電感耦合等離子質(zhì)譜法測(cè)定蟹黃中4種重金屬含量的不確定度評(píng)定

姚成虎 王 瀅 楊啟鵬 洪成山 王歲歲 孫 涓 毛小慶

（馬鞍山市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，安徽馬鞍山 243000）

隨著工業(yè)迅速發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，與此同時(shí)也給環(huán)境造成了一定影響。水產(chǎn)動(dòng)物的飲食和水質(zhì)等受到污染，導(dǎo)致水產(chǎn)動(dòng)物攝入和沉積重金屬的概率大大增加。重金屬被人體吸收后，對(duì)造血系統(tǒng)、腎臟、生殖功能等器官造成不同程度的損傷[1-5]。目前，重金屬檢測(cè)方法主要包括紫外分光光度法[6]、原子吸收光譜法[7-9]、原子熒光光譜法[10-11]和電感耦合等離子質(zhì)譜法[12-14]，其中ICP-MS法憑借其高通量、快速、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)成為分析痕量重金屬含量的重要手段[15]。

在分析檢測(cè)過(guò)程中，樣品前處理、標(biāo)準(zhǔn)樣品配制、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差等影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，尤其數(shù)值處于限量值的邊界時(shí)，應(yīng)在檢測(cè)報(bào)告中進(jìn)行結(jié)果的不確定度評(píng)價(jià)。因此，本文根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定[16-19]，結(jié)合2021年度國(guó)家食品安全監(jiān)督抽檢任務(wù)，采用ICP-MS法對(duì)蟹黃中鉛、砷、鎘和鉻4種重金屬的不確定度來(lái)源進(jìn)行了分析和評(píng)估，找出檢測(cè)過(guò)程中影響測(cè)量值準(zhǔn)確性的主要因素，以期為評(píng)定蟹黃樣品中鉛、砷、鎘和鉻4種重金屬的不確定度提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 供試材料。試驗(yàn)樣品為蟹黃，市場(chǎng)隨機(jī)抽檢。

1.1.2 試劑。供試試劑有內(nèi)標(biāo)溶液（含10 μg/mL的Bi、Ge、In、Li、Sc、Tb 和 Y，美國(guó) PE 公司）、多元素混標(biāo)（2.5 μg/mL，鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司）、硝酸（UP級(jí)，68%，江蘇晶瑞化學(xué)股份有限公司）、Milli-Q制備一級(jí)水。

1.1.3 儀器與設(shè)備。供試儀器有NexION 350X電感耦合等離子體發(fā)射光譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（含形態(tài)分析）（美國(guó)PE公司）、BSA124S電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司）、MARS6微波消解儀（美國(guó)CEM公司）、EHD-24趕酸儀（北京東航科儀儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制。吸取2.5 μg/mL混標(biāo)溶液2 mL于50 mL容量瓶中，用1%HNO3稀釋至刻度，得到濃度為100 μg/L的混標(biāo)溶液。分別吸取0.50、2.50、5.00、15.00、25.00 mL的混標(biāo)溶液置于50 mL容量瓶中，用 1%HNO3稀釋至刻度，得到濃度為 1、5、10、30、50 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液。

1.2.2 樣品制備。參照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》（GB 5009.268—2016）中樣品前處理步驟[20]，準(zhǔn)確稱取6份0.25 g（精確至 0.001 g）蟹黃樣品于微波消解罐中，加入5 mL硝酸，加蓋放置過(guò)夜后旋緊罐蓋放入微波消解儀中，按照微波消解儀操作流程進(jìn)行消解。冷卻后取出，于100℃條件下趕酸0.5 h，轉(zhuǎn)移消解液于25 mL容量瓶中，用水定容同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.2.3 測(cè)定。電感耦合等離子質(zhì)譜儀正常開(kāi)機(jī)通過(guò)調(diào)試后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分析，將標(biāo)準(zhǔn)溶液待測(cè)元素質(zhì)譜信號(hào)與內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)譜信號(hào)的比值Y作為縱坐標(biāo)、待測(cè)元素濃度X作為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。隨后分析樣品溶液，從標(biāo)準(zhǔn)曲線中得到相應(yīng)濃度。ICP-MS的工作參數(shù)如下：射頻功率為1 100 W，等離子體流量為15.0 L/min，霧化器氣流量為0.9 L/min，輔助氣流量為1.20 L/min，蠕動(dòng)泵流速為20 r/min，測(cè)定次數(shù)共3次，霧化器為同心霧化器，采用KED模式。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度評(píng)定的數(shù)學(xué)模型及計(jì)算公式

