電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定食用植物油中鉛、總砷含量不確定度評(píng)定

李趙平

(開封市食品藥品檢驗(yàn)所，河南開封 475000)

食用植物油作為食用高風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品［1］，一直是我國(guó)食品安全監(jiān)管的重點(diǎn)，其中鉛、砷等元素含量是食用植物油質(zhì)量安全控制的重要污染物指標(biāo)［2］，GB 2762–2017 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中規(guī)定食用植物油中鉛、總砷的含量均不得大于0.1 mg／kg。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法具有靈敏度高、檢出限低、檢測(cè)速度快、能同時(shí)測(cè)定多種元素等優(yōu)點(diǎn)，多用于食品中多元素的痕量分析［3］。對(duì)于痕量分析，測(cè)量過程的每一步驟對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度均有一定的影響，因此為了準(zhǔn)確地衡量檢測(cè)結(jié)果，需要對(duì)其不確定度進(jìn)行評(píng)定，從而給出可靠的檢測(cè)結(jié)果。筆者以ICP–MS 測(cè)定食用植物油中的Pb，As 含量為例，參考有關(guān)文獻(xiàn)［4–11］及《化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南》，分析測(cè)定過程中的不確定度來源，計(jì)算各影響元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度以及測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度，確定測(cè)量結(jié)果的主要影響因素及可信程度，為正確評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：7900 型，美國(guó)安捷倫科技有限公司；

微波消解儀：CEM Mars 6 型，美國(guó)CEM 公司；

趕酸器：BHW–09C 型，上海博通化學(xué)科技有限公司；

分析天平：CP225D 型，感量為0.01 mg，德國(guó)賽多利斯集團(tuán)；

容量瓶：A 級(jí)，25，50 mL，天津天波玻璃儀器有限公司；

移液槍：25，50，200 μL，德國(guó)賽多利斯集團(tuán)；

鉛單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：1 000 μg／mL，編號(hào)為189048–4，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；

砷單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：1 000 μg／mL，編號(hào)為GBW 08611，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；

65%硝酸溶液：分析純，德國(guó)默克公司；

過氧化氫：優(yōu)級(jí)純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；

氦氣、氬氣：純度均為99.999%，開封譽(yù)燦化工有限公司；

食用植物油樣品：市售；

實(shí)驗(yàn)用水為一級(jí)水，符合GB／T 6682–2008 規(guī)定。

1.2 儀器工作條件

射頻功率：1 550 W；霧化室溫度：2℃；元素分析模式：碰撞反應(yīng)池；碰撞氣體：氦氣，流量為4.3 mL／min；等離子體氣：氬氣，流量為15 L／min；載氣：氬氣，流量為1.05 L／min；輔助氣：氬氣，流量為1 L／min；樣品提升速度：0.3 r／s［12］。

1.3 溶液配制

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液

精確量取鉛、砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液各0.05 mL，分別置于50 mL 容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至標(biāo)線，搖勻，配制成鉛、砷的質(zhì)量濃度均為1 μg／mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。

1.3.2 系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

分別吸取0.000，0.025，0.050，0.100，0.150，0.200，0.250 mL 鉛、砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，置于7 只25 mL 容量瓶中，以微波消解后的樣品溶液為稀釋液，定容至標(biāo)線，搖勻，配制成鉛、砷的質(zhì)量濃度均分別為0，1，2，4，6，8，10 ng／mL 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.4 樣品處理

稱取0.3 g(精確至0.1 mg)樣品，置于消解罐中，加入8 mL 65%硝酸溶液，2 mL 過氧化氫，在趕酸器上預(yù)消解，預(yù)消解條件：恒溫100℃，保持40 min。然后進(jìn)行微波消解，升溫程序：5 min 升溫至120℃，保持5 min，5 min 升溫至150℃，保持10 min，5 min升溫至190℃，保持20 min。消解完全后，趕酸至消解液約為1 mL，取出消解罐，冷卻至室溫，將消解液轉(zhuǎn)移至25 mL 容量瓶中，用少量水洗滌消解罐3～4次，洗滌液一并轉(zhuǎn)移至25 mL 容量瓶中，用水定容至標(biāo)線，搖勻，即得待測(cè)樣品溶液［12］。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.5 數(shù)學(xué)模型及不確定度來源

樣品中待測(cè)元素的含量按式(1)計(jì)算。

式中：X——樣品中待測(cè)元素含量，mg／kg；

ρ——扣除空白的樣品溶液中待測(cè)元素的質(zhì)量 濃度，ng／mL；

V——樣品消解液定容總體積，mL；

M——試樣質(zhì)量，g。

根據(jù)測(cè)量過程和公式(1)，食用植物油中鉛、總砷含量測(cè)定結(jié)果的不確定度來源包括：

（1）樣品稱量引入的不確定度urel(m)；

（2）樣品定容引入的不確定度urel(V)；

（3）樣品前處理引入的不確定度urel(R)；

（4）樣品溶液中Pb，As 濃度引入的不確定度urel(c)；

（5）樣品重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度urel(f)。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品稱量引入的不確定度urel(m)

