劉 佳,袁 河,趙志友,夏延斌
(1.湖南省檳榔加工與食用安全工程技術(shù)研究中心,湖南賓之郎食品科技有限公司,湖南 湘潭 411201;2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410128)
鈉是人體中一種重要的無機(jī)元素,是維持機(jī)體正常生理機(jī)能和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的必要元素之一[1],鈉通常以氯化鈉的形式存在,是鈉攝入的主要來源(約90%)[2-3]。鈉離子是人體體液中濃度最高、交換最迅速的離子。其主要功能是調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓并保持細(xì)胞內(nèi)的最佳水平。同時(shí),葡萄糖、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨著“鈉泵”功能輸入細(xì)胞,還對(duì)傳遞神經(jīng)信息和維持血液和腎臟的酸堿平衡至關(guān)重要[4-6]。
檳榔(Areca catechuL.)為棕櫚科(Palmaceae)檳榔屬(Areca)常綠喬木,又名仁頻、賓門、橄欖子、大腹子、青仔、榔玉等,廣泛分布于我國(guó)南部熱帶、亞熱帶地區(qū)及南亞、東南亞等國(guó)家[7-11]。檳榔藥用歷史悠久,是我國(guó)四大南藥之一,其種子、花、果皮均可入藥[12]?!侗静菥V目》記載,檳榔具有“降水腫、強(qiáng)筋骨、健脾調(diào)環(huán)境、治心絞痛”等功效[13-14];性味辛、苦,性溫,屬胃大腸經(jīng),具有消積、殺蟲、行濕、降氣之功效。主要治療人體腸道寄生蟲、積食、腹痛、水腫等[15-17]。隨著檳榔產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,檳榔不再局限于藥用,而越來越成為一種休閑食品。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界約有6 億人咀嚼檳榔,在印度和中國(guó)等地區(qū)廣為人知[18]。研究基于GB/T 5009.91—2017《食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉀、鈉的測(cè)定》中第一法 火焰原子吸收光譜法測(cè)定食用檳榔鈉含量,然后依據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[19],分析評(píng)估測(cè)量過程中可能出現(xiàn)的不確定性,為以后的理論決策提供參考。
檳榔(張三瘋檳榔),湖南賓之郎食品科技有限公司提供;鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL),國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心提供;氯化銫(分析純),上海麥克林生化科技有限公司提供;硝酸(分析純),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。
AA-6880F/AAC 型原子吸收分光光度計(jì),日本島津企業(yè)管理有限公司產(chǎn)品;SX-4-10 型馬弗爐,天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品;AR224CN 型分析天平,奧豪斯儀器有限公司產(chǎn)品。
1.3.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.91—2017《食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉀、鈉的測(cè)定》第一法火焰原子吸收光譜法。
1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
(1)鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(100 μg/mL)。準(zhǔn)確移取10.0 mL 鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL 容量瓶中,用水稀釋至刻度,貯存于容量瓶中,于4 ℃下保存。
(2)鈉標(biāo)準(zhǔn)系列工作液。準(zhǔn)確吸取鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(100 μg/mL)0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 mL 于50 mL 容量瓶中,加氯化銫溶液2.0 mL,用水定容至刻度,混勻。此標(biāo)準(zhǔn)系列工作液中鈉質(zhì)量濃度分別為0,0.200,0.400,0.600,0.800,1.000 μg/mL。
1.3.3 樣品的前處理
準(zhǔn)確稱取已切碎的檳榔樣品0.5 g(精確至0.001 g)置于坩堝中,在電爐上微火炭化至無煙,將坩堝轉(zhuǎn)移至馬弗爐中,于525±25 ℃下灰化5~8 h,冷卻,取出,對(duì)于灰化不徹底的試樣,加數(shù)滴硝酸,小火加熱小心蒸干,再轉(zhuǎn)入馬弗爐中繼續(xù)灰化至試樣呈白灰狀,冷卻至室溫,取出,用適量硝酸溶液溶解,轉(zhuǎn)移至容量瓶中,用少量水洗滌坩堝內(nèi)罐和內(nèi)蓋2~3 次,合并洗滌液并用水定容至刻度。根據(jù)試樣溶液中被測(cè)元素的含量,需要時(shí)將試樣溶液用水稀釋至適當(dāng)濃度,并在空白溶液和試樣最終測(cè)定液中加入一定量的氯化銫溶液,使氯化銫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.2%。同時(shí),做空白試驗(yàn)。
1.3.4 光譜條件
波長(zhǎng)589.0 nm,狹縫0.5 nm,燈電流8 mA,燃?xì)饬髁?.1 L/min,測(cè)定方式為吸收。
檳榔中鈉含量計(jì)算公式:
式中:X——樣品中鈉的含量,mg/100 g;
C——試樣待測(cè)液中鈉的質(zhì)量濃度,mg/L;
C0——空白溶液中鈉的質(zhì)量濃度,mg/L;
V——試樣消化液的體積,mL;
f——試樣消化液的稀釋倍數(shù);
100,1 000——換算系數(shù);
m——樣品質(zhì)量,g。
計(jì)算結(jié)果保留3 位有效數(shù)字。
