火焰原子吸收法測(cè)定奶牛精料補(bǔ)充料中鐵的不確定度分析

■趙 云 張 晶

（吉林大學(xué)，吉林長(zhǎng)春 130062）

近年來(lái)，我國(guó)奶牛產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，存欄量和出欄量逐年增加。奶牛精料補(bǔ)充料提供奶牛所需但粗飼料供給不足的那部分養(yǎng)分，如能量、蛋白、微量元素等。精料補(bǔ)充料的科學(xué)合理配比直接影響奶牛的生產(chǎn)性能。

鐵是動(dòng)物的必需微量元素，影響動(dòng)物的生長(zhǎng)、繁殖等一系列生命活動(dòng)。它是血紅蛋白的重要組成部分，是血液里輸送氧和交換氧的重要元素，又是很多酶的組成成分與氧化還原反應(yīng)酶的活化劑。奶牛對(duì)日糧養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化效率雖然高于其他大多數(shù)畜禽，但仍有大量養(yǎng)分從糞尿中排出。奶牛在飼料中鐵過(guò)量情況下會(huì)出現(xiàn)腹瀉、體溫過(guò)高、代謝性酸中毒、采食量和飼料報(bào)酬降低[1]。同時(shí)，飼料中的鐵過(guò)量，會(huì)造成代謝負(fù)擔(dān)，且會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)富集，引起毒性反應(yīng)，危害畜產(chǎn)品安全，排泄物也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，不符合現(xiàn)提倡的“綠色養(yǎng)殖+綠色健康食品”的要求。因此準(zhǔn)確測(cè)定奶牛飼料中鐵含量就顯得尤為重要。

測(cè)量不確定度是評(píng)價(jià)檢測(cè)結(jié)果可信性、可比性和可接受性的重要指標(biāo)，是根據(jù)所用到的信息來(lái)表征賦予被測(cè)量值分散性的參數(shù)。本文依據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[2]和GB/T 13885—2017《飼料中鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鈉和鋅含量的測(cè)定原子吸收光譜法》[3]兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以火焰原子吸收光譜法重復(fù)測(cè)定奶牛精料補(bǔ)充料中的鐵含量10次為例，對(duì)分析測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的不確定度的來(lái)源進(jìn)行評(píng)定，使測(cè)定結(jié)果表述更加科學(xué)，并找到控制該檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

原子吸收分光光度計(jì)（AA-6300C，日本島津），電子分析天平（BS124S，美國(guó)賽多瑞斯），鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液（含量為1 000 μg/ml，唯一標(biāo)識(shí)153029-2，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%，購(gòu)于國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心），電阻爐（SX2-4-10，天津市泰斯特儀器有限公司）鹽酸（優(yōu)級(jí)純），實(shí)驗(yàn)室用水（二級(jí)蒸餾水），奶牛精料補(bǔ)充料（以下簡(jiǎn)稱飼料）。

1.2 試驗(yàn)方法與過(guò)程

1.2.1 試驗(yàn)步驟

飼料按照GB/T13885—2017《動(dòng)物飼料中鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鈉和鋅含量的測(cè)定原子吸收光譜法》中的測(cè)定步驟：根據(jù)估計(jì)含量準(zhǔn)確稱取1 g飼料樣品[4]，精確到1 mg，放入坩堝中。將坩堝放置在電熱板上加熱直至完全炭化，繼續(xù)將坩堝轉(zhuǎn)到550℃高溫電爐中灰化3 h，取出冷卻至室溫。用10 ml 6 mol/l鹽酸加熱溶解灰分，直至坩堝內(nèi)容物接近干燥（加熱期間避免內(nèi)容物濺出）。然后用水將試樣溶液轉(zhuǎn)移到50 ml容量瓶定容，用濾紙過(guò)濾后上樣。同時(shí)做試樣空白溶液。

1.2.2 儀器分析條件

檢測(cè)波長(zhǎng)：248.3 nm；燈電流值：12 mA；光譜帶寬：0.2 nm；氣體類型：Air-C2H2；燃?xì)饬髁浚?.2 L/min；燃燒頭高度：7 mm，氘燈扣背景校正。

1.2.3 數(shù)學(xué)模型

式中：c——試樣溶液中鐵元素的濃度(μg/ml)；

c0——空白溶液鐵元素濃度(μg/ml)；

v——定容體積(ml)；

m——試樣的質(zhì)量(g)；

鐵含量數(shù)值以mg/kg表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)量不確定度來(lái)源

根據(jù)數(shù)學(xué)模型中飼料鐵含量檢測(cè)結(jié)果測(cè)量不確定度主要來(lái)源于：樣品前處理（樣品稱量質(zhì)量和試樣定容過(guò)程）、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合和測(cè)量重復(fù)性等。

2.2 測(cè)量不確定度各分量的分析和計(jì)算

2.2.1 樣品前處理過(guò)程引入的不確定分析Urel(前處理)

