体积≤2 000 μL时测量重复性相对标准不确定度为0.5%/=0.002 89；移取体积在3 000 μL≤V≤4 000 μL时测量重复性相对标准不确定度为0.2%/=0.001 15，移取体积等于5 00

表2 移取和容量引入的不确定度

表3 标准溶液稀释引入的不确定度

铝标准工作曲线稀释过程中引入的相对标准不确定度为

则标准曲线配制引入的相对标准不确定度为

2.4 标准曲线拟合的相对标准不确定度urel(J)

采用6个标准质量点建立标准曲线，每个标准质量点测量3次，取吸光度（A）其平均值，并由平均值得到吸光度与质量（m）的关系方程，即A=0.161 9m-0.021 9，相关系数为0.997。测定结果见表4。

表4 标准曲线的测定结果

样品平行测试两次，吸光度分别为0.189和0.197，试剂空白吸光度为0.008。带入标准曲线方程，得到铝的质量分别为1.25 μg和1.30 μg，平均质量为1.28 μg。

拟合曲线的偏差为

标准溶液质量浓度的残差平方和为

式中：n为测量校准溶液的次数，n=18；a为拟合曲线的截距，a=-0.021 9；b为拟合曲线斜率，b=0.161 9；mi为铝标准溶液铝的质量，μg；Ai为铝标准溶液的吸光度；P为样品测量次数，P=2；m为被测物平行测定的平均值，m=0.66 μg；m—为标准曲线中铝浓度的平均值，m—=2.5 μg。

其相对标准不确定度urel(J)=0.078 8/1.28=0.061 6

2.5 仪器测定重复性引入的相对标准不确定度urel(R)

对月饼样品溶液进行6次重复测定，根据标准曲线方程和1.2.4数学模型计算出月饼中铝平均含量为 61.18 mg·kg-1，见表5。

表5 样品的测定结果

根据贝塞尔公式，测定结果的标准偏差为

式中：s为标准偏差；n为样品重复测定次数，n=6；Xj为样品第j次测定的铝含量，mg·kg-1；X—为样品测定6次的铝平均含量，mg·kg-1。

测定结果的标准不确定度为

2.6 合成相对标准不确定度及扩展不确定度

将铝元素的各个分量进行合成，其相对标准不确定度为

取置信区间p=95%，K=2，则扩展不确定度为U=61.18×0.065 2×2=7.98 mg·kg-1。

2.7 测量不确定度报告

实验测定月饼中铝含量为X=（61.18±7.98）mg·kg-1；K=2。

3 结论

采用可见/紫外分光光度法测定月饼中铝，当月饼的称样质量为0.516 3 g时，铝的含量为（61.18±7.98）mg·kg-1，该样品符合国家标准《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）中铝含量的要求。通过分析并计算主要不确定度来源发现，标准曲线溶液的配制和标准曲线拟合是主要的不确定度来源，因而在配制标液的过程应当格外注意。