■鐘宇強 鐘加成 舒永紅 霍柱健 李 強 葉錫恩 王李平 黃嘉穎

（廣東省科學院測試分析研究所，中國廣州分析測試中心，廣東省化學危害應急檢測技術重點實驗室，廣東廣州510070）

錳是為了滿足動物生長需要而被添加進飼料中的常見礦物質元素，是雞等家禽必需的微量元素之一。畜禽缺錳時會影響其生長，飼料中錳添加過量又會污染環(huán)境。飼料中錳的測定國標采用的是原子吸收光譜法，干灰化法處理樣品。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（inductively coupled plasma optical emission spectrometry，ICP-OES）是一種多元素同時測定的分析方法，靈敏度高、化學干擾小、線性范圍寬，既可測定低濃度成分（＜1.0 mg/L），又可同時測定高濃度成分（＞0.1%），是飼料中礦物質元素檢測最理想、最有效的方法。

測量不確定度是表征測量值離散性的參數(shù)，與測量結果有關。測量不確定度是對測量結果質量的定量評估。由于測量的不完善和人們認識的缺乏，導致測量值分散，即每次測量的結果都不相同。只有包含賦予被測量的值及與該值相關的不確定度的測量結果才是完整的、有意義的。目前，飼料中錳含量的不確定度評定只有原子吸收光譜法，有報道ICP-OES測定茶葉中錳含量的不確定度評定，但ICP-OES測定飼料中錳含量的不確定度評定尚未見報道。本研究采用微波消解法處理樣品，ICP-OES測定配合飼料中錳含量，根據JJF 1059.1—2012《測量不確定度的評定和表示》和CNAS-GL 006: 2019《化學分析中不確定度評定導則》對錳含量結果的不確定度進行評定，對測試過程中產生不確定度的來源進行分析，找出影響測量不確定度的主要因素，為實驗室質量控制提供科學、準確、可靠的依據，保證測試結果的質量。

1 材料與方法

1.1 材料

取混合均勻的配合飼料樣品，粉碎，過0.45 mm分子篩，混勻后裝入密閉塑料容器中，備用。

1.2 試劑

錳元素標準溶液（1 000 mg/L, 國家鋼鐵材料分析測試中心）、硝酸（優(yōu)級純，廣州化學試劑廠）、實驗室用水（GB/T 6682—2008規(guī)定的一級水）。

1.3 儀器

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Agilent 725-ES ICP-OES，美國安捷倫公司）、微波消解儀（WX-8000，上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司）、電子天平（BSA 224S，德國賽多利斯公司）。

1.4 方法

1.4.1 樣品預處理

準確稱取試樣0.25 g（精確至0.000 1 g），置于微波消解罐中，加5 mL 硝酸，按表1 消解條件設定程序并加熱消解。消解完畢，待消解罐冷卻后打開，消化液呈無色或淡黃色，加熱趕酸至近干，用少量硝酸溶液（5%）沖洗消解罐3次，將溶液轉移至25 mL容量瓶中，并用硝酸溶液（5%）定容至刻度，混勻備用；同時做試劑空白試驗。

1.4.2 樣品測定

用硝酸溶液（5%）將錳標準儲備溶液逐級稀釋，配 成 質 量 分 數(shù) 分 別 為0.100、0.400、1.000、2.000、10.000 mg/L 的系列標準溶液。在最佳工作條件下，依次對標準溶液和樣品溶液進行測定，在一定濃度范圍內，發(fā)射強度與錳含量成正比，采用標準曲線法定量分析。儀器工作條件見表2。

