水產(chǎn)品中鎘兩種測定方法的不確定度評定比較

譚秀慧，楊洪生，黃鴻兵，李佳佳，夏莉萍，張秋云，劉 暢，朱曉華

(1.江蘇省淡水水產(chǎn)研究所，江蘇 南京 210017；2.江蘇省水產(chǎn)質(zhì)量檢測中心，江蘇 南京 210017；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部漁業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，江蘇 南京 210017)

鎘，作為一種典型的難降解污染物，在環(huán)境和人體健康領(lǐng)域備受關(guān)注[1-3]。美國國家環(huán)境保護(hù)局將鎘列為毒性效應(yīng)最強(qiáng)的4種重金屬之一，能夠引起生物體細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能變化[4-7]。由于生態(tài)環(huán)境污染等原因，水體及沉積物中的鎘經(jīng)食物鏈傳遞在水生動植物體內(nèi)富集，危害人體健康[8]，因此，水產(chǎn)品中鎘污染問題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)[9-10]。2018年國內(nèi)水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督抽檢結(jié)果顯示，蝦、蟹等水產(chǎn)品由于鎘含量超標(biāo)導(dǎo)致合格率偏低，部分海水蝦檢測值為0.5～1.9 mg/kg，海水蟹1.1～2.6 mg/kg(鎘限量值為0.5 mg/kg)[11]。上海[12]、蘇州[13]、廣東[14]等地的水產(chǎn)品重金屬含量調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)，海水蝦、蟹的鎘污染問題比較嚴(yán)重。江晨潔等[15]對全國6省市流通環(huán)節(jié)和養(yǎng)殖環(huán)節(jié)甲殼類水產(chǎn)品中鎘污染情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鎘在甲殼類肝胰腺中有明顯的富集，且有少數(shù)殘留量超標(biāo)。2017年董欣悅等[16]對國內(nèi)養(yǎng)殖中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)中鎘的殘留現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所有樣本中均檢出鎘。因此，了解水產(chǎn)品鎘污染現(xiàn)狀及膳食風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行水產(chǎn)品質(zhì)量安全評估非常必要。

進(jìn)行水產(chǎn)品中鎘含量測定方法的不確定度評定，可分析并量化影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素，并對處于限量值邊緣的檢測結(jié)果進(jìn)行合格與否的判定，從而保證結(jié)果的可信度和準(zhǔn)確性。測量不確定度分A類和B類評定。A類評定是對在規(guī)定測量條件下測得的量值用統(tǒng)計(jì)分析的方法進(jìn)行測量不確定度分量的評定，反之則為B類評定。

水產(chǎn)品中鎘含量常用的檢測方法主要有石墨爐原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法。兩種方法由于原理不同，所用儀器定量限、靈敏度和準(zhǔn)確度也存在一定差異。因此，進(jìn)行不確定度評定非常必要，目前已有石墨爐原子吸收光譜法[17]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法[18]測定水產(chǎn)品中鎘含量的不確定度評定的報(bào)道，但尚無對兩種方法進(jìn)行測量不確定度比較的研究報(bào)道。

筆者依據(jù)GB 5009.15—2014中的石墨爐原子吸收光譜法[19]和GB 5009.268—2016[20]中的電感耦合等離子體質(zhì)譜法，根據(jù)不確定度評定的基本方法和程序[21]，建立水產(chǎn)品中鎘測量不確定度的模型，分別對兩種測定方法的不確定度來源進(jìn)行分析，并提出減少不確定度的相應(yīng)措施，從而為水產(chǎn)品中鎘元素含量測定的質(zhì)量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

FAPAS質(zhì)控樣品T07279QC(鎘的參考值為7.55 mg/kg，當(dāng)|z|≤2時(shí)，鎘含量5.76～9.33 mg/kg)；鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液(100 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)；硝酸鎂(試劑級，美國Sigma-Aldrich)；磷酸二氫銨、硝酸、過氧化氫(優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 280 DUO原子吸收光譜儀(美國Agilent公司)；ELAN DRC-e型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(美國PerkinElmer儀器公司)；BSA224S電子天平(德國Sartorius公司)；Milli-Q Integral 5超純水儀(美國Millipore公司)；ETHOS ONE微波消解儀(意大利Milestone公司)；EH20A plus趕酸儀(美國LabTech公司)；移液槍(Eppendorf，100～1000 μL，500～5000 μL)；容量瓶均為A級且經(jīng)檢定合格。

1.3 試驗(yàn)方法

參考GB 5009.15—2014和GB 5009.268—2016第一法進(jìn)行測定。

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

移取鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液1.00 mL，用5%硝酸溶液稀釋并定容至100 mL容量瓶，配成質(zhì)量濃度為1.00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)中間液。

