微波消解-ICP-MS法測(cè)定糙米粉中鎘的不確定度評(píng)定

楊眉 陳潤(rùn)霖 宋明雄 業(yè)潤(rùn)澤 周偉

摘要：利用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定糙米粉中鎘的含量，并對(duì)不確定度來(lái)源進(jìn)行分析。通過(guò)建立該方法不確定度評(píng)定數(shù)學(xué)模型，對(duì)各不確定度分量進(jìn)行分析計(jì)算，最終得出測(cè)定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度。結(jié)果表明，對(duì)測(cè)量結(jié)果不確定度貢獻(xiàn)最大的是標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和回收率，樣品稱量和消解液定容的影響可以忽略不計(jì)。糙米粉中鎘的測(cè)定結(jié)果為（0.025±0.005 55） mg/kg（k= 2）。

關(guān)鍵詞：不確定度；鎘；糙米粉；電感耦合等離子體質(zhì)譜法；微波消解

中圖分類號(hào)：TS210.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20230522

Evaluation of uncertainty for cadmium content in brown rice flour by microwave digestion-ICP-MS

Yang Mei， Chen Runlin， Song Mingxiong， Ye Runze， Zhou Wei

（ Yuxi Food Quality Monitoring Center， Yuxi， Yunnan 653100 ）

Abstract： An analysis of the sources of uncertainty was conducted to ascertain the cadmium content of brown rice flour via microwave digestion-inductively coupled plasma-mass spectrometry （ICP-MS）. Establishing a mathematical model of uncertainty evaluation， the source of each component was examined and calculated， and finally， the extended uncertainty of the measured result was obtained. The results revealed that the most influential factors on the uncertainty were the standard curve fitting， the standard substance， and the recovery rate； however， the sample weight and constant volume of the dissolution could be disregarded. The determination result of cadmium content in brown rice flour was （0.025 ± 0.005 55） mg/kg （k = 2） .

Key words： uncertainty， cadmium， brown rice flour， ICP-MS， microwave digestion

水稻是吸收鎘最強(qiáng)的大宗谷物，大米中的鎘污染主要來(lái)源于種植土壤的污染[1]。鎘有難去除和容易通過(guò)食物鏈富集累積在人體內(nèi)的特性，半衰期較長(zhǎng)，在人體內(nèi)富集會(huì)造成肝損傷，對(duì)人體危害較大，因此注重糧食中重金屬安全十分有必要。光譜法是檢測(cè)糧食中重金屬最常用的方法，其中原子吸收法被廣泛應(yīng)用于檢測(cè)糧食中的重金屬含量，該法具有靈敏度高和適用范圍廣等特點(diǎn)，但操作繁瑣。電感耦合等離子體質(zhì)譜法的出現(xiàn)，大大提高了無(wú)機(jī)化學(xué)元素分析的工作效率和準(zhǔn)確度，該法具有快速掃描、低檢測(cè)限、高靈敏度、可同時(shí)測(cè)定多種元素以及抗外界干擾等優(yōu)勢(shì)，使其成為當(dāng)今最合理的無(wú)機(jī)化學(xué)元素分析方法，甚至代替了常規(guī)的元素分析方法。樣品前處理方法是糙米粉中鎘含量準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，會(huì)直接影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性、平行性。糧食中鎘含量的前處理方法一般包括常壓干法灰化法和濕法灰化法等，但是容易造成無(wú)機(jī)元素?fù)p失，且步驟繁瑣。近年來(lái)，微波消解前處理法因其具有快速、簡(jiǎn)單、污染小等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于糧食中重金屬元素的檢測(cè)，常與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀配套使用[2]，以提高檢測(cè)精度。然而，由于糧食中鎘含量的測(cè)定屬于痕量分析技術(shù)，每一步操作都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，許多實(shí)驗(yàn)室都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)估，以確保測(cè)量結(jié)果的可靠性和可信度，有效科學(xué)地判定出影響實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果的關(guān)鍵因素[3-4]。

本文旨在探討微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法在測(cè)定糙米粉中鎘元素含量時(shí)的不確定度，并通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，剖析每個(gè)不確定因素的來(lái)源，統(tǒng)計(jì)相對(duì)合成不確定度，最終得出擴(kuò)展不確定度。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

NexION 2000G型電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）儀：美國(guó)PerKinElmer公司；XB620M型分析天平：普利賽斯公司；JLGJ4.5型礱谷機(jī)：浙江省臺(tái)州市糧儀廠；ETHOS UP型微波消解儀：深圳邁爾斯通有限公司；錘式旋風(fēng)磨：上海市賽霸精密儀器有限公司；100～1 000 μL SE4-5000XLS+型電動(dòng)單道移液器：美國(guó)Rainin公司。

