电感耦合等离子体发射光谱法测定豆干中铝的不确定度

李波平，刘青，陈文锐，刘艳艳，卢丽，詹业添

广州海关，广东省动植物与食品进出口技术措施研究重点实验室（广州 510623）

豆干主要由大豆制作而成，含丰富的钙、磷、铁等矿物元素和维生素B1、B2，其蛋白质含量也高于其他蔬菜，是人体重要的优质蛋白质来源。豆干可作为烹饪佳肴，也可作为方便小零食，备受人们喜爱。但由于在生产加工过程中可能使用铝添加剂用作膨松剂、稳定剂等，如硫酸铝钾（又名钾明矾）、硫酸铝铵（又名铵明矾），导致铝残留；加工生产机械也可能引入铝元素，因此豆干中存在铝含量超标的风险。

过量的铝会对人体的神经、骨骼等多系统造成毒副作用[1-3]，联合国粮农组织和世界卫生组织（FAO/WHO）规定成年人每周允许摄入铝（tolerable weekly intake，PTWI）为7 mg/（kg·BW）[4]。中国质量新闻网讯近日报道广东市场监督管理局公布的2023年第2期食品抽检信息中有多批豆制品中铝不符合GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》[5]规定，标准中明确规定含铝添加剂在豆类制品中的铝残留量不超过100 mg/kg（干样品，以Al计）。实验室在2022—2023年市场监督抽检样品中发现多批豆干中铝含量较高，甚至超出限量要求。

依据GB 5009.182—2017《食品安全国家标准 食品中铝的测定》[6]，铝含量测定主要有分光光度法、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）与石墨炉原子吸收光谱法。徐冲等[7]阐述各方法的优劣。有ICP-MS法测定豆制品中铝含量的不确定度报道[8]，也有ICP-OES法测定其他食品中铝含量的不确定度[7,9-11]，但ICP-OES法测定豆干中铝含量的不确定度还未见报道。试验根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》[12]评估该方法的不确定度并分析关键影响元素，为实验室监督抽查工作的质量控制提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

豆制品（五香豆干，广州市场监督抽查）。

浓硝酸（UP级，质量分数68%，苏州晶瑞化学股份有限公司）；超纯水（电阻率＞18.2 MΩ·cm，法国Milli-Q超纯水器制备）；铝单元素标准溶液（GSB 04-1713-2004，1000 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心）。

玻璃皿；消化管（均为石英材质）。

1.2 仪器与设备

Pro Blends 5匀浆机（飞利浦公司）；MS 303TS/02型电子天平（美国梅特勒-托利多公司）；Milstone 超级微波消解仪（意大利Milestone公司）；Milli-Q超纯水系统（Millipore公司）；Optima 5300电感耦合等离子体发射光谱仪（美国PE公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 标准溶液的配制

精密移取5.00 mL铝标准溶液（1000 μg/mL）于50 mL容量瓶中，用5%（质量分数，下同）硝酸溶液稀释并定容，得100 μg/mL铝标准储备液。分别移取0，0.10，0.50，1.0，3.0和5.0 mL铝标准储备液于100 mL容量瓶中，用5%硝酸溶液稀释至标线，得到铝质量浓度分别为0，0.1，0.5，1.0，3.0和5.0 μg/mL的铝系列标准工作溶液。

1.3.2 样品前处理

称取约30 g剪碎的样品，置85 ℃恒温干燥箱中干燥4 h，冷却后研磨粉碎均匀，备用。准确称取0.5 g烘干后的样品（精确至0.001 g）于15 mL消解管中，加入3 mL浓硝酸，加盖放置1 h后放入超级微波消解仪中，按照优化后的升温程序（见表1）进行消解。消解完毕冷却后取出，并用少量超纯水多次洗涤消解管，转移至25 mL容量瓶中，用超纯水稀释至刻度，混匀备用，同时制备试剂空白。

表1 超级微波消解升温程序

1.3.3 样品测定

ICP-OES仪器工作参数：分析谱线396.1 nm；高频发射器输出功率1.3 kW；辅助气流量0.2 L/min；等离子体流量15 L/min；雾化气流量0.65 L/min。

1.3.4 精密度与加标回收率

准确称取12份0.5011 g豆干，其中6份做精密度试验，另外6份分为2组，分别添加2个浓度水平的铝标准溶液，每个浓度水平做3个平行。采用超级微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法进行铝的测定，计算加标回收率与精密度。

2 数学模型及测量不确定度来源分析

2.1 数学模型

试样中待测元素含量按式（1）计算。

式中：Χ为试样中待测元素含量，mg/kg；ρ1为试样溶液中被测元素质量浓度，mg/L；ρ0为空白溶液中被测元素质量浓度，mg/L；V为试样消化液的定容体积，mL；f为试样稀释倍数；m为试样称样量，g；结果保留3位有效数字。

2.2 测量不确定度来源

根据检验过程和数学模型可知，试验测量结果的不确定度来源[12-13]：样品称量时天平引入的不确定度、样品消解后定容和稀释引入的不确定度、标准物质的纯度、标准工作溶液的配制引入的不确定度、标准曲线拟合引入的不确定度、样品测量重复性以及回收率引入的不确定度。

3 测量不确定度分量的量化

3.1 样品称量引入的不确定度urel (m)

由称量引入的不确定度主要来自于天平，采用B类方法评定，根据感量0.1 mg天平校准证书，示值误差为±0.1 mg，按矩形分布考虑，包含因子k=，则标准不确定度u1(m)=0.1/k=0.0577 mg。

