离子选择电极法测定食品添加剂磷酸中氟化物含量的不确定度评定

吴雪英，江 荆*，伍斯静，魏雅娟，叶玲玲

（1.中国检验认证集团广西有限公司，广西南宁 530000；2.广西中检检测技术服务有限公司，广西防城港 538001）

食品添加剂磷酸已在食品工业中广泛使用，食品安全国家标准GB 1886.15——2015[1]中规定食品添加剂磷酸中氟的限量为10 mg·kg-1，食品中氟含量是食品安全关注的重要指标。目前食品添加剂磷酸中氟含量测定的常见分析方法有离子选择电极法、顶空气相色谱法[2]等，其中前者方法因其选择性好、适用范围宽、快速准确、操作简便、能克服色泽干扰等优点而被广泛应用，是目前测定氟化物含量最常用的方法，食品添加剂磷酸中氟含量的检测主要采用国家标准方法GB 1886.15——2015中规定的氟离子选择电极法进行测定。

测量不确定度属于测量结果的一部分，是对被测量量值分散性的表征[3]，不确定度的大小影响了测量结果的可信性、可比性和可接受性，是评价测量活动和测量结果的一个重要指标。作为第三方检验检测机构，当测量不确定度与测量结果应用有关时，当检测标准有要求时，当客户有要求时，或者进行符合性判定时[4]，都需要检测机构进行不确定度的评估并提供不确定度。通过对整个实验过程进行不确定度评估，检测机构可以找出对检测结果影响最大的因素[5]，从而为检测机构提高实验室管理和质量控制提供重要的评价依据[6]。

本文以GB 1886.15——2015为依据，用氟离子选择电极法测定食品添加剂磷酸中氟的含量，依据标准JJF 1059.1——2012[7]，对该方法的测量不确定度来源进行详细分析，计算出测量结果的不确定度。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

氟离子选择电极（PHS-3C）；分析天平AB204-S型；100 mL容量瓶（A级）；50 mL容量瓶（A级）；10 mL移液管（A级）；氟标准溶液（1 000 mg·L-1）；檬酸-柠檬酸三钠缓冲溶液（pH=5.5～6.0）；溴甲酚绿指示液（1 g·L-1）。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理和测定

称取10 g试样（精确至0.01 g）置于100 mL烧杯中，加入少量水稀释，用氢氧化钠溶液（200 g·L-1)调至中性，转移至100 mL容量瓶，用水稀释至刻度，混匀。移取10.00 mL该溶液置于50 mL容量瓶中，加入1 mL盐酸溶液（1+1）、5滴柠檬酸-柠檬酸三钠缓冲溶液和2滴溴甲酚绿指示液，先用氢氧化钠溶液调至蓝色，再用硝酸溶液（1+15）调至恰呈黄色，随后加入20 mL缓冲溶液，再用水稀释至刻度，摇匀。电位计调零后，将溶液倒入50 mL干燥的烧杯中，置于搅拌器上，插入工作电极和参比电极，搅拌片刻，记录平衡时的电位值。

1.2.2 标准曲线的绘制

用移液管移取1.00 mL、3.00 mL、5.00 mL、7.00 mL、10.00 mL氟标准溶液，分别置于50 mL干净的容量瓶中，按照1.2.1样品处理和测定方法绘制标准曲线。

1.3 数学模型

样品中氟化物含量的计算公式为

式中：ω为样品中氟化物（以F-计）含量，mg·kg-1；m为测试溶液中氟化物的质量，μg；V2为测试溶液的体积，mL；m0为试样的质量，g；V1为移液管移取的测试溶液的体积，mL。

2 测量不确定度的来源识别及其分量的评定

2.1 不确定度的来源分析

根据检测过程和数学模型，不确定度的主要来源有以下几个方面：①试样称量引入的相对标准不确定度urel(m0)；②100 mL容量瓶定容过程引入的相对标准不确定度urel(V100)；③10 mL移液管移取过程引入的相对标准不确定度urel(V10)；④50 mL容量瓶稀释过程引入的相对标准不确定度urel(V50)；⑤工作曲线查得的氟质量引入的相对标准不确定度urel(m)；⑥测量重复性引入的相对标准不确定度urel(R)。

2.2 测量不确定度计算

2.2.1 称量引入的相对标准不确定度urel(m0)

称量的不确定度主要来自称量的误差。天平的线性误差为±0.001 g，实验中所有质量均由差量法测得，按照矩形分布计算，称量标样引入的标准不确定度为

称样量为10.0 g，估算称量带来的相对标准不确定度为

2.2.2 100 mL容量瓶定容过程引入的相对标准不确定度urel(V100)

