Разработка стандартного образца предприятия состава капусты пекинской с аттестованным содержанием селена Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

РАЗРАБОТКА И ПРОИЗВОДСТВО СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ

DEVELOPMENT AND PRODUCTION OF REFERENCE MATERIALS

Статья поступила в редакцию 25.06.2013, доработана 12.05.2014

УДК 006.9:53.089.68:635.345

РАЗРАБОТКА СТАНДАРТНОГО ОБРАЗЦА ПРЕДПРИЯТИЯ СОСТАВА КАПУСТЫ ПЕКИНСКОЙ С АТТЕСТОВАННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ СЕЛЕНА

Разработан стандартный образец предприятия состава капусты пекинской с аттестованным содержанием селена для контроля точности результатов определения селена и проведения внутрила-бораторного контроля качества аналитических работ при анализе продовольственного сырья.

Ключевые слова: селен, стандартный образец предприятия, оценка неопределенности, гидридный атомно-абсорбционный метод, химическая пробоподготовка.

Селен - важнейший фактор, влияющий на здоровье человека, входит в состав фермента глутатионпероксидазы (GPX), который разрушает в организме активные кислородные соединения (радикалы) и входит, наряду с витаминами E и C, в систему антиоксидантной защиты. Многочисленные исследования подтвердили важную роль селена в профилактике онкологических, сердечно-сосудистых, инфекционных и других заболеваний [1, 2]. Данный элемент необходим в определенном количестве, при этом нижняя граница обеспеченности для взрослого человека составляет 16...21 мкг в день [3]. Следует отметить, что селен по специфическому воздействию на живые организмы относится к токсичным элементам I группы опасности (решение комитета экологической политики (CEP), Европейской экономической комиссии (UNECE or ECE)) [4].

Учитывая это, становится очевидным, что контроль за содержанием селена в продовольственном сырье и продуктах питания является чрезвычайно важной задачей для современной аналитической химии. Сегодня оптимальное содержание селена в продовольственном сырье и продуктах питания должно стать неотъемлемым показателем качества и безопасности продукции [5].

При определении селена в растительных материалах большое значение приобретает доверие к результатам измерений. При этом неотъемлемой частью обеспечения качества аналитических работ является использование стандартных образцов состава, аттестованных на содержание селена [6].

Стандартный образец (СО) позволит обеспечить в лаборатории единство и точность измерений селена при проведении химического количественного

Чупахин Д.А.

Старший преподаватель ФГБОУ ВПО

«МГУТУ им. К.Г. Разумовского» Россия, 109004, г. Москва, ул. Земляной Вал, 73 E-mail: [email protected]

Орлова В.А.

Д-р хим. наук, профессор ФГБОУ ВПО «МГУТУ им. К.Г. Разумовского» Россия, 109004, г. Москва, ул. Земляной Вал, 73

анализа продовольственного сырья растительного происхождения.

Цель исследований - создать стандартный образец предприятия состава капусты пекинской для оценки точности результатов определения селена в продовольственном сырье и проведения внутрилабораторного контроля качества аналитических работ.

Для выполнения этих целей были поставлены следующие задачи: проведение мелкоделяночного полевого опыта с внесением селената натрия под капусту пекинскую в виде некорневой подкормки; подготовка исходного материала капусты пекинской для разработки СО предприятия; установление аттестованного содержания селена и границы неопределенности (величины интервала вокруг аттестованного содержания) в разрабатываемом СО предприятия состава капусты пекинской.

Экспериментальная часть

В программу эксперимента входило проведение мелкоделяночного полевого опыта с внесением селената натрия под капусту пекинскую в виде некорневой подкормки. В качестве исходного материала для приготовления стандартного образца предприятия (СОП) использовали капусту пекинскую - гибрид F1 «Ника» Brassica rapa ssp. Pekinensis (Lour.). Агротехника полевого опыта общепринятая. Рассаду выращивали в обогреваемой теплице в кассетах с размером ячеек 4 х 4 х 4,5 см. Посадку рассады проводили в открытый грунт по схеме 70 х 30. Размещение делянок систематическое, площадью 44,1 м2, число растений на делянке - 210, площадь питания одного растения - 0,21 м2 [7].

