论文部分内容阅读
摘要[目的]评定固相萃取气相色谱法测定马铃薯粉中溴氰菊酯残留量的不确定度。[方法]建立固相萃取-气相色谱法测定马铃薯粉中溴氰菊酯残留量的数学模型；通过对试验测定过程中不确定度分量来源的分析，计算各不确定度分量并合成出标准不确定度和扩展不确定度。[结果]试样中溴氰菊酯含量为0.70 mg/kg，标准要求保留小数点后2位，所以马铃薯粉中溴氰菊酯含量不确定度为（0.70±0.12） mg/kg，包含因子k=2。[结论]结果达到了对其测量不确定度的合理评定，真实反映了实验室的测试技术水平和设备水平。
关键词马铃薯粉；溴氰菊酯；固相萃取；气相色谱法；不确定度评定
中图分类号S481+.4文献标识码
A文章编号0517-6611（2015）30-029-02
马铃薯种植过程中，在其蚜虫发生初期用一定量的溴氰菊酯加水喷雾，可以有效地防治蚜虫的生长。溴氰菊酯也称敌杀死，是拟除虫菊酯中杀虫活性最大的品种之一，可以有效防治棉花、粮食、蔬菜等多种农作物上的害虫。农药的使用可以大大提高农产品的产量，但不论以何种方式施用农药，农药都会直接或间接地进入且残留于土壤中[1-2]。研究表明，通过采用固相萃取法，用Florisil柱对样品前处理净化[3-4]，净化后的净化液无色透明，进行色谱分析时干扰物质少，净化效果佳[5-7]。笔者对采用固相萃取-气相色谱法测定马铃薯粉中溴氰菊酯农药残留量进行了不确定度评定，旨在为溴氰菊酯农药残留分析提供参考。
1马铃薯粉中溴氰菊酯残留量的测定
称取10.00 g马铃薯粉置于150.00 ml离心管中，加入20.00 ml丙酮，摇匀，振荡30 min。先用5.00 ml丙酮加正己烷（1∶9，V/V）淋洗Florisil柱，弃去淋洗液。然后吸取试样提取液1.00 ml，加入已淋洗过的净化柱中，用5.00 ml丙酮加正己烷（1∶9，V/V）洗脱，收集洗脱液于10.00 ml比色管中，氮吹近干，最后用丙酮定容至1.00 ml供气相色谱仪测定，以保留时间定性，以外标法采用峰面积定量。
2测量数学模型的建立
根据上述测定方法，可知与马铃薯粉中溴氰菊酯残留量有关的量值分别为：样品称样量；样品提取液总体积；净化柱上样体积；样品定容体积；进样体积，其中包括标准溶液和最小二乘法拟合校准曲线，方法的回收率。分析各影响因素与马铃薯粉中溴氰菊酯残留量的乘除关系，其测量数学模型为：
X=c×V1×V3/（m×V2）×f
式中，X——试样中溴氰菊酯的含量，mg/kg；m——试样质量，g；
V1——样品提取液总体积，20 ml；V2——净化柱上样体积，1 ml；
V3——样品定容体积，1 ml；c——进样体积中溴氰菊酯的浓度，μg/ml；f——回收率。
用简化的方式技术合成标准不确定度：
urel（x）=
u2rel（m）+u2rel（V1）+u2rel（V2）+u2rel（V3）+u2rel（c）+u2rel（f）
3不确定度分量的主要来源
3.1样品质量引入的不确定度分量——m
标准要求称样质量为10.00 g，该准确级的天平最大允许误差为±0.02 g，按矩形分布原则，称样时由天平的最大允许误差导致的样品质量不确定度为：
u（m）=0.02/3=0.011 5（g）
urel（m）=0.011 5/10.00=0.001 1
3.2样品提取液总体积引入的不确定度分量——V1
样品提取液使用50.00 ml量筒量取丙酮20.00 ml，20 ℃时50.00 ml量筒的容量允许误差[8]为±0.50 ml，按矩形分布，则量筒量取提取液体积引入的不确定度分量为：
u（V1）=0.50/3=0.288 6（ml）
urel（V1）=u（V1）/V1=0.014 4
3.3净化柱上样体积引入的不确定度分量——V2
使用1.00 ml单标移液管吸取1.00 ml提取液进行净化，20 ℃时1.00 ml单标移液管（A级）的容量允许误差[8]为±0.007 ml，按矩形分布，则净化柱上样体积引入的不确定度分量为：