吸取適量鎘標(biāo)準(zhǔn)中間液，用5%硝酸溶液逐級稀釋配成質(zhì)量濃度系列為0.00、1.00、5.00、10.00、30.00、50.00 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作液，用于電感耦合等離子體質(zhì)譜法分析；同時(shí)配制質(zhì)量濃度為2.00 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液作為母液供石墨爐原子吸收光譜法自動進(jìn)樣。

1.3.2 樣品前處理

用天平稱取1.0 g樣品(精確至0.0001 g)，置于微波消解罐內(nèi)，依次加入5 mL硝酸、1 mL過氧化氫、2 mL超純水，放置1 h，加蓋密封后按照儀器條件進(jìn)行微波消解。消解結(jié)束后，取出內(nèi)罐，用少量水多次沖洗內(nèi)蓋，置于趕酸儀于100 ℃趕酸30 min，用超純水定容至25 mL備用。同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.3.3 石墨爐原子吸收光譜法測定水產(chǎn)品中的鎘

調(diào)整原子吸收光譜儀至最佳工作狀態(tài)，以含2 g/L硝酸鎂、5 g/L磷酸二氫銨的水溶液為基體改進(jìn)劑，測定鎘的含量。儀器測量條件為：波長228.8 nm，狹縫0.5 nm，燈電流4.0 mA，干燥溫度120 ℃，灰化溫度250 ℃，原子化溫度1800 ℃，除殘溫度1800 ℃，背景校正為塞曼效應(yīng)。

1.3.4 電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定水產(chǎn)品中的鎘

對儀器工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，保證儀器達(dá)到最佳工作狀態(tài)，具體參數(shù)見表1。以115In為內(nèi)標(biāo)測定鎘的含量。

表1 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀工作參數(shù)Tab.1 The parameters of inductively coupled plasma mass spectra

1.4 建立數(shù)學(xué)模型

水產(chǎn)品中鎘含量按下式計(jì)算：

式中，wCd為試樣中鎘含量(mg/kg)，ρ為試樣溶液中鎘的質(zhì)量濃度(μg/L)，ρ0為試樣空白液中鎘的質(zhì)量濃度(μg/L)，V為試樣消化液定容體積(mL)，f為試樣稀釋倍數(shù)，m為稱取樣品質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度來源分析

根據(jù)水產(chǎn)品中鎘測定的具體操作過程和數(shù)學(xué)模型分析，其測量不確定度分量主要來源有：稱量過程(B類評定)、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制(B類評定)、定容體積(B類評定)、測量結(jié)果的重復(fù)性(A類評定)、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合(A類評定)、方法回收率(A類評定)(圖1)。試驗(yàn)中，樣品經(jīng)過前處理后，經(jīng)石墨爐原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法分別測定，故兩種方法由稱量過程引入的不確定度相同，可合并分析，而標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、定容體積、測量結(jié)果的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合和方法回收率引入的不確定度則需分別計(jì)算分析。

圖1 水產(chǎn)品中鎘測定的不確定度分量主要來源Fig.1 Principal sources of measurement uncertainty for determination of cadmium in fishery products

2.1.1 稱量過程引入的不確定度urel(m)

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度urel(ρb)

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度主要包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定度、所使用移液器以及容量瓶的不確定度。

(1)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度urel(ρs)

(2)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度

同上計(jì)算，25 mL容量瓶引入的不確定度urel(F25 mL)=0.000921，10 mL容量瓶引入的不確定度urel(F10 mL)=0.00130。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液具體配制過程，石墨爐原子吸收光譜法標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度為：

電感耦合等離子體質(zhì)譜法標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度為：

2.1.3 定容體積引入的不確定度urel(V)

同2.1.2節(jié)計(jì)算，可知由樣品消解液定容引入的相對不確定度為0.00130。電感耦合等離子體質(zhì)譜法中，樣品消化液用1 mL移液器吸取1 mL定容至10 mL容量瓶后上機(jī)，故由定容體積引入的相對不確定度為0.00599。石墨爐原子吸收光譜法中，用1 mL移液器吸取0.5 mL樣品消化液定容至100 mL容量瓶后上機(jī)，相對不確定度為0.00590。

2.1.4 測量結(jié)果的重復(fù)性引入的不確定度urel(X)

表2 T07279QC中鎘含量測定結(jié)果 mg/kgTab.2 Determined values of cadmium in T07279QC

2.1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度urel(Y)

按照試驗(yàn)方法測定1.3.1標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，每個(gè)點(diǎn)平行測定3次。采用最小二乘法對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，石墨爐原子吸收光譜法的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.0519x+0.00533，r=0.9994；電感耦合等離子體質(zhì)譜法的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.00195x+0.000268，r=0.9998。

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合所引入的不確定度：

表3 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液測定結(jié)果Tab.3 Determination of standard series solutions