Отбор исходного материала для СОП проводили в виде многократного отбора проб капусты пекинской из одного места произрастания - поля. Масса отобранного исходного единичного материала составила не менее 1 кг. Отобранный материал герметично упаковывали в полиэтиленовые емкости и доставляли в лабораторию.

Подготовку СОП (измельчение, сушка, усреднение) проводили в соответствие с МУ [8]. Высушенные воздушно-сухие пробы массой 200 г помещали в герметичную тару. Определение селена в пробах проводили гидридным атомно-абсорбционным спектрометрическим методом (ГААС) на спектрометре "AAS Vario 6" (Analytik Jena AG, Германия) с предварительной химической минерализацией проб в замкнутой системе с резис-тивным нагревом в автоклавах АТ1С-М (Анкон-АТ, Россия) с объемом реакционных камер 30 см3 смесью реактивов: азотная кислота 4 мл + пероксид водорода

1 мл (при Г = 160, 180 и 200 °С в течение 4 ч). Масса навески - 0,5 г.

Установление аттестованного содержания селена в СОП проводили первичным методом в соответствии с [9]. Для этого выполнили 20 определений селена в двукратной повторности ГААС методом в СОП (табл. 1) по методике [10].

Таблица 1

Результаты измерений массовой доли селена в СОП состава капусты пекинской, мг/кг

№ результата i Результат У № результата i Результат У

1 0,045 11 0,032

2 0,064 12 0,046

3 0,034 13 0,051

4 0,043 14 0,034

5 0,065 15 0,041

6 0,056 16 0,041

7 0,051 17 0,051

8 0,049 18 0,041

9 0,027 19 0,031

10 0,035 20 0,050

стандартное отклонение sy = 0,011

среднее У = 0,044

диапазон значений R = 0,038

Диапазон результатов измерений селена (Я) для СОП составил

R = У(макс) - У(мин) = 0,065 - 0,027 = 0,038.

По [9] нашли для п = 20 значение функции /(20) = 5,0. По данным [10], стандартное отклонение повторяемости методики выполнения измерений (МВИ) в условиях промежуточной прецизионности составляет 0,009. Отсюда определили критический диапазон:

СЯо,95 = Ж) • Овд = 5,0 х 0,009 = 0,045.

Диапазон результатов определения селена в СОП = 0,038, что меньше критического диапазона, равного 0,045, т. е. выполняется неравенство Я,< СЯ0 95(п), следовательно, все результаты измерений селена в СОП считаются приемлемыми и используются для оценки аттестованного значения. Тогда аттестованное значение СОП оцениваем как среднее арифметическое значение, равное 0,044 мг/кг.

Стандартную неопределенность от прецизионности иргес вычислили по формуле [9]:

Ир,

^ = 0,011 / 4,472 = 0,0025.

гес л/и

Для установления величины интервала вокруг аттестованного содержания селена (У) в СОП (граница неопределенности), в пределах которого находится большая часть распределения значений, необходимо провести расчет расширенной неопределенности (и).

Расчет расширенной неопределенности СОП провели по формуле [11]:

У±и = У±к-ис(У),

где к - коэффициент охвата, равный 1,65 (что соответствует Р = 0,95 по [12]),

ис(У) - суммарная неопределенность СОП. Для определения суммарной неопределенности СОП по формуле [11]:

ЛУ) = 4

2 2 2 исМг +ик +изшЬ ,

необходимо найти исЬаг - неопределенность от способа установления аттестованного значения СО, иЛ - стандартную неопределенность от неоднородности, и$аЬ -стандартную неопределенность от нестабильности.

Оценку неопределенности от неоднородности (иЛ) СОП состава капусты пекинской провели по [11].

Стандартную неопределенность от неоднородности рассчитали по формуле:

(Б Б н-Б Бе) М0 У ' М'

где М0 - масса каждой пробы СОП (0,5 г);

М - наименьшая представительная проба СОП (0,2 г);

- средние квадраты отклонений результатов измерений селена от средних значений для каждой пробы;

- средние квадраты отклонений результатов измерений селена от средних значений между пробами;

J - число многократных измерений. Для определения числа отбираемых проб СОП рассчитали отношение:

Q = идоп / 5мви = 3,6

где идоп - допускаемое значение расширенной неопределенности (0,032);

5мви - стандартное отклонение повторяемости (равное 0,009 по [10, 13]).