u（V2）=0.007/3=0.004 0（ml）
urel（V2）=u（V2）/V2=0.004 0
3.4样品定容体积——V3
样品最终定容使用1.00 ml单标线移液管移取丙酮进行定容，20 ℃时1.00 ml单标线移液管（A级）的容量允许误差[8]为±0.007 ml，按矩形分布，则单标线吸量管定容引入的不确定度分量为：
u（V3）=0.007/3=0.004 0（ml）
urel（V3）=u（V3）/V3=0.004 0
3.5进样体积中溴氰菊酯的质量浓度——c
3.5.1进样体积引入的不确定度。
采用10 μl的微量注射器进样1 μl，其相对标准偏差（RSD）为±1%，即进样体积引入的相对标准不确定度[9]urel（Vinj）=0.01，其对应的标准不确定度u（Vinj）=0.01×1=0.01（μl）。
3.5.2标准溶液引入的不确定度。
采用溴氰菊酯标准溶液浓度为100 μg/ml，其不确定度U（标液）=±0.12 μg/ml，则相对不确定度Urel（标液）=0.12/100=0.001 2。该标准溶液经过6次稀释配成0.10、0.25、0.50、0.80、1.00 μg/ml 5个校准标准溶液，即移取1.00 ml标准溶液到10.00 ml容量瓶中，用丙酮定容为标准储备液。之后分别移取0.50、1.00、2.00、5.00 ml标准储备液于10.00 ml或25.00 ml容量瓶中，用丙酮定容，充分混匀得到标准使用液。 以配制10 μg/ml标准储备液为例，其不确定分量由以下几个因素组成：
（1）1.00 ml单标移液管引入的不确定度：根据实验室玻璃仪器和玻璃器具的要求[10]，使用1.00 ml单标移液管（A级）的容量允许误差为±0.007 ml，其标准不确定度为μ（a）=0.007/3=0.004 0（ml），相对不确定度为μrel（a）=0.004 0/1=0.004 0。
（2）10.00 ml容量瓶体积标定的不确定度：使用10.00 ml容量瓶（A级）容量允许误差为±0.02 ml，其标准不确定μ（b）=0.02/3=0.011 5（ml），则标准不确定为μrel（b）=0.011 5/10=0.001 1。
（3）容量瓶使用温度和校准温度不同引起的不确定度：假设室内温度相差3 ℃，丙酮的热膨胀系数为1.40×10-3/℃，则由温度引起的体积变化为0.042 ml，按矩形分布，其标准不确定度为
μ（c）=0.042/3=0.024 2（ml）。
μrel（标储）=u2rel（a）+u2rel（b）+u2rel（c）=0.024 5
同理，计算配制0.10、0.25、0.50、0.80、1.00 μg/ml溴氰菊酯的相对不确定度依次为0.024 5、0.010 2、0.010 2、0.060 6、0.024 5。
最终标准物质引入的相对不确定度为：
μrel（标）=u2rel（标液）+u2rel（1）+u2rel（2）+u2rel（3）+u2rel（4）+u2rel（5）+u2rel（6）
=0.075 3
3.5.3通过最小二乘法拟合校准曲线求得试样浓度c引入的不确定度。
配制出质量浓度为0.10、0.25、0.50、0.80、1.00 μg/ml 5个校准标准溶液，在色谱仪上测得峰面积见表1。测得马铃薯粉中溴氰菊酯的峰面积，然后由校准曲线计算溴氰菊酯的质量浓度c，在采用最小二乘法拟合校准曲线时，计算得到的前处理液中溴氰菊酯的质量浓度c的不确定度仅与峰面积的测量不确定度有关。
对5个校准标准溶液各测量3次，共计15次。测量得到的色谱峰面积（A）见表1。
拟合校准曲线的方程为：
Ai=B0+B1ρi
式中，Ai——色谱峰面积；
ρi——校准标准溶液溴氰菊酯的质量浓度；B0——拟合校准曲线的截距；B1——拟合校准曲线的斜率。
由下式可得B0和B1分别为：
B1=SXYSXX=15i=1（ρi-ρ）（Ai-）
15i=1（ρi-ρ）（ρi-）=525 667.5
B0=-B1= -46 590.4
