電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定高鈣片中鉛、砷、鉻和鎘含量的不確定度評(píng)定

閆順華，王秀霞，嚴(yán)婭，沙拉麥提·艾力

（新疆維吾爾自治區(qū)食品藥品檢驗(yàn)所，新疆 烏魯木齊 830004）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)保健食品的需求日益增加，補(bǔ)鈣類保健食品原料多以海產(chǎn)動(dòng)物鮮骨、水產(chǎn)貝殼等構(gòu)成，由于動(dòng)物的飲食及海洋污染等原因，導(dǎo)致此類產(chǎn)品攝取、沉積重金屬較多，原材料的污染導(dǎo)致了其產(chǎn)品的重金屬元素超標(biāo)，這些有毒有害元素被人體攝取后，會(huì)和體內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)合，影響人體正常代謝，最終傷害神經(jīng)、肝、腎等組織。測(cè)量不確定度是目前國際上普遍接受和推薦使用的定量說明檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量的參數(shù)，能夠客觀地評(píng)價(jià)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在保健食品國家風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)任務(wù)中，鉛、砷、汞是日常檢測(cè)指標(biāo)，鉻、鎘檢測(cè)的相對(duì)較少。本試驗(yàn)采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定鉛、砷、鉻、鎘4 種元素，能夠極大的提高檢驗(yàn)效率，并依據(jù)JJF 1135-2005《化學(xué)分析測(cè)量不確定度評(píng)定》[1]和JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[2]，按照國家新頒布的GB 5009.268-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中多元素的測(cè)定》[3]中的電感耦合等離子體質(zhì)譜法（inductively couple plasma mass spectrometer，ICP-MS），分析檢測(cè)過程中影響不確定度的因素，并對(duì)不確定度進(jìn)行評(píng)估，如實(shí)反映檢測(cè)結(jié)果的置信度和準(zhǔn)確度[4-8]，為保健食品國家安全性評(píng)價(jià)提供有力的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

ICAP Q 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）：Thermo Fisher Scientific 公司；Mettler Toledo AE240 型萬分之一分析天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；Multiwave PRO 型微波消解儀：奧地利安東帕公司；DTK-型控溫電熱板：湖南金蓉園儀器設(shè)備有限公司；所用玻璃量器均為A 級(jí)。

ICP-MS 分析用多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：100 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；硝酸：優(yōu)級(jí)純，德國Merck 公司。

高鈣片：國家認(rèn)監(jiān)委提供的能力驗(yàn)證樣品。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的配制

用1 mL 單標(biāo)線吸量管準(zhǔn)確吸取1.0 mL ICP-MS分析用多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液于10 mL 容量瓶中，用3%的硝酸定容至刻度，得到濃度為10 μg/mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)中間液的配制

用1 mL 單標(biāo)線吸量管準(zhǔn)確吸取1.0 mL 混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液至100 mL 容量瓶中，用3%的硝酸定容至刻度，搖勻，得到濃度為100 ng/mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)中間液。

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)工作液的配制

分別移取 0.50、1.00、2.00、3.00、4.00 mL 和 5.00 mL標(biāo)準(zhǔn)中間液至6 個(gè)10 mL 容量瓶中，用3%的硝酸定容至刻度，搖勻，得到質(zhì)量濃度為 5.0、10.0、20.0、30.0、40.0 ng/mL 和50.0 ng/mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列。

1.3 樣品前處理

稱取0.25 g（精確至0.000 1 g）高鈣片樣品于微波消解管內(nèi)，加硝酸6.0 mL 浸泡過液；加2.0 mL 過氧化氫，然后將其放在微波消解儀中按微波消解程序（見表1）進(jìn)行消解，直至消化液呈無色透明，冷卻后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解管放在控溫電熱板上于160 ℃加熱2 h 進(jìn)行趕酸。放冷，用滴管將試樣消化液洗入25 mL 容量瓶中，用超純水少量多次洗滌消解管，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混勻備用，同時(shí)做試劑空白。

表1 微波消解程序Table 1 Microwave digestion program

1.4 加標(biāo)樣品制備

平行稱取6 份陰性鈣片樣品，每份0.25 g（精確至0.000 1 g）置于25 mL 具塞磨口離心管中，分別加入35 μL 10 μg/mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)中間液，其余步驟同1.3樣品前處理。

