原子荧光光谱法测定大米中总汞含量的不确定度评价

王秀丽，张梅超，王 妙，王 妍，徐 毅

（威海市食品药品检验检测研究院，山东威海 264200）

大米营养十分丰富，是我国人们的主要粮食之一。但近年来氯碱、塑料、电池、电子等工业排放的废水以及废旧医疗器械等人类活动造成了水体汞污染，大大增加了重金属污染的食品安全风险程度。汞元素作为食品中常见的有毒重金属元素，具有较强的毒性，可对人体的中枢神经、消化系统、呼吸系统以及肾脏、血液等产生极大的负面性影响[1]。本文以《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》（GB 5009.17—2021）[2]中相关标准为主要依据，采用原子荧光光谱分析法测定汞的含量。而测量不确定度是定量说明检测结果的重要指标，是评价方法合理性、科学性的参考依据。基于国家计量技术规范《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）[3]及《常用玻璃量器检定规程》（JJG 196—2006）[4]的规定，参考其他不确定度评定相关文献[5-6]，对荧光法测定大米中汞元素的不确定度来源逐一分析，对该方法的测量不确定度进行综合评定，以加强分析过程的质量控制，提高汞元素检测结果的准确性。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

大米标准物质（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所）；硝酸（优级纯，德国默克公司）；氢氧化钾（优级纯，天津市大茂化学科技厂）；硼氢化钾（优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）；盐酸（优级纯，烟台市远东精细化工厂）；10 mg·L-1汞标准溶液（美国安捷伦公司）；全部试剂和试液均采用二级水配制，工作气体高纯氩气（99.999%）。

AFS-933原子荧光光谱仪（北京吉天仪器公司）；汞编码空心阴极灯；Mars6微波消解仪（美国CEM公司）；SQPPQUINTIX224-1电子分析天平（德国赛多利斯集团）。

1.2 实验方法

1.2.1 标准溶液的配制

（1）汞标准中间液的配制。取0.5 mL汞标准溶液（10 mg·L-1）于50 mL容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至刻度，稀释成100 ng·mL-1的汞标准中间液，摇匀备用。

（2）汞标准工作液的配制。分别用5%硝酸溶液将上述汞中间液稀释成质量浓度为0.1 ng·mL-1、0.2 ng·mL-1、0.4 ng·mL-1、0.8 ng·mL-1和1.0 ng·mL-1的标准工作液。

1.2.2 样品前处理

称取0.5 g样品于消解管中，加入7 mL硝酸，放置过夜。按照微波消解仪标准程序进行消解，冷却后取出，缓慢开盖排气，置于100 ℃加热赶去棕色气体，用超纯水转入25 mL容量瓶中，用少量水分3次清洗消解罐，定容至刻度后待用。同时称取3份大米标准物质，分别加入100 ng·mL-1的汞标准中间溶液20 μL至每份样品中，按照上述步骤进行消解，做样品加标回收试验。同时做空白实验。

1.2.3 仪器工作条件

灯电流：30 mA；负高压：270 V；载气：400 mL·min-1；屏蔽气：800 mL·min-1。

2 结果与分析

2.1 不确定度数学模型

汞含量计算公式为

其中：x为试样中所测元素的含量，mg·kg-1；C为消化液中（扣除空白后）汞元素的浓度，mg·kg-1；V为消化液的稀释体积，mL；m为样品的质量，g；1 000为换算系数。

2.2 不确定度来源与分析

根据具体实验操作以及数学模型分析，大米中汞测定的不确定度因素主要来源于测量重复性urel(rep)、样品称量urel(m)、样品稀释体积urel(V)、标准溶液配制urel(C)以及样品前处理过程urel(R)几个方面。

2.2.1 测量重复性引入的相对标准不确定度urel(rep)

称量10份平行样品，对其进行汞含量的测定，10次测量结果分别为4.22 mg·kg-1、4.19 mg·kg-1、4.17 mg·kg-1、4.21 mg·kg-1、4.17 mg·kg-1、4.26 mg·kg-1、4.23 mg·kg-1、4.24 mg·kg-1、4.18 mg·kg-1和4.19 mg·kg-1。由此计算得到大米粉中汞含量的平均值为4.21 mg·kg-1，标准偏差为0.03 mg·kg-1，相对标准偏差为0.71%。