由下式可得色谱峰面积测量的试验标准差为：
s（A）=ni=1υ2in-2=ni=1（Ai-B0-B1ρi）2n-2=12 926.8
对待测样品马铃薯粉共测量6次，即p=6。测得样品处理液中溴氰菊酯的含量为c=0.56 （μg/ml）。于是其标准不确定度u（c）为：
u（曲）=s（A）B11p+1n+（c-）2SXX=0.011 8（μg/ml）
urel（曲）=0.011 8/0.56=0.210
urel（C）=u2rel（Vinj）+u2rel（标）+u2rel（曲）=0.078 8
3.6提取效率和过小柱得到的回收率影响——f采用该方法测定溴氰菊酯需经样品的称量、提取、净化、淋洗、定容等步骤后经仪器分析测试。在上述过程中，每一步操作都会引入误差，要逐步分析其对总不确定度的贡献十分困难，结合实际工作认为，可用检测过程中的有关数据如回收率统一评定不确定度。对样品进行6次平行测试，根据6次结果进行计算。6次平行回收率分别为84.24%、90.04%、80.49%、82.97%、85.88%、79.65%，平均为83.87%。
按JJG1059-1999中4.1方法，由贝塞尔公式求得单次测量试验标准偏差：
S=ni=1（Ri-）2n-1=3.802
标准不确定度和相对标准不确定度分别为：
u（f）=S/n=1.552
urel（f）=u（f）/=0.018 5
4测量不确定分量汇总
测量不确定分量汇总结果见表2。
表2分量汇总
序号不确定度分量来源数值相对标准不确定度
1m试样质量10.00 g0.001 1
2V1样品提取液总体积20.00 ml0.014 4
3V2净化柱上样体积 1.00 ml0.004 0
4V3样品定容体积1.00 ml0.004 0
5c进样体积中溴氰菊酯的质量浓度0.56 μg/ml0.078 8
6f提取效率和过小柱得到的回收率影响-0.018 5
5合成标准不确定度
urel（x）=
u2rel（m）+
u2rel（V1）+
u2rel（V2）+u2rel（V3）+u2rel（c）+u2rel（f）
=0.082 4
试样中溴氰菊酯含量的平均值为：X=0.70（mg/kg）。
最后得到uc（X）=ucrel（X）×X=0.057 6（mg/kg）。
6扩展不确定度
取包含因子k为2，扩展不确定度：U（X）= 0.057 6×2=0.115 2 （mg/kg）。
7不确定度报告
试样中溴氰菊酯含量为0.70 mg/kg，标准要求保留小数点后2位，所以马铃薯粉中溴氰菊酯含量不确定度为（0.70±0.12）mg/kg，包含因子k=2。
参考文献
[1]
张瑾，闫书军.农药在土壤中淋溶迁移影响因素研究进展[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2008，16（4）：38-45.
[2] 王文蝶，邓玉君，钱坤.溴氰菊酯农药在土壤中的残留·迁移研究[J].安徽农业科学，2011，39（21）：12782-12783.
[3] 王小丽.农药残留分析中样品前处理的有效性和不确定度[D].北京：中国农业大学，2006.
[4] 曾小星，万益群，谢明勇.微波辅助萃取-气相色谱法测定茶叶中多种有机氯和拟除虫菊酯农药残留[J].食品科学，2008，29（11）：562-566.
[5] 徐倩，刘静明，诸思燕，等.茶叶有机磷及菊酯类农药残留检测中净化处理的研究[J].食品科学，2005，26（8）：299-302.
[6] 林竹光，金珍，刘勇，等.GCNCIMS分析茶叶中17种有机氯和拟除虫菊酯农药残留[J].高等学校化学学报，2005，26（12）：2218-2222.
[7] 王兴宁，蔡秋，朱明，等.固相萃取净化-气相色谱/串联质谱法测定茶叶中54种农药残留量[J].分析实验室，2011，30（11）：110-116.
[8] 河南省计量科学研究院.常用玻璃量器检定规程：JJG196-2006[S].北京：中国计量出版社，2007.