По [11] нашли число отбираемых проб (п = 11) при фиксированном числе многократных измерений (J = 4).

Рассчитали среднеарифметические значения У всех N J результатов измерения селена (табл. 2).

Таблица 2

Результат исследования неопределенности от неоднородности СОП состава капусты пекинской

Номер Номер результата У) (средн.)

пробы 1 2 3 4

1 0,044 0,039 0,046 0,036 0,041

2 0,075 0,054 0,029 0,052 0,053

3 0,025 0,044 0,046 0,048 0,041

4 0,047 0,039 0,036 0,051 0,043

5 0,037 0,055 0,052 0,074 0,055

6 0,045 0,067 0,042 0,041 0,049

7 0,058 0,044 0,025 0,043 0,043

8 0,052 0,046 0,044 0,049 0,048

9 0,025 0,028 0,050 0,045 0,037

10 0,026 0,044 0,039 0,033 0,036

11 0,033 0,030 0,036 0,053 0,038

Уп (средн.) 0,042 0,045 0,040 0,048 0,044

Вычислили сумму квадратов отклонений результатов измерений от средних значений для каждой пробы:

N 7 п=1

и сумму квадратов отклонений средних результатов для каждой пробы от среднего арифметического всех результатов:

ЭБн=^(хп-х)2.

№=1

Тогда = 0,0040, SSH =0,0016. Вычислили средние квадраты отклонений результатов измерений от средних значений для каждой пробы:

Ж/[#(•/-!)]

и между пробами:

Тогда Щ, = 0,000126, ББН = 0,00016. Рассчитали неопределенность от неоднородности:

"й

0.00016-0.00012 0-5_00079

4 0.2 ' .

Оценку неопределенности от способа установления аттестованного значения СО по результатам измерений

с использованием аттестованной МВИ [10] провели по [11]:

*char

+

УДО) + sr

р2п

где SI(0) - стандартное отклонение промежуточной прецизионности, обусловленное различием между операторами;

р - число операторов (уровней промежуточной прецизионности);

п - число измерений каждого оператора в условиях промежуточной прецизионности;

sr - стандартное отклонение результатов измерений селена в СОП из р = 2, п = 4 (табл. 3);

о@ - стандартная неопределенность систематического смещения результатов измерений для лаборатории (равное 0,014 [13]).

Таблица 3

Результат исследования неопределенности от неоднородности СОП состава капусты пекинской

Уровень Номер результата Среднее Srj

(оператор) 1 2 3 4 Уп

1 0,044 0,039 0,046 0,036 0,041 0,0046

2 0,052 0,046 0,044 0,049 0,048 0,0035

среднее 0,045

Вычислили стандартное отклонение результатов измерений селена в СОП:

=

^—L = 0,0052.

Вычислили стандартное отклонение промежуточной прецизионности, обусловленное различием между операторами:

stw = J'Zl(yl-y)

= 42 Sr _

-^ = 0,013. п

Сравнили sr со стандартным отклонением повторяемости ог (равное 0,009 по [10]) по критерию хи-квадрат, проверив неравенство:

^ < *0,95(У) о?" V ,

где число степеней свободы V = р(п -1) = 2(4-1) = 6;

х20,95(V) - квантиль ^-распределения, равен 12,592 по [11].

Неравенство выполняется, т.к. 0,33 < 26,43, тогда повторяемость результатов для двух операторов (уровней промежуточной прецизионности) удовлетворительна. Для дальнейшей обработки принимаем результаты, полученные на всех уровнях.

Сравнили sI(0) и стандартное отклонение промежуточной прецизионности ащ (равное 0,015 по [10]) по критерию хи-квадрат, проверив неравенство:

с2 _

До)

1--1Я

*0,95

(V)

J/(o) '

1-

где число степеней свободы V = р - 1 = 2 - 1 =1, х20,95( V) = 3,841 по [11]. Неравенство выполняется, т.к. 1,01 < 3,841, тогда стандартное отклонение sl{0) является приемлемым и результаты можно использовать для оценки аттестованного значения СОП и стандартной неопределенности от способа установления аттестованного значения.

