食品中重金属检测方案

光谱学 与光谱 分析Spectroscopy and Spectral AnalysisVol， 27，No. 7，pp1440-1443July， 2007第27卷，第7期2007年7月 第7期光谱学与光谱分析1441 微波消解一AAS法测定食品中铅、镉、铁、锰、铜和锌及其不确定度评估 杨凤华 浙江省湖州市疾病预防控制中心，浙江湖州 313000 摘 要 应用微波消解溶样，原子吸收光谱法测定食品中多种元素，其中，使用石墨炉法测定铅和镉，火焰法测定铁、锰、铜和锌，并对原子吸收光谱法分析结果的不确定度作了评估。实验结果表明，铅、镉、铁、锰、铜、锌分别在5~40，0.25~3.0 ug·L，0.20~3.0，0.10~2.0，0.10~2.0和0.05~1.0pgmL范围内有良好的线性关系，其线性相关系数均在0.9998以上，用标样GBW 07602(GSV-1)测定，其相对误差均在允许范围内。可见用微波溶样， AAS 法同时测定食品中多种元素，具有快速、简便、节省试剂、消解完全、污染少等特点，测定结果的精密度和准确度令人满意。 关键词 微波消解；原子吸收光谱法；食品；不确定度 中图分类号：0657.3 文献标识码：A 文章编号：1000-0593(2007)07-1440-04 引 言 食品中微量元素铅、镉、铁、锰、铜和锌是常规检测项目。现行国家标准采用 AAS， AES 和化学法等，样品都需要经过干法灰化法或湿法消解前处理。干法灰化过程中一些元素如铅、镉、锌易挥发而损失；敞口湿法消化法选用适当的试剂，使被测组分变成可溶性物质，但空白高，且较为耗时耗力；微波消解技术近年来得到了较大的发展2-5]，具有省试剂、空白低，可防止易挥发组分的损失。本文应用微波消解技术进行食品样品中微量元素消解，原子吸收光谱法测定，测定结果的精密度和准确度令人满意。分析化学传统上以准确度、精密度表征测定的结果。随着分析化学的发展，1995年国际计量局、国际标准化组织、国际理论化学和应用化学联合会等国际组织制定和发布了《测量不确定度表示指南》，我国国家质量技术监督局也在1999年批准发布了《JJF1059—1999测量不确定度评定与表示》的计量技术规范。这些文件件发布，进一步要求分析检测的结果报告不仅有测定平均值，还要包括测定结果的不确定度。已经有一些分析工作中对不确定度的评估与表述作了探索8。本文就原子吸收光谱法对上述测定结果的不确定度进行了评定。 1 实验部分 1.1 仪器与试剂 AA6800原子吸收分光光度计(日本岛津公司)； GFA6500石墨炉(日本岛津公司)； ASC-6100自动进样装置(日本岛津公司)；WizAA 微机工作站；铅、镉、铁、锰、铜和锌空心阴极灯；铅、镉、铁、锰、铜和锌标准液：1.00 mgmL(国家标准物质研究中心)，临用时用0.2%硝酸逐级稀释；硝酸(MOS级)；过氧化氢(AR)；2%磷酸二氢铵(GR)；MK-Ⅲ微波消解仪(上海新科微波技术研究所)。 1.2 仪器工作参数选择 采用火焰原子吸收光谱法测定铁、锰、铜和锌含量，石墨炉原子吸收光谱法测定和镉含量，测试条件见表1。 1.3 实验方法 1.3.1 样品处理 准确称取样品：肉、鱼类0.5g左右；蔬菜、水果等2.5g左右；大米等1g左右于消化罐中，加中5 mL水， 5.0 mL硝酸，轻微振荡，于预处理器上低温加热预消化至样品基本溶解，放冷，加人2.0 mL过氧化氢，加外罐，放入微波消解仪中按 0.1 MPa， 1 min； 0. 2 MPa， 2 min； 0.3 MPa， 3 min进行消解。消解完毕后在预处理器上低温加热除酸，用去离子水将消解液定容于 25 mL容量瓶中，定容后直接用 FAAS ( 收稿日期：2005-12-20，修订日期：2006-03-28 ) ( 基金项目：浙江省科技厅项目(2003C 33038)资助 ) ( 作者简介：杨风华，女，1965年生，浙江省湖州市疾病预防控制中心副主任技师 e-mail： yfh0617@126.com ) 法测铁、锰、铜和锌， GFAAS 法测铅和镉。GFAAS法测定时以2%磷酸二氢铵为基体改进剂。 用0.2%硝酸将标准液逐级稀释，用于建立校准曲线。见表2。 1.3.2校准用标准液制备 Table 1Instrumental parameters 元素 测定方法 分析线/nm 光谱带宽/nm 灯电流/mA 乙炔流量或原子化程序 Fe FAAS 248.3 0.5 10 1.8L· min- Mn FAAS 279.5 0.2 10 1.8L·min- Cu FAAS 324.7 0.5 8 1.8 L·min Zn FAAS 213.8 0.5 8 1.8 L· min1 Pb GFAAS 283.3 0.5 8 100℃ 20 s； 650 ℃20 s； 1 900℃ 3s Cd GFAAS 228.8 0.5 8 100℃ 20 s； 600℃ 20 s； 1 850℃3s Table 2Regression equation and correlation coefficent 元素 校准曲线线准液浓度/(ug·mL-1) 回归方程 相关系数 Fe 0.20，0.50，1.00，2.00，3.00 A=0.093 0c-0.002 20 0.999 8 Mn 0.10，0.20，0.50，1.00， 2.00 A=0.221 6c+0.005 04 0.999 8 Cu 0.10，0.20， 0.50，1.00，2.00 A=0.150 5c+0.00662 0.999 9 Zn 0.05，0.10，0.20，0.50，1.00 A=0.375 7c+0.005 71 0. 