微波消解-火焰原子吸收光谱法测定茶叶中铅含量的不确定度评定
吴继强*，柳樱华
（兰州石化职业技术大学, 甘肃兰州, 730060）
摘要：本实验利用微波消解-火焰原子吸收光谱法测定茶叶中铅含量，同时也对影响测定结果的不确定度来源进行了分析评定。评定结果表明：影响测定结果的不确定度来源主要有检测仪器、标准曲线拟合、溶液稀释等。测定结果显示：当取样量为0.4999 g，k=2 (95%置信度)时，茶叶中铅含量为（1.095±0.05076）mg/kg。
关键字：茶叶；铅；火焰原子吸收光谱法；微波消解；不确定度
Evaluation of uncertainty in determination of lead in tea by microwave digestion-flame atomic absorption spectrometry
Wu Jiqiang*, Liu Yinghua
(Lanzhou Petrochemical University of vocation technology, Lanzhou 730060, China)
Abstract: In this study, the lead content in tea was determined by microwave digestion-flame atomic absorption spectrometry, and the source of uncertainty affecting the determination results were analyzed and evaluated. The evaluation results showed that the main sources of uncertainty affecting the results were the measuring instrument (atomic absorption spectrophotometer), the fitting of standard curve, the dilution of solution and so on. The determination results indicated that the lead content was 1.095±0.05076 mg/kg, when the sample mass was 0.4999 g, k=2 (confidence of 95%).
Key words: tea; lead; flame atomic absorption spectrometry; microwave digestion; uncertainty
0前言
茶，作为一种国人饮品，在我国的文化传承中已经有上千年的历史。茶文化作为中国文化的精髓之一，已越来越引起国际社会的普遍关注[1-2]。由于饮茶对人体有诸多益处，茶叶在人们日常生活中的重要性也与日俱增，故人们对于茶叶的质量也更加重视。近年来，茶叶中重金属超标日益突出，尤其是铅含量超标[3]。铅是一种有毒重金属，它对人体危害极大，通过食品进入人体内，可对人体多个器官造成损害，且具有蓄积性，较难除去[4-5]。因此，准确测定茶叶中的铅含量意义重大。
1 实验部分
1.1 药品与仪器
使用的药品和仪器参照之前的工作[6]，补充的药品：茶叶；仪器：吸量管、容量瓶、烧杯（江苏三爱思科学仪器有限公司）。
1.2 实验过程
1.2.1 样品前处理
茶叶的前处理过程参照之前的工作[6]进行，称取三份试样0.50 g（精确至0.0001g）进行消解，消解后，将消解液加水定容至最10 mL的容量瓶中，空白实验也按同样的流程进行。
1.2.2 溶液配制
铅标准储备液(1000 μg/mL)，铅中间标准使用液(100 μg/mL)，标准使用液(10 μg/mL)的配制过程参考GB 5009.12-2017《食品中铅的测定》[7]进行。
铅标准溶液：分别吸取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL的铅标准使用液于100 mL容量瓶中，用5%硝酸稀释并定容至刻度，得到浓度为0.0、20.0、40.0、60.0、80.0、100.0 μg/L的铅标准溶液。
1.2.3 样品测定
试样在仪器的最佳工作条件下进行测定，波长：283.3 nm，狭缝宽度：0.5 nm，灯电流：2.0 mA，燃烧器高度：6 mm，燃气流量：1500 mL/min，空压机压力：0.25 MPa。
测定后，茶叶中铅的测定结果按照GB 5009.12-2017《食品中铅的测定》[7]中的计算方法进行计算。
2 结果分析