表1 全自動微波消解程序

表2 ICP-OES儀器工作條件

2 結果與分析

2.1 數(shù)學模型

根據測試方法和試驗原理，配合飼料中錳的含量可用式（1）表示。

式中：ω(Mn)——樣品中錳的質量分數(shù)，508 mg/kg；

C0——測試溶液中扣除空白后錳的濃度，5.092 mg/L；

V25——樣品消化液的總體積，25.0 mL；

m——樣品量，0.250 4 g。

考慮重復性因子Frep 和回收率Rec，式（1）可寫用式（2）表示。

式中：Frep——重復性因子，1；

Rec——回收率影響因子，1。

這就是ICP-OES 測定飼料中錳不確定度的數(shù)學模型。

2.2 測量不確定度來源分析

尋找測量不確定度的來源，是進行不確定度評估的關鍵步驟，原則上應從人、機、料、法、環(huán)等方面考慮，既不能遺漏、也不要憑空增加影響因素。實踐中，可從建立的不確定度數(shù)學模型入手，逐個查找不確定度來源。從式（2）可以看出，錳含量的不確定度主要來源有：樣品稱量、定容體積、消解液中錳濃度的測定、重復性試驗和加標回收試驗。其中測定濃度C0的不確定度分量包括標準系列溶液的配制和標準曲線線性擬合帶來的不確定度以及ICP-OES 儀器校準的不確定度。儀器分析過程帶來的不確定度體現(xiàn)在標準系列濃度的測量和樣品重復性試驗，加標回收試驗反映了消化過程和環(huán)境因素的影響。各不確定度來源如圖1所示。

圖1 不確定度來源分析

由于各含量相互獨立，由式(2)得出不確定度計算公式(3)。

2.3 不確定度分量及計算

2.3.1 樣品稱量m帶來的不確定度[u(m)]

2.3.1.1 天平校正產生的不確定度

由檢定證書可知，天平稱量的擴展不確定度為0.000 2 g，按均勻分布，可換算成標準不確定度。

2.3.1.2 天平重復稱量變動性產生的不確定度

用標準砝碼(100 g)在該天平上進行9 次稱量，結果表3所示。

表3 100 g標準砝碼重復稱量結果

觀測列呈正態(tài)分布，查表得極差系數(shù)C=2.97，則可計算變動性標準偏差。

R/C=0.002/2.97=0.000 67 g

由以上兩項合成計算得出u(m)。

則可計算稱樣量m的相對標準不確定度。

2.3.2 樣品消化回收率(Rec)帶來的不確定度[u(Rec)]

由于樣品消化不完全或消化過程導致錳的損失或污染等，將使樣品中錳不能100%進入到測定液中。本試驗選用某一配合飼料進行6次加標試驗，錳的回收率分別為96.2%、94.6%、92.9%、101.3%、96.3%、103.2%，其平均值為：97.4%，計算回收率的標準不確定度u(Rec)。

則計算回收率Rec的相對標準不確定度。

2.3.3 使用25 mL 容量瓶定容樣品溶液產生的不確定度[u(V25)]

2.3.3.1 容量瓶校準的不確定度

25 mL 容量瓶校準的不確定度為±0.030 mL，可按三角分布換算成標準偏差。

2.3.3.2 重復充滿液體至容量瓶刻度的變動性

重復充滿液體至容量瓶刻度的變動性通過10次重復測量，計算其變動性標準偏差。

SD25mL=0.008 4 mL

2.3.3.3 溫度變化帶來的不確定度

計算容量瓶和溶液溫度與校正時溫度不同引起的體積不確定度(水體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃，假定實驗室溫度為25 ℃)。

25×2.1×10-4×5=0.027 mL

在95%置信概率下，換算成標準不確定度。

u2=0.027/1.96=0.014 mL

由以上三項合成計算得出u(V25)。

則可計算樣品定容體積的相對標準不確定度。

2.3.4 測試溶液中錳濃度C0的不確定度u(C0)

測試液中錳濃度的不確定度u(C0)主要有三個來源：①由標準儲備液稀釋成工作溶液產生的不確定度u(C01)；②標準系列線性擬合帶來的不確定度u(C02)；③儀器校準錳時產生的不確定度u(C03)。

2.3.4.1 標準儲備液及由標準儲備液稀釋至系列工作標準溶液產生的不確定度u(C01)

