钱凯 刘丽娜 王昕 张海燕

摘 要：目的：为有效控制实验室的测量过程，提高检测结果的准确性和可靠性，建立测量纸吸管中丙烯酰胺迁移量的不确定度评定方法。方法：采用液相色谱-紫外检测法，测定纸吸管样品在体积分数为4%乙酸水溶液的食品模拟物中丙烯酰胺的迁移量。通过建立测量数学模型，结合不确定度的评定规则，分别对测量过程中引入的相对不确定度分量进行计算评估，最终实现对检测结果的不确定度评定。结果：纸吸管中丙烯酰胺的特定迁移量为0.025 mg/kg，其扩展不确定度为0.006 2 mg/kg（置信水平P=95%，包含因子k=2）。结论：本次测量不确定度的评定结果表明，丙烯酰胺迁移量测定的主要不确定因素为校准曲线拟合、重复性测定和迁移试验。

关键词：丙烯酰胺;迁移量;不确定度;食品接触材料

Evaluation of Uncertainty in the Determination of Acrylamide Migration in Paper Pipette by Liquid Chromatography

QIAN Kai1，2， LIU Lina1， WANG Xin1， ZHANG Haiyan1

（1.Changzhou Safety Testing Center for Entry-Exit Industrial and Consumable Products， Changzhou 213000， China; 2.Nanjing Customs Testing Center for Dangerous Goods and Packaging， Changzhou 213000， China）

Abstract： Objective： A method of uncertainty evaluation for determination of acrylamide migration in paper straws has been established. This work aims to effectively control the experimental process in the laboratory，and improve the accuracy and reliability of the measurement results. Method： Liquid chromatography-ultraviolet detector was applied to detecting the level of acrylamide migration in paper straw，which in 4% （V/V） acetic acid as food simulants. According to the evaluation methods of uncertainty， the mathematical model was established. The relative uncertainty components produced in the measurement process has been calculated and evaluated. So as to complete the uncertainty evaluation of the test result. Results： In this experiment， the specific migration of acrylamide in paper straws was 0.025 mg/kg， and the expanded uncertainty was 0.006 2 mg/kg （P=95%， k=2）. Conclusion： The results of uncertainty evaluation show that， the main uncertainty factors are calibration curve fitting ， measurement repeatability and migration test in determination of acrylamide migration.

Keywords： acrylamide; migration; uncertainty; food contact materials

隨着“升级版限塑令”的出台和人们环保意识的提高，纸吸管作为塑料吸管的替代品逐渐受到餐饮行业的青睐。聚丙烯酰胺是造纸行业最早使用的一种添加剂，常用于提高纸张强度，还可用作助留剂、助滤剂等[1-3]。聚丙烯酰胺在自然条件下会降解为丙烯酰胺，同时残留的丙烯酰胺单体也会随着聚丙烯酰胺终产物引入纸吸管中，并在接触食品过程中迁移出来[3-5]。研究显示，丙烯酰胺具有神经毒性、生殖毒性、遗传毒性等毒性作用，且渗透性较强，易通过消化道、呼吸道等途径被人体吸收，已被国际癌症研究机构列为Ⅱ类致癌物[2，4，6-8]。

《食品安全国家标准 食品接触材料及制品用添加剂使用标准》（GB 9685—2016）规定，纸和纸板材料及其制品中丙烯酰胺特定迁移量的限制要求为不得检出（检测低限为0.01 mg/kg）[9]。由于法规要求的检出限值较低，而液相色谱法的灵敏度不高。因此，控制和提高检测结果的准确性研究十分必要。测量不确定度是中国合格评定国家认可委员会（China National Accreditation Service for Conformity Assessment，CNAS）认可准则要求的，用于表征检测结果准确性和可靠性的一种有效方式[10]。本文采用《食品安全国家标准 食品接触材料及制品 丙烯酰胺迁移量的测定》（GB 31604.18—2016）方法，定量分析纸吸管样品在体积分数为4%乙酸水溶液中丙烯酰胺的特定迁移量[11]。通过建立特定迁移量的数学模型，分析考察影响测量结果的各不确定度分量来源，并依据《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）进行不确定度的计算评定，对控制整个测量过程及提高检测结果的质量具有重要意义[12-19]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冰乙酸（分析纯，中国国药集团化学试剂有限公司）;乙腈（色谱纯，中国上海安谱实验科技股份有限公司）;硫酸（优级纯，永华化学股份有限公司）;实验用水为一级水;丙烯酰胺标准品（1 000 μg/mL，北京坛墨质检科技有限公司）;亲水PTFE针式滤器（25 mm×0.22 μm，中国上海安谱实验科技股份有限公司）。

1.2 仪器与设备

Agilent 1200高效液相色谱仪（美国安捷伦公司）;XS205DU万分之一分析天平（瑞士Mettler Toledo公司）;Milli-Q Advantage纯水仪（美国Millipore公司）;BINDER FD260烘箱（德国Binder公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 标准工作溶液配制

