石墨炉原子吸收法测定食品中镉含量的不确定度评定

□ 曹雯婷 刘川 卢思环 曾辉 胡婷舒 国家农副产品质量监督检验中心（湖南）长沙酒类分中心 长沙市食品药品检验所

镉是世界卫生组织（WHO）和联合国粮农组织（FAO）公布的对人体毒性最强的重金属物质之一，由于其半衰期长且具有富集性，故在食品安全风险检验中被列为重点检验元素[1-4]。对食品中镉含量进行准确测量是保障食品安全的重要前提，测量不确定度是对检测结果质量进行定量评定和对检测结果偏差作全面评估的一项重要参数，也是对检测结果的重要说明，尤其是对接近限量值的检测结果进行不确定度评定可以为检验机构结果判定、执法机构执法，以及对相关企业质量控制提供相关的数据支持和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 仪器与试剂

仪器：原子吸收分光光度计（Varian240Z型，美国瓦里安公司）；单标线容量瓶（25.00mL，A级）；移液管（10.00mL，A级）。

试剂：浓硝酸、高氯酸，均为优级纯，购于国药集团化学试剂有限公司；镉标准储备液（GSB-1721-2004），购于国家有色金属及电子材料分析测试中心；磷酸二氢铵（基体改进剂10g/L），购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 测定方法

依照GB/T 5009.15-2014《食品中镉的测定》[5]石墨炉原子吸收法，称取制备均匀的小黄鱼、皇帝柑1.0000g，大米0.5000g于三角烧杯中，加入10mL混合酸（硝酸∶高氯酸=9∶1）于180～240℃电热板上进行消解，消解完全液体剩余约1mL时，用超纯水充分洗涤并转移至25.00mL容量瓶定容，待测。

将消解后待测样品导入石墨炉，经原子化后在波长为228.8nm的共振线下检测吸收值，在一定浓度范围内，其吸收值与镉含量成正比，与标准系列比较定量。试样中镉含量计算的数学模型为：

式中，X为样品中的镉含量（mg/kg）；C1为样品消解液中镉的浓度（μg/L）；C0为样品空白消解液中镉的浓度（μg/L）；V为样品消解液定容后的体积（mL）；m为样品的质量（g）。

1.3 不确定度因素分析

依照国家计量技术规范JJF 1059.1-2012《测量不确定度的评定与表示》[11]，食品中镉含量测定的不确定度因素包括样品的制备、称量及前处理、标准物质配制、标准曲线校准及稀释过程、试样重复测定带来的标准不确定度。

表1 各样品回收率试验结果

2 不确定度的评定

2.1 样品制备引入的不确定度

样品制备依据GB/T 5491-1985《粮食、油料检验扦样、分样法》、GB/T 9695.19-2008《肉与肉制品取样方法》、国际标准化组织ISO 874-1980《新鲜水果和蔬菜的取样方法》进行取样，样品具有代表性且混合均匀，由此所致的不确定度可忽略不计[7-9]。

2.1.1 称量质量

本测定使用电子分析天平（准确至0.0001g），根据CNAS-GL06-2018《化学分析中不确定度的评估指南》[10]附录不确定度的常见来源和数值，该天平的最大允差为±0.0005g（±0.5e）按均匀分布，则

称取1.0000g新鲜鱼和水果由天平引起的相对不确定度为：

2.1.2 消化回收率

由于样品消解不完全、消解过程或消解液转移过程中镉的污染或损失等，使大米、新鲜鱼类及水果中的镉未完全进入到测定液中。由于前处理过程复杂，最终用回收率来评定前处理不确定度。样品回收率的不确定度依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度的评定与表示》[11]计算，镉的加标回收率测定结果见表1。

对样品加标回收过程引入的不确定度，参考JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》与CNAS-GL06-2018《化学分析中不确定度的评估指南》[10-11]，根据表1中的回收率数据，分别计算加标回收率平均值（）、回收率的标准偏差为S(x)、加标回收率不确定度、加标回收率相对不确定度u(R)=S(x)/，结果如表2所示。

表2 各样品回收率引入的不确定度

由上式可得TM=1.71、TY=2.26、TG=2.42。根据测量不确定度评定指南对一般检测实验室要求[9]，取置信概率95%，与自由度为6时的双边临界值T=2.45比较：TM＜T、TY＜T、TG＜T，则回收率与1无显著性差异，无需使用校正因子[11]。

2.1.3 定容体积影响

2.1.3.1 容量允差

根据JJG 196-2006《常用玻璃量器》[12]规定，20℃时25mL的A级容量瓶的容量允差为±0.03mL（包括体积校准、重复性、人员读数）。取矩形分布，则由此带来的不确定度分量：

2.1.3.2 温度

根据JJG 196-2006《常用玻璃量器》[12]规定，实验温度与校准温度差异为5℃，水的膨胀系数为2.1x10－4℃，设温度变化为均匀分布，包含因子k=，则温度引起的不确定度为：