[9] 国家标准物质研究中心.气相色谱仪检定规程：JJG700-1999[S].北京：中国计量出版社，1999.
[10]崔淑华，郭庆龙，王开运，等.气相色谱法测定面粉中毒死蜱农药残留量的测量不确定度评定[J].山东农业大学学报（自然科学版），2008（2）：166-170.
关键词马铃薯粉；溴氰菊酯；固相萃取；气相色谱法；不确定度评定
中图分类号S481+.4文献标识码
A文章编号0517-6611（2015）30-029-02
马铃薯种植过程中，在其蚜虫发生初期用一定量的溴氰菊酯加水喷雾，可以有效地防治蚜虫的生长。溴氰菊酯也称敌杀死，是拟除虫菊酯中杀虫活性最大的品种之一，可以有效防治棉花、粮食、蔬菜等多种农作物上的害虫。农药的使用可以大大提高农产品的产量，但不论以何种方式施用农药，农药都会直接或间接地进入且残留于土壤中[1-2]。研究表明，通过采用固相萃取法，用Florisil柱对样品前处理净化[3-4]，净化后的净化液无色透明，进行色谱分析时干扰物质少，净化效果佳[5-7]。笔者对采用固相萃取-气相色谱法测定马铃薯粉中溴氰菊酯农药残留量进行了不确定度评定，旨在为溴氰菊酯农药残留分析提供参考。
1马铃薯粉中溴氰菊酯残留量的测定
称取10.00 g马铃薯粉置于150.00 ml离心管中，加入20.00 ml丙酮，摇匀，振荡30 min。先用5.00 ml丙酮加正己烷（1∶9，V/V）淋洗Florisil柱，弃去淋洗液。然后吸取试样提取液1.00 ml，加入已淋洗过的净化柱中，用5.00 ml丙酮加正己烷（1∶9，V/V）洗脱，收集洗脱液于10.00 ml比色管中，氮吹近干，最后用丙酮定容至1.00 ml供气相色谱仪测定，以保留时间定性，以外标法采用峰面积定量。
2测量数学模型的建立
根据上述测定方法，可知与马铃薯粉中溴氰菊酯残留量有关的量值分别为：样品称样量；样品提取液总体积；净化柱上样体积；样品定容体积；进样体积，其中包括标准溶液和最小二乘法拟合校准曲线，方法的回收率。分析各影响因素与马铃薯粉中溴氰菊酯残留量的乘除关系，其测量数学模型为：
X=c×V1×V3/（m×V2）×f
式中，X——试样中溴氰菊酯的含量，mg/kg；m——试样质量，g；
V1——样品提取液总体积，20 ml；V2——净化柱上样体积，1 ml；
V3——样品定容体积，1 ml；c——进样体积中溴氰菊酯的浓度，μg/ml；f——回收率。
用简化的方式技术合成标准不确定度：
urel（x）=
u2rel（m）+u2rel（V1）+u2rel（V2）+u2rel（V3）+u2rel（c）+u2rel（f）
3不确定度分量的主要来源
3.1样品质量引入的不确定度分量——m
标准要求称样质量为10.00 g，该准确级的天平最大允许误差为±0.02 g，按矩形分布原则，称样时由天平的最大允许误差导致的样品质量不确定度为：
u（m）=0.02/3=0.011 5（g）
urel（m）=0.011 5/10.00=0.001 1
3.2样品提取液总体积引入的不确定度分量——V1
样品提取液使用50.00 ml量筒量取丙酮20.00 ml，20 ℃时50.00 ml量筒的容量允许误差[8]为±0.50 ml，按矩形分布，则量筒量取提取液体积引入的不确定度分量为：
u（V1）=0.50/3=0.288 6（ml）
urel（V1）=u（V1）/V1=0.014 4
3.3净化柱上样体积引入的不确定度分量——V2
使用1.00 ml单标移液管吸取1.00 ml提取液进行净化，20 ℃时1.00 ml单标移液管（A级）的容量允许误差[8]为±0.007 ml，按矩形分布，则净化柱上样体积引入的不确定度分量为：
u（V2）=0.007/3=0.004 0（ml）
urel（V2）=u（V2）/V2=0.004 0
3.4样品定容体积——V3
样品最终定容使用1.00 ml单标线移液管移取丙酮进行定容，20 ℃时1.00 ml单标线移液管（A级）的容量允许误差[8]为±0.007 ml，按矩形分布，则单标线吸量管定容引入的不确定度分量为：