100 mL A级容量瓶示值允许差±0.10 mL，按照均匀分布计算，

假设温度变化为均匀分布，则温度引起的标准不确定度为

2.2.3 10 mL移液管移取过程引入的相对标准不确定度urel(V10)

10 mL A级无分度移液管允许差±0.020 mL，按均匀分布计算，

温度引起的不确定度为

则10 mL无分度移液管带来的不确定度为

2.2.4 50 mL容量瓶稀释过程引入的相对标准不确定度urel(V50)

50 mL容量瓶的不确定度计算同100 mL容量瓶的不确定计算类似，50 mL容量瓶的不确定度为

2.2.5 工作曲线查得的氟质量引入的相对标准不确定度urel(m)

m的不确定度主要来自4个方面：①氟离子标准溶液的相对标准不确定度urel(ρ)；②标准溶液配制过程的相对标准不确定度urel(D)；③标准曲线非线性的相对标准不确定度urel(c)；④氟离子选择电极仪器本身的相对标准不确定度urel(E)。

（1）氟离子标准溶液浓度引入的不确定度urel(ρ)。查标准证书可知，氟标准溶液（1 000 mg·L-1）的扩展不确定度为4 μg·mL-1（k=2）；则标准溶液的相对标准不确定度为

（2）系列标准溶液配制过程引入的不确定度urel(D)。绘制标准曲线时，首先将1 000 μg·mL-1氟标准储备液依次配制成20 μg·mL-1氟标准储备溶液，再配制成2 μg·mL-1氟标准工作溶液；随后用10 mL单标线移液管（A级移取）配制成氟标准工作溶液。该过程使用50 mL容量瓶5个；100 mL容量瓶2个；使用2 mL无分度移液管1次，使用10 mL分度移液管6次，10 mL无分度移液管1次。

按照前面容量瓶和移液管的计算过程得出：①50 mL容量瓶引入的相对标准不确定度为0.000 84；②100 mL容量瓶引入的相对标准不确定度为0.000 84；③10 mL无分度移液管引入的相对标准不确定度为0.001 4；④2 mL无分度移液管的相对标准不确定度为0.003 0；⑤10 mL 分度移液管引入的相对标准不确定度为0.003 0。则

（3）标准曲线非线性引入的不确定度urel(c)。样品测量结果是利用最小二乘法拟合直线得到的。按照实验步骤，分别测量5个系列标准溶液的电位值，标准溶液浓度依次为0.04 μg·mL-1、0.12 μg·mL-1、0.20 μg·mL-1、0.28 μg·mL-1、0.40 μg·mL-1；对应的电位值分别为-299.6 mV、-282.0 mV、-274.2 mV、-268.6 mV、-262.7 mV；用线性回归方程求得校准曲线，拟合的回归方程为y=bx+a=36.767x-248.24；相关系数R2=0.999 8；测定样品电位值均值y=-270.3，x=-0.60。

利用最小二乘法拟合标准曲线产生的不确定度为

式中：S为工作曲线的标准偏差；b为工作曲线的斜率；p为样品测量的次数（本方法测量2次）；n为测定标准溶液的总次数（本方法为5次）；xi为通过工作曲线查得标准溶液浓度的对数值；x——为标准溶液浓度对数值的平均值（x——=-0.793 7）；yi为工作曲线电位值；a为拟合曲线的截距。

将上述数值代人urel(c)公式，计算得

（4）仪器本身引入的不确定度urel(E)。pHS-3C酸度计的误差为0.1 mV，按照均匀分布，标准不确定度为被测样品电位值为-270.3 mV；仪器本身引入的相对标准不确定度为

综上所述，得出工作曲线上查得的氟质量m引入的相对标准不确定度为

2.2.6 测量重复性引入的相对标准不确定度urel(R)

为获得重复性测量的不确定度，对同一磷酸样品中氟量进行了9次平行测定，重复性测量的平均值由贝塞尔公式计算标准偏差（n=9）为S=0.085；则

3 计算合成不确定度

相对合成标准不确定度为

则合成标准不确定度为

4 计算扩展不确定度

在置信概率95%的情况下，U=k×u(ω)=2×0.12=0.24 mg·kg-1。

5 不确定度结果表示

样品磷酸中氟的测定结果可表示为ω=(12.4±0.3) mg·kg-1，k=2。

6 结论

依据试验过程，建立数学模型，随后利用计量学方法对食品添加剂磷酸中氟量的各个不确定度分量进行逐一评定，计算出合成不确定度，给出了检测结果的置信区间为[12.1，12.7]。在不确定度的评定过程中，发现系列标准溶液的配制、校准曲线拟合、重复性测量对检测结果的影响最大，是关键影响因素，因此在实验过程中要严格按照规范进行操作。