每次测定的结果会由称量、提取及人员操作引入不确定度，为了防止重复引入，将几个分量合并为总测量过程中的一个分量（由称取、提取及操作重复性等随机因素引入的不确定度），由测定结果的重复性表示。由以上数据计算可得重复性测量引入的相对标准不确定度为

2.2.2 样品称量引入的相对标准不确定度urel(m)

样品称量引入的不确定度主要由天平称量最大误差引入。根据天平检定证书，该实验中使用的天平最大允许误差≤±0.000 5 g，天平的精度为0.000 1 g。按照矩形分布，取样量按0.5 g计。则样品称量引入的相对标准不确定度urel(m)为

2.2.3 样品稀释体积引入的相对标准不确定度urel(V)

本实验中将样品消化液定容至25 mL容量瓶中。因此，该过程的不确定度由容量瓶允许误差引入的不确定度u(Va)和温度变化引入的不确定度u(Vb)导致。根据《常用玻璃量器检定规程》（JJG 196—2006）中规定，20 ℃时25 mL单标线容量瓶容量允许误差为±0.03 mL。

按照矩形分布，则由容量瓶允许误差引入的相对标准不确定度为

20 ℃时，水的膨胀系数α为2.1×10-4℃-1，按照环境温度变化为±3 ℃，定容体积v=25 mL，则温度变化引入的不确定为

即容量瓶容量不确定度区间包含半峰宽为0.015 75 mL，符合均匀分布，包含因子则由温度引入的相对标准不确定度为

因此，样品稀释体积引入的相对标准不确定度为

2.2.4 标准溶液配制引入的相对标准不确定度urel(C)

标准溶液配制引入的不确定度主要由标准物质的不确定度u(C1)和逐级稀释引入不确定度u(C2)决定。

（1）标准物质引入的不确定度u(C1)。根据标准物质的证书可知其扩展不确定度为0.01，其中k=2，因此其引入的相对标准不确定度为

（2）逐级稀释引入的不确定度u(C2)。u(C2)主要包括稀释容器允许误差的不确定度u(C2-v)和温度变化引入的不确定度u(C2-T)。根据2.2.1标准物质配制过程，得知该实验中用到的量器有1 mL移液枪、5 mL移液枪和6个50 mL容量瓶。其中，移液枪按照三角分布，容量瓶按照矩形分布，结合温度变化引起的不确定度u(T)，其相对标准不确定度如表1所示。

表1 量具相对标准不确定度分析结果

因此，标准溶液逐级稀释过程中引入的相对标准不确定度为

则合成标准溶液配制引入的相对标准不确定度urel(C)为

2.2.5 样品前处理过程中引入的相对不确定度urel(R)

样品前处理过程中引入的不确定度通常用回收率来评价，按照2.2.2中样品处理方法，分别测定其中汞的含量并计算回收率，见表2。按照下列公式进行计算，样品前处理过程引入的相对标准不确定度为

表2 样品回收率计算结果

式中：S（r）为回收率标准偏差，%；为平均回收率，%。

2.2.6 合成不确定度

按照上述结果，将各分量的相对标准不确定度汇总，见表3。

表3 不确定度分量汇总表

按照不确定度的数学模型，合成相对标准不确定度的公式为

将上述各分量的相对标准不确定度数值代入公式中，可得合成相对标准不确定度为urel(X)=0.015。

2.3 扩展不确定度的评定

在95%置信概率下，包含因子k=2。则测量结果的扩展不确定度为

2.4 结果表示

在大米样品中，当k=2时，汞含量结果表示为（4.21±0.13） mg·kg-1。

3 结论

通过对大米粉中总汞含量测定的不确定度分量进行评定，结果表明标准溶液配制、样品前处理方法及测量重复性依次是测定过程中主要的不确定度来源，因此在测定过程中应严格按照标准规定的前处理方法进行处理，规范操作，增加测量次数，以及尽可能选择带证书的国家标准物质，以减小对总不确定度的影响。