式中：C01——10 mg/L錳標液濃度；

Cstock——標準儲備液濃度；

f10——稀釋因子。

由校正證書查得10 mL 移液管和100 mL 容量瓶的相對標準不確定度分別為0.001 6和0.000 52。

(C01)=0.003 3×10=0.033 mg/L

2.3.4.2 標準系列線性擬合帶來的不確定度u(C02)

在譜線257.610 nm 處，用空白溶液調零，分別對5種錳標準溶液進行了3次重復測定，結果如表4所示。

表4 錳標準系列濃度（Cj）與發(fā)射強度（Ij，cps）

將表4中數(shù)據進行線性擬合得直線方程（相關系數(shù)r=0.999 8）。

式中：B1——18 266.9；

B0——728.7；

I——溶液的發(fā)射強度；

C——溶液中錳的濃度。

以某一配合飼料樣品為例，對其中錳的含量進行2 次測定，由發(fā)射強度通過直線方程求得C02=5.092 mg/L，則可計算C02的標準不確定度。

式中：B1——18 266.9；

P——2(對C02進行兩次測量)；

n——15(每個標準系列濃度進行3 次測量，共3×5=15次)；

2.3.4.3 儀器校準錳時產生的不確定度u(C03)

由校準證書查得儀器校準錳時，其擴展不確定度U=0.000 1 mg/L，k=2，換算成標準不確定度。

u(C03)=0.000 1/2=0.000 05 mg/L

合并以上3項，則試液中錳濃度的標準不確定度u(C0)。

換算成相對標準不確定度。

u(C0)/C0=0.068/5.092=0.013

2.3.5 樣品重復性試驗帶來的不確定度u(Frep)

在重復性條件下，對該樣品進行了6次獨立測量，錳的含量分別為501、503、510、513、507、517 mg/kg，其算術平均值為508 mg/kg。

單次測量的標準不確定度。

實際樣品檢測時通常做平行雙樣，則算術平均值的標準不確定度（n=2）。

因此錳含量平行雙樣的相對不確定度。

2.4 不確定度分量的合成

將各相對標準不確定度分量進行匯總，如表5所示；對各相對標準不確定度分量進行作圖，如圖2所示。

表5 錳的相對標準不確定度

由表5 和圖2 可以看出，樣品消化加標回收試驗過程引入的不確定度最大，加權平方和占比87.1%；其次是樣品消化液中錳濃度的測定和重復試驗引入的不確定度，加權平方和占比分別為8.8%和3.6%；稱樣量和消化液定容體積帶來的不確定度加權平方和占比分別為0.38%和0.037%，可以忽略不計。將各分量值代入式（3）計算。

圖2 各不確定度分量

u(ω)=0.044×508=23 mg/kg

2.5 擴展不確定度及結果表示

根據JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》[17]，在95% 置信水平下，取包含因子k=2，則配合飼料中錳含量的擴展不確定度。

U=2×23=46 mg/kg

計算配合飼料樣品中錳含量表示為：（508±46）mg/kg，k=2。

3 結論

本研究采用微波處理樣品，ICP-OES測定配合飼料中錳的含量，對樣品稱量、玻璃儀器、標準溶液的配制、樣品重復性測定、加標回收、標準曲線擬合等因素進行綜合考察，在各不確定度分量評定過程中，發(fā)現(xiàn)樣品加標回收試驗產生的不確定度對合成標準不確定度貢獻最大。因此，建議采用微波消解法處理樣品，嚴格控制好條件，防止錳的損失或污染，降低消化過程帶來的不確定度。本文首次系統(tǒng)、規(guī)范地闡述了應用ICP-OES 法測定配合飼料中錳的不確定度評定方法，給出了帶不確定度的錳含量結果表示方式。通過不確定度來源分析，對各不確定度分量進行評估和量化，找到影響測量結果不確定度的關鍵點，并嚴格加以控制，對提高檢測結果的準確性和質量具有實際意義。