電感耦合等離子體質(zhì)譜法對花生中鎘測量的不確定度評定

劉同英，武善風(fēng)，張立東

(臨沂出入境檢驗檢疫局，山東 臨沂 276034)

電感耦合等離子體質(zhì)譜法對花生中鎘測量的不確定度評定

劉同英，武善風(fēng)*，張立東

(臨沂出入境檢驗檢疫局，山東 臨沂 276034)

目的：利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法測定花生中鎘的標(biāo)準(zhǔn)方法，評定相應(yīng)的測量結(jié)果的不確定度。方法：建立數(shù)學(xué)模型；通過對測定過程中不確定度分量來源的分析，計算各不確定度分量，最后計算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度，以測量不確定度的形式對測量結(jié)果進(jìn)行表述。結(jié)果：花生樣品中鎘含量為(162±5)μg/kg，k=2，符合國家限量標(biāo)準(zhǔn)；本實驗方法測量不確定度的主要來源有4個方面，按引入的不確定度分量貢獻(xiàn)大小排序，依次為方法重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)、定容體積、稱樣量。結(jié)論：本評定方法適用于微波消解電感耦合等離子體質(zhì)譜儀法測量食品中元素含量的不確定度評定。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀；鎘；不確定度；花生；校準(zhǔn)

鎘是一種劇毒的重金屬元素，人體攝入少量鎘，即可對腎、肝、肺、睪丸、腦、骨骼、免疫、神經(jīng)系統(tǒng)等造成一系列損傷[1]。鎘還對人體具有致癌、致畸、致突變作用，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在1984年提出的具有全球意義的12種危害物質(zhì)中，鎘被列為首位。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，鎘污染問題日益嚴(yán)重，加之花生對鎘元素有強(qiáng)烈的富集作用[2]，許多國家對花生的鎘含量制訂了越來越苛刻的限量要求。選用一種快捷而穩(wěn)定的檢測方法檢測花生中鎘的含量，繼而對測定結(jié)果進(jìn)行正確的不確定度評定，對于提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度、確保食品安全具有重大而深遠(yuǎn)的意義[3]。本實驗采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法對花生鎘含量進(jìn)行測定，并參考相關(guān)文獻(xiàn)[4-9]對測定過程中各種因素引起的測量不確定度進(jìn)行評定。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

紅皮“?；ā被ㄉ?，去殼，充分粉碎混勻。

硝酸(優(yōu)級純) 德國Merk公司；超純水。

7500cx電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 美國安捷倫公司；MWS-3+微波消解儀 德國利曼公司；Milli-Q超純水儀 密理博公司；電子天平(感量0.1mg)。

1.2 測定方法

準(zhǔn)確稱取0.5000g粉碎的花生試樣，加入5.0mL硝酸浸泡過夜，微波消解條件下分解樣品，消解程序見表1。待反應(yīng)罐自然冷卻到室溫后，將消解液轉(zhuǎn)移入25mL容量瓶中，以去離子水定容到刻度。用ICP-MS上機(jī)檢測。ICP-MS儀器條件為：功率1200W，冷卻氣15mL/min，反應(yīng)氣0.75mL/min，輔助氣0.46mL/min，提液速度1mL/min，采樣深度7mm，氦氣模式，內(nèi)標(biāo)法定量(內(nèi)標(biāo)元素In112)。按照儀器說明書操作，調(diào)諧，靈敏度達(dá)到要求后進(jìn)樣檢測。

表1 微波消解程序Table 1 Program of microwave digestion

1.3 數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)上述測定方法，可知與花生中鎘含量有關(guān)的量值分別為：樣品稱取量、最終樣液定容體積及方法的回收率。分析各影響因素與花生中鎘含量的乘除關(guān)系，可得其測量數(shù)學(xué)模型為：式中：X為試樣中鎘含量[4](以濕基計)/(μg/g)；C為最終樣液中鎘的質(zhì)量濃度/(μg/mL)，由儀器工作站直接計算出；V為最終樣液定容體積/mL；m為樣品質(zhì)量/g；frec為回收率校正因子，等于回收率的倒數(shù)。

2 分析不確定度來源

根據(jù)實驗方法和數(shù)學(xué)模型分析，測量的不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合(儀器響應(yīng))、樣品的稱量、樣品溶液的定容、方法回收率及各種隨機(jī)效應(yīng)帶來的不確定度[5]。

