全自動測汞儀和原子熒光光譜儀測定竹蓀中總汞含量不確定度的比較

劉康書，羅天林，梁藝馨

（貴陽海關(guān)，貴州貴陽 550081）

竹蓀是一種極其名貴的食用菌，被譽(yù)為“菌中皇后”，具有較高的食用價值和藥用價值[1]，有抑菌[2]、抗氧化[3]、降血壓、血脂、膽固醇[4]、抑制腫瘤[5]、調(diào)節(jié)免疫功能[6]等作用。但是隨著礦產(chǎn)資源的開采，越來越多的重金屬從自然本底中被釋放到環(huán)境中，竹蓀的種植環(huán)境和加工環(huán)境可能遭到污染，相關(guān)部門在監(jiān)管過程中發(fā)現(xiàn)部分企業(yè)的竹蓀出現(xiàn)總汞含量較高，超過國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中規(guī)定的限量值[7]，這不僅造成浪費，還影響了產(chǎn)地聲譽(yù)。因此，檢測結(jié)果的可靠性對于判斷產(chǎn)品是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求十分重要。目前，食品中總汞的測定方法主要有電感耦合等離子體質(zhì)譜法[8?13]、原子熒光光譜法[14?16]、全自動測汞儀法[17?19]等。由于這幾種方法的靈敏度各不相同，所以在一定濃度范圍內(nèi)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度也不同，而且在分析過程中都不可避免的存在誤差，此時，不確定度的大小就發(fā)揮了較大的作用。

測量不確定度是表征合理的賦予被測量值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。它是評價檢測結(jié)果可信度的重要指標(biāo)，是測量結(jié)果的一部分，沒有不確定度的測量結(jié)果是不完整而且無實際意義。按照國家計量技術(shù)規(guī)范JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[20]、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27025-2019《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力的通用要求》[21]、CNAS-GL01-G003：2019《測量不確定度的要求》[22]及CNAS-GL006：2019《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》[23]中的要求，測量不確定度的評估成為檢測實驗室的一項十分重要的工作。全自動測汞儀采用直接進(jìn)樣，不需要對樣品進(jìn)行消解，也無需任何試劑，操作方便快速，在近幾年得到很大的發(fā)展和應(yīng)用。但是，目前大多數(shù)學(xué)者對食品中總汞含量的測量不確定度的研究多集中在原子熒光光譜法[24]及電感耦合等離子體質(zhì)譜法[25]這兩種方法，而對全自動測汞儀測定食品中總汞含量的測量不確定度研究的相關(guān)報道較少，本研究對全自動測汞儀和原子熒光光譜儀測定竹蓀中總汞含量的不確定度進(jìn)行分析，比較這兩種方法在一定濃度范圍內(nèi)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，以期為今后檢測人員選擇合適的檢測方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

竹蓀 市售；汞單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液GSB 04-1729-2004（1000 μg/mL） 國家有色金屬及電子材料分析測試中心；重鉻酸鉀（分析純）、硝酸（優(yōu)級純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；實驗用水 超純水；其他試劑 均為分析純。

DMA-80全自動汞分析儀 意大利Milestone公司；AF610D2原子熒光光譜儀 北京北分瑞利公司；XPE204電子分析天平 瑞士Mettler Toledo公司；MARS6CLASS微波消解儀 美國CEM公司；EHD-24控溫電熱消解儀 北京東航科儀儀器有限公司；Milli-Q超純水處理系統(tǒng) 美國Milli-pore公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 全自動測汞儀法無需進(jìn)行樣品消解，準(zhǔn)確稱取樣品0.1 g（精確到0.001 g）于空白值低于0.003 ng的石英舟中，直接測定。

原子熒光法的樣品前處理：準(zhǔn)確稱取樣品0.5 g（精確到0.001 g）于消解罐中，加入5 mL硝酸，加蓋放置過夜，按照微波消解儀的標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行消解。消解完全后，待冷卻取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解罐放在控溫電熱消解儀中，80 ℃加熱趕酸至近干，取出消解內(nèi)罐，將消化液轉(zhuǎn)移至25 mL塑料容量瓶中，用少量水分3次洗滌內(nèi)罐，洗滌液合并于容量瓶中并定容至刻度，混勻備用；同時做空白試驗。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

1.2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)中間液的配制 準(zhǔn)確移取1.00 mL汞單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 μg/mL）于100 mL容量瓶中，用重鉻酸鉀的硝酸溶液（0.5 g/L）稀釋至刻度，混勻，此溶液濃度為10 μg/mL。

1.2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制 準(zhǔn)確移取1.00 mL汞標(biāo)準(zhǔn)中間液（10 μg/mL）于100 mL容量瓶中，用重鉻酸鉀的硝酸溶液（0.5 g/L）稀釋至刻度，混勻，此溶液濃度為100 ng/mL。

