ICP-MS法測(cè)定薄荷中13種重金屬及有害元素含量的不確定度評(píng)定

朱雪妍 羅 軼 林燕翔

廣西壯族自治區(qū)食品藥品檢驗(yàn)所，廣西 南寧 530021

薄荷為唇形科植物薄荷MenthahaplocalyxBriq.的干燥地上部分，其主要成分為揮發(fā)油等。目前《中國(guó)藥典》2015年版一部?jī)H對(duì)薄荷進(jìn)行性狀、鑒別、檢查及揮發(fā)油的含量測(cè)定的檢測(cè)，又中藥材中的重金屬已成為國(guó)際上對(duì)中國(guó)中藥出口特別關(guān)注的問(wèn)題之一，其安全性評(píng)價(jià)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)[1-2]，故對(duì)于薄荷中重金屬含量檢測(cè)評(píng)價(jià)。本實(shí)驗(yàn)用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)對(duì)薄荷的Cr、Mn、Co、Ni、Cu、As、Se、Mo、Cd、Ba、Dy、Tl、Pb等13種元素測(cè)定并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行不確定度的評(píng)定。通過(guò)測(cè)量不確定度的評(píng)定，可定量評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，表示了測(cè)量的可信程度，指定了中藥薄荷中的重金屬及有害元素測(cè)量的相關(guān)影響因素，為正確評(píng)價(jià)和使用檢驗(yàn)數(shù)據(jù)提供更科學(xué)更合理的依據(jù)，同時(shí)也對(duì)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和研究引導(dǎo)了方向。

1 儀器與試劑

1.1 儀器 Agilent 8800 ICP―MS(美國(guó)Agilent公司); 霧化器為 Agilent 100μL min-1PFA Micro Flow Nebulizer，霧化室為石英雙通道，Pilitier半導(dǎo)體控溫于(2+1) ℃， 炬管為石英一體化，2.5 mm中心通道，采樣錐材料為鎳; Millipore Mill-Q 超純水機(jī)， 美國(guó)Millipore Mill-Q 超純水機(jī)(美國(guó)Millipore公司)；CEM MARS6微波消解儀。

1.2 試劑 Ag、Al、As、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、Ga、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Rb、Se、Sr、Tl、U、V、Zn混合標(biāo)準(zhǔn)液購(gòu)于上海安普有限公司，濃度10 μg/mL，批號(hào)12-55YPY2；Mo單元素標(biāo)準(zhǔn)液購(gòu)于中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，規(guī)格 100μg/mL，批號(hào)14061；Dy單元素標(biāo)準(zhǔn)液購(gòu)于上海安普有限公司，規(guī)格1000 μg/mL，批號(hào)1066825。

內(nèi)標(biāo)溶液為6Li、Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi混合內(nèi)標(biāo)購(gòu)于上海安普公司，規(guī)格10 μg/mL，12-16YPY2。調(diào)諧溶液為1μg/mL Ce、Co、Li、Mg、Tl、Y的混合溶液。

硝酸為微電子級(jí)(賽默飛世爾有限公司，批號(hào)1114100)，水為經(jīng)Millipore Milli-Q水處理系統(tǒng)處理后的去離子水。

1.3 樣品 柑橘葉質(zhì)控樣購(gòu)于中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，批號(hào)GBW10020；薄荷葉實(shí)驗(yàn)用樣品均購(gòu)自于廣西玉林藥市。

1.4 儀器條件 經(jīng)優(yōu)化的ICP-MS參數(shù)：射頻功率：1550 W；采樣深度：10 mm；載氣流速：1.07 L/min；He碰撞模式：He氣流量 4.0 mL/min；積分時(shí)間：2S；測(cè)定時(shí)選取的同位素為52Cr、55Mn、59Co、60Ni、63Cu、75As、78Se、95Mo、114Cd、137Ba、163Dy、205Tl、208Pb，其中52Cr、55Mn以45Sc為內(nèi)標(biāo)，59Co、60Ni、63Cu使用儀器計(jì)算的虛擬內(nèi)標(biāo)，75As、78Se、95Mo以72Ge為內(nèi)標(biāo)，114Cd以115In為內(nèi)標(biāo)，137Ba、163Dy以159Tb為內(nèi)標(biāo)，205Tl、208Pb以209Bi為內(nèi)標(biāo)。