999 8 Pb 0.005， 0.010，0.020，0.030，0.040 A=10.613 9c一0.004 09 0.999 8 Cd 0.0025，0.005，0.010，0.020，0.030 A=21.371 8c+0.00539 0.999 9 2 结果与讨论 2.1校准曲线 按表2中制备的标准液以表1中仪器条件分别进行测定3次，取平均值，得到相应吸光度A， 用最小二乘法进行拟合，得到回归方程， A=a+bc(a为截距， b为斜率)和相关系数r，相关系数均大于或等于0.9998。结果见表2。 2.2样品测定 将样品消化液按校准曲线测定条件进行测定。并从相应的校准曲线上求出对应的浓度，从而计算出样品中各元素含 量Co。 2.3精密度、准确度试验 精密称取国家标准物质 GBW07602(GSV-1)灌木枝叶0.5 g进行消化，消化液用25mL容量瓶定容，按校准曲线测定条件，用 FASS 直接测锰、铜、锌，1：10稀释后测铁，用GFAAS直接测铅，1：10稀释测镉，共测6份平行样，由校准曲线求得浓度，再计算为试验中含量，结果见表3。从表中可见，6种元素的相对标准偏差在1.18%~4.24%。与标准参考值相比，相对误差绝对值在1.66%~7.18%，均在允许误差范围内，说明微波消解、AAS法同时测定能满足食品中这6种元素测定的要求。 Table 3 The precision and the recoveries of analytical results (n=6) 元素 测定结果/(mg·kg-1) 1 2 3 4 5 6 平均值士标准偏差相对标准差/% 证书值 相对误差/% Fe 995 987 1009 1015 990 1010 1001±11.8 1.18 11020±40 -1.86 Mn 55.07 56.94 58.06 56.85 57.23 58.09 57.04±1.10 1.94 58±3 一1.66 Cu 4.95 5.23 4.99 5.16 4.92 5.42 5.11±0.19 3.81 5.2±0.3 -1.73 Zn 19.81 20.31 20.53 19.77 19.74 20.74 20.15±0.43 2.16 20.6±1 -2.18 Pb 6.50 6.46 6.50 6.82 6.49 6.78 6.59±0.16 2.47 7.1±0.7 一7.18 Cd 0.142 0.137 0.146 0.135 0.148 0.150 0.143±0.006 4.24 0.14±0.01 2.14 3 不确定度评定 3.1 数学模型 式中：X为样品中元素浓度， mg·kg~； co为样品消解液中元素浓度， pgmL~1；V为定容体积， mL；A为稀释倍数； 3.2 不确定度分量的主要来源 3.2.1 校准过程引入的不确定度 包括用最小二乘法拟合6种元素的校准曲线，得到co时测量所产生的不确定度和标准溶液稀释时产生的不确定度。后者标准物质本身给出的不确定度，以及移液管和容量瓶允差及其温度校正等不确定组成。 3.2.2 样品的质量不确定度 主要由称重时天平的最大允许误差构成。 3.2.3 样品定容体积引入的不确定度 主要是样品最终定容体积引入的不确定度。 3.2.4 测试过程随即效应导致的不确定度 包括样品的均匀性和代表性、天平的重复性、体积刻度定容的重复性和环境温度引起的不确定可忽略。 3.3 不确定度分量的评定 3.3.1校准过程引入的不确定度 (1)用最小二乘法拟合校准曲线标准得出c时所产生的不确定度 根据表3，对样品6次测定，由校准曲线求得样品浓度co， 则 co 的标准不确定度Ucer)为， 其中S(A)为求得标准溶液吸光度的残余的标准差； S.c为标准溶液浓度的残余的平方和S=>(c-c)； n为标准溶液测定次数(n=15) p为co测定次数(p=6)。c为作校准曲线的标准溶液的平均浓度，结果见表4；其中x 为样品测定结果的平均值， U(e )为 co的标准不确定度， Ura (co)为 co的相对标准不确定度， Ure(co)=U(e)/x。 Table 4 Caculator of National Standard Materical GBW07602(GSV-1) 项目 3/(mg·kg-1) c/(ugmL-) S(A) Scc Ue)/(pgmL-1) Ure (co) Fe 1001 1. 34 1.974×10-3 15.94 5.312 2 5.307×10-3 Mn 57.04 0.76 3.572×10-3 7.236 0.337 3 5.913×10-3 Cu 5.11 0.76 1.018×10-3 7.236 0.011 42 2.235×10-3 Zn 20.15 0.37 2.028×10-3 0.618 0.135 9 6.744×10- Pb 6.59 0.021 2.646×10-3 8.2×10-4 0.057 19 8.678×10-3 Cd 0.143 0.013 5 3.804×10-3 5.2×10-4 1.0143×10-3 7.091×10-3 (2)由标准溶液配制所产生的不确定度 ①元素标准溶液的不确定度 由国家标准物质研究中心提供的元素标准溶液的相对不确定度为1%，则Ured(sd)=1%//3=5.774×10~3mg·L-(按矩形分布)。 ②容量瓶和移液管引起的相对标准不确定度 其一是示值允差引起的不确定度： 10 mL 移液管和100mL容量瓶的允许误差为0.02和0.10， 故10 mL移液管和100 mL 容量瓶引起的不确定度为 0.02//3=0.012mL和0.1/3=0.058 mL(按矩形分布)。 其二是重复测量引起不确定度：经实验，重复测量不确定度为0.002和0.025 mL。 其三是温度引起不确定度：通常实验室温度恒温控制要求(25±3)℃，经实验设为士3℃，查手册水的膨胀系数是 2.1×10mL·℃-1，故水的温度效应引起的体积变化10mL移液管和 100 mL 容量瓶为的温度误差3×2.1×10-×10==0.006 3 mL和3×2.1×10×100=0.063 mL(均匀分布)，则水的温度误差引起的体积引人的标准不确定度0.0063/3=0.0036和0.063//3=0.036， 则由 10 mL移液管引起的体积引人的标准不确定准为：Urel(std2)=√0.0122+0.002+0.0036/10=1.3×103，由100 mL容量瓶引起的体积引人的相对标准不确定度为Urel(ds)=√0.058+0.025+0.036/100=7.3×10，因此， Fe，Mn， Cu， Zn， Pb， Cd分别用10 mL单标线移液管和100 mL单标线容量瓶进行逐行稀释的相对不确定度为Urel(etd)=√Ul(d)+mU(atd2)+mUrel(atd3)， m 为稀释次数，结果见表5。 Table5 Combined expanded uncertainty of sample and result 项目 Urel() m Urel(std) Urel(o) Urel(cRep) Uce(z) U.(x) 结果/(mg·kg-l) 证书值/(mg·kg) Fe 5.307×10-3 3 6.325×10-3 4.805×10-3 0.009578 9.588 1001±19 1020±40 Mn 5.913×10-3 3 6.325×10-3 7.910×10-3 0.01175 0.6702 57.0±1.3 58±3 Cu 2.235×10-3 3 6.325×10- 6.9×10-4 1.554×10-3 0.01694 ： 0.086 56 5.11±0.17 5.2±0.3 Zn 6.744×10-3 4 6.499×10-3 8.813×10-3 0.012 88 0.259 5 20.15±0.52 20.6±1 Pb 8.678×10-3 5 6.667×10-3 0.01007 0.014 89 0.098 13 6.59±0.20 7.1±0.7 Cd 7.091×10-3 6 6.832×10-3 0.017 32 0.019 94 0.002 851 0.143±0.0057 0.14±0.01 3.3.2 样品称重引入的不确定度 用万分之一电子天平，其分度值0.1 mg， 称样品 0.5 g，取均匀分布，引人的相对不确定度 Ure (m)=0.1/3×1000 =0.000 06，可忽略。 3.3.3 样品定容体积引入的不确定度 样品经微波消化处理后定容至25mL容量瓶，单标线 25 mL容量瓶最大允差为为0.03 mL， 取均匀分布引人的相对不确定度Urede)=0.03/3×25=0.000 69. 3.3.4 测试过程随机效应导致的不确定度 样品中元素6次测定结果及相对不确定度评定结果见表5，其中Ure(CRep)=S/X√6。 3.5 合成不确定度与结果表述 合成不确定度与结果表述(见表5)，相对合成不确定度 合成不确定度U，(z)=Uere(z)·X，在95%置信水平下，取 扩展因子K=2，则扩展不确定度U=K·U(z). 4 结 论 从上述不确定度评定可知，本测试的不确定度来源为 co的标准不确定度、定容体积引入的不确定度、测试过程随即效应导致的不确定度。在测试过程中还可通过增加标准曲线测定次数，选用精密度较高的玻璃仪器，稀释和定容配制标准溶液，可减小不确定度分量。 ( 参 考 文 献 ) ( [1] Boumans P WJM. 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A National Standard Material GBW 07602(GSV-1) was analyzed andthe results were in accordance with the certificate values， verifying the accuracy and the precision of the proposed method. Theuncertainty of the analytical results was assessed on the basis of the requirements of the ISO documents. Uncertainty sourcesfrom all procedures were evaluated. KeywordsMicrowave-assisted digestion； Atomic absorption spectrometry； Food； Uncertainty 数据