乳粉中钙成分分析标准物质研制

曹玉兰，周剑，魏敏，柴艳兵，李兴佳，安巧云，张耀广

（1.君乐宝乳业集团，农业农村部乳品质量安全控制重点实验室，石家庄 050021；2.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，农业农村部农产品质量安全重点实验室，北京 100081）

钙是人体必需的营养元素之一，乳粉作为一种高营养价值食品，其钙含量高，有利于人体吸收和利用。人体中钙含量过剩或不足均会影响生长发育和健康，国家标准对乳粉中钙含量制定了限量范围，因此准确检测乳粉中的钙含量具有十分重要的意义。

目前钙的检测方法主要有火焰原子吸收光谱法、电感耦合等离子体光谱法、电感耦合等离子体质谱法等［1–2］，其中火焰原子吸收光谱法因具有快速、准确等优点而被广泛采用。为有效避免基体效应对物质成分分析的影响，确保检测结果的准确性，需要具有可靠性和可溯源性的钙基体标准物质用于实验室质量控制［3–5］。目前关于以乳粉为基体的标准物质研究主要集中于脂肪、蛋白质、维生素B2、黄曲霉M1等成分［6–9］，尚未见乳粉中钙成分基体标准物质研制的报道。另外，购置大量的标准物质会增加企业成本，针对企业对乳粉标准物质需求现状，笔者研制了乳粉中钙成分分析标准物质。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

原子吸收分光光度计：AA–7000 型，日本岛津企业管理有限公司。微波消解仪：MARS 6 型，美国培安有限公司。电子天平：BSA 224S 型，感量为0.1 mg，德国赛多利斯科学仪器有限公司。

钙单元素溶液标准物质：质量浓度为1 000 μg／mL，不确定度为0.5 μg／mL，编号为GBW（E） 080118，中国计量科学研究院。

硝酸：优级纯，默克化工技术（上海）有限公司。

氧化镧：优级纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器工作条件

波长：422.7 nm；狭缝：0.7 nm；灯电流：5 mA；燃烧头高度：8 mm；空气流量：15 L／min；乙炔流量：2 L／min。

1.3 标准物质制备

乳粉与水按照1∶7 质量比进行复溶，在复原乳中按照目标成分范围添加钙单元素溶液标准物质进行配制，然后经过搅拌混合、冻干、混匀、封装、辐照、低温冷冻保存等技术工艺，获得该基体标准物质候选物，用避光铝箔袋封装，按每袋8 g 分装，共包装800 个单元［10–12］，采用放射性同位素60Co 的γ 射线进行辐照灭菌，于–20 ℃低温避光保存。

1.4 定值方法

1.4.1 样品处理

准确称取乳粉0.5 g（精确至0.001 g）于微波消解罐中，加入5 mL 硝酸，1 mL 过氧化氢，按微波消解的操作步骤消解试样（微波消解条件为190 ℃，25 min），冷却后取出消解罐，在赶酸器中于140～160℃赶酸至1 mL 左右，消解罐冷却后，将消解液转移至25 mL 容量瓶中，用少量水洗涤消解罐2～3 次，合并洗涤液于容量瓶中，用水定容至标线，根据实际测定需要稀释，并在稀释液中加入镧溶液（20 g／L）使其在最终稀释液中的质量浓度为1 g／L，混匀备用，此为试样溶液，同时做试剂空白试验。

1.4.2 定值

标准物质样品经消解后，在1.2 仪器工作条件下，采用火焰原子吸收光谱法对乳粉中钙进行定值。

1.5 均匀性和稳定性检验

1.5.1 均匀性检验

根据JJF1006–1994 《一级标准物质技术规范》的要求对标准物质进行均匀性试验，从已分装的钙基体标准物质中随机抽取25 袋样品，采用火焰原子吸收光谱法进行测试，每袋重复测定3 次，钙均匀性检验时最小取样量为0.5 g。

1.5.2 稳定性检验

稳定性检验分为长期稳定性试验和短期稳定性试验。按照先密后疏的原则，考察在一定时间内乳粉中钙含量随时间的变化情况。测定方法与1.4基体标准物质定值方法相同。

（1）长期稳定性试验。将样品置于–20 ℃储存，分别在第0、1、2、4、6 个月进行稳定性检验，每次选取2 袋样品，每袋样品平行测定3 次。

（2）短期稳定性试验。根据模拟运输过程中的试验数据进行考察，分别将样品置于4 ℃(冰箱)和50 ℃（烘箱）条件下，分别在第0、1、3、5、7 天进行稳定性检验。

1.6 标准物质联合定值

联合6 家权威实验室，按照1.4 方法进行定值。向各机构随机发送3 个包装样品，每个包装取3 个子样品，以测定结果的平均值作为检测结果，根据统计学方法［13–15］对定值结果进行汇总统计分析。

2 结果与分析

2.1 均匀性检验

按照1.5.1 方法对乳粉中钙成分分析标准物质进行均匀性检验，试验结果见表1。对检验结果通过方差分析（F检验）判断组内和组间基体标准物质有无系统性差异，F检验结果见表2。