2 樣品制備

2.1 供試品溶液、空白溶液、質(zhì)控樣品溶液制備 取薄荷樣品粉碎成粗粉，取約0.2 g，精密稱(chēng)定，置消解罐中，加硝酸溶液8 mL、氫氟酸0.5 mL，混勻，置微波消解儀中消解。采用程序升溫，功率1030～1800 W，爬升時(shí)間20～25 min，190 ℃保持20 min。消解完畢后放冷，置趕酸架上130 ℃趕酸2.5 h，放冷至室溫，轉(zhuǎn)入25 mL量瓶中，用2%硝酸溶液洗滌消解罐3～4次，并稀釋至刻度，搖勻，即得。同法同時(shí)制備樣品空白溶液及質(zhì)控樣溶液。

2.2 內(nèi)標(biāo)溶液制備 取混合內(nèi)標(biāo)溶液用2%硝酸溶液稀釋50倍，即得。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

2.3.1 混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液 分別精密吸取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/mL)、Mo(100 μg/mL)及Dy(1000 μg/mL)適量，用2%硝酸溶液配制成含元素均為Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Se、Mo、Cd、Ba、Dy、Tl、Pb1000 ng/mL及200 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。

再精密吸取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/mL)適量，用2%硝酸溶液配制成500 ng/mL溶液作為As測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。

2.3.2 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線 分別精密量取混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液適量，分置25 mL、50 mL、100 mL的容量瓶中，配制成Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Se、Mo、Cd、Ba、Dy、Tl、Pb濃度分別為0.1 ng/mL、0.2 ng/mL、1 ng/mL、2 ng/mL、10 ng/mL、50 ng/mL、100 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液與混合儲(chǔ)備溶液200 ng/mL、1000 ng/mL共同作為系列標(biāo)準(zhǔn)溶液及As濃度為0.5 ng/mL、2.5 ng/mL、12.5 ng/mL、50 ng/mL、100 ng/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。

選取各元素與樣品濃度相適應(yīng)的點(diǎn)(詳見(jiàn)5.2)，用比率與濃度進(jìn)行線性回歸。

結(jié)果十三種元素的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均在0.9998以上。

2.4 質(zhì)控物質(zhì)對(duì)照 采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)柑橘葉作為隨行工作對(duì)照物質(zhì)，用以檢測(cè)方法的可行性，13種元素的測(cè)定值均符合要求。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程

續(xù)表1

2.5 重復(fù)性試驗(yàn) 取薄荷樣品0.2g，6份，按“3.1”項(xiàng)方法制備，按“2”項(xiàng)條件測(cè)定，所得各元素的含量為52Cr 5.88 mg/kg、55Mn 47.2 mg/kg、59Co 0.416 mg/kg、60Ni 1.17 mg/kg、63Cu 12.4 mg/kg、75As 2.01 mg/kg、78Se 0.110 mg/kg、95Mo 0.345 mg/kg、114Cd 0.1252 mg/kg、137Ba 20.61 mg/kg、163Dy 0.146 mg/kg、205Tl 0.0353 mg/kg、208Pb 3.43 mg/kg。

2.6 加樣回收試驗(yàn) 取上述重復(fù)性試驗(yàn)所用的薄荷樣品0.2g，6份，加入適當(dāng)量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按“3.1”項(xiàng)方法制備，按“2”項(xiàng)條件測(cè)定，計(jì)算回收率，各元素的加樣回收均在80%～125%之間，符合痕量分析的要求。

表2 加樣回收率

3 數(shù)學(xué)模型及不確定度來(lái)源分析[3]

P:單位質(zhì)量樣品被測(cè)元素含量(mg/kg)；C0:儀器測(cè)試用的樣液濃度(mg/kg)；V:樣品定容體積(mL)；f:稀釋因子(本實(shí)驗(yàn)中為1)；m:樣品重量(g)