2.2.1.1樣品稱量產(chǎn)生的不確定度分析Urel（m）

樣品稱量所引入的不確定度主要來(lái)源于所用天平的重復(fù)性和最大允許誤差。本試驗(yàn)中使用的電子天平技術(shù)參數(shù)證書(shū)上給出的天平的最大允差為±0.2 mg，按均勻分布，包含因子K=，則U（1m）=0.2/=0.116 mg。根據(jù)天平校準(zhǔn)證書(shū)，天平重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差U2（m）=0.1 mg。由于稱量時(shí)有去皮和稱量2次操作，重復(fù)計(jì)算2次，飼料稱樣量為1 g，故飼料質(zhì)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.1.2 試樣定容過(guò)程產(chǎn)生的不確定度分析

① 容量瓶體積引入的不確定度Urel（1V）：試樣消解液用50 ml(A級(jí))容量瓶定容[5]，容量瓶的允差為±0.05 ml，按均勻分布，包含因子K=，本試驗(yàn)是在室溫接近20℃的條件下進(jìn)行的，溫度對(duì)體積的影響理論上可忽略，因此容量瓶體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

②容量瓶估讀誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel2（V）。用水對(duì)50 ml容量瓶進(jìn)行10次的定容和稱量試驗(yàn)，得標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.03 ml，按A類不確定度評(píng)定，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

③飼料消化及消化液轉(zhuǎn)移過(guò)程引入的不確定度Urel3（V）。由于飼料消化不完全或消化液轉(zhuǎn)移過(guò)程有損失，使飼料中的鐵含量不能完全進(jìn)入測(cè)定液中，從回收率試驗(yàn)得知：本試驗(yàn)的加標(biāo)回收率為95%～105%，其半寬為（105%-95%）/2=5%，按均勻分布，

則飼料前處理過(guò)程中引入的不確定度分量如下：

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度分析

2.2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度分析Urel(cs)

本試驗(yàn)所使用的鐵元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB04—1756—2004）樣品證書(shū)中相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%，并且包含因子K=2。因此，標(biāo)準(zhǔn)溶液所引出的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.2.2測(cè)量重復(fù)性的不確定度分析Urel（frep）

在同一條件下，對(duì)飼料樣品鐵含量進(jìn)行10次獨(dú)立的重復(fù)性測(cè)定，所得結(jié)果見(jiàn)表1。

其算術(shù)平均值的不確定度：

測(cè)量重復(fù)性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

表1 10次獨(dú)立測(cè)定樣品鐵含量結(jié)果

2.2.2.3擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線不確定度分析Urel（cp）

用超純水稀釋1 000 μg/ml的鐵標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，配置成0、0.5、1、2、3、4 μg/ml的鐵標(biāo)準(zhǔn)工作液。每個(gè)濃度進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)定，得到測(cè)定值A(chǔ)（見(jiàn)表2），用最小二乘法擬合的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程：A=a+b×c=0.001 3+0.070 9×c，r=0.999 6。

表2 標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)量結(jié)果

試驗(yàn)對(duì)飼料樣品進(jìn)行10次獨(dú)立測(cè)量（p=10），其平均吸光度A0為0.181 0；代入直線方程得飼料樣品平均質(zhì)量濃度c0=2.534 μg/ml。

擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線不確定度計(jì)算公式[6-7]如下：

其中：

以上式中：cˉ為標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度的平均值(μg/ml)；ci為標(biāo)準(zhǔn)系列中第i個(gè)溶液濃度(μg/ml)；n為標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定次數(shù)；s（A）為回歸標(biāo)準(zhǔn)差；Ai為標(biāo)準(zhǔn)系列中第i個(gè)溶液吸光度；scc為濃度差的平方和。其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線不確定度為

則標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度為：

2.3 合成相對(duì)不確定度及擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度的計(jì)算：其包含因子K=2，則：

因此，飼料中鐵含量為（127±7.74）mg/kg。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)飼料中鐵含量的重復(fù)性測(cè)定結(jié)果計(jì)算試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差，同時(shí)對(duì)測(cè)試過(guò)程系統(tǒng)效應(yīng)產(chǎn)生的不確定度分量進(jìn)行評(píng)估，最后計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，求出飼料中鐵含量的擴(kuò)展不確定度。通過(guò)以上計(jì)算分析，可知對(duì)測(cè)量結(jié)果不確定影響最大的分量為樣品轉(zhuǎn)移，其次為標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合產(chǎn)生的不確定度。因此，在日常檢測(cè)中，要注意基本操作，保證樣品轉(zhuǎn)移完全，適當(dāng)增加標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定次數(shù)，采用國(guó)家認(rèn)證有證書(shū)標(biāo)準(zhǔn)溶液。通過(guò)對(duì)整個(gè)分析過(guò)程中產(chǎn)生的各個(gè)不確定度評(píng)定，為奶牛精料補(bǔ)充料中鐵的檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性提供參考，并指導(dǎo)飼料生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格控制微量元素添加比例，從而進(jìn)行綠色高效生產(chǎn)。