Далее рассчитали:

uchar = J 0,014 +

2 0.0132 0.0052

22 -4

= 0,0169.

Неопределенность, связанная с установлением аттестованного значения СО исЬаг = 0,0169.

Оценку стандартной неопределенности от нестабильности в момент времени t провели по формуле [11]: и^аЬ = sa х t, где sa - стандартное отклонение коэффициента скорости изменения результата определения селена в СОП в условиях промежуточной прецизионности (а) в момент времени t.

Для оценки неопределенности от нестабильности за период исследования стабильности СОП определили число измерений селена по [11], которое зависит от соотношения о^ / идоп, где идоп - допускаемое значение расширенной неопределенности аттестованного значения СОП (равное 0,032); о^ - оцененное значение стандартного отклонения промежуточной прецизионности (равное 0,015 по [10]). Получили соотношение оод / идоп = 0,015 / 0,032 = 0,47. Тогда минимальное число измерений при исследовании нестабильности СОП равно 4.

Исследования стабильности СОП состава капусты пекинской проводили в условиях промежуточной прецизионности в течение 18 месяцев. Периодичность проверки составила 6 месяцев ^ = 6). Результаты представлены в табл. 4.

Таблица 4

Результат исследования стабильности СОП состава капусты пекинской

№ п/п У, мг/кг 1 аб, (1 - а)0м 0,

1 0,045 0 0 0 0 -

2 0,049 0,004 0,001 0 0,001 0,001

3 0,034 -0,011 -0,003 0,001 -0,002 0,004

4 0,050 0,005 0,002 -0,002 0,0001 0,002

У = 0,044, а = 0,3, 1 = 6 0,007

Определили скользящие размахи Я, по формуле Я = D¡ - D¡-1. _

Средний скользящий размах Я = 0,0024.

Стандартное отклонение разностей результатов в0 вычислили по среднему скользящему размаху Я по формуле ^ = 0,89Д . ^ = 0,89 х 0,0024 = 0,0021.

Определили коэффициент а по полученным значениям D¡ методом наименьших квадратов по формуле:

а = -= -0,0045 / 108 = -0,000042.

I'?

¿=1

Определили стандартное отклонение ва коэффициента а по формуле:

5 =

= 0,00021.

п 1=1

Оценили стандартную неопределенность от нестабильности (изаь) в момент времени 1 по формуле:

и.а = х г = 0,00021 х 6 = 0,00126.

Проверили гипотезу об отсутствии тренда. Для проверки гипотезы вычислили отношение ? по формуле:

? = — = -0,000042 / 0,00021 = -0,202.

Сравнили полученное значение ? = 0,202 с квантилем распределения Стьюдента ?0 95(п - 1) = 3,182, найденному по [14].

Неравенство Т < 10,95(п - 1) выполняется, т.к. 0,202 < 3,182, тогда гипотезу об отсутствии тренда принимаем.

Следовательно, статистически значимого изменения за период исследования стабильности СОП состава капусты пекинской не обнаружено.

По [15] определили срок годности СОП (Т) по формуле:

ит

Т<

*0,95(и-1)

где ит= — -х.идоп, коэффициент Г0,д5(п - 1) = 3,182,

ит - допускаемое значение погрешности от нестабильности.

0,0213

Тогда Т =

= 32 месяца, или 2 года

3,182x0,00021 8 месяцев.

В соответствии с [12] продолжительность исследования нестабильности должна быть более половины срока годности СО. При проведении исследования стабильности СОП в течение 18 месяцев (1,5 года) определили срок его годности (1,5 х 2), равный трем годам.

Неопределенность от нестабильности из1аЬ = 0,0012. Срок годности СОП состава капусты пекинской составляет три года.

Для расчета суммарной неопределенности ис(У) вычислили стандартную неопределенность от нестабильности и$аь = 0,0012; неопределенность, связанную с установлением аттестованного значения и^аг = 0,0169; стандартную неопределенность от неоднородности и„= 0,0079.

Тогда и^ = Каг2+иИ*+\аь2 = Л10,01692+0,00792 +0,0012 = 0,0186.