由數(shù)學(xué)模型及實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知引入不確定度的因素由圖1[3]可見(jiàn)：引入不確定度的主要有樣品稱(chēng)重、樣品的前處理、定容體積等原因。

圖1 引入不確定度的因素圖

4 實(shí)驗(yàn)分析及數(shù)據(jù)處理

4.2 多份樣品的重復(fù)性引入的不確定度up，rel對(duì)薄荷樣品取6份，同時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。按A類(lèi)不確定度評(píng)定[3]，

c0:樣品的含量的平均值；S:樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差；n:樣品重復(fù)性測(cè)定的次數(shù)；

表3 重復(fù)性引入的不確定度

4.3 供試品溶液制備過(guò)程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度uR,rel由于樣品處理消解過(guò)程中受基體效應(yīng)及消解方法影響，供試品中加入的元素不能100%進(jìn)入溶液中進(jìn)行測(cè)定。按照顯著性檢驗(yàn)，若平均回收率與1.0有顯著性差異，引入的不確定度即用平均回收率的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示[5]。

薄荷測(cè)定的各元素的回收率的不確定度為(本實(shí)驗(yàn)中，查表得tcrit=2.57)

因元素Cr、 Mn 、As 、Pb的回收率的不確定度與100%無(wú)顯著性差異，即可認(rèn)為消解制備過(guò)程較為完全，不引入不確定度的變化。

4.4 由定容引入的不確定度u(v)樣品消解液定容至25 mL 容量瓶中，其引入的不確定度u(25mL)由容量瓶的校準(zhǔn)引入的u1(25mL)、溫度效應(yīng)引入的u2(T,25mL)及體積重復(fù)性引入的u3(25mL)合成[6]：

續(xù)表4

表4 回收率引入的不確定度

其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(25mL)為0.0173/25 mL=0.000693。

4.4.2 溫度效應(yīng)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

V：容量瓶或移液器體積(mL)；ΔT：實(shí)驗(yàn)室實(shí)際溫度與實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃的偏差(本實(shí)驗(yàn)室實(shí)際溫度為25℃)；2.1×10-4：水的膨脹系數(shù)，單位：℃-1。

4.4.3 體積重復(fù)性產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3(25mL)對(duì)25mL容量瓶用水定容至刻度，稱(chēng)重，重復(fù)10次，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.010，即

u3(25mL)=S/25=0.000401。

5 樣品溶液中元素濃度引起的不確定度

uxo，rel：樣品濃度的合成相對(duì)不確定；uB,rel：標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對(duì)不確定度；uc,rel：標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)不確定度。

5.1.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度ub,rel=U/K 由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)中查得標(biāo)準(zhǔn)液擴(kuò)展不確定度U(%)及擴(kuò)展因子(k=2)得，所引入的不確定度ub,rel為Cr、Mn、Co、Ni、Cu、As、Se、Cd、Ba、Tl、Pb的ub,rel=0.5%/2=0.0025;Mo的ub,rel=1%/2=0.005;、Dy的ub,rel=0.3%/2=0.0015。

u(v1)、u(v2)…u(vn):體積分別為v1、v2、…vn的容量瓶或移液器引入的相對(duì)不確定度，n1、n2、…nn:體積分別為v1、v2、…vn容量瓶或移液器在標(biāo)準(zhǔn)溶液的稀釋過(guò)程中使用的次數(shù)，由容量瓶及移液器引入的不確定度u(v)包括校準(zhǔn)引入的不確定度u1(v)、溫度效應(yīng)引入的不確定度u2(T,v)、定容溶液體積(移液器吸取體積)引入的不確定度u3(v).