1.2.2.3 全自動測汞儀法標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制 準(zhǔn)確移取10.00 mL汞標(biāo)準(zhǔn)使用液（100 ng/mL）于100 mL容量瓶中，用重鉻酸鉀的硝酸溶液（0.5 g/L）稀釋至刻度，混勻，此溶液濃度為10 ng/mL。分別吸取10 ng/mL汞標(biāo)準(zhǔn)使用液0.05、0.10、0.50、1.00、2.00 mL于空白值低于0.003 ng的石英舟中，相當(dāng)于汞含量為0.50、1.00、5.00、10.00、20.00 ng的標(biāo)準(zhǔn)系列。

1.2.2.4 原子熒光法標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制 分別吸取100 ng/mL汞標(biāo)準(zhǔn)使用液0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 mL于100 mL容量瓶中，用硝酸溶液（1+9）稀釋至刻度，混勻，配制成汞濃度為0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列。

1.2.3 儀器條件

1.2.3.1 全自動測汞儀的升溫程序 采用梯度升溫模式，全自動測汞儀的升溫程序見表1。

表1 全自動測汞儀的升溫程序Table 1 Temperature rising program of automatic mercury analyzer

1.2.3.2 原子熒光光譜儀的工作條件 采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測量方式，原子熒光光譜儀的工作條件見表2。

表2 原子熒光光譜儀的工作條件Table 2 Operation conditions of atomic fluorescence spectrometer

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)采用Excel2010軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)學(xué)模型的建立

2.1.1 全自動測汞儀測定汞的數(shù)學(xué)模型

式（1）和式（2）中：Y為峰高；a為工作曲線的斜率；b為工作曲線的截距；C為樣品汞的含量，mg/kg；X為標(biāo)準(zhǔn)曲線得出的試樣中汞的質(zhì)量，ng；m為樣品質(zhì)量，g。

2.1.2 原子熒光光譜儀測定汞的數(shù)學(xué)模型

式（3）中：X為樣品中汞元素的含量，mg/kg；C為樣品消化液中扣除試劑空白后汞的質(zhì)量濃度，mg/L；V為樣品定容體積，mL；m為樣品質(zhì)量，g。

2.2 不確定度的主要來源

根據(jù)數(shù)學(xué)模型和測定的具體過程分析，兩種方法對竹蓀中汞測定的不確定度分量主要來源于以下幾個方面：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度，標(biāo)準(zhǔn)曲線配制過程中量具引入的不確定度，溫度變化引入的不確定度，樣品稱樣質(zhì)量引入的不確定度，定容體積引入的不確定度，加標(biāo)回收率引入的不確定度，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合以及樣品測量重復(fù)性引入的不確定度等[26?29]。

2.3 不確定度分量的計算與分析

2.3.1 汞標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度 根據(jù)國家有色金屬及電子材料分析測試中心汞單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液GSB 04-1729-2004（1000 μg/mL）證書所提供的其相對擴(kuò)展不確定度為0.7%，k=2，則汞標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的相對不確定度為

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程量具引入的不確定度 根據(jù)國家計量技術(shù)規(guī)范JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》，標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中使用到的量具引入的不確定度按B類不確定度評定，容量瓶按三角分布計算，吸量管及移液器按矩形分布計算，計算結(jié)果見表3。

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)可知：全自動測汞儀法中，標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中量具引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

表3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中量具引入的不確定度Table 3 Uncertainty resulting from the preparation of standard solution by measuring instruments

原子熒光法中，標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中量具引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中溫度變化引入的不確定度 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中溫度變化引入的不確定度是因為標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中使用的量具與其檢定時溫度的不一致而產(chǎn)生的。由于各量具在檢定時的溫度為20 ℃，標(biāo)準(zhǔn)溶液配制時，溫度一般控制在（20±5）℃范圍內(nèi)，而水在20 ℃時的體積膨脹系數(shù)為α=2.1×10?4/℃，按矩形分布，各量具因溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度按計算，相對不確定度按計算，計算結(jié)果見表 4。

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)可知：全自動測汞儀法中，標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程溫度變化引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

表4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中溫度變化引入的不確定度Table 4 Uncertainty resulting from the preparation of standard solution by temperature variation

原子熒光法中，標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程溫度變化引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.4 樣品前處理過程中稱樣質(zhì)量引入的不確定度根據(jù)天平檢定證書的最大允許誤差為±0.0005 g，按矩形分布，全自動測汞儀法中，稱取0.1 g（精確到0.001 g）的試樣，得到稱樣質(zhì)量引入的相對不確定度為原子熒光法中，稱取0.5 g（精確到0.001 g）的試樣，得到稱樣質(zhì)量引入的相對不確定度為