u（V3）=0.007/3=0.004 0（ml）
urel（V3）=u（V3）/V3=0.004 0
3.5进样体积中溴氰菊酯的质量浓度——c
3.5.1进样体积引入的不确定度。
采用10 μl的微量注射器进样1 μl，其相对标准偏差（RSD）为±1%，即进样体积引入的相对标准不确定度[9]urel（Vinj）=0.01，其对应的标准不确定度u（Vinj）=0.01×1=0.01（μl）。
3.5.2标准溶液引入的不确定度。
采用溴氰菊酯标准溶液浓度为100 μg/ml，其不确定度U（标液）=±0.12 μg/ml，则相对不确定度Urel（标液）=0.12/100=0.001 2。该标准溶液经过6次稀释配成0.10、0.25、0.50、0.80、1.00 μg/ml 5个校准标准溶液，即移取1.00 ml标准溶液到10.00 ml容量瓶中，用丙酮定容为标准储备液。之后分别移取0.50、1.00、2.00、5.00 ml标准储备液于10.00 ml或25.00 ml容量瓶中，用丙酮定容，充分混匀得到标准使用液。 以配制10 μg/ml标准储备液为例，其不确定分量由以下几个因素组成：
（1）1.00 ml单标移液管引入的不确定度：根据实验室玻璃仪器和玻璃器具的要求[10]，使用1.00 ml单标移液管（A级）的容量允许误差为±0.007 ml，其标准不确定度为μ（a）=0.007/3=0.004 0（ml），相对不确定度为μrel（a）=0.004 0/1=0.004 0。
（2）10.00 ml容量瓶体积标定的不确定度：使用10.00 ml容量瓶（A级）容量允许误差为±0.02 ml，其标准不确定μ（b）=0.02/3=0.011 5（ml），则标准不确定为μrel（b）=0.011 5/10=0.001 1。
（3）容量瓶使用温度和校准温度不同引起的不确定度：假设室内温度相差3 ℃，丙酮的热膨胀系数为1.40×10-3/℃，则由温度引起的体积变化为0.042 ml，按矩形分布，其标准不确定度为
μ（c）=0.042/3=0.024 2（ml）。
μrel（标储）=u2rel（a）+u2rel（b）+u2rel（c）=0.024 5
同理，计算配制0.10、0.25、0.50、0.80、1.00 μg/ml溴氰菊酯的相对不确定度依次为0.024 5、0.010 2、0.010 2、0.060 6、0.024 5。
最终标准物质引入的相对不确定度为：
μrel（标）=u2rel（标液）+u2rel（1）+u2rel（2）+u2rel（3）+u2rel（4）+u2rel（5）+u2rel（6）
=0.075 3
3.5.3通过最小二乘法拟合校准曲线求得试样浓度c引入的不确定度。
配制出质量浓度为0.10、0.25、0.50、0.80、1.00 μg/ml 5个校准标准溶液，在色谱仪上测得峰面积见表1。测得马铃薯粉中溴氰菊酯的峰面积，然后由校准曲线计算溴氰菊酯的质量浓度c，在采用最小二乘法拟合校准曲线时，计算得到的前处理液中溴氰菊酯的质量浓度c的不确定度仅与峰面积的测量不确定度有关。
对5个校准标准溶液各测量3次，共计15次。测量得到的色谱峰面积（A）见表1。
拟合校准曲线的方程为：
Ai=B0+B1ρi
式中，Ai——色谱峰面积；
ρi——校准标准溶液溴氰菊酯的质量浓度；B0——拟合校准曲线的截距；B1——拟合校准曲线的斜率。
由下式可得B0和B1分别为：
B1=SXYSXX=15i=1（ρi-ρ）（Ai-）
15i=1（ρi-ρ）（ρi-）=525 667.5
B0=-B1= -46 590.4
由下式可得色谱峰面积测量的试验标准差为：
s（A）=ni=1υ2in-2=ni=1（Ai-B0-B1ρi）2n-2=12 926.8
对待测样品马铃薯粉共测量6次，即p=6。测得样品处理液中溴氰菊酯的含量为c=0.56 （μg/ml）。于是其标准不确定度u（c）为：