校準(zhǔn)的不確定度：實(shí)驗(yàn)中使用的100 mL、50 mL及25 mL的容量瓶，0.05 mL、0.1 mL、0.5 mL、1.00 mL、2.5 mL、5.00 mL的移液器，A級(jí)的最大允差分別為±0.1 mL、±0.05 mL、±0.03 mL及3%、2%、1%、1%、0.5%、0.6%。按矩形分布，即各容量瓶及移液器的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(v)為

溫度效應(yīng)引起的不確定度見(jiàn)4.4.2；各容量瓶及移液器引入的不確定度均為0.000606。

體積重復(fù)性引入的不確定度：對(duì)各容量瓶及移液器用水定容或吸取至刻度，稱(chēng)重，重復(fù)10次，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差S(V)。其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3(v)=S(V)/V

各容量瓶及移液器引入的u(v)見(jiàn)表5～6。

表5 容量瓶引入的不確定度

表6 移液器引入的不確定度

由稀釋因子n引入的不確定度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線配制過(guò)程中各元素所需要的容量瓶及移液器的次數(shù)，計(jì)算各元素的uD,rel

5.1.3 各元素在標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程中引入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB,rel計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制過(guò)程引入的不確定度

續(xù)表7

5.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合的不確定度urel，C校正曲線法采用最小二乘法擬合成標(biāo)準(zhǔn)曲線，擬合曲線有關(guān)的不確定度由下式表示[8]：

SR:標(biāo)準(zhǔn)曲線的剩余標(biāo)準(zhǔn)差；B:斜率；n:標(biāo)準(zhǔn)曲線點(diǎn)數(shù)；p:待測(cè)樣品測(cè)定次數(shù)；C0:回歸曲線各點(diǎn)濃度的平均值；C:待測(cè)樣品的平均值；C0j:各標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度；Aaj:各標(biāo)準(zhǔn)曲線的實(shí)際響應(yīng)值；Aj:根據(jù)回歸曲線計(jì)算的理論值uc:標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

5.3 樣品溶液引入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度uxo，rel

各元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算[9]結(jié)果如表9。

表9 供試品溶液中的元素濃度合成不確定度計(jì)算

續(xù)表8

表8 各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度

5.4 各元素?cái)U(kuò)展不確定度和結(jié)果報(bào)告

各元素總的合成相對(duì)不確定度為：

u(c)=uc，rel×c；U=k×u(c)

取包含因子k=2，對(duì)應(yīng)的置信概率為95%，計(jì)算擴(kuò)展不確定度U[10]，同時(shí)報(bào)告結(jié)果，見(jiàn)表10。

表10 各元素的擴(kuò)展不確定度及報(bào)告結(jié)果

6 討論

由測(cè)定結(jié)果和計(jì)算可知，薄荷測(cè)量不確定度的主要來(lái)源為加樣回收率、多份樣品的重復(fù)性及樣品溶液濃度引入的不確定。取樣稱(chēng)重，供試品定容等引入的不確定度與上述幾項(xiàng)相比，均在最大不確定度分量十分之一以下，在最后的合成計(jì)算中可以忽略不計(jì)。在以后的相關(guān)方法的不確定度的討論中，可以不考慮此兩項(xiàng)因素的影響。實(shí)驗(yàn)前處理消解更完全，實(shí)驗(yàn)測(cè)定就更精準(zhǔn)。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得，標(biāo)準(zhǔn)曲線配制所得的濃度越接近理想值，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合產(chǎn)生的不確定度也會(huì)更小，溶液濃度的測(cè)定也更精準(zhǔn)，提高標(biāo)準(zhǔn)曲線的配置水平極其重要。同時(shí)持續(xù)受控測(cè)量過(guò)程，保持測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定一致，特別關(guān)注加樣回收率、重復(fù)性、樣品溶液濃度和標(biāo)準(zhǔn)曲線因素，及時(shí)對(duì)測(cè)量的影響做修正。

7 結(jié)論

重金屬及有害元素測(cè)定屬于痕量分析,其不確定度的研究是分析出影響測(cè)量值和真實(shí)值偏差的因素,從而降低方法中的不確定度,讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確可靠的必不可少途徑。經(jīng)評(píng)定探討，實(shí)驗(yàn)室減少不確定度引入方案如下：調(diào)整前處理方法，應(yīng)對(duì)不同類(lèi)的樣品使用與其相適宜的消解溶劑及程序方案；維護(hù)儀器良好的工作狀態(tài)，提高標(biāo)準(zhǔn)曲線配制方法和水平，保證樣品溶液于對(duì)照品溶液的基體、濃度的匹配；提高檢驗(yàn)人員在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作水平，及細(xì)致敏感度。