天平稱量引入的不確定度主要來源于天平校準(zhǔn)、可讀性以及重復(fù)性3 方面［13］，其中重復(fù)性引入的不確定度分量已包含在樣品重復(fù)測(cè)量中。

2.1.1 天平校準(zhǔn)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m1)

樣品的稱樣量為0.304 2 g，天平檢定證書給出的最大允許誤差為0.000 5 g，按均勻分布(k=) 計(jì)算，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m1)=0.000 9。

2.1.2 天平可讀性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m2)

天平分辨率為0.1 mg，按均勻分布計(jì)算，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m2)=0.000 1。

樣品稱量過程包括去皮和放樣，2 次稱量相互獨(dú)立［14］，故由樣品稱量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.2 樣品定容引入的不確定度urel(V)

樣品最終定容至25 mL 容量瓶中，引入的不確定度主要來源于容量瓶的校準(zhǔn)、體積重復(fù)性和溫度效應(yīng)3 方面［15–16］。

（1）校準(zhǔn)。25 mL A 級(jí)容量瓶的容量允差為±0.03 mL，按均勻分布計(jì)算，校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u25mL(1)=0.017 3 mL。

（2）體積重復(fù)性。用水對(duì)25 mL 容量瓶進(jìn)行10 次定容稱量，計(jì)算得其標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.012 4 mL，按照A 類不確定度評(píng)定，由體積重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u25mL(2)=0.003 9 mL。

（3） 溫度。容量瓶校準(zhǔn)溫度為20℃，實(shí)驗(yàn)過程中室溫變化為±5℃，水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10–4℃–1，按均勻分布計(jì)算，溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u25mL(3)=0.015 2 mL。

由樣品定容過程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.3 樣品前處理引入的不確定度urel(R)

采用微波消解法進(jìn)行樣品前處理，在前處理過程中存在元素?fù)p失、樣品污染等問題，會(huì)引入一定的不確定度，可通過加標(biāo)回收試驗(yàn)來評(píng)估此不確定度。在加標(biāo)回收試驗(yàn)中平行測(cè)定9 次，計(jì)算Pb，As 測(cè)定結(jié)果的平均值分別為104.908 8，109.613 1 ng／mL，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.831 4，2.449 4 ng／mL，則由樣品前處理引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度uPb，rel(R)=0.005 8，uAs，rel(R)=0.007 4。

2.4 樣品溶液中Pb，As 濃度引入的不確定度urel(c)

該項(xiàng)不確定度主要由兩部分構(gòu)成，即標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過程引入的不確定度和標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合過程引入的不確定度。

2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過程引入的不確定度urel(1)

（1）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(a)。由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書查得，Pb，As 質(zhì)量濃度均為1 000 μg／mL，其中Pb 的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%，擴(kuò)展因子k=2；As 的擴(kuò)展不確定度為1 μg／mL，擴(kuò)展因子k=2，則由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度uPb，rel(a)=0.003 5，uAs，rel(a)=0.000 5。

（2）標(biāo)準(zhǔn)工作液配制過程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(b)。該項(xiàng)不確定度來源于容量瓶和移液槍引入的不確定度，包括校準(zhǔn)、體積重復(fù)性(或測(cè)量重復(fù)性)和溫度效應(yīng)3 方面［10–11］。本實(shí)驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制過程中使用了50，25 mL 容量瓶和200，50，25 μL 移液槍。

容量瓶引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

50，25 mL A 級(jí)容量瓶的容量允差分別為±0.05，±0.03 mL，按均勻分布計(jì)算，校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u50mL(1)=0.028 9 mL，u25mL(1)=0.017 3 mL。

用水對(duì)50，25 mL 容量瓶分別進(jìn)行10 次定容稱量，計(jì)算得其標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.013 1，0.012 4 mL，按照A 類不確定度評(píng)定，由體積重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u50mL(2)=0.004 1 mL，u25mL(2)=0.003 9 mL。

容量瓶校準(zhǔn)溫度為20℃，實(shí)驗(yàn)過程中室溫變化為±5℃，水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10–4℃–1，按均勻分布計(jì)算，溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u50mL(3)=0.0303 mL，u25mL(3)=0.0152 mL。

由50，25 mL 容量瓶引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

移液槍引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

根據(jù)JJG 646–2006 移液器檢定規(guī)程，在20℃條件下，標(biāo)稱容量為25 μL 的移液槍在25 μL 時(shí)的容量允許誤差為±4.0%，標(biāo)稱容量為50 μL 的移液槍在50 μL 時(shí)的容量允許誤差為±3.0 %，標(biāo)稱容量為200 μL 的移液槍在100，200 μL 時(shí)的容量允許誤差分別為±2.0%，±1.5%，按均勻分布計(jì)算，校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u25μL(1)=0.577 4 μL，u50μL(1)=0.866 1 μL，u100μL(1)=1.155 μL，u200μL(1)=1.732 μL。