2.3.5 樣品定容體積引入的不確定度 全自動測汞儀法中，樣品無需消解，稱量后直接檢測，不存在樣品定容體積引入的不確定度；原子熒光法中，樣品消化液定容至25 mL容量瓶中定容后測定，根據(jù)計量證書得知25 mL A級單標(biāo)線容量瓶的最大允差為±0.04 mL，可計算樣品定容體積引入的相對不確定度為

2.3.6 加標(biāo)回收率引入的不確定度 按1 g樣品中加入50 ng汞的加標(biāo)量（與樣品中汞的含量相當(dāng)），全自動測汞儀法中，稱取0.1 g的樣品，加入5 ng汞；原子熒光法中，稱取0.5 g樣品，加入25 ng汞?？疾旎厥章蕦Σ淮_定度的影響，按A類評定，由回收率引入的相對不確定度根據(jù)公式計算，同時對回收率進(jìn)行顯著性檢驗若tt（0.05,n?1）=t（0.05,1）=12.71，則有顯著性差異，需在計算結(jié)果中乘以回收率校正因子進(jìn)行修正。結(jié)果見表5。

2.3.7 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度 按照1.2.3測定條件對兩種方法的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，每個標(biāo)準(zhǔn)點測定2次，采用最小二乘法擬合得到標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、殘余標(biāo)準(zhǔn)誤差，同時對一陽性樣品進(jìn)行3次重復(fù)測定，根據(jù)公式（4）對兩種方法中標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度進(jìn)行計算，結(jié)果見表6。

表6 曲線擬合數(shù)據(jù)及不確定度Table 6 Data for fitting calibration curve and uncertainty

式（4）中：S為殘余標(biāo)準(zhǔn)誤差，ng/mL；b為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率；N為標(biāo)準(zhǔn)溶液測定的總次數(shù)；n為樣品的測量次數(shù)；c為被測樣品溶液質(zhì)量濃度的平均值，為標(biāo)準(zhǔn)溶液各校準(zhǔn)點質(zhì)量濃度的平均值，ng/mL；Scc為標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度的殘差和，ng/mL。

2.3.8 樣品測量重復(fù)性引入的不確定度 采用兩種方法分別對樣品重復(fù)測定3次，根據(jù)國家計量技術(shù)規(guī)范JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》，樣品重復(fù)測定產(chǎn)生的不確定度按A類不確定度評定，可由公式（5）計算，結(jié)果見表7。

式中，n為樣品重復(fù)測定的次數(shù)；Xi為樣品每次的測度值，mg/kg,；為樣品重復(fù)測定的平均值，mg/kg。

2.4 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成

兩種方法中各不確定度分量相互獨立，不需要考慮分量間的相關(guān)性，全自動測汞儀法測定竹蓀中總汞含量的合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

原子熒光法測定竹蓀中總汞含量的合成相對不確定度為：

2.5 擴(kuò)展不確定度及結(jié)果表示

根據(jù)JJF1135-2005《化學(xué)分析測量不確定度評定》[30]的要求，置信區(qū)間為95%時，擴(kuò)展因子k=2,全自動測汞儀法測定竹蓀中總汞含量擴(kuò)展不確定度為U（Hg）=2×Urel（Hg）×X樣=2×0.053×0.052=0.006，測定結(jié)果表示為：（0.052±0.006）mg/kg；原子熒光法測定竹蓀中總汞含量擴(kuò)展不確定度為U′（Hg）=2 ×U′rel（Hg）×X′樣=2×0.024×0.050=0.0024，測定結(jié)果表示為：（0.050±0.002）mg/kg。

3 結(jié)論

通過比較全自動測汞儀和原子熒光光譜儀測定竹蓀中總汞含量的不確定度評定，結(jié)果表明，兩種方法測定竹蓀中總汞含量的不確定度主要來源于：標(biāo)準(zhǔn)溶液、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程、標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的擬合、樣品前處理過程、加標(biāo)回收率以及樣品測量重復(fù)性等。從兩種方法不確定度的評定過程看，汞標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度兩種方法一樣大；標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中量具、樣品前處理過程中稱樣質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)工作曲線擬合引入的不確定度，全自動測汞儀法大于原子熒光法；加標(biāo)回收率及樣品測量重復(fù)性引入的不確定度，原子熒光法大于全自動測汞儀法。其中，加標(biāo)回收率、標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的擬合、樣品測量重復(fù)性這三方面不確定度的貢獻(xiàn)較大。在實際工作中應(yīng)選擇合適的加標(biāo)濃度，繪制合理的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，使得樣品濃度接近工作曲線各濃度點的平均值，盡量增加樣品重復(fù)測定的次數(shù)來減小由此引入的不確定度。從兩種方法的擴(kuò)展不確定度的結(jié)果看，原子熒光法小于全自動測汞儀法，因此，當(dāng)樣品中汞含量為0.050 mg/kg濃度水平時，原子熒光法的檢測結(jié)果更可信。這為檢測人員在今后的檢測工作中合理選擇檢測方法及怎樣提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性提供了參考。