火焰原子吸收光谱法测定牛乳中钠含量的不确定度评定
火焰原子吸收光谱法测定牛乳中钠含量的
不确定度评定
李寄玮，邢益俊，刘传栩，纪坤发，杨爱君*，何　瑛
（广东燕塘乳业股份有限公司，广东广州 511356）
摘　要：目的：依据《食品安全国家标准食品中钾、钠的测定》（GB 5009.91—2017），利用火焰原子吸收光谱法测定牛乳中钠的含量并对其进行不确定度的评定。方法：通过对数学模型中各影响因素的不确定度量化分析，最终得到合成相对标准不确定度和扩展不确定度。结果：牛乳中钠含量为40.71 mg/100 g，扩展不确定度为0.76 mg/100 g（k=2）。结论：不确定度主要来源是标曲工作液的配制和标准曲线的拟合两方面，评定不确定度的结果可以给火焰原子吸收光谱法测定牛乳中钠含量的准确性提供参考。
关键词：火焰原子吸收光谱法；牛乳；钠；不确定度
Evaluation of Uncertainty in Determination of Sodium in Milk by Flame Atomic Absorption Spectrometry
LI Jiwei, XING Yijun, LIU Chuanxu, JI Kunfa, YANG Aijun*, HE Ying
(Guangdong Yantang Dairy Co., Ltd., Guangzhou 511356, China) Abstract: Objective: According to GB 5009.91—2017, the content of sodium in milk was determined by flame atomic absorption spectrometry and its uncertainty was evaluated. Method: The synthetic relative standard uncertainty and extended uncertainty were obtained by quantitative analysis of the uncertainty of each influencing factor in the mathematical model. Result: The sodium content in milk was 40.71 mg/100 g, and the extended uncertainty was 0.76 mg/100 g (k=2). Conclusion: The main sources of uncertainty are the preparation of standard curve and the fitting of standard curve. The results of uncertainty evaluation can provide reference for the accuracy of determination of sodium content in milk by flame atomic absorption spectrometry.
Keywords: flame atomic absorption spectrometry; milk; sodium; uncertainty
钠是四大核心营养素之一，是所有预包装食品营养标签强制标示的内容，它能够调节机体水分和维持酸碱平衡，但钠的摄入过高，有害健康[1]。钠的主要来源是食盐。我国居民的盐摄入量远远超标，摄入过多会引起高血压、心脏病和胃癌等疾病[2]。国外研究表明[3]，24 h尿中钠的排泄量与心血管疾病的风险呈正相关，该研究也为世界卫生组织推荐的成人每日钠的摄入量应少于2 000 mg提供了一个有力的依据。所以，人们应该尽量选择标识低钠、低盐和少盐的食品[2]。牛乳属于低钠食品，但为了掩盖牛乳酸败非法掺碱会导致钠含量提高[4]。所以，牛乳中钠含量的检测至关重要。
不确定度和误差是两个不同的概念，测量不确定度时，测量结果的分散程度反映的是测量结果的可疑程度，而误差是测量值与真值的差距[5-6]。测量不确定度是误差分析的应用和拓展，测量不确定度越小，说明测定的结果越好[7-8]。火焰原子吸收光谱法作为食品中钠测定的第一法，该方法测定钠含量
作者简介：李寄玮（1991—），男，广东汕头人，本科，助理工程师。研究方向：乳品的检测。
通信作者：杨爱君（1970—），女，广东潮州人，硕士，高级工程师。研究方向：乳品的质量检测和质量保证。E-mail:****************。