測(cè)量不確定度的評(píng)定方法包括A類和B類兩種[16]，A類評(píng)定即能采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)在指定測(cè)定條件下獲得的量值進(jìn)行測(cè)量不確定度分量的評(píng)定，不同于A類評(píng)定的即為B類評(píng)定。不確定度評(píng)定公式如下：

式中：X為待測(cè)試樣中重金屬含量（mg/kg）；C為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算的待測(cè)樣品中重金屬含量（μg/L）；C0為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)空白液中重金屬含量（μg/L）；V 為消化液定容體積（mL）；m 為待測(cè)樣品質(zhì)量（g）；換算系數(shù)為 1 000。

A類評(píng)定公式如下：

式中：n 為測(cè)量次數(shù)；xi為測(cè)量值（i=1，2，…，n）；為測(cè)量平均值。

B類評(píng)定公式如下：

2.2 不確定度來(lái)源分析

根據(jù)測(cè)定樣品的具體操作流程（圖1）和數(shù)學(xué)模型分析，電感耦合等離子質(zhì)譜法測(cè)定蟹黃中4種重金屬含量的不確定度分量來(lái)源見(jiàn)表1。

表1 不確定度分量的來(lái)源及其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的表示

2.3 不確定度的評(píng)定

2.3.1 樣品前處理引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（M）。主要包括樣品稱量過(guò)程和消化液定容過(guò)程引入的不確定度分量。

（1）樣品稱量過(guò)程引入的不確定度分量u1（M）。稱量樣品所用的天平引入的不確定度分量選用B類方法評(píng)定，按矩形分布。根據(jù)《電子天平檢定規(guī)程》（JJG 1036—2008）[21]，實(shí)驗(yàn)室稱量待測(cè)樣品所用的天平經(jīng)檢定最小量程為0.1 mg，分度值e為1 mg，允許最大誤差為±1.0 mg，本次稱量的6份樣品重量均值為0.253 7 g。

（2）消化液定容過(guò)程引入的不確定度分量u2（M）。消化液定容至25 mL容量瓶，根據(jù)《常用玻璃量器檢定規(guī)程》（JJG 196—2006）[22]，當(dāng)溫度為 20 ℃時(shí)，25 mL A級(jí)容量瓶的允差為±0.03 mL，按矩形分布。

考慮到實(shí)驗(yàn)室溫度波動(dòng)范圍為（20±2）℃，水的膨脹系數(shù)為 2.1×10-4（20℃），按照 95%的置信概率（k=1.96）。

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（C）。其主要包括標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定容過(guò)程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

（1）標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（C）。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)已知鉛、砷、鎘、鉻的濃度為2.5 μg/mL，不確定度為U=10%（k=2），則由標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

（2）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定容過(guò)程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u2（C）。根據(jù)《常用玻璃量器檢定規(guī)程》（JJG196—2006）[22]，介紹A級(jí)玻璃量器的允差，按矩形分布。考慮到實(shí)驗(yàn)室溫度波動(dòng)范圍為（20±2）℃，查得水的膨脹系數(shù)為 2.1×10-4（20℃），按照95%的置信概率（k=1.96），則由溫度波動(dòng)引入的不確定度分量。

在標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程中，配制器具單次引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度見(jiàn)表2。

表2 配制器具引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

考慮配制器具的使用次數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定容過(guò)程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，故標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.3.3 由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（X）。 分別對(duì) 5 個(gè)濃度（1、5、10、30、50 μg/mL）的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)定，采用內(nèi)標(biāo)法定量，用最小二乘法擬合得到線性方程及相關(guān)系數(shù)r，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 urel（X）由公式（1）和（2）進(jìn)行計(jì)算。