丙烯酰胺标准中间液（10 mg/L）：准确移取100 μL丙烯酰胺标准品（1 000 μg/mL）于10 mL容量瓶中，用水定容。丙烯酰胺标准工作液：分别准确移取丙烯酰胺标准中间液30 μL、50 μL、80 μL、100 μL和200 μL于10 mL容量瓶中，用体积分数为4%的乙酸溶液定容，得到浓度分别为30 μg/L、50 μg/L、80 μg/L、100 μg/L和200 μg/L的丙烯酰胺标准工作液。

1.3.2 样品制备

按GB 31604.1—2015和GB 5009.156—2016标准要求，采用4%乙酸溶液（体积分数）作为食品模拟物，特定迁移试验条件为70 ℃，2 h。将纸吸管样品置于合适的玻璃试管中，加入预热至70 ℃的4%乙酸溶液（体积分数），使样品完全浸没在溶液中，用锡箔纸密封试管口，置于70 ℃烘箱中保存2 h。浸泡结束后，将玻璃试管从烘箱中取出并冷却至室温，使迁移试验溶液充分混匀后，取其中1～2 mL溶液经0.22 μm PTFE微孔滤膜过滤至2 mL进样小瓶，用于高效液相色谱分析测试。

1.3.3 仪器条件

色谱柱：艾杰尔Venusil CIS 离子排斥色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）;流动相：硫酸溶液（0.003 6 mol/L）∶乙腈=91∶9;洗脱方式：等度洗脱;流速：0.5 mL/min;进样量：20 μL;紫外检测波长：198 nm。

1.3.4 特定迁移量的数学模型

纸吸管样品中丙烯酰胺特定迁移量的计算公式如下：

（1）

式中：X为样品中丙烯酰胺的特定迁移量，mg/kg;C为食品模拟物中丙烯酰胺的浓度，mg/L;C0为空白试液中丙烯酰胺的浓度，mg/L;V为食品模拟物的体积，L;S为样品与食品模拟物的接触面积（以下称接触面积），dm2;f为特定迁移量换算系数。按GB 5009.156—2016标准要求，纸吸管样品实际使用的接触面积（S0）和接触食品体积（V0）之比未知，因此f=6，dm2/kg。根据GB 31604.1—2015的基本要求，各种液态食品的密度通常以1 kg/L计。

2 结果与分析

2.1 不确定度来源

通过对实验过程和数学模型的输入量进行分析可知，测量纸吸管样品中丙烯酰胺迁移量的不确定度因素主要有样品测量面积、食品模拟物体积、标准工作溶液配制、校准曲线拟合、高效液相色谱仪、加标回收率和平行样品测量的重复性。

2.2 不确定度评定

2.2.1 测量样品面积引入的不确定度u（S）

由于纸吸管样品近似于空心圆柱，因此样品与食品模拟物的接触面积（即浸泡面积）为样品的侧面积，需要测量样品的直径和长度两个尺寸，测量结果分别为0.12 dm和2.30 dm，故样品的浸泡面积S为0.867 dm2。根据《钢直尺检定规程》JJG 1-1999，本实验室的钢直尺的示值误差为±0.001 dm，假设测量服从均匀分布（k=），则测量样品直径引入的不确定度分量为。同理可知，测量样品长度引入的不确定度分量为：

测量样品面积引入的不确定度为：

则相对不确定度为。

2.2.2 遷移试验引入的不确定度u（V）

根据迁移试验过程可知，样品在浸泡时引入的不确定度主要包括量筒容量偏差、量筒读数偏差和浸泡温度引起的体积偏差。

（1）食品模拟物的量取引入的不确定度。采用量程为250 mL的量筒量取130 mL配制好的4%乙酸溶液（体积分数）。根据《常用玻璃量器检定规程》（JJG 196—2006），20 ℃时250 mL量筒的容量误差为±1.0 mL，假设测量服从三角分布（k=），则标准不确定度为。

（2）量筒读数引入的不确定度。由于操作人员的习惯不同，在读取量筒数值时会存在读数误差。假设实验过程中允许的读数误差为±1%，且服从三角分布，则标准不确定度为。

（3）浸泡温度引入的不确定度。由于迁移试验需将浸泡样品的食品模拟物置于70 ℃的烘箱中，假设迁移试验过程中的温度变化为±2 ℃，因无法查得4%乙酸溶液（体积分数）在70 ℃时的膨胀系数，故近似视为水的膨胀系数0.022 69 /℃，服从均匀分布，则由浸泡温度引入的不确定度为。

因此，将3个不确定度分量加权平均计算得到由迁移试验引入的不确定度为：

2.2.3 测定浸泡液中丙烯酰胺浓度引入的不确定度u（C）

由于丙烯酰胺迁移量的测定是将迁移试验的浸泡溶液经微孔滤膜过滤后直接采用高效液相色谱进行分析，定量方法为外标法。因此，其测定过程的不确定度来源主要为标准物质浓度、标准工作溶液的配制、校准曲线拟合及测量仪器。