根据天平校准证书，天平重复性标准偏差为0.05 mg，则天平测量重复性引入的标准不确定度u2(m)=0.5/k=0.0289 mg。

称量样品的质量为0.500 g左右，精确至0.1 mg，样品质量由2次称量（一次空盘清零，一次称样）所得，故样品称量引入的标准不确定度u(m)=

样品称量引入的相对标准不确定度urel(m)=u(m)/m=0.0913/0.5000=0.000183。

3.2 样品定容体积引入的不确定度urel(V)

3.2.1 容量瓶容量校准引入的不确定度u1(V)

样品和空白样品经过消解后都定容于25 mL容量瓶中，依据JJG 196—2006《常用玻璃量器检定规程》[14]的规定，20 ℃时25 mL（A级）容量瓶的容量允差为±0.03 mL，按矩形分布考虑，包含因子k=，容量瓶化约±3 ℃，按矩形分布考虑，包含因子k=，容量瓶温度变化引入的标准不确定度u2(V)=25×2.1×10-4×3/k=0.00909 mL。

3.2.3 估读误差引入的不确定度u3(V)

用纯水对25 mL容量瓶进行10次定容，称量每次定容后纯水的质量，计算出10次称量结果的标准偏差为0.0299 mL，按A类不确定度评定，则容量瓶估读误差引入的标准不确定度u3(V)=0.0299/=0.00946 mL。

则样品定容过程引入的相对标准不确定度urel(V)=

3.3 标准物质引入的不确定度urel(std)

3.3.1 标准溶液引入的相对标准不确定度urel(std)

铝标准溶液质量浓度1000 mg/L，标准证书给出的相对扩展不确定度为0.7%（k=2），故标准溶液的相对标准不确定度urel（铝）=0.70%/k=0.0035。

3.3.2 标准溶液稀释过程引入的相对不确定度urel(SV)

标准溶液稀释使用50 mL和100 mL容量瓶，根据JJ 196—2006《常用玻璃量器检定规程》[14]规定，20℃时50 mL容量瓶和100 mL容量瓶（A级）容量允差分别为±0.05 mL和±0.1 mL，按矩形分布，k=，则50 mL和100 mL容量瓶（A级）容量引入的标准不确定度分别为u1(SV50)=0.05 mL/k=0.0289 mL，及u1(SV100)=0.1 mL/k=0.05777 mL。

3.3.3 移液器引入的相对不确定度urel(V)′

依据 JJG 646—2006《移液器》[15]，移液器引入的不确定（k=）如表2所示。

表2 移液器在配制工作曲线中引入的不确定度

移液器引入的相对不确定度为

试验过程中，试验温度与检定校准的温度一致，因此，在移液枪使用过程中温度引起移液枪吸入液体体积的变化忽略不计。

故标准溶液浓度及稀释引入的不确定度为urel(std)=

3.4 校准曲线拟合引入的不确定度urel(L)

系列标准工作溶液每个浓度点重复测定3次，得到对应的响应值，用最小二乘法拟合得到曲线。标准工作溶液质量浓度、响应值及由标准曲线所得各标准工作溶液质量浓度测定值见表3。

表3 系列标准工作溶液测定结果

由表3数据计算得标准曲线的剩余标准偏差按式（2）计算，由标准曲线拟合带来的标准不确定度按式（3）计算。

式中：b为斜率，100400；p为样品测量次数，6份样品，p=6；n为标准溶液的测量次数，每个点3次，测6个点，n=18；ρ为待测样品浓度的平均值ρ=1.84 mg/L（由表4数据计算得出）；为标准溶液的平均浓度值，各标准液浓度值）。则由标准曲线拟合带来的不确定度u(L)=

表4 样品6次重复检测结果

标准曲线校准带来相对不确定度urel(L)=u(ρ)/=0.00891。

3.5 测定重复性带来的不确定度urel( )

在重复性条件下，对样品进行6 次独立测试（n=6），精密度（SRSD）=1.26%。

样品中铝含量的算术平均值为ω=∑ωi/n=91.4 mg/kg。

单次测量的不确定度

3.6 样品前处理引入的不确定度urel(R)

由于样品消解、赶酸及测量过程会有元素损失或引入污染，试验采用加标回收率验证样品处理的重复性，所以需要评定回收率引入的不确定度。试验对铝元素进行2个水平的加标回收检验，数据如表5所示。

表5 加标回收试验结果

则回收率的相对不确定度为0.0064。

3.7 合成不确定度

各不确定度分量汇总如表6所示。

表6 相对不确定分量

合成相对不确定度

豆干中铝含量为91.4 mg/kg，则测量不确定度u=91.4×0.041=3.74 mg/kg。取置信区间95%[11]，包含因子k=2，则扩展不确定度U=u×k=7 mg/kg。

4 结论

此次试验所测定的精密度和回收率均符合GB/T 27404—2008[16]《实验室质量控制规范 食品理化检测》规定，表明测试结果可靠有效，豆干中铝含量为91.4±7 mg/kg（k=2）。试验过程中影响样品测量不确定度的主要因素是标准物质本身和配制过程引入的不确定度，次要因素是回收率和标准曲线拟合引入的不确定度。因此，在实际操作中须加强主要因素的控制，可选择合适的标准溶液，稀释配制过程注意合理使用量具、样品测定中优化前处理方法、控制标准系列工作曲线点数和浓度范围，以减小测量的不确定度，保证测定结果的准确度和可靠性。