Cd元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 μg/mL）：北京壇墨質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；65%硝酸（優(yōu)級(jí)純）：德國(guó)默克公司。

糙米粉：本地市場(chǎng)采購(gòu)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

1 μg/mL Cd元素標(biāo)準(zhǔn)工作儲(chǔ)備液配制：將100 μg/mL Cd元素標(biāo)準(zhǔn)溶液取出并冷卻至室溫，用1 mL的移液器準(zhǔn)確移取0.5 mL，將其放入50 mL容量瓶中，最后用1%的硝酸溶液進(jìn)行定容。

Cd元素系列標(biāo)準(zhǔn)工作液配制：以1%的硝酸溶液作為溶劑，將1 μg/mL Cd元素標(biāo)準(zhǔn)工作儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋成質(zhì)量濃度為0、2、4、6、8、10 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作液。

1.3 樣品前處理

將市售的稻谷用礱谷機(jī)脫殼，經(jīng)旋風(fēng)磨粉碎后，精確稱取糙米粉試樣約0.5 g（精密至0.000 1 g），放入微波消化內(nèi)罐中，加入6.00 mL、65%的硝酸，密封放置過(guò)夜，隨后旋緊罐蓋，將其放入微波消化儀中，依照規(guī)定的使用方法予以消化。微波消解程序?yàn)?0 min內(nèi)升至90 ℃，在90 ℃保持3 min，在15 min內(nèi)升至190 ℃，在190 ℃保持0 min。將消解物放置在室溫環(huán)境中，冷卻后慢慢開啟罐蓋，排出氣體，迅速將其轉(zhuǎn)移到5 mL容量的瓶中，混合均勻，并進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。

1.4 ICP-MS儀器條件

功率1 300 W，霧化器流量0.70 L/min，輔助氣流量0.40 L/min，氦氣流量4～5 mL/min，機(jī)械泵最優(yōu)轉(zhuǎn)速0.3 r/s。

2 不確定度評(píng)定

2.1 數(shù)字模型建立

式中：X為糙米粉中Cd含量，mg/kg；C為檢測(cè)液中Cd質(zhì)量濃度，μg/L；C0為待測(cè)空白介質(zhì)中Cd質(zhì)量濃度，μg/L；V為待測(cè)試液的定容體積，mL；M為糙米粉的稱樣量，g。

從數(shù)字模型及實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程分析，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定度主要來(lái)源為：糙米粉的稱量；Cd元素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；待測(cè)微波消解液定容過(guò)程；Cd元素最小二乘法標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合；測(cè)量樣品重復(fù)性；回收率測(cè)定。

2.2 不確定度分量量化

2.2.1 糙米粉稱量過(guò)程引入的不確定度Urel（M）

樣品稱量過(guò)程中存在的不確定性可以通過(guò)電子天平校準(zhǔn)不確定度和稱量重復(fù)性來(lái)評(píng)估。

（1） 電子天平校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U（M1）

（2） 實(shí)驗(yàn)室溫度的變化引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel（V2）

在實(shí)驗(yàn)室中，由于室溫難以保持在20 ℃，充分考慮定容時(shí)實(shí)驗(yàn)室溫度在（20±3）℃條件下進(jìn)行，水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4 ℃-1，考慮溫度變化趨勢(shì)遵循矩形分布，其中包含因子k= 3，室溫變化所帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為；

3 結(jié) 論

本文對(duì)微波消解—電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定糙米粉中鎘含量過(guò)程中的不確定度來(lái)源進(jìn)行了詳細(xì)分析，并且評(píng)估了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。經(jīng)過(guò)不確定度評(píng)估分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定度因素眾多，其中標(biāo)準(zhǔn)曲線最小二乘法擬合所帶來(lái)的不確定度最大，其次是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、回收率和測(cè)量重復(fù)性，而其余各種因素對(duì)不確定度的影響能夠忽略不計(jì)。本實(shí)驗(yàn)采用痕量測(cè)定的方法來(lái)測(cè)定鎘，需要精確配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，并且選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度范圍，以此來(lái)減少測(cè)量結(jié)果的不確定性，從而獲得更準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果。通過(guò)微波消解—電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定糙米粉中鎘含量不確定度評(píng)定，能夠?yàn)榧Z食質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供可靠的參考，同時(shí)也有助于進(jìn)一步提高糧食質(zhì)量安全評(píng)估的科學(xué)化，從而更好地保障糧食安全。

參考文獻(xiàn)

[1]陳正華，張家海，龔儒.種植模式及施肥方式對(duì)水稻籽粒鎘含量的影響[J].糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2022，47（1）：118-120.

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