其中：SR為殘差標(biāo)準(zhǔn)偏差；a為標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率；n為標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)測(cè)定的總次數(shù)，即n=15；xi為擬合曲線第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（μg/L），p為待測(cè)樣品平行測(cè)量的次數(shù)，即p=3；為擬合曲線標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的平均值，即為待測(cè)樣品測(cè)量的平均值（μg/L）。標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（X）詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.3.4 系統(tǒng)誤差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（Z）。在樣品檢測(cè)過(guò)程中，如樣品的稱量、消解、定容和儀器測(cè)量，可能會(huì)影響待測(cè)元素含量，日常分析中通過(guò)加標(biāo)回收方式判斷試驗(yàn)系統(tǒng)誤差大小[23-24]，再依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)t方法檢驗(yàn)判斷系統(tǒng)誤差是否顯著。

稱取6份待測(cè)樣品，加入適量體積的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.2.2進(jìn)行樣品前處理。根據(jù)公式（3）計(jì)算系統(tǒng)誤差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（Z），根據(jù)公式（4）計(jì)算t。詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 系統(tǒng)誤差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

其中：S為6份加標(biāo)回收的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差；s為6份加標(biāo)回收的標(biāo)準(zhǔn)偏差；n為平行樣品個(gè)數(shù)，n=6；為平均回收率。

取置信概率為 95%，查表得 t（0.05，5）=2.571，而此時(shí)4種元素的t值均大于2.571，故回收率與100%之間存在顯著差異。因此，實(shí)際樣品的檢測(cè)結(jié)果需將回收率帶入不確定度評(píng)定的數(shù)學(xué)模型中來(lái)修正。

2.3.5 隨機(jī)誤差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（S）。在試驗(yàn)過(guò)程中，會(huì)有眾多的隨機(jī)因素影響試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性，因而采用多次測(cè)量的方法來(lái)減少隨機(jī)誤差，根據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》（JJF 1059.1—2012）[17]中相關(guān)規(guī)定，當(dāng)測(cè)量次數(shù)較少時(shí)，可采用極差法評(píng)定不確定度，其中：R為極差；n為測(cè)量次數(shù)，n=6；C 為極差系數(shù)（n=6 時(shí)，C=2.53）。 詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 隨機(jī)誤差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

將上述步驟中所有的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行合成，合成公式按照式（5）進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)包含因子k=2，則合成后的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 各元素的標(biāo)準(zhǔn)不確定度結(jié)果

2.5 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量占比匯總

各元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量占比匯總見(jiàn)圖2。

3 結(jié)論與討論

采用電感耦合等離子質(zhì)譜法測(cè)定蟹黃中4種重金屬含量，并對(duì)其不確定度來(lái)源進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，鉛、砷、鎘和鉻的擴(kuò)展不確定度分別為0.040、0.010、0.048、0.064 mg/kg（k=2）；不確定度來(lái)源主要為標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、樣品前處理和標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合。

在標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程中，稀釋次數(shù)與不確定度引入的影響成正比；當(dāng)測(cè)定的元素含量很低時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度影響較大。因此，可以通過(guò)以下途徑來(lái)減少不確定度帶來(lái)的影響：①減少標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋次數(shù)；②選擇合適的消解程序以及趕酸條件；③對(duì)于痕量元素的分析，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍盡量窄，確保待分析元素的含量在標(biāo)準(zhǔn)曲線的中間位置；④待測(cè)溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液的基體保持一致；⑤使用有證書(shū)且在有效期范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；⑥定期對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，提高儀器靈敏度；⑦重視對(duì)檢驗(yàn)人員理論知識(shí)的考核和試驗(yàn)操作規(guī)范性的培養(yǎng)；⑧保持實(shí)驗(yàn)室溫濕度的恒定，盡量減少波動(dòng)；⑨增大樣品重復(fù)分析測(cè)定次數(shù)。