液液萃取-石墨炉原子吸收法测定食盐中铅含量的不确定度评定

◎ 邹勇平，周元元，杨 嘉，胡 云，周可欣，梁志春，王 帅

（扬州市食品药品检验检测中心，江苏 扬州 225100）

食盐是人们日常生活中重要的调味品，其重金属污染状况始终是食品安全监管中的重要内容。由于高浓度的钠离子存在，痕量重金属如铅、镉和铬等元素在检测时面临很大的背景干扰，直接导致测定结果不准确[1-3]。为减少背景干扰，食盐等高盐基质中铅的测定可以采用基体改进剂法[4]、液液萃取法[5-6]、固液萃取法[7-8]等。在常用食品安全国家标准中，所用的消解方法（如湿法消解、微波消解等）和使用基体改进剂的方法并不能消除高盐基质带来的背景干扰[9]。因此，食盐中铅的检测通常采用液液萃取[6]前处理方法，即在一定的pH条件下，利用Pb2+与二乙基二硫代氨基 甲 酸 钠（Sodium Diethyldithiocarbamate，DDTC）可以高效地络合，再以4-甲基-2-戊酮（Methyl Isobutyl Ketone，MIBK）进行萃取，使得铅离子与高盐基质分离，最终采用石墨炉原子吸收法测定。

相对于传统方法，液液萃取检验程序复杂，会对结果的不确定度带来新的影响。通过文献调研，并未发现针对本方法标准的食盐中铅元素测定的不确定度研究[10-11]。为了探究液液萃取中多次定容操作对不确定度的影响，同时为满足食盐中铅检验结果质量控制的要求，依据JJF 1059.1—2012和CNAS—GL006：2019，本文对GB 5009.42—2016中规定的液液萃取法测定食盐中铅的不确定度进行评估。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

某品牌市售食盐；硝酸（优级纯）、高氯酸（优级纯）、柠檬酸铵（分析纯）、溴百里酚蓝（分析纯）、硫酸铵（分析纯）、二乙基二硫代氨基甲酸钠（DDTC）（分析纯）、氨水（分析纯）和4-甲基-2-戊酮（MIBK）（分析纯），国药集团化学试剂有限公司；铅标准溶液（1 000 mg·L-1），国家有色金属及电子材料分析测试中心。

1.2 仪器与设备

PinAAcle 900T原子吸收光谱仪（美国Perkin-Elmer公司）；Milli-Q Reference超纯水仪（美国Merck公司）；XSR204电子分析天平（瑞士梅特勒公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 标准溶液配制

用移液管吸取0.5 mL铅标准溶液（1 000 µg·mL-1）于50 mL的容量瓶（A级）中，用硝酸溶液（5+95）稀释至刻度，得铅标准储备液（10 µg·mL-1）。再用移液管吸取5.0 mL铅标准储备溶液（10 µg·mL-1）于50 mL容量瓶（A级）中，用硝酸溶液（5+95）稀释至刻度，得1 µg·mL-1的铅标准使用液。再分别移取0 mL、0.25 mL、0.50 mL、1.00 mL、1.50 mL及2.00 mL的铅标准使用液置于一组50 mL A级容量瓶中，配制成 浓 度 为0 µg·L-1、5 µg·L-1、10 µg·L-1、20 µg·L-1、30 µg·L-1及40 µg·L-1的铅标准工作液。

1.3.2 样品处理

取10 g（精确至0.01 g）试样于100 mL烧杯中，加水溶解，以少量混合酸（硝酸∶高氯酸=9∶1），加热煮沸，放冷后全部转移至50 mL容量瓶中，稀释至刻度，得到备用试样溶液。移取样液及试剂空白液，分别置于125 mL分液漏斗中。依次加入柠檬酸铵溶液（250 g·L-1）2 mL，溴百里酚蓝溶液（1 g·L-1）5滴，用1∶1氨水调节溶液颜色由黄变蓝。再加入硫酸铵溶 液（300 g·L-1）10.0 mL和DDTC溶 液（50 g·L-1）10 mL，摇匀。静置5 min，加入MIBK 10.0 mL后振荡萃取1 min，静置。弃水层，将有机层转入10 mL容量瓶。

分别取铅标准系列工作液10.0 mL于125 mL分液漏斗中，与试样相同方法萃取。同时做试剂空白。将仪器调节至最佳条件，分别测定标准溶液萃取液、试样空白萃取液和试样萃取液的吸光度。计算公式如下：

式中：X为试样中铅含量，mg·kg-1；C为由标准曲线查得试样溶液中铅离子浓度（已扣除空白），μg·L-1；m为试样取样量，g；V为试样溶液定容体积，mL。

1.3.3 光谱参数

石墨炉原子吸收光谱仪经优化的工作参数如下。铅的分析谱线：283.31 nm；狭缝宽度：0.7 nm；灯电流：10 mA；载气：氩气；升温程序：干燥温度90 ℃、120 ℃、140 ℃，干燥时间5 s、20 s、30 s，灰化温度500 ℃，灰化时间20 s，原子化温度1 600 ℃，原子化时间5 s，净化温度2 450 ℃，净化时间3 s。

2 结果与分析

2.1 不确定度来源的识别

根据计算公式中各项参数对结果的影响，得到本次实验的不确定度来源主要有样品称量结果重复性、待测溶液定容体积、工作曲线、标准溶液定容和测量结果的重复性的不确定度。值得注意的是，在实验过程中，标准溶液和样品溶液经过2次定容，2次定容的准确度对实验的不确定度均具有一定的影响。因此，在各自的不确定度分量中需要叠加计算。