u（曲）=s（A）B11p+1n+（c-）2SXX=0.011 8（μg/ml）
urel（曲）=0.011 8/0.56=0.210
urel（C）=u2rel（Vinj）+u2rel（标）+u2rel（曲）=0.078 8
3.6提取效率和过小柱得到的回收率影响——f采用该方法测定溴氰菊酯需经样品的称量、提取、净化、淋洗、定容等步骤后经仪器分析测试。在上述过程中，每一步操作都会引入误差，要逐步分析其对总不确定度的贡献十分困难，结合实际工作认为，可用检测过程中的有关数据如回收率统一评定不确定度。对样品进行6次平行测试，根据6次结果进行计算。6次平行回收率分别为84.24%、90.04%、80.49%、82.97%、85.88%、79.65%，平均为83.87%。
按JJG1059-1999中4.1方法，由贝塞尔公式求得单次测量试验标准偏差：
S=ni=1（Ri-）2n-1=3.802
标准不确定度和相对标准不确定度分别为：
u（f）=S/n=1.552
urel（f）=u（f）/=0.018 5
4测量不确定分量汇总
测量不确定分量汇总结果见表2。
表2分量汇总
序号不确定度分量来源数值相对标准不确定度
1m试样质量10.00 g0.001 1
2V1样品提取液总体积20.00 ml0.014 4
3V2净化柱上样体积 1.00 ml0.004 0
4V3样品定容体积1.00 ml0.004 0
5c进样体积中溴氰菊酯的质量浓度0.56 μg/ml0.078 8
6f提取效率和过小柱得到的回收率影响-0.018 5
5合成标准不确定度
urel（x）=
u2rel（m）+
u2rel（V1）+
u2rel（V2）+u2rel（V3）+u2rel（c）+u2rel（f）
=0.082 4
试样中溴氰菊酯含量的平均值为：X=0.70（mg/kg）。
最后得到uc（X）=ucrel（X）×X=0.057 6（mg/kg）。
6扩展不确定度
取包含因子k为2，扩展不确定度：U（X）= 0.057 6×2=0.115 2 （mg/kg）。
7不确定度报告
试样中溴氰菊酯含量为0.70 mg/kg，标准要求保留小数点后2位，所以马铃薯粉中溴氰菊酯含量不确定度为（0.70±0.12）mg/kg，包含因子k=2。
参考文献
[1]
张瑾，闫书军.农药在土壤中淋溶迁移影响因素研究进展[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2008，16（4）：38-45.
[2] 王文蝶，邓玉君，钱坤.溴氰菊酯农药在土壤中的残留·迁移研究[J].安徽农业科学，2011，39（21）：12782-12783.
[3] 王小丽.农药残留分析中样品前处理的有效性和不确定度[D].北京：中国农业大学，2006.
[4] 曾小星，万益群，谢明勇.微波辅助萃取-气相色谱法测定茶叶中多种有机氯和拟除虫菊酯农药残留[J].食品科学，2008，29（11）：562-566.
[5] 徐倩，刘静明，诸思燕，等.茶叶有机磷及菊酯类农药残留检测中净化处理的研究[J].食品科学，2005，26（8）：299-302.
[6] 林竹光，金珍，刘勇，等.GCNCIMS分析茶叶中17种有机氯和拟除虫菊酯农药残留[J].高等学校化学学报，2005，26（12）：2218-2222.
[7] 王兴宁，蔡秋，朱明，等.固相萃取净化-气相色谱/串联质谱法测定茶叶中54种农药残留量[J].分析实验室，2011，30（11）：110-116.
[8] 河南省计量科学研究院.常用玻璃量器检定规程：JJG196-2006[S].北京：中国计量出版社，2007.
[9] 国家标准物质研究中心.气相色谱仪检定规程：JJG700-1999[S].北京：中国计量出版社，1999.
[10]崔淑华，郭庆龙，王开运，等.气相色谱法测定面粉中毒死蜱农药残留量的测量不确定度评定[J].山东农业大学学报（自然科学版），2008（2）：166-170.