1.5 ICP-MS工作條件

射頻功率：1.55 kW；采樣深度：10 mm；等離子氣流量：15.0 L/min；載氣流速：0.8 L/min；霧化室溫度：2 ℃；氦碰撞模式：泵速 40 r/min；測(cè)量點(diǎn)數(shù)/峰：3；數(shù)據(jù)采樣模式：跳峰采集；重復(fù)次數(shù)：3。測(cè)定時(shí)選取的同位素為208Pb、75As、52Cr、111Cd，同時(shí)選用209Bi、72Ge、115In 作為內(nèi)標(biāo)元素，并讓系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行匹配待測(cè)元素，以監(jiān)控和校正信號(hào)的漂移，有效消除基體性干擾。

1.6 數(shù)學(xué)模型

標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列經(jīng)ICP-MS 分析，以待測(cè)元素的濃度（ng/mL）為橫坐標(biāo)，離子強(qiáng)度響應(yīng)值（cps）為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。待測(cè)樣品用同樣的方法分析后，將樣品的離子強(qiáng)度響應(yīng)值代入標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算得到樣品中各元素的濃度。計(jì)算公式為：

式中：X 為樣品中待測(cè)元素的含量，mg/kg；c 為樣品中待測(cè)元素的濃度，ng/mL；V 為樣品消化后的定容體積，mL；m 為樣品的稱取質(zhì)量，g。

1.7 不確定度的來源分析

從樣品的檢測(cè)過程，分析不確定度的來源，用圖1所示的因果圖表示如下。

圖1 ICP-MS 測(cè)定高鈣片中Pb、As、Cr 和Cd 含量的不確定來源因果圖Fig.1 Uncertainty sources for determination of Pb，As，Cr and Cd in high calcium tablets with ICP-MS

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品溶液制備及測(cè)量過程引入的不確定度分量

2.1.1 樣品稱量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（rW樣）

查萬分之一天平的檢定證書，在10 mg≤m≤50 g 的稱量范圍內(nèi)，其最大允許誤差為0.5 mg（即0.000 5 g），假定為均勻分布實(shí)際稱取樣品質(zhì)量的平均值則：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.1.2 樣品溶液定容引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（W樣）

25 mL 容量瓶（A 級(jí)）的不確定度主要由容量允差及溫度影響引入。查JJG196-2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》[9]得，A 級(jí) 25 mL 容量瓶的允差為±0.03 mL，按均勻分布估算，則：

實(shí)驗(yàn)室溫度為25 ℃，容量瓶校準(zhǔn)時(shí)溫度為20 ℃，由于液體的體積膨脹明顯大于容量瓶的體積膨脹，可只考慮液體的體積膨脹，認(rèn)為供試液的體積膨脹系數(shù)與水近似，水的體積膨脹系數(shù)為0.000 21 ℃-1，因此產(chǎn)生體積變化的半寬為：25 mL×0.000 21 ℃-1×5 ℃=0.026 3 mL，假設(shè)體積變化為均勻分布，則：

2.1.3 ICP-MS 引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（E）

查所使用ICP-MS 的校準(zhǔn)證書，該儀器的測(cè)量重復(fù)性即相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation ，RSD）為1.1%，按均勻分布，則ICP-MS 引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

按1.3 樣品前處理方法，平行制備10 份待測(cè)樣品溶液，測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 樣品溶液測(cè)量數(shù)據(jù)Table 2 Results for the determination of samples

續(xù)表2 樣品溶液測(cè)量數(shù)據(jù)Continue table 2 Results for the determination of samples

2.1.5 方法回收率引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（R）

由于待測(cè)樣品在前處理過程中受樣品性質(zhì)和基質(zhì)效應(yīng)等的影響，會(huì)引起樣品中的待測(cè)元素不能100%的進(jìn)入測(cè)定液中，該過程引入的不確定度可以通過加標(biāo)回收試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估[10-12]。對(duì)1.4 制備的加標(biāo)樣品進(jìn)行測(cè)定，將平均回收率、標(biāo)準(zhǔn)偏差S（R）結(jié)果分別代入公式計(jì)算回收率引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)t 方法檢驗(yàn)，按公式計(jì)算，判斷偏差是否顯著。計(jì)算結(jié)果均見表3。