檳榔鈉含量測(cè)定的不確定度主要是由于標(biāo)準(zhǔn)曲線、樣品稱量、樣品定容、樣品測(cè)量重復(fù)性、設(shè)備提供的不確定度。
(1)鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度Urel(p)。鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)證書給出的鈉標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL,其相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%(k=2),則其相對(duì)不確定度為:Urel(p)=0.7%/2=0.035 0。
(2)標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過程引入的相對(duì)不確定度Urel(s)。試驗(yàn)過程中,由鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋配制成鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的過程中,使用10 mL 移液管1 次,100 mL容量瓶1 次;由鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋配制成鈉標(biāo)準(zhǔn)系列工作液的過程中,使用1 mL 移液管1 次,2 mL移液管1 次,50 mL 容量瓶1 次,其不確定度均含有容量允差引入的不確定度及溫度引入的不確定度。
①容量允差引入的不確定度,試驗(yàn)過程中所使用的玻璃器皿均為A 級(jí),根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》[20],在20±5 ℃時(shí),10 mL 移液管、2 mL 移液管、1 mL 移液管、100 mL 容量瓶、50 mL 容量瓶的容量允差分別為±0.05,±0.012,±0.008,±0.10,±0.05,假設(shè)其為矩形分布,則該類容量器皿引入的不確定度分別為:
②溫度引入的不確定度。在JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》中規(guī)定容量瓶及移液管的標(biāo)準(zhǔn)溫度為20 ℃,實(shí)驗(yàn)室溫度為20±5 ℃,水的膨脹系數(shù)為2.08×10-4℃-1,則10 mL 移液管、2 mL 移液管、1 mL 移液管、100 mL 容量瓶、50 mL 容量瓶由溫度差異引起的體積變化分別為:
假設(shè)符合矩形分布,則溫度影響所引入的不確定度分別為:
在標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋配制過程中,10 mL 移液管、2 mL移液管、1 mL 移液管、100 mL 容量瓶、50 mL 容量瓶,引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為:
故標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋配制過程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
(3)標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)不確定度Urel(q)。配制一系列鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液,每個(gè)質(zhì)量濃度平行操作3 次,注入原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其相應(yīng)的吸光度,用最小二乘法對(duì)濃度和吸光度進(jìn)行擬合得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程:Y=0.305 74X+0.022 862,R2=999 6。
鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液質(zhì)量濃度及其吸光度見表1。
表1 鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液質(zhì)量濃度及其吸光度
試驗(yàn)對(duì)待測(cè)樣品平行測(cè)定6 次,最終計(jì)算出待測(cè)液中鈉質(zhì)量濃度C0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
Scc——標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的殘差的平方和,Scc=
C0——試樣中鈉元素質(zhì)量濃度,mg/L;
a——標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率;
b——標(biāo)準(zhǔn)曲線截距;
n——標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)量次數(shù),試驗(yàn)為15 次;
p——C0的測(cè)量次數(shù),試驗(yàn)為6 次。
故標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)不確定度為:
標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度U(q)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(q)見表2。
表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度U(q)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(q)
故標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)不確定度為:
檳榔中鈉含量測(cè)定稱樣量為0.5 g(精確到0.000 1 g)使用天平的最小分度為0.000 1 g,根據(jù)分析天平校準(zhǔn)證書給出的示值誤差為0.000 3 g,假設(shè)其為矩形分布,故由分析天平分辨率誤差引入的相對(duì)不確定度為:
3.3.1 配制待測(cè)樣濃溶液引入的不確定度Urel(V1)