Провели расчет расширенной неопределенности (и) СОП и = к-ис(у) = \,65-0,0187 = 0,031.

По результатам исследований получили среднее содержание селена в СОП ± расширенная неопределенность: У±и = У±к-ис(У) = 0,044 ± 0,031.

В паспорт на стандартный образец состава капусты пекинской записываем аттестованное содержание селена 0,044 ± 0,031 мг/кг абс.сухого вещества.

Выводы

Разработан стандартный образец предприятия состава капусты пекинской (СОП КП) для оценки точности результатов определения селена при анализе продовольственного сырья растительного происхождения с аттестованным содержанием селена (р) 0,044 мг/кг с нормированным значением погрешности (неопределенности) 0,031 мг/кг абс. сухого вещества. Наименьшая представительная проба СОП КП - 0,5 г, срок годности -3 года.

ЛИТЕРАТУРА

1. Lombeck I., Menzel H. "Selenium in Neonates and Childeren". Selenium in Medicine and Biology. Berlin, New York: Walter de Gruyter & Co., 1988. Pp. 197-206.

2. Lonnerdal B. "Effects of milk and milk components on calcium, magnesium and trace elements absorption during infancy". Physiol. Rev. 1997; 77(3): 643-669.

3. Poggi V., Arcioni A., Filippini P. and Pifferi P.G. "Foliar Application of Selenite and Selenate to Potato (Solarium tuberosum): Effect of a Ligand Agent on Selenium Content of Tubers". J. Agric. Food Chem. 2000; 48: 4749-4751.

4. Селен. Гигиенические критерии состояния окружающей среды // Всемирная организация здравоохранения, 1989. 270 с.

5. Чупахин Д.А., Орлова В.А. Разработка нормативов аналитического контроля качества и безопасности продовольственного сырья и продуктов питания // Пищевая промышленность. 2013. № 5. С. 41-43.

6. Орлова В.А. Аналитические автоклавы. Автоклавная пробоподготовка в химическом анализе. М.: ЦИНАО, 2003. 104 с.

7. Сычев В.Г.,Чупахин Д.А., Орлова В.А. Содержание селена в капусте пекинской в зависимости от количества применяемого селената натрия // Плодородие. 2009. № 3(48). С. 50-52.

8. Горшкова Г.И., Веселитская Т.В. Методические указания по проведению оперативного внутрилабораторного контроля качества анализа кормов и растений. М.: ЦИНАО, 1985. 32 с.

9. МИ 3174-2009. Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Установление прослеживаемости аттестованных значений стандартных образцов. Екатеринбург, 2009. 39 с.

10. ГОСТ Р 53182-2008 (EVS-EN 14627:2005). Продукты пищевые. Определение общего мышьяка и селена методом атомно-абсорбционной спектрометрии с генерацией гидридов с предварительной минерализацией пробы под давлением. М: Стандартинформ, 2010. 12 с.

11. Р 50.2.058-2007 ГСИ. Рекомендации по метрологии. Оценивание неопределенностей аттестованных значений стандартных образцов. М.: Изд-во стандартов, 2008. С. 30.

12. Фридман А.Э. Основы метрологии. Современный курс. СПб.: НПО «Профессионал», 2008. 284 с.: ил.

13. Фирсов В.Т., Деньгина С.А., Громова Т.Б., Чупахин Д.А. Использование стандартных образцов при аттестации средств измерений // Плодородие. 2013. № 3. С. 38-40.

14. Пронкин Н.С. Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям: учеб. пособие для вузов. М.: Логос: Университетская книга, 2007. 392 с.

15. Р 50.2.031-2003. ГСИ. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Методика оценивания характеристики стабильности. М.: Изд-во стандартов, 2004. 10 с.

DEVELOPMENT OF IN-PLANT REFERENCE MATERIAL FOR COMPOSITION OF CHINESE CABBAGE WITH CERTIFIED

SELENIUM CONTENT

D.A. Chupahin, V.A. Orlova

In-plant reference material for composition of Chinese cabbage with certified selenium content was developed for accuracy control of the results of selenium determination and within-laboratory quality control of analytical work in the analysis of food raw material.

Key words: selenium, in-plant reference material, uncertainty evaluation, hydride atomic absorption method, chemical sample preparation.