當(dāng)置信度為95%，n-1=5，查t 值臨界值分布表，發(fā)現(xiàn)Pb、Cr 和Cd 的t 值均大于雙邊臨界值t（0.05，5）=2.571，回收率與100%具有顯著性，回收率需要帶入公式（1）修正這3 種元素的測(cè)量結(jié)果。

表3 加標(biāo)回收率結(jié)果Table 3 Results of recovery

2.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液引入的不確定度分量

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（rP對(duì)）

查多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液證書，知其擴(kuò)展不確定為1.4 μg/mL，按均勻分布考慮，則標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程使用玻璃量器引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（V對(duì)）

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中，用1 mL 和5 mL 刻度吸管分別移取 0.5 mL 和 4 mL 液體各 1 次，使用 1、2、3 mL和5 mL 單標(biāo)線吸量管各1 次，100 mL 容量瓶1 次，10 mL 容量瓶6 次。根據(jù)JJG196-2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》要求，按照均勻分布處理，則玻璃器具及溫度波動(dòng)引入的不確定度如表4所示。

單標(biāo)線吸量管則標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中所使用的玻璃量器引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

表4 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制過程玻璃量器引入的不確定度Table 4 Relative standard uncertainty from working glass container in standard solution preparation

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度ur（C）

用ICP-MS 分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)濃度重復(fù)測(cè)定2 次，對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到形式Ai=aCi+b 的線性回歸方程，其中Ai為強(qiáng)度響應(yīng)值，Ci為相對(duì)應(yīng)的濃度值，a 為擬合曲線的斜率，b 為截距。4 種元素的線性回歸方程分別為Pb：A = 84 862.428 1C + 153 605.751 3，R2= 0.997 6；As：A = 6 611.580 7C + 7 345.714 7，R2= 0.999 4；Cr：A= 52 099.537 6C + 36 986.609 5，R2= 0.999 6；Cd：A = 76 274.748 7C+55 348.730 5，R2=0.996 7。標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列測(cè)定數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)Table 5 Results of standard curves

根據(jù)表2測(cè)得的樣品溶液中 Pb、As、Cr 和 Cd 質(zhì)量濃度的平均值，計(jì)算由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

式中：SR 為標(biāo)準(zhǔn)溶液響應(yīng)強(qiáng)度值殘差的標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)稀釋所得的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度C，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線求得響應(yīng)強(qiáng)度值的理論值A(chǔ)i，計(jì)算實(shí)際測(cè)得的響應(yīng)強(qiáng)度值 A實(shí)i的殘差 A實(shí)i-Ai=A實(shí)i-（aCi+b），則SR=為標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定次數(shù)，n=2×6=12；a 為擬合曲線的斜率；P 為樣品溶液的重復(fù)測(cè)定次數(shù)，P=10；C實(shí)i為標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度，ng/mL；為標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列質(zhì)量濃度的平均值為測(cè)得的樣品溶液質(zhì)量濃度的平均值，ng/mL。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（2），計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定如表6所示。

表6 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Table 6 Relative standard uncertainty from standard curve fitting

2.3 不確定度的合成

2.3.1 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成

4 種元素的相對(duì)不確定分量見表7。

表7 各不確定度分量Table 7 The uncertainty values

2.3.2 擴(kuò)展不確定度及結(jié)果表示

表8 不確定度評(píng)定結(jié)果Table 8 The uncertainty values

3 結(jié)論

試驗(yàn)過程中，稱量、提取、儀器測(cè)定等過程均會(huì)引入不確定度。通過分析發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、測(cè)量重復(fù)性對(duì)不確定度的貢獻(xiàn)比較大。本試驗(yàn)中的元素測(cè)定屬于痕量分析，可以通過選擇合適的消解程序及趕酸條件、當(dāng)儀器的靈敏度發(fā)生變化時(shí)要及時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的校正、保證樣品溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液的基體匹配、不斷提高檢測(cè)人員的操作水平和熟練程度等途徑降低方法的不確定度，保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性[13-15]。