3 不確定度的評定

3.1 由標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)過程引入的不確定度

此不確定度主要由標(biāo)準(zhǔn)儲備液質(zhì)量濃度的不確定度、配制標(biāo)準(zhǔn)中間液和標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的體積不確定度、ICP-MS進(jìn)樣量及響應(yīng)不穩(wěn)定性帶來的不確定度等組成。由于每次用ICP-MS上機(jī)測量樣品溶液前后都用標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行校準(zhǔn)，由儀器進(jìn)樣量及儀器響應(yīng)不穩(wěn)定性帶來的不確定度很小，可以一并在后面由隨機(jī)效應(yīng)引起的不確定度中計算。

3.1.1 由標(biāo)準(zhǔn)儲備液質(zhì)量濃度引入的不確定度

鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液購于國家標(biāo)準(zhǔn)品中心，質(zhì)量濃度為(1000±2)mg/mL，假設(shè)為正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)儲備液質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：u(CStock)=2/1.96=1.02mg/mL，u(CStock)/CStock=1.02/1000= 0.0010。

3.1.2 由配制標(biāo)準(zhǔn)中間液和標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的體積不確定度

實驗所用移液管及容量瓶等量具，每年及購進(jìn)后都經(jīng)過實驗人員校準(zhǔn)，達(dá)到A級要求。按照J(rèn)JG 196—2006《常用玻璃量具鑒定規(guī)程》[6]，用最大允差計算不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程：用1mL移液管準(zhǔn)確吸取1000mg/mL的鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液1.00mL至100mL容量瓶中，用5%硝酸定容至刻度，配成10mg/mL標(biāo)準(zhǔn)中間液。再用1mL移液管吸取此標(biāo)準(zhǔn)中間液1.00mL至100mL容量瓶中，用5%硝酸定容至刻度，配成100μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)中間液。由100μg/mL標(biāo)準(zhǔn)中間液進(jìn)一步配制1.00、2.00、3.00、4.00、5.00μg/mL系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，各標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度及所用量具見表2。

表2 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液配制表Table 2 Recipes of a series of standard solutions

配制標(biāo)準(zhǔn)中間液及系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的相關(guān)玻璃量具及不確定度見表3。3.1.2.1鎘標(biāo)準(zhǔn)中間液引入的體積不確定度

表3 玻璃量器校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度Table 3 Standard uncertainty introduced by glass container calibration

配制10mg/mL和100μg/mL鎘標(biāo)準(zhǔn)中間液引入的體積不確定度，是由1mL移液管和100mL容量瓶引入的。1mL A級移液管的最大允許誤差為0.007mL，按均勻分布，取k= 3，則其體積標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.007/ 3= 0.0041mL；相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0041/1=0.0041。由于實驗室溫度控制較好，溫差波動不超過±3℃，水在20℃時的膨脹系數(shù)為2.1×10-4mL/℃，由溫度變化引起的體積相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：3×2.1×10-4/ 3=0.00036，其總體積相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0041，可見，對于小體積的量具，可以忽略差引起的體積變化。同理，100mL容量瓶校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.00058；則其總體積相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.00068。所以，經(jīng)兩次稀釋定容配制成100μg/mL鎘標(biāo)準(zhǔn)中間液所引入的體積相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.1.2.2 配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的體積不確定度

配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的體積不確定度，來源于1、2、5mL單標(biāo)移液管、5mL吸管和100mL容量瓶。5mL吸管的最大允許誤差為0.025mL，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.025/ 3=0.0144mL。對系列標(biāo)準(zhǔn)溶液體積不確定度的分析見表4。

表4 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液體積不確定度Table 4 Uncertainty of a series of calibration solutions

計算時取最大不確定度值，即3.00μg/mL鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度值0.0076，作為標(biāo)準(zhǔn)溶液由體積引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

所以，校準(zhǔn)過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.2 樣品質(zhì)量引入的不確定度

電子天平的檢定證書給出的最大允許誤差為±0.0004g，按均勻分布[7]，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0004/ 3＝

0.00023 g。通常使用天平稱取樣品時需經(jīng)兩次獨立稱量(一次去皮，一次凈質(zhì)量)，因此天平校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱取0.5000g樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為urel(m)＝0.00033/0.5000＝0.00066。