2.2 不确定度评定

2.2.1 样品称量结果不确定度urel(m)

由检定证书查得仪器最大允差为±0.5 mg，按矩形分布，引入的标准不确定度为由于称量时存在去皮操作，所以此标准不确定度需计算2次。标准规定称量样品10.00 g，所得相对标准不确定度为

2.2.2 待测溶液定容体积不确定度urel(V)

试样溶液定容需要考虑以下3个不确定度分量。

（1）初次定容器具的不确定度。定容使用的50 mL容量瓶经校准符合A级要求，其允许误差为±0.05 mL[12]。假设均匀分布，取由此产生的标准不确定度

（2）二次定容器具引入的不确定度。实验程序中采用10 mL移液管移取MIBK。移液管经检定符合A级要求，其允许误差为±0.020 mL。假定矩形分布，取引起的标准不确定度为

（3）温度引入的不确定度。在（20±5）℃温度下进行定容时，水的体积膨胀系数以2.1×10-4℃-1计。按矩形分布，得到的相对不确定度为在同样温度条件下，MIBK的体积膨胀系数为1.16×10-3℃-1[13]。假定为矩形分布，其相对不确定度均为

则待测溶液定容体积带来的相对标准不确定度为：

2.2.3 工作曲线拟合的不确定度urel(cal)

将铅标准溶液经MIBK萃取后进行测定，以峰高和标准溶液浓度分别为纵坐标和横坐标，经最小二乘法拟合得到线性回归方程y=0.003 84x+0.031 84，线性系数为0.998 889。标准曲线相关结果见表1。

表1 标准溶液浓度与吸光度数据表

对单个样品进行3次平行测定，浓度分别为32.43 μg·L-1、34.31 μg·L-1、33.24 μg·L-1。由工作曲线拟合所产生的不确定度u(cal)按公式计算：

式中：c0为样品溶液的平均浓度，33.33 μg·L-1；为不同标准溶液的平均浓度（n×m次），17.5 μg·L-1；b为标准曲线的斜率；P为单个样品溶液的测量次数，P=3；n为标准曲线测量点个数，n=6；m为单个测量点重复测量次数，m=3；S为标准溶液吸光度的标准偏差，计算公式及结果为：

将上述各值代入公式得出u(cal)=0.87 μg·L-1。则由工作曲线带来的相对标准不确定度为：

2.2.4 校准溶液浓度不确定度urel(c)

校准溶液浓度不确定度需要考虑以下3个不确定度分量。

（1）标准溶液浓度引入。铅标准溶液（1 000 mg·L-1）的相对扩展不确定度U=0.7%，包含因子k=2，相对标准不确定度

（2）标准溶液配制引入。由于标准工作液还需要经过MIBK萃取过程，所以还应考虑二次定容，包括使用10 mL移液管吸取标准工作液和MIBK。参阅JJG 196—2006，各玻璃量具示值允差假定以矩形分布评定，取算得其相对标准不确定度分量（表2）。得到标准溶液配制使用的量具校准带来的合成标准不确定度为u2(cv)=0.013。

（3）配制标准工作溶液时温度变化引入。实验室环境温度控制在（20±5）℃。将液体体积膨胀影响假定矩形分布，取，水的膨胀系数为a=2.1×10-4℃-1，MIBK的膨胀系数为b=1.16×10-3℃-1。计算可得配制标准工作溶液时温度变化带来的不确定度分量（表3）。将表3中数据合成，得到配制标准溶液时温度变化引入的标准不确定度u3(ct)=0.012。

表3 配制标准工作曲线时温度变化引入的不确定度数据表

将3个分量数据合成，得到标准溶液引入的合成相对标准不确定度：

2.2.5 测量结果的重复性不确定度urel(frep)

选择同一个样品，均在同一标准条件下平行测定5次，得到所含铅含量结果为0.137 mg·kg-1、0.131 mg·kg-1、0.140 mg·kg-1、0.142 mg·kg-1和0.130 mg·kg-1。则平均含量X为0.136 mg·kg-1。结果的标准偏差为0.005 34。每个试样测定3次，取平均值。可得测量重复性带来的相对标准不确定度为：

2.3 合成标准不确定度的计算

各相对不确定度分量经合成，得到的合成标准不确定度为：

2.4 扩展不确定度的计算

选择95%的置信度水平，k=2的扩展因子来衡量，扩展不确定度U=k×X×urel(X)=0.011 mg·kg-1。

2.5 不确定度结果

按照《食品安全国家标准 食盐指标的测定》（GB 5009.42—2016）使用液液萃取-石墨炉原子吸收法测定食盐中铅含量，测定结果不确定度表述为X=(0.136±0.011) mg·kg-1。

3 结论

通过评估，从各个分量的影响程度可以看出，采用液液萃取的方法，测定结果的不确定度主要来源依次为工作曲线拟合、测量结果的重复性和校准溶液浓度，总占比达到93.7%，与文献报道的顺序基本一致。与不使用液液萃取的石墨炉原子吸收法方法相比，本方法中工作曲线拟合、标准溶液浓度和待测溶液定容体积带来的不确定度分量均有不同程度的增加[10-11]。在配制标准溶液时，选择合适浓度的标准物质以减少稀释定容的次数，可以减少标准溶液浓度带来的不确定度。仪器的稳定型和标准曲线线性范围的选择也影响着工作曲线引入不确定度。因此，实验中不仅应关注样品制样的均匀度以降低测定重复性引入的不确定度，还应该关注选择稳定的仪器响应状态和合适的标准曲线来提高测定结果的准确性。