表1 均匀性检验乳粉中钙含量结果 mg／kg

表2 方差分析结果

由表2数据计算得F=组间均方差／组内均方差=1.825，查表得F0.05(24，50)=1.86，F＜F0.05(24，50)，说明乳粉中钙成分分析标准物质是均匀性的。

2.2 稳定性检验

按照1.5.2 方法对钙基体标准物质分别进行长期稳定性和短期稳定性检验，结果数据见表3～表5。

表3 乳粉中钙标准物质长期稳定性检验结果及统计数据

表4 短期稳定性检验乳粉中钙含量测定结果

表5 短期稳定性检验结果统计数据

依据JJF 1343—2012 《标准物质定值的通用原则及统计学原理》进行统计分析，在6 个月长期稳定性试验中，乳粉中钙成分分析标准物质拟合直线斜率［16–17］β1=1.711 6，截距β0=3 119，标准偏差s2=8 495.01，与斜率相关的不确定度s(β1)=19.135 4。由表3 可知，|β1|＜t0.95，3s(β1)，表明乳粉中钙成分分析标准物质在该包装储存条件下，6 个月内是稳定的，达到JJG 1006—1994 中的相关要求。

由表4、表5 可知，在4℃(冰箱)模拟运输条件下，β1=1.713，t0.95，3s(β1)=12.735 12；在50℃（烘箱）模拟运输条件下，β1=5.317，t0.95，3s(β1)=46.474 17。乳粉中钙成分分析标准物质拟合直线斜率|β1|＜t0.95，3s(β1)，说明在4℃(冰箱)和50℃（烘箱）条件下乳粉中钙量值在7 天内是稳定的。

2.3 联合定值

联合6 家权威实验室，按照1.6 方法对乳粉中钙成分分析标准物质进行定值，结果见表6。

表6 乳粉中钙成分分析标准物质定值结果 mg／kg

按照JJF 1343—2012 《标准物质定值的通用原则及统计学原理》对表6 数据进行统计分析，首先采用达戈斯提诺法（D 检验）进行正态分布检验，得出统计量D值为0.282 5，大于临界值0.275 7，表明该组数据符合正态分布。根据狄克逊法进行可疑值检验，将各实验室定值结果按照由小到大的顺序排序，计算得r1=0.127 49，rn=0.113 36。当n=54 时，查表得ƒ（0.05,54）=0.32，则r1和rn均小于f（0.05，54），故所有数据均应保留。根据科克伦法进行组间数据等精度检验，计算统计量6 组方差和为11 488.629，其中最大方差为3 032.861，计算得C=3 032.861／11 488.629=0.263 988，查 表 得C(0.05，6，9)=0.381 7，C＜C(0.05，6，9)，表明各组数据平均值间为等精度。

研制的标准物质乳粉中钙定值结果为6 家实验室测定结果的总均值：3 196 mg／kg。

2.4 不确定度评定

乳粉中钙成分分析标准物质定值结果的不确定度由3 部分组成，分别为均匀性引入的不确定度、稳定性引入的不确定度、定值过程引入的不确定度。

2.4.1 均匀性引入的不确定度

2.4.2 稳定性引入的不确定度

由标准物质的不稳定性引入的不确定度主要包括长期稳定性和短期稳定性引入的不确定度。

稳定性引入的标准不确定度ults=s(β1)·t（t 表示给定的保存期限），由表3 数据计算长期稳定性检验引入的相对标准不确定度：

ults，rel=19.135 4×6／3 124=3.675%

由表4 和表5 数据计算短期稳定性引入的相对标准不确定度：

usts，rel(4℃)=4.004 75×7／3 092=0.907%

usts，rel(50℃)=14.614 52×7／3 103=3.296%

2.4.3 定值引入的不确定度

定值引入的不确定度是由6 家实验室联合定值引入的A 类不确定度以及采用的有证标准物质、称量等过程引入的B 类不确定度两部分组成。

将6 组实验室平均值作为1 组新数据，则定值引入的A 类标准不确定度：

在定值过程中B 类不确定度主要包括配制标准溶液、样品称量、样品定容体积和标准曲线拟合。定值过程引入的B类相对标准不确定度分量见表7。

表7 定值过程引入的B 类相对标准不确定度分量

2.5 合成相对标准不确定度和扩展不确定度

乳粉中钙成分分析标准物质定值结果的合成相对标准不确定度：

扩展不确定度：

乳粉中钙成分分析标准物质的特性值为(3.20±0.35) mg／g，k=2。

3 结语

采用火焰原子吸收光谱法和6 家实验室联合定值方式，研制了均匀性和稳定性良好的乳粉中钙成分分析标准物质，并对定值结果的不确定度进行了评定，保证了乳粉中钙成分测量定值的准确性和可溯源性。该标准物质已获批为国家二级标准物质，可用于乳粉中钙成分的测定和实验室质量控制等，有效保证乳制品的质量安全。