于膨玮的不确定度评定已有不少报导，但是牛乳中钠含量不确定度评定至今未有[9-10]。Aanalyst 800型号的火焰原子吸收光谱仪测定钠时推荐的校准方程为非线性过零点，不适合直接使用线性方程的通用计算公式计算不确定度，而且仪器没有给出完整的校准方程式[11-12]。本实验采用的是Excel拟合多项式的方法进行计算，为非线性曲线评定不确定度提供参考，根据JJF 1059.1—2012[13]和CNAS—GL006：2019[14]对钠含量的测量进行不确定度评定，最终出影响测量结果不确定度的主要因素，为提高检测结果的可信度提供参考依据。
1　材料与方法
1.1　材料
生牛乳。
1.2　试剂
硝酸（65%，优级纯），德国Merck科技有限公司；钠单元素溶液标准物质（1 000 mg/L），中国计量科学研究院；氧化镧（4N，高纯），国药集团化学试剂有限公司；盐酸（分析纯），广州化学试剂厂；实验用水为一级水。
1.3　仪器设备
AA800原子吸收光谱仪（配有钠空心阴极灯），美国珀金埃尔默公司；Multiwave PRO微波消解仪，奥地利AntonPaar公司；赶酸机；空气压缩机；高纯乙炔（99.99%）钢瓶，广气；Mili-Q超纯水系统，美国Millipore公司；移液器（1 mL，5 mL），德国Brand公司；METTER TOLEDO 204T电子天平（感量0.1 mg），梅特勒-托多利仪器（上海）有限公司。
1.4　实验方法
1.4.1　试剂配制
①镧溶液配制（50 g/L）。称取29.32 g氧化镧，先用少量水湿润后再加入125 mL盐酸溶解，转入500 m
L容量瓶中，加水定容，摇匀备用。②钠标准储备液配制（50 μg/mL）。准确吸取钠单元素溶液标准物质（1 000 μg/mL）2.5 mL于50 mL容量瓶中，加水定容至刻度，摇匀。
1.4.2　实验原理
试样经过微波消解处理后，吸入火焰原子吸收光谱仪中，火焰原子化后钠吸收空心阴极灯发射的589.0 nm共振线，在一定浓度范围内，其吸收值与钠的含量成正比，与标准系列曲线的吸收值比较进行定量。
1.4.3　标准系列曲线的绘制
吸取钠标准储备液（50 μg/mL）0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL和5.0 mL于50 mL容量瓶
中，加入1 mL硝酸，再加入2 mL镧溶液（50 g/L），用水定容至刻度，此钠标准系列溶液中钠的质量浓度分别为0 μg/mL、1.0 μg/mL、2.0 μg/mL、3.0 μg/mL、4.0 μg/mL和5.0 μg/mL。仪器的主要条件见表1，分别吸入钠标准系列溶液测定其空白校正信号，钠的质量浓度为X轴，空白校正信号为Y轴，仪器自动按照非线性过零点的方程绘制标准系列曲线。
表1　火焰原子吸收光谱仪测试条件
元素
波长
/nm
狭缝
/nm
灯电流
/mA
空气流量
/（L/min）
乙炔流量
/（L/min）钠589.00.28122
1.4.4　样品的制备与测定
称取0.4 g生牛乳样品于微波消解管中，加入5 mL 硝酸，按照表2微波消解的升温程序操作步骤消解牛奶样品，冷却后取出消解罐，于赶酸机上140 ℃赶酸至1 mL左右，消解管冷却后，将消解液转移至50 mL容量瓶，加入2 mL镧溶液（50 g/L），用水定容至刻度，混匀备用。在标准系列曲线测定的相同条件下，先做样品空白实验，再测定样品计算牛乳中钠的含量。
表2　微波消解仪升温程序
序号步骤设定功率/W时间/min
1爬坡功率80015
2功率保持8005
3爬坡功率  1 2005
4功率保持  1 2005
1.4.5　数学模型
根据《食品安全国家标准食品中钾、钠的测定》（GB 5009.91—2017），该方法的计算数学模型为：
()
000
1
100
50
×
×
×
×
−
=
m
f
V
Xρ
ρ
（1）式中：X为试样中钠的含量，mg/100 g；ρ为测定液中钠的质量浓度，mg/L；ρ0为空白液中钠的质量浓度，mg/L；V50为样液体积，mL；f为稀释倍数，1；100、1 000为稀释倍数；m为样品质量，g。
2　结果与分析
2.1　钠含量测量不确定度分量的主要来源分析
不确定度分为A、B两大类，根据数学模型主要分为：①样品称量(m)产生的不确定度（B类）；②试样消化液定容(V50)产生的不确定度（B类）；③试样中钠的质量浓度(ρ)的不确定度（A、B类）；④回收率(Rec)引入的不确定度（B类）；⑥重复性测定(Rep)引入的不确定度（A类），具体如图1所示。
2.2　钠含量测量不确定度分量的量化2.2.1　样品称样量（m ）的不确定度
使用万分之一天平（最大称样量220 g ，感量 0.1 mg ）准确称量牛奶样品0.400 g ，计量证书标明测量结果的扩展不确定度为U =0.5 mg ，服从均匀分布，取k
=因此，样品称样量的标准不确定度u (m )为：