容量瓶的不確定度,包括容量瓶容量允差引入的不確定度及溫度對(duì)定容體積的影響所引入的不確定度。
①容量允差引入的不確定度。待測(cè)液采用50 mL容量瓶配制,試驗(yàn)過程中所使用的玻璃器皿均為A級(jí),根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》,在20±5 ℃時(shí),50 mL 容量瓶容量允差為±0.05,假設(shè)其為矩形分布,則此類容量器皿引入的不確定度為:
②溫度引入的不確定度。在JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》中規(guī)定容量瓶標(biāo)準(zhǔn)溫度為20 ℃,實(shí)驗(yàn)室溫度為20±5 ℃,水的膨脹系數(shù)為2.08 10-4℃-1,則50 mL 容量瓶由溫度引起的體積變化為:
假設(shè)其為矩形分布,則溫度影響所引入的不確定度為:
在配制待測(cè)樣濃溶液的過程中,50 mL 容量瓶引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
3.3.2 濃溶液稀釋成測(cè)試樣品時(shí)引入的不確定度Urel(V2)
容量瓶和移液管引入的不確定度,包括容量瓶和移液管的容量允差引入的不確定度,以及溫度對(duì)定容體積的影響所引入的不確定度。
(1)容量瓶定容體積引入的不確定度。
①容量瓶的不確定度,待測(cè)液采用50 mL 容量瓶稀釋定容,實(shí)驗(yàn)過程中所使用的玻璃器皿均為A級(jí),根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》,在20±5 ℃時(shí),50 mL 容量瓶容量允差為±0.05,假設(shè)其為矩形分布,則此類容量器皿引入的不確定度為:
②溫度引入的不確定度,在JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》中規(guī)定容量瓶標(biāo)準(zhǔn)溫度為20 ℃,實(shí)驗(yàn)室溫度為20±5 ℃,水的膨脹系數(shù)為2.08 10-4℃-1,則50 mL 容量瓶由溫度引起的體積變化為:
假設(shè)其為矩形分布,則溫度影響所引入的不確定度為:
在濃溶液稀釋成測(cè)試樣品的過程中,50 mL 容量瓶引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
(2)移液管引入的不確定度。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 196—2006,1 mL 移液管(A 級(jí))容量允差為±0.008 mL,按矩形分布,則1 mL分度吸量管不確定度:
②溫度引入的不確定度,在JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》 中規(guī)定容量瓶標(biāo)準(zhǔn)溫度為20 ℃,實(shí)驗(yàn)室溫度為20±5 ℃,水的膨脹系數(shù)為2.08×10-4℃-1,則1 mL 移液管(A 級(jí))由溫度引起的體積變化為:
取矩形分布,則溫度對(duì)定容體積影響所引入的不確定度為:
在濃溶液稀釋成測(cè)試樣品的過程中,1 mL 移液管引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
因此,在濃溶液稀釋成測(cè)試樣品的過程中,定容體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
因此,提取液的定容體積引入的相對(duì)不確定度為:
試驗(yàn)過程中隨機(jī)效應(yīng)所引入的相對(duì)不確定度的測(cè)量。試驗(yàn)中同一樣品平行測(cè)定6 次得到待測(cè)液中鈉含量的平均值ω 及單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度S(ω)。
檳榔樣品平行測(cè)定結(jié)果見表3。
表3 檳榔樣品平行測(cè)定結(jié)果/mg·(100 g)-1
取矩形分布,則測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
試驗(yàn)所用的設(shè)備是原子吸收分光光度計(jì),其校準(zhǔn)證書顯示擴(kuò)展不確定度為0.005 μg/mL(k=2),因此原子吸收分光光度計(jì)引入的相對(duì)不確定度為:
試驗(yàn)中鈉含量測(cè)量的各個(gè)不確定度分量匯總表見表4。
表4 試驗(yàn)中鈉含量測(cè)量的各個(gè)不確定度分量匯總表
待測(cè)樣中鈉含量測(cè)定結(jié)果的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
取包含因子k=2,得相對(duì)擴(kuò)展不確定度為:
檳榔樣品中鈉含量為531 mg/100 g,得擴(kuò)展不確定度為:
綜上可得檳榔樣品中鈉含量的測(cè)量結(jié)果可表示為531±28.46 mg/100 g(k=2)。
檳榔鈉含量測(cè)定的不確定度主要是由于標(biāo)準(zhǔn)曲線、樣品稱量、樣品定容、樣品測(cè)量重復(fù)性、設(shè)備提供的不確定度。通過對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析可以看出,標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響最大的,影響率為73%,而標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度主要來源是標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合;樣品的定容體,影響率為13%;測(cè)量重復(fù)性和儀器設(shè)備影響率分別是5%和7%;最后,樣品質(zhì)量引入的不確定度影響最小,只有1%,基本可以忽略不計(jì)。在未來的工作中,可以通過一些方式來達(dá)到降低測(cè)量結(jié)果不確定度的目標(biāo):①加強(qiáng)對(duì)原子分光光度計(jì)的維護(hù)保養(yǎng),提高設(shè)備的精度和準(zhǔn)確度;②使用高精度儀器配制溶液;③保持環(huán)境溫度和濕度的穩(wěn)定,設(shè)備在適當(dāng)?shù)墓ぷ鳝h(huán)境中;④加強(qiáng)操作人員的專業(yè)能力。