在整个试样中铅含量测定过程中，影响测定结果的因素存在于各个环节中，如样品称量、样品前处理、样品测定、测定结果处理等环节。在本实验中，主要研究与实验室操作有关的一些影响因素，具体的不确定度来源主要有：样品称量引入的不确定度urel(1)，溶液稀释引入的不确定度urel(2)，温度引入的不确定度urel(3)，标准曲线拟合引入的不确定度urel(4)，样品重复测定引入的不确定度urel(5)，检测仪器引入的不确定度urel(6)。下面，对各个不确定度分量进行讨论、计算。
2.1 样品称量引入的不确定度urel(1)
在对茶叶进行前处理时，需要称取一定质量的试样，因此会产生误差。在称量时，分别称取0.4997、0.4999、0.5002 g的样品，根据仪器的规格，最小精度为0.0001 g（分辨率），最大允许误差为±0.001 g，且服从均匀分布，当包含因子
，此时标准不确定度为
，称取样品时需用两次完成，对应的相对不确定度：
。
2.2 溶液稀释引入的不确定度urel(2)
在样品前处理过程中，溶液稀释是非常重要的操作步骤，对测定结果的准确性影响很大。此环节，主要有样品消解后定容、标准溶液配制等不确定度来源，引入的不确定度主要是由玻璃仪器产生的。在配制铅标准使用液时，采用逐级稀释（10×10）的方式，先将1000 μg/mL的铅储备液稀释至100 μg/mL的铅中间标准溶液；再将100 μg/mL的铅中间标准溶液稀释成10 μg/mL的铅标准使用液。最后将10 μg/mL的铅标准使用液稀释成不同浓度的系列标准溶液。根据JJG 196-2006《常用玻璃量器》[8]，溶液稀释过程中所使用的量器引入的不确定度分析结果如表1所示：
表1 配制标准溶液过程中量器引入的不确定度分析结果
项目 |
| 量器 |
|
|
1 mL吸量管 | 10 mL吸量管 | 10 mL容量瓶 | 100 mL容量瓶 | |
20℃时允许差 | ±0.008 mL | ±0.05 mL | ±0.020 mL | ±0.10 mL |
包含因子K值 |
|
|
|
|
体积标准不确定度 | 0.004619 | 0.02887 | 0.01155 | 0.05774 |
相对标准不确定度 | 0.004619 | 0.002887 | 0.001155 | 0.0005774 |
2.2.1 样品消解后定容引入的不确定度urel(2-1)
样品消解后，稀释定容所采用的是A级10 mL容量瓶，引入的相对不确定度：urel(2-1)=0.001155。
2.2.2 稀释至标准使用液引入的不确定度urel(2-2)
将铅标准储备液稀释至铅中间标准使用液，铅中间标准使用液稀释至铅中间标准使用液，均采用的是A级10 mL分度吸量管和A级100 mL容量瓶进行稀释，引入的相对不确定度：
；完成两次稀释，引入的相对不确定度：
2.2.4 稀释至标准溶液引入的不确定度urel(2-3)
将铅标准使用液稀释至系列标准溶液，采用的是A级1 mL分度吸量管和A级100 mL容量瓶进行稀释。引入的相对不确定度：
。
故，由溶液稀释引入的相对不确定度：
2.3 温度引入的不确定度用urel(3)
当实验室的温度波动时，会对测定结果造成一定的影响，对玻璃仪器的影响较为突出。通常，认为当实验室的温度为（20±5）℃时，水的膨胀系数为2.1×10-4℃-1，忽略玻璃的体积膨胀。此时，服从均匀分布，包含因子
，使用的量器A级1 mL吸量管、10 mL吸量管、10 mL容量瓶和100 mL容量瓶的相对不确定度均为：
；由温度产生的不确定度：
。
2.4 标准曲线拟合引入的不确定度urel(4)
将系列标准溶液分别在仪器上平行测定三次，测定结果如表2所示；绘制标准曲线后，经线性最小二乘法拟合，可得线性回归方程为y=0.0025x+0.0024，线性相关系数为0.9991。同时对样品进行8次平行测定，得样品中铅含量的平均浓度为54.8 μg/L。
表2 标准溶液的测定结果
序号 | 标液浓度（μg/L） | 吸光度值 | 吸光度平均值 | ||
1 | 0 | 0.0011 | 0.0020 | 0.0026 | 0.0019 |
2 | 20 | 0.0512 | 0.0487 | 0.0501 | 0.0500 |
3 | 40 | 0.1010 | 0.0989 | 0.1182 | 0.1060 |
4 | 60 | 0.1570 | 0.1604 | 0.1588 | 0.1587 |
5 | 80 | 0.2090 | 0.2055 | 0.2038 | 0.2061 |
6 | 100 | 0.2530 | 0.2511 | 0.2546 | 0.2529 |
根据贝塞尔公式，标准曲线的标准偏差SR为:
；产生的标准不确定度u(4)为:
。
上式中：p：样品溶液平行测量次数，p=8；n:标准系列溶液的测量次数，n=18；
：标准曲线系列溶液浓度平均值，
=50.0 μg/L；c0：样品溶液平均浓度，c0=54.8 μg/L；ci：系列标准溶液的浓度；b：工作曲线的斜率，b=0.0025；a：工作曲线的截距，a=0.0024。
故，相对不确定度为：
。
2.5 样品重复测定引入的不确定度urel(5)
对样品进行平行测定时，当平行测定的次数为8时，测定结果分别为0.960，1.240，1.000，1.180，1.160，0.920，1.100，1.200 mg/kg，此时样品中铅含量的平均值为1.095 mg/kg。
平行8次的标准偏差：
,
标准不确定度：
, 因此由多次重复测定产生的相对不确定度：
。
2.6 检测仪器引入的不确定度urel(6)
本实验所使用的原子吸收光谱仪扩展不确定度经查为U=4.2×10-2，k=2，由检测仪器校准引入的不确定度：
；考虑温度对原子吸收光谱仪产生的的不确定度：
；故由测定仪器引入的相对不确定度：
。
2.7 合成标准不确定度和扩展不确定度
在样品中铅含量的测定过程中，，产生的不确定度如表3所示。
表3 测定样品中铅含量时产生的不确定度一览表
序号 | 不确定度来源 | 相对不确定度 | |
1 | 样品称量 | urel(1) | 0.001641 |
2 | 溶液稀释 | urel(2) | 0.006351 |
3 | 温度 | urel(3) | 0.001220 |
4 | 标准曲线拟合 | urel(4) | 0.006666 |
5 | 样品重复测定 | urel(5) | 0.002596 |
6 | 检测仪器 | urel(6) | 0.02101 |
为了评定综合不确定度，需要考虑几个不确定度分量的贡献。在茶叶中铅含量的测定过程中，合成相对不确定度为：
；
合成标准不确定度为：u总=urel(总)∙X=0.02318×1.095=0.02538 mg/kg。取包含因子k=2，则茶叶中铅含量的扩展不确定度为：u=u总×k=0.02538×2=0.05076 mg/kg。
通过计算可知，铅含量的扩展不确定度为u=0.05076 mg/kg；故茶叶中铅含量的测量结果可表示为：X=(1.095±0.05076) mg/kg，k=2。对比茶叶中铅的限量值为2.0 mg/kg[9]，本次样品中铅含量低于标准限量值，故铅含量未超标。
3 结论
本实验对茶叶中的铅含量进行了测定，同时对影响测定结果的因素进行了分析、讨论。评定结果表明，影响测定结果的不确定因素占比：检测仪器＞标准曲线拟合＞溶液稀释＞样品重复测定＞样品称量＞温度。根据影响大小，也对此类测定提出建议，在测定过程，要优化检测仪器的测定参数及重视仪器的维护保养，要建立合适的标准曲线，尽可能使用准确级别较高的玻璃量器配制溶液，还要使温度波动较小，以此减小对测定结果的影响。
参考文献
[1] 张雯, 胡文. 茶叶中铅含量的测定[J]. 食品安全质量检测学报. 2018, 9(05): 1130-1135.
[2] 陶健, 蒋炜丽, 王晖, 等. 石墨炉原子吸收光谱法测定茶叶中铅含量的方法学研究[J]. 中国食品学报, 2010, 10(6): 208-212.
[3] 邹勇, 马莉, 刘洪果. 湿法消解-石墨炉原子吸收光谱法测定大米中的铅[J]. 山东化工. 2019, 48(15): 103-104.
[4] 肖新峰, 段夕强. 微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定茶叶中的铅[J]. 化学研究与应用. 2010,22(11)
[5] 李枝明, 刘贤标, 付志明, 陈玮玲, 吕婷婷. 石墨炉原子吸收光谱法测定茶叶中铅含量的不确定度评定[J]. 现代食品. 2020(14): 172-175.
[6] 柳樱华, 吴继强, 于娇娇. 微波消解-火焰原子吸收分光光度法测定薯片中的铅含量[J]. 山东化工, 2021, 50(9): 85-86．
[7] 国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局. GB 5009. 12-2017 食品中铅的测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017．
[8] JJG 196-2006 中华人民共和国国家计量检定规程 常用玻璃量器[S].
[9] GB 2762-2017 食品安全国家标准 食品中污染物限量[S].
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