食品检验中测定质控样糙米粉无机砷含量的不确定度评定

刘慧敏 章丽丽 陈雪琪

（江苏澄信检验检测认证股份有限公司，江阴 214434）

1. 引言

砷是一种高毒性常见的非金属元素，其在自然界中的存在形式多是化合物，按其性质可分为有机砷和无机砷（统称为总砷）[1,2]；有机砷主要包含砷甜菜碱、砷胆碱、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）和砷糖等，无机砷主要包含亚砷酸盐[As（Ⅲ）] 和[As（Ⅴ）][3,4]。研究表明无机砷和有机砷均具有毒性，而且无机砷比有机砷的毒性高很多，其中As（Ⅲ）的毒性是As（Ⅴ）的60 倍[5]。大米及其他农作物相比易积累砷元素，稻米累积无机砷的量甚至超过大、小麦的10倍，随着食物链进入人体，经人体消化吸收，随血液与血红蛋白结合，累积在各个器官，造成异变[6,7]。在GB2762—2022 中规定，稻谷中无机砷（以糙米计）的限量为0.35 mg/kg[8]，所以准确分析稻谷中无机砷含量对评价无机砷摄入风险具有重要的意义。

检测过程中，在各种因素的作用下产生许多不确定因素，使得测量值与真实值存在一定的偏差。测量不确定度在定量分析结果中是不可缺少的组成部分，是现代误差理论的重要内容。本文参考GB 5009.11-2014[9]第二篇食品中无机砷的测定中第一法液相色谱-原子荧光光谱（LC-AFS）法对米粉中的无机砷含量进行测定，根据CNASCL01-G003:2021《测量不确定度的要求》[10]和JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[11]，对糙米粉中无机砷含量的测量不确定度进行评估，分析评价了影响测量结果的主要因素，为日后的检测活动提供相应的不确定度报告。

2. 材料与方法

2.1 材料与试剂

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2.2 仪器与设备

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2.3 实验方法

根据GB 5009.11-2014 第二篇第一法液相色谱-原子荧光光谱（LC-AFS）法[9]处理样品。

2.4 标准溶液的配制

（1）混合标准使用溶液配制。准确称取1.4294 g 砷形态混合溶液标准物质和0.3370 g 亚砷酸根溶液标准物质于25 mL 的容量瓶中，用0.15 mol/L 稀硝酸溶液定容至刻度，得到五价和三价砷浓度分别为1000 ng/mL、1020 ng/mL。

（2）混合标准系列溶液的配制。吸取适量混合标准使用溶液，得到五价砷的浓度为 1.00 ng/mL、5.00 ng/mL、10.00 ng/mL、15.00 ng/mL、20.00 ng/mL 和30.00 ng/mL，三价砷的浓度为1.01 ng/mL、5.10 ng/mL、10.20 ng/mL、15.30 ng/mL、20.40 ng/mL 和30.60 ng/mL 的混合标准溶液。

2.5 仪器条件

液相色谱条件：色谱柱：As Spec Guard + Fast（50 mm×4.0 mm）；流动相：A：50 mmol/L 三水合磷酸氢二钾溶液（pH=10.9），B：450 mmol/L三水合磷酸氢二钾溶液（pH=9.2）；洗脱方式：梯度洗脱，洗脱程序见表1；流速：1.2 mL/min；进样体积：100 µL。

表1 洗脱程序Table 1 Elution procedure

原子荧光光度计条件：负高压285 V；灯电流为50 mA；载气流量为400 mL/min；屏蔽气流量为900 mL/min；载流为5%盐酸；还原剂为1%硼氢化钾和0.5%氢氧化钾。

3. 结果与分析

3.1 数学模型

无机砷含量计算的数学模型为：

式中：X——样品中无机砷的含量（以As 计），单位为毫克每千克（mg/kg）；

C——测定溶液中无机砷化合物浓度，单位为纳克每毫克（ng/mL）；

C0——空白溶液中无机砷化合物浓度，单位为纳克每毫克（ng/mL）；

V——试样消化液体积，单位为毫升（mL）；

m——试样的质量，单位为克（g）；

1000——换算系数。

3.2 测量不确定度来源分析

参考文献[2,12-20]并根据试验经验，确认不确定度主要来自几个方面，见表2。

表2 不确定度来源分析Table 2 Analysis of sources of uncertainty

3.3 无机砷不确定度各分量评定

3.3.1 样品称量及前处理过程中引入的不确定度

（1）样品称量引入的不确定度

使用的万分之一电子天平，称取约1.0 g（精确至0.001 g）的试样，天平检定证书表示其误差最大为±0.5 mg。当取k=时，样品称量过程中天平引入的相对标准不确定度为：

（2）样品前处理引入的不确定度

用10 mL 的移液枪吸取20 mL 的0.15 mol/L的稀硝酸溶液于离心管中。10 mL 的移液枪允差为±0.06 mL，按照均匀分布（k=）计算，使用一次10 mL 移液枪产生的不确定度为：

（3）温度引入的不确定度

随着温度的变化，样品中溶出物的含量随之变化。本实验的操作温度是（20±5）℃，在20℃时液体的膨胀系数远大于枪头的膨胀系数，由此只考虑液体的膨胀体积。提取液为0.15 mol/L 的稀硝酸，其体积膨胀造成的影响可忽略不计。20℃超纯水的膨胀系数已知，为2.1×10-4/℃，所以由样品提取液受温度影响带入的相对不确定度为：