（1）标准物质浓度引入的不确定度u（ss）。查丙烯酰胺标准物质证书显示的扩展不确定度U（ss）=2%，k=2，计算其相对不确定度为。

（2）标准工作溶液的配制引入的不确定度u（D）。标准工作溶液的配制过程是依次采用移液器量取标准溶液和容量瓶定容进行浓度逐级稀释，因此该过程引入的不确定度为移液器和容量瓶。根据不同量器具的校准证书显示的扩展不确定度分别计算其相对不确定度分量，具体结果如表1所示。将各相对不确定度进行加权平均即得到标准工作溶液配制引入的相对不确定度为：

（3）校准曲线拟合引入的不确定度u（cal）。配制一系列质量浓度的丙烯酰胺标准溶液，采用1.3.3的液相色谱条件进行检测。以丙烯酰胺标准溶液的浓度（xi）为横坐标，对应的仪器响应值（yi）为纵坐标，采用线性最小二乘法拟合得到丙烯酰胺标准溶液的回归方程为y=332.21x+1.34，相关系数r2=0.999。纸吸管试样在相同测试条件下经过2次平行测定，将获得的仪器响应值通过校准曲线拟合即可得到浸泡液中丙烯酰胺的浓度，分别为0.024 mg/L和0.026 mg/L，则丙烯酰胺的平均浓度为0.025 mg/L。残余标准偏差为：

（2）

式中：n为校准曲线的浓度水平数;yi为校准曲线各浓度的响应值;y为由校准曲线拟合的理论响应值。

校准曲线拟合试液中丙烯酰胺的浓度引入的不确定度为：

（3）

式中：b为校准曲线的斜率;p为同一样品测试溶液的测定次数;n为校准曲线的浓度水平数;c为测试样品溶液浓度的平均值，mg/L;xi为校准曲线各浓度点的理论值，mg/L;x为校准曲线各浓度点的平均值，mg/L。部分参数的计算结果如表2所示。

其相对不确定度为：

（4）仪器的测量不确定度u（I）。丙烯酰胺迁移量测定采用的是液相色谱进行定量分析，查询该仪器校准证书给出的扩展不确定度为U（I）=5.2%，k=2，计算其相对标准不确定度为。

将以上4个不确定度分量进行加权计算，得到测定浸泡液中丙烯酰胺浓度过程引入的相对不确定度：

2.2.4 加标回收率引入的不确定度u（Rc）

由于测定浸泡液中丙烯酰胺的浓度存在回收率的问题，因此，为了考察回收率引入的不确定度，在10 mL的4%乙酸溶液（体积分数）中添加浓度为10 mg/L的丙烯酰胺标准溶液30 μL，得到0.03 mg/L的加标溶液，共制备6份。按照1.3所述方法进行测定，测得6份加标溶液中丙烯酰胺的加标回收率分别为100.6%、98.7%、101.9%、107.8%、103.2%和105.1%，计算平均回收率R为102.1%，标准偏差s（Rc）为2.217%。因此，回收率引入的相对不确定度为。

2.2.5 平行样品的重复测定引入的不确定度u（Rp）

从同批次的纸吸管中随机抽取6个样品，按照2.3进行丙烯酰胺迁移量测定，结果分别为0.030 mg/L、0.028 mg/L、0.028 mg/L、0.030 mg/L、0.027 mg/L和0.028 mg/L，计算平均值X为0.028 mg/L，标准偏差s（Rp）为0.000 97 mg/L，则平行样品的重复测定引入的相对不确定度为。

2.2.6 合成不确定度和扩展不确定度

为了计算方便，将纸吸管中丙烯酰胺迁移量测定的各相对不确定度分量进行汇总，如表3所示。由于各分量间相互独立无关，因此合成相对不确定度为：

根据平行样品重复测得样品试液中丙烯酰胺的平均浓度为0.028 mg/L，按照公式（1）计算得到该批样品的丙烯酰胺迁移量的均值X为0.025 mg/kg，则合成标准不确定度为u（X）=X×urel（X）=0.003 1 mg/kg。假设服从正态分布，95%的置信概率下取包含因子k为2，则丙烯酰胺迁移量测定结果的扩展不确定度为u（X）=k×u（X）=0.006 2 mg/kg。

2.3 报告结果

本实验测得纸吸管样品的丙烯酰胺特定迁移量为0.025 mg/kg，测量不确定度报告结果为X=（0.025±0.006 2） mg/kg，k=2。

3 结论与讨论

根据不确定度来源及相对不确定度的计算评估可知，影响纸吸管的丙烯酰胺迁移量检测结果的最主要因素为浸泡液中丙烯酰胺的浓度测定，而浓度测定过程中，校准曲线拟合引入的相对不确定度最大。可能是由于丙烯酰胺迁移量测定采用的是液相色谱-紫外检测法，丙烯酰胺的紫外吸收强度较低，可能存在低浓度水平时定量结果的偏差。因此，在实际检测工作中，可通过增加校准曲线浓度点的数量及进样次数改善拟合曲线的线性关系。同时，线性范围不宜过大，上下限浓度值的差异尽量控制在20倍以内，还要严格控制迁移试验温度，以提高平行样品间数据的稳定性和准确性。

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作者简介：钱凯（1983—），女，江苏常州人，硕士，工程师。研究方向：食品接触材料安全分析与评估测试。