2.1.2.3 定容体积影响引入的合成不确定度

定容过程中，容量允差和温度引入的合成不确定度为：

定容引入的相对不确定度：

2.2 标准物质配制引入的不确定度

2.2.1 标准储备液

镉标准储备液(编号GSB 04-1721-2004)给出的质量浓度为1000μg/mL，相对扩展不确定度U（k=2）为0.7%，则镉标准储备液的相对标准不确定度为：

2.2.2 稀释过程

本测定将标准储备液（1000μg/mL）配制成标准使用液（3μg/L），稀释过程使用10mL移液管4支(A级)，5mL移液管1支(A级)，100mL容量瓶5个(A级)。用10mL移液管吸取10mL镉标准储备液，置于100mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，制成100.0μg/mL镉标准稀释溶液1。再用10mL移液管吸取10mL镉标准稀释溶液1，置于100mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，制成10μg/mL的镉标准稀释溶液2，重复以上稀释过程2次，获得镉标准稀释溶液3（100μg/L），最后使用5mL移液管吸取3mL镉标准稀释溶液4，置于100mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，制成3.0μg/L镉标准使用溶液。稀释因子分别是：f10、f20[13]。

2.2.2.1 移液管

①容量允差10mL移液管给出的最大允差为±0.02mL，5mL移液管给出的最大允差为±0.01mL，按均匀分布，换算成不确定度为：

②温度移液管温度引起的不确定度（温度差异设为±5℃）。体积变化=V×液体膨胀系数 × △ T=10×2.1×10-4×5=0.0105mL 和5×2.1×10-4×5=0.00525mL，P=0.95

则10mL移液管和5mL移液管带来的合成不确定度分别是：

相对不确定度分别是：

2.2.2.2 容量瓶

①容量允差20℃时，100 mL容量瓶（A级）的容量允差为±0.10mL，取矩形分布，则容量瓶体积引入的不确定度为：

②温度体积变化=V×液体膨胀系数× △ T=100×2.1×10-4×5=0.105mL

则容量瓶带来的合成不确定度：

相对不确定度：

2.2.2.3 稀释因子

稀释过程引入的相对不确定度是移液管和容量瓶带来的相对不确定度的合成

稀释5次，则相对不确定度：

2.2.3 标准物质稀释过程中引入的不确定度

由标准储备液及稀释5次带来的合成相对不确定度

2.3 最小二乘法拟合标准曲线校准产生的不确定度

2.3.1 拟合过程

采用5个浓度水平的镉标准溶液，用石墨炉原子吸收法分别测定2次，得到相应的吸光值A，用线性最小二乘法进行拟合，得到直线方程和相关系数，见表3。

2.3.2 标准曲线拟合带来的不确定度

标准曲线拟合带来的不确定度计算公式为：

表3 最小二乘法拟合镉标准溶液质量浓度-吸光度结果

表4 校准曲线引入的不确定度

SR：回归曲线的剩余标准差；b：斜率b=0.06788；p：待测样品的重复测定次数p=7(进行了7次测量)；n：回归曲线的点数n=10（每个标准溶液浓度进行2次测量共10次）；：待测样品浓度平均值；： 回 归曲线各点浓度的平均值。A0i：各标准液的实际吸光度值；：根据回归曲线算出的理论值。

2.4 样品测定

在重复性条件下，对样品进行7次独立测试，镉质量分数的算术平均值 ，单次测量的不确定度为：

表5 测量重复性引入的不确定度（n=7）

2.5 方法精密度实验

准确称取7份样品，按1.2进样样品处理及测定，测定结果见表6。

3 不确定度的合成

将上述各项不确定度分量进行合成，按下式计算，检测结果的总合成相对不确定度见表7。

4 扩展不确定度

该测量误差分布属正态分布，在95%置信水平，包含因子k=2，则大米的扩展不确定度U=u(w)1×k=2×0.0039=0.0078、小黄鱼的扩展不确定度U=u(w)2×k=2×0.0051=0.0102、皇帝柑的扩展不确定度U=u(w)3×k=2×0.0025=0.0050。

5 结论

在本测定中，石墨炉原子吸收法重复测定7次测定中镉含量的结果可表示为：

大米：w1=0.19±0.01mg/kg（k=2）；

小黄鱼：w2=0.095±0.011 mg/kg（k=2）；

皇帝柑：w3=0.045±0.005mg/kg（k=2）。

表6 各样品精密度试验结果

表7 各样品引入总合成标准不确定（n=7）

影响测定结果不确定度的主要因素有样品称量、定容、消化回收率、标准溶液的配制、标准曲线校准、测量重复性，其中消化回收率对测量结果不确定度评定结果的影响最大。本评定只考虑了以上几种因素的影响，除此之外的影响可忽略不计，因此在测定的过程中要充分考虑可能存在的影响因素，尽可能降低这些因素对测定结果的影响。