2.1.6 方法回收率引入的不確定度urel(R)

2.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u與擴(kuò)展不確定度U

3 討 論

3.1 水產(chǎn)品中鎘含量測定兩種不同方法不確定度的主要來源比較及原因分析

對不確定來源分析結(jié)果可知，兩種方法測定水產(chǎn)品中鎘含量時(shí)，造成試驗(yàn)誤差的主要因素為標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、測量結(jié)果的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制和方法回收率，稱量過程和定容體積引入的不確定度可忽略(表4)。閆順華等[25]采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定高鈣片中鎘時(shí)，認(rèn)為不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、測量重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合。石墨爐—原子吸收法[26]測定大米中鎘含量，其不確定度主要來源為標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合。張瀟等[27]使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法和石墨爐原子吸收光譜法測定金銀花中鎘含量時(shí)，認(rèn)為不確定度主要來源于待測液質(zhì)量濃度和方法回收率。由此可見，鎘測定不確定度來源因樣品和檢測儀器的不同而不同。

表4 水產(chǎn)品中鎘含量測定的不確定度分量Tab.4 Uncertainty components that affect the determination of cadmium content in fishery products

石墨爐原子吸收光譜法中對不確定度貢獻(xiàn)最大的是標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合，該分量數(shù)值明顯高于電感耦合等離子體質(zhì)譜法。由計(jì)算過程可知，被測元素質(zhì)量濃度越接近校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的平均質(zhì)量濃度值，由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度越小。因而對待測樣品進(jìn)行預(yù)測后選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)溶液的上機(jī)質(zhì)量濃度點(diǎn)，有助于降低該不確定度分量。高瑞峰等[28]在使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定淀粉中的鋁時(shí)，通過調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)溶液系列質(zhì)量濃度和增加測量次數(shù)，使標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度顯著降低。

本試驗(yàn)電感耦合等離子體質(zhì)譜法不確定度最主要的來源是標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程，分析原因是其引入了較多的稀釋過程，而石墨爐原子吸收光譜法曲線配制過程由儀器自動稀釋完成，故該分量數(shù)值相對較小。

從測量結(jié)果的重復(fù)性和方法回收率來看，電感耦合等離子體質(zhì)譜法優(yōu)于石墨爐原子吸收光譜法，分析原因是由儀器靈敏度和穩(wěn)定性差異造成的。增加樣品重復(fù)測定次數(shù)也有助于降低測量重復(fù)性引入的不確定度，吳堅(jiān)等[29]使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定糕點(diǎn)中鋁含量時(shí)，對樣品重復(fù)測定11次，降低了該分量引入的不確定度數(shù)值。

3.2 降低水產(chǎn)品中鎘含量測定不確定度主要措施

(1)對于標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度，可通過選擇適當(dāng)質(zhì)量濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，增加標(biāo)準(zhǔn)工作曲線每個(gè)點(diǎn)的測定次數(shù)，控制標(biāo)準(zhǔn)曲線校準(zhǔn)過程，加強(qiáng)對儀器的維護(hù)和保養(yǎng)，以及提高儀器的靈敏度等措施來降低不確定度。

(2)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中，應(yīng)使用高純度的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，少用小體積量的移液器，盡量選用較大體積的容量瓶，使用適當(dāng)質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)中間液，有助于減少標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程引入的不確定度。

(3)影響測量結(jié)果重復(fù)性的因素包括天平稱量、容量瓶定容、移液器移液、儀器波動等重復(fù)性操作過程，可通過使用檢定合格的分析天平和玻璃量器，增加平行樣的測定次數(shù)和每個(gè)樣品的重復(fù)測量次數(shù)，同時(shí)在試驗(yàn)過程中嚴(yán)格遵守試驗(yàn)操作步驟和儀器的操作規(guī)程，以降低其引入的不確定度。

(4)要降低方法回收率引入的不確定度，需通過嚴(yán)格控制樣品的消解過程，選擇合適的條件使樣品消化完全，降低樣品在消解、趕酸、轉(zhuǎn)移過程中的損失或污染，增強(qiáng)儀器的穩(wěn)定性，減少測定時(shí)可能產(chǎn)生的干擾，提高測試人員操作技能與熟練程度。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)采用石墨爐原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定質(zhì)控樣品T07279QC的鎘含量分別為(7.47±0.470) mg/kg和(7.53±0.376) mg/kg，均在質(zhì)控樣參考值范圍內(nèi)(5.76～9.33 mg/kg)，說明試驗(yàn)過程無異常，檢測結(jié)果準(zhǔn)確、有效。因?yàn)槭珷t原子吸收光譜法測定鎘含量的擴(kuò)展不確定度高于電感耦合等離子體質(zhì)譜法，故在條件允許的情況下，建議選用電感耦合等離子體質(zhì)譜法以提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。