(
)0.29mg
u m ==样品称样量(m )的相对标准不确定度u rel (m )为：
()0.29
0.00073
400
rel u m ==2.2.2　试样消化液定容（V 50）的不确定度
样品微波消解后转入50 mL 容量瓶中，用水定容至刻度。
（1）根据JJG 196—2006规定，50 mL 容量瓶（A 级）经过检定，校准证书标明容量瓶的扩展不确定度（k =2）为0.02 mL ，按照标准生产的容量器具，可以认为误差的极限就是允许差，标称容量在中心的
概率比区间边界的概率大，因此容量瓶应该按三角分布计算[8]，k
=  (
)150
0.0082mL u V ==（2）液体和容器均会因为温度的影响致使体积变
化，从而产生不确定度。由于液体的膨胀系数（水，
2.1×10-4
/℃）显著大于玻璃容器的膨胀系数（硅硼酸玻璃，1×10-5），所以分析时可以忽略玻璃容器的体积变化的影响[8]。实验室的温度变化ΔT =4℃，均匀分布取k
=为(
)25040.024 mL
a V T
u V k k
−××∆==
==膨胀系数。
因此，由上述两个分量合成可得试样消化液定容的标准不确定度为：
=
=
()
500.025 mL
u V =试样消化液定容的相对标准不确定度为：()rel 500.025
0.000 5050
u V =
=2.2.3　试样中钠的质量浓度（ρ）的不确定度
（1）钠单元素标准物质溶液的不确定度。由中国计量院生产的钠单元素标准物质溶液，证书编号为GBW （E ）080127，标准值为1 000 μg/mL ，U =0.5%，
（k =2），因为拓展不确定度U 由标准不确定度u 乘以包含因子k 得到，即U =u ×k ，则钠单元素标准物质溶液的相对标准不确定度为：()rel 0.5%
0.002 5
2
U u std k ===（2）稀释过程中移液器引入的不确定度。 1 000 μL 、5 000 μL 单道可调移液器的校准证书标明
其扩展不确定度
（k =2）分别为U =1.3 μL ，U =4.3 μL ，因此1 000 μL 、5 000 μL 单道可调移液器的标准不确定度分别为：()1 000  1.3
0.65 μL 2
u V =
=移 ()5 000  4.3
2.15 μL 2u V ==移
那么根据公式u rel ()()el u V u V =V 移移移
可得单道可调移液器分别移取1.0 mL 、
2.0 mL 、2.5 mL 、
3.0 mL 、
4.0 mL 和
5.0 mL 液体体积的相对标准不确定度如表3所示。
图1　钠含量测量不确定度分量因果图
表3　单道可调移液器引入的相对标准不确定度不确定度分量移取液体的体积V 移/mL 标准不确定度u (V 移)/mL 相对标准不确定
度u rel (V 移)
u rel (V 1.0)  1.00.000 650.000 65u rel (V 2.0)  2.00.002 150.001 10u rel (V 2.5)  2.50.002 150.000 86u rel (V 3.0)  3.00.002 150.000 72u rel (V 4.0)  4.00.002 150.000 54u rel (V 5.0)
5.0
0.002 15
0.000 43
（3）标准系列曲线的相对标准不确定度。由于钠标准系列曲线配制的稀释过程中使用的50 mL 容量瓶与2.2.2中样品消化液定容的50 mL 容量瓶是
同一批次，所以其相对标准不确定度均为u rel (V 50)= 0.000 50。钠标准储备液的配制步骤中，使用了
5 000 μL 单道可调移液器移取2.5 mL 钠单元素标准物质溶液，定容到50 mL 的容量瓶（A 级）中，则钠标准储备液的相对标准不确定度为：
=
(
)rel 0.002 7
u ==储钠标准系列曲线配制过程中，使用了5次钠标
准储备液，定容到5个50 mL 的容量瓶（A 级）中，则钠标准系列曲线的相对标准不确定度为：
（4）标准系列曲线拟合引入的不确定度。由于火焰原子吸收光谱仪测定钠含量的校准方程为非线性过零点，仪器只提供了曲线斜率a =0.306 87，并没有提供校准方程式，直接使用线性公式计算非线性曲线的不确定度会导致结果偏大，可以利用Excel 获得高次多项式方程再计算残余标准差，提高计算精确度[11]，将表4中数据输入Excel 表中，以测定液中钠的浓度为X 轴，空白校正信号为Y 轴，可得钠的标准曲线4次多项式为y =-0.001 2x 4+0.012 5x 3- 0.054 4x 2+0.319 1x +0.000 8，R 2
=0.999 8。
根据塞贝尔公式，将表4中的浓度值带入上述式子中可计算得剩余标准差S R 为：