依據(jù)JJG 646–2006 移液器檢定規(guī)程，標(biāo)稱容量為25 μL 的移液槍在25 μL 時(shí)的測(cè)量重復(fù)性不大于2.0%，標(biāo)稱容量為50 μL 的移液槍在50 μL 時(shí)的測(cè)量重復(fù)性不大于1.5%，標(biāo)稱容量為200 μL 的移液槍在100，200 μL 時(shí)的測(cè)量重復(fù)性均不大于1.0%，按均勻分布計(jì)算，測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u25μL(2)=0.288 7 μL，u50μL(2)=0.433 0 μL，u100μL(2)=0.577 4 μL，u200μL(2)=1.155 μL。

移液槍校準(zhǔn)溫度為20℃，實(shí)驗(yàn)過程中室溫變化為±5℃，水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10–4℃–1，按均勻分布計(jì)算，溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u25μL(3)=0.015 2 μL，u50μL(3)=0.030 3 μL，u100μL(3) =0.060 6 μL，u200μL(3)=0.121 2 μL。

因此由移液槍引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制過程引入的不確定度：

標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制過程中使用了50 mL 容量瓶1 次，25 mL 容量瓶6 次，200 μL 移液槍分別移取標(biāo)準(zhǔn)溶液200 μL 2 次、100 μL 2 次，50 μL 移液槍3 次，25 μL 移液槍1 次。則標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制過程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線擬合引入的不確定度urel(2)

在1.2 儀器工作條件下，對(duì)1.3.2 配制的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)濃度點(diǎn)重復(fù)測(cè)定3次，結(jié)果見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度

以待測(cè)元素的質(zhì)量濃度(c)為自變量，以對(duì)應(yīng)的信號(hào)響應(yīng)值(y)為因變量進(jìn)行線性擬合，得到Pb，As 擬合線性方程和相關(guān)系數(shù)(r)分別為y=241 473c+161 067，r=0.999 2；y=12 048c+1 525.5，r=1.000 0。由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按式(2)計(jì)算［13］，結(jié)果見表2。

其中：

式中：s——標(biāo)準(zhǔn)偏差；

b——標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的斜率；

cy——樣品中待測(cè)元素濃度的平均值，ng／mL；

n——標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)量次數(shù)，n=21；

p——樣品的測(cè)量次數(shù)，p=6；

cj——標(biāo)準(zhǔn)溶液中元素的濃度，ng／mL；

yj——標(biāo)準(zhǔn)溶液的信號(hào)響應(yīng)值(CPS)；

yL——根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)溶液 的信號(hào)響應(yīng)理論值(CPS)。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度

測(cè)定樣品溶液中Pb，As 濃度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.5 重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度urel(f)

對(duì)一份樣品溶液重復(fù)測(cè)定6 次，計(jì)算平均值cy及標(biāo)準(zhǔn)偏差s，根據(jù)A 類不確定度評(píng)定，各元素引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度按式(3)計(jì)算，結(jié)果見下表3。

表2 重復(fù)性引入的不確定度

2.6 合成不確定度和擴(kuò)展不確定度

以上各相對(duì)不確定度分量互不相關(guān)，合成以上各相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量得Pb，As 的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

按2.5 樣品中鉛的平均含量xPb=0.022 8 mg／kg計(jì)算，則Pb 的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uPb=uPb,relxPb=0.006 55 mg／kg。取包含因子k=2，則Pb 的擴(kuò)展不確定度UPb=kuPb=2×0.006 55=0.013 1 mg／kg。

按2.5 樣品中砷的平均含量xAs=0.007 85 mg／kg計(jì)算，則As 的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uAs=uAs，relxAs=0.002 26 mg／kg。取包含因子k=2，則As 的擴(kuò)展不確定度UAs=kuAs=2×0.002 26=0.004 52 mg／kg。

2.7 不確定度報(bào)告

Pb 含 量 為(0.022 8±0.013) mg／kg，k=2；As含量為(0.007 85±0.004 5)mg／kg，k=2。

3 結(jié)論

利用ICP–MS，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定食用植物油中的Pb，As 含量，結(jié)果表明Pb 含量為(0.022 8±0.013) mg／kg，k=2；As 含量為(0.007 85±0.004 5) mg／kg，k=2。當(dāng)樣品中元素含量較低時(shí)，測(cè)定結(jié)果的不確定度主要來源于樣品溶液中待測(cè)元素的濃度(其中標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的擬合影響較大)，樣品稱量、定容、前處理、重復(fù)測(cè)量的影響可忽略不計(jì)。因此，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的擬合是影響測(cè)定結(jié)果的關(guān)鍵因素，在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)臐舛确秶鷣砝L制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。另外，當(dāng)樣品中元素含量接近GB2762–2017 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》規(guī)定的限量0.1 mg／kg 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)溶液的稀釋過程引入的不確定度影響較大，所以在配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液時(shí)盡可能減少稀釋次數(shù)，同時(shí)選取精密度及準(zhǔn)確度高的玻璃儀器及移液槍來提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。