（4）样品前处理引入的合成相对标准不确定度

综上，样品的称量、前处理引入的合成相对不确定度为：

3.3.2 配制标准溶液带入的不确定度

（1）标准溶液自身引入的不确定度

使用亚砷酸根As（Ⅲ）标准物质溶液，证书给出的质量浓度以砷（As）计，为75.7 µg/g，扩展不确定度为1.2 µg/g（k=2）；砷形态（Ⅴ）标准物质溶液质量浓度：以砷（As）计，为17.5 µg/g扩展不确定度为0.4 µg/g，（k=2），因此由三价砷标准物质溶液自身引入的相对标准不确定度为：

由标准溶液自身不确定性引入的相对标准不确定度为：

（2）称量标准溶液引入的不确定度

分别称取1.4294 g 砷酸根标准物质及0.3370 g 亚砷酸根标准物质，本实验室天平检定证书给出的最大允许误差为±0.05 mg。按照均匀分布（k=），则称量三价砷和五价砷标准物质溶液引入的相对标准不确定度分别为：

由标准物质溶液的称量引入的相对标准不确定度为：

（3）标准物质稀释过程中引入的不确定度

在稀释标准物质溶液、配制标准系列溶液过程中，依据JJG196-2006[21]确定用到的器具容量允许误差，其中25 mL 的塑料容量瓶允差为±0.040 mL，按照三角分布（k=）计算，25 mL塑料容量瓶刻度产生的不确定度为：U1=0.04/=0.01633；10 mL 塑料容量瓶允差为±0.040 mL，按三角分布（k=）计算，10 mL 塑料容量瓶刻度产生的不确定度为U2=0.04/=0.01633；0.05 mL 移液枪的允差为±0.0015 mL，按照均匀分布（k=）计算，使用一次0.05 mL 移液枪产生的不确定度为U3=0.0015/=0.000866；0.1 mL 移液枪的允差为±0.002 mL，按照均匀分布（k=）计算，使用一次0.1 mL 移液枪产生的不确定度为U4=0.002/=0.001155；0.2mL 移液枪的允差为±0.003 mL，按照均匀分布（k=）计算，使用一次0.2 mL 移液枪产生的不确定度为U5=0.003/=0.001732。

综上，在标准溶液配制过程中，由计量器具引入的不确定度为：

（4）拟合标准曲线过程中带入的不确定度

分别对标准系列溶液进行测定，每个点测1次，以无机砷的浓度为横坐标，响应值为纵坐标，通过线性拟合三价砷与五价砷的回归方程曲线，分别为Y=3498.2156C-1775.2046，R2=0.9998 和Y=2481.3712C+1073.8512，R2=0.9994。其测定结果分别见表3 和表4。

表3 三价砷标准曲线测定结果Table 3 Results of standard curve determination of arsenic trivalent

样品溶液测定2 次，三价砷和五价砷的平均浓度分别为5.397 ng/mL、2.3509 ng/mL，无机砷的平均含量为0.1456 mg/kg。由标准曲线拟合引入的不确定度计算公式为：

式中，n 代表样品的测定次数，n=2；p 代表标液测定的总次数，p=6；Cj代表各标液三价砷、五价砷的浓度，ng/mL；为标液的平均浓度值，ng/mL；为实测样品溶液的平均浓度值，ng/mL；a 为标曲的截距；b 为标曲的斜率。

计算得，Sy（As3+）=816.2，Sy（As5+）=929.5 ng/mL；Scc（As3+）=580.3，Scc（As5+）=557.5。

由此得三价砷、五价砷曲线拟合过程引入的相对不确定度分别为：

无机砷含量测定中由曲线拟合过程引入的相对标准不确定度为：

（5）配制标准溶液带入的不确定度

配制标准溶液带入的合成相对标准不确定度为：

3.3.3 回收率引入的不确定度分析

以无机砷浓度为0.5 mg/kg 标准溶液加标方式作为样品中无机砷进行重复性试验。测定结果见表5。

表5 回收率测定结果Table 5 Recovery test result

表3 可知，上机前处理引入的不确定度为：

3.3.4 重复测量引入的不确定度

对某一浓度加标样品重复测定7 次，结果见表5，由此得到样品重复测量引入的不确定度为：

则重复测量引入的相对标准不确定度为：

3.4 合成不确定度

将以上各项相对标准不确定度用方和根法合成，得到合成相对不确定度，结果为：

3.5 扩展不确定度

根据JJF 1059.1-2012[11]，在95%置信区间，包含因子k=2 时，样品无机砷含量平均值为0.15 mg/kg，样品中无机砷测定值的扩展不确定度为：U=ρ ×Ur=0.15×0.094=0.014 mg/kg。

3.6 不确定度报告

液相色谱-原子荧光光谱法测定无机砷含量为（0.15±0.014）mg/kg，k=2。

4. 结论

本试验糙米粉中无机砷的测量结果在k=2 时为（0.15±0.014）mg/kg。对糙米粉中无机砷含量的不确定度进行评估，得到其不确定度为0.014 mg/kg，通过以上讨论并建立数学模型，进行一系列分析可以得出拟合标准曲线是此方法不确定度的主要来源，其次是重复测量。可以通过减少工作溶液的浓度梯度数量、重复测量次数、规范试验人员的操作等来降低引入的不确定度，提高检验结果的准确性。