3.3 定容體積引入的不確定度

3.4 隨機(jī)效應(yīng)引入的不確定度

包括樣品均勻性、稱樣、微波消解、轉(zhuǎn)移定容、儀器進(jìn)樣量和儀器響應(yīng)的重復(fù)性等，由于整個過程較為復(fù)雜，單個因素進(jìn)行不確定度評定較為困難。對待測樣品在選定的條件下重復(fù)測量6次，所得結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差等見表5。

表5 樣品重復(fù)測定結(jié)果Table 5 Repeatability of determination results

標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，則方法重復(fù)性即隨機(jī)效應(yīng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：

3.5 方法回收率的影響

方法回收率采用150μg/mL水平6次樣品添加回收的相關(guān)數(shù)據(jù)計算。添加回收率測定結(jié)果見表6。平均回收率99.7%，與100%無顯著性差異，說明不必采用frec修正結(jié)果。

表6 方法回收率實驗結(jié)果Table 6 Recovery rates for cadmium

4 不確定度的合成

將上述各項不確定度分量進(jìn)行合成，檢測結(jié)果的總合成相對不確定度

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：uc(X)= X×urel(X)=162× 0.0149=2.4μg/kg。取置信水平為95%，包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度：U=k×uc(X)=2×2.4≈5μg/kg。

5 測定結(jié)果

該花生樣品中鎘的含量(以濕基計)為：X=(162±5) μg/kg，k=2。即在95%的置信區(qū)間內(nèi)，該花生樣品中鎘元素的含量在157μg/kg至167μg/kg之間。該檢測結(jié)果符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2005《食品中污染物限量》[9]0.5mg/kg的限量要求，但尚未達(dá)到農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T420—2000《綠色食品花生(果、仁)》[10]0.1mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)，該花生樣品不是綠色食品。

6 討 論

從以上計算分析看，本實驗方法測量不確定度的主要來源有4個方面，按引入的不確定度分量貢獻(xiàn)大小排序，依次為方法重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)、定容體積、稱樣量。在樣品的測試過程中，應(yīng)該盡量使用相同的器具，購買國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心生產(chǎn)的合格的標(biāo)準(zhǔn)儲備液，選用精度高、經(jīng)計量檢定的移液管和容量瓶配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，以提高檢測準(zhǔn)確度，確保方法的良好重現(xiàn)性。另外，樣品質(zhì)量所引入的不確定度也較大，這是由于用ICP-MS上機(jī)檢測樣品的稀釋倍數(shù)較大，樣品稱樣量小所造成?？梢?，對于稱樣量小的測定，必須選用精密度高的天平準(zhǔn)確稱量。同時，分析測試人員在定量分析中應(yīng)熟練操作，注意避免可能對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響的各種隨機(jī)因素干擾，使測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。

本評定方法適用于微波消解電感耦合等離子體質(zhì)譜儀法測量食品中元素含量的不確定度評定。

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Uncertainty Evaluation for the Determination of Cadmium in Peanuts by ICP-MS

LIU Tong-ying，WU Shan-feng*，ZHANG Li-dong
(Linyi Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Linyi 276034, China)

Objective∶ To establish a determination method of cadmium in peanuts by inductively coupled plasma-mass spectroscopy (ICP-MS) and evaluate the uncertainty of determination results. Methods∶ A mathematic model was established by analyzing the uncertainty sources from different parts. The final uncertainty degree was calculated by standard uncertainty and extended uncertainty during measurements. Results∶ The cadmium content in peanuts was determined to be (162 ±5)μg/ kg with a k value of 2, which met the national standard. The major uncertainty was attributed to four sources such as repeatability of measurement, calibration of standard solution, volume and sampling. Conclusion∶ This method is applicable to the evaluation of uncertainty during component determination in foods by ICP-MS.

inductively coupled plasma-mass spectroscopy (ICP-MS)；cadmium；uncertainty evaluation；peanut；calibration

O65

A

1002-6630(2011)14-0285-04

2010-10-10

劉同英(1966—)，女，高級獸醫(yī)師，本科，主要從事進(jìn)出口食品檢測研究。E-mail：ltongying@163.com

*通信作者：武善風(fēng)(1969—)，女，工程師，大專，主要從事食品中元素檢測研究。E-mail：3066900@163.com