0.0115
R S =
=
（2）表4　标准系列曲线数据
标液序号
浓度/（mg/L ）
空白校正信号
1002  1.00.2813  2.00.4934  3.00.6935  4.00.887
6
5.0
1.054
由表4可计算标准曲线平均浓度x —
=2.5 mg/L ，浓度残差平方和为()2
1
17.5n
i i x x =−=∑，实验中试样
钠的平均浓度为x =3.257 mg/L ，代入下列式子中可得标准曲线拟合引入的标准不确定度为：
()
0.020 5u S ===式中：a 为曲线斜率；P 为试样钠浓度的测量
总数，10；n 为标准系列曲线浓度点的测量总数，18。即标准系列曲线拟合引入的相对标准不确定为()()rel 20.020 5
0.006 33.257
u S u x ρ=
==。综上所述，试样中钠的质量浓度（ρ
）的相对不确
定度为：
==
()rel 0.008 9
u ρ=2.2.4　回收率（Rec ）引入的不确定度
对样品进行空白加标实验，所得的加标回收率数据如表5所示。
表5　钠含量的加标回收率
序号理论值/（mg/kg ）实际值/（mg/kg ）回收率/%平均回收率/%标准偏差/%1  1 000  1 025102.5102.1
0.87
2  1 000  1 027102.73
1 000
1 011
101.1
()
rel 10.006 3
u ρ===
即，钠含量的加标回收率引入的相对标准不确定度为：
()(
)rel  0.004 2
u Rec u Rec Rec =
===T 检验法是用t 分布理论类对比数据之间是否有显著性差异的方法[15]，对回收率进行t 检验确认检验结果是否需要校正，公式如下：
4.181
=查t 检验临界分布表，自由度为n -1=2，95%的置信度，双边临界值t α=4.303，因t ＜t α，故无显著性差异，检测结果不需要用回收率修正，可不参与不确定度合成计算。2.2.5　重复性测定（Rep ）引入的
不确定度
将同一份生牛乳样品做10个平行样进行重复性测定，计算出牛乳中钠的平均含量以及标准偏差，结果如表6所示。
表6　牛乳样品重复性实验数据
序号钠含量/（mg/100 g ）
平均值/（mg/100 g ）
标准偏差
140.9840.71
0.31
240.61340.66441.07540.6640.49740.12841.21940.6510
40.67
所以，重复性（Rep ）引入的相对标准不确定度为：
(
)(
)rel 0.002 4
u Rep u Rep X ===
=2.3该方法测定牛乳中钠含量的不确定度来源汇总见表7。
由于回收率修正结果无显著性差异，引入的不确定度暂不参与本次实验的合成计算。则合成相对标准不确定度为：
u rel =
u ==0.009 3
标准不确定度为：
u =u rel ×x —
=0.009 3×40.71 mg/100 g=0.38 mg/100 g 2.4　钠含量扩展不确定度
当置信水平为95%时，包含因子k =2，则牛乳中钠含量的扩展不确定度为U =k ×u =2×0.38 mg/100 g= 0.76 mg/100 g 。
2.5　钠含量结果及不确定度的表述
采用火焰原子吸收光谱法测定牛乳中钠含量的检测结果为（40.71±0.76）mg/100 g ，k =2。
3　结论
不确定度是评价检验结果质量的依据，不确定度越少代表测定结果的质量越高。通过本次火焰原子吸收光谱法测定牛乳中钠含量的不确定度评定可知，检测结果的不确定度最主要的来源是试液中钠的质量浓度引入的不确定度，其中包括标准系列曲线配制和标准曲线拟合引入的不确定度，所以保持仪器稳定的状态非常关键，要定期维护保养，适当延长预热时间，增加标准曲线检验次数获得更好的回归曲线；实验设备如移液和容量瓶也需要按时计量，及时更换不符合标准的设备，减少标准曲线配制引入的不确定度，使测定结果更加可靠。参考文献
[1]中华人民共和国卫生部.食品安全国家标准 预包装食品营养标签通则:GB 28050—2011[S].北京：中国标准出版社,2011.
[2]杜晓甫.小心高“盐值”正确认知营养标签[J].健康
表7　牛乳中钠含量的不确定度来源汇总
名称
描述
相对不确定度
分量u rel (m )样品称量产生的不确定度0.000 73u rel (V 50)试样消化液定容产生的不确定度0.000 50u rel (ρ)试样中钠的质量浓度不确定度0.008 9u rel (Rec )回收率引入的不确定度0.004 2u rel (Rep )
重复性测定引入的不确定度
0.002 4

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。