電感耦合等離子體質譜法測定嬰幼兒配方乳粉中鎘的不確定度分析評定

顏復張，劉倩，黃緣，易燦

（澳優(yōu)乳業(yè)（中國）有限公司檢測中心，長沙 410299）

0 引 言

嬰幼兒配方乳粉為嬰幼兒重要的營養(yǎng)來源，直接關系到嬰幼兒的健康和發(fā)育，其安全性一直受到社會廣泛關注[1]。鎘作為一種對人體有害的重金屬，一直是乳粉重點監(jiān)控的安全性評價指標之一[2]。研究表明，鎘具有致癌作用，已被國際癌癥研究機構列為一類致癌物[3]。鎘代謝緩慢，容易在人體內堆積，尤其是腎臟和肝臟，體內的鎘與蛋白質反應形成鎘-蛋白質結合物，會使正常機體內所必需酶的活性降低，誘發(fā)相應的健康疾病[4-5]。由于嬰幼兒相比于成人對有毒重金屬等環(huán)境污染物有著更高的吸收，而副作用閾值卻更低，所以會更為敏感[6]。因此，嬰幼兒配方乳粉中鎘含量測定結果是否準確顯得尤為重要。

檢測過程中，由于測量誤差的存在，使得測量結果存在不確定性。為了對測量結果進行科學評價，將測量不確定度這一概念用于測量結果[7-8]。測量不確定度即指根據所用到的信息，表征賦予被測量量值分散性的非負參數[9-10]。目前，鎘的測定主要采用石墨爐原子吸收法[2,11-12]、電化學檢測法[13-14]、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）[15-17]和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[18-19]等。本文參考食品安全國家標準GB 5009.268-2016《食品中多元素的測定》第一法[20]，采用ICP-MS法對嬰幼兒配方乳粉中鎘的含量進行測定，依據JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[21]與CNASGL006-2019《化學分析中不確定度的評估指南》[22]，對測定過程的不確定度進行分析評定，確定不確定度的主要來源，為減小測量誤差、保證測定結果的準確性和有效性提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售嬰幼兒配方乳粉；鎘元素標準溶液（1 000 m g/L），國家有色金屬及電子材料分析測試中心；鍺元素標準溶液（1 000 m g/L），銦元素標準溶液（1 000 m g/L）美國O 2Si公司；硝酸（≥65%，痕量金屬級），德國CNW公司。

1.2 儀器與設備

iCAP Q電感耦合等離子體質譜儀，美國Therm o Fisher Scientific公司；ETHOSUP微波消解儀，意大利Milestone公司；AL204分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；VB24Plus智能樣品處理器，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 標準溶液的配制

標準儲備液（100μg/m L）：準確吸取10.0 m L鎘標準溶液（1 000μg/m L）于100 m L容量瓶中，用（2+98）硝酸溶液定容。

標準中間液（1.0μg/m L）：準確吸取1.0 m L鎘標準儲備液（100μg/m L）于100m L容量瓶中，用（2+98）硝酸溶液定容。

標準工作液：分別吸取鎘標準中間液（1.0μg/m L）0，0.1，0.5，1.0，3.0，5.0 m L于100 m L容量瓶中，用（2+98）硝酸溶液定容至刻度，濃度分別為 0，1.0，5.0，10.0，30.0，50.0μg/L。

1.3.2 樣品前處理

按照GB 5009.268-2016《食品中多元素的測定》第一法進行[20]。

準確稱取乳粉樣品0.5 g于微波消解罐中，加入10 m L硝酸，加蓋放置1 h，旋緊罐蓋，按照微波消解儀標準操作步驟進行消解，消解參考條件見表1。冷卻后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內蓋，將消解罐放在控溫電熱板上，于150℃加熱30 min或超聲脫氣2～5 min，用超純水將消化液定容至刻度50 m L，混勻備用；同時做試劑消解空白試驗。

表1 微波消解參考條件

1.3.3 ICP-MS法測定嬰幼兒配方乳粉中鎘的含量

優(yōu)化ICP-MS儀器操作條件，使靈敏度、氧化物和雙電荷化合物達到測定要求。儀器穩(wěn)定后，按表2工作參數分別測定標準工作液、空白樣液、樣品溶液中鎘的含量。

表2 ICP-MS工作參數

1.3.4 乳粉中鎘的含量計算公式

式中：X為試樣中鎘元素的含量（m g/kg），C為測定液中鎘元素的濃度（μg/L），C0為測定空白液中鎘元素的濃度（μg/L），V為樣液體積（m L）；m為樣品稱樣量（g）。

2 結果與分析

2.1 不確定度分量的主要來源[23-24]

從測量過程和結果計算分析，乳粉中鎘元素含量測定的不確定度的來源主要有以下幾個方面：（1）測量重復性引入的不確定度；（2）標準物質引入的不確定度：鎘標準溶液的標準不確定度，標準曲線產生的不確定度，稀釋過程量器校準引入的不確定度，標準曲線擬合引入的不確定度；（3）樣品制備過程引入的不確定度：樣品稱量時引入的不確定度（包括萬分之一的天平本身最大允許誤差，天平的分辨率、樣品的均勻性等），量器校準引入的不確定度；（4）加標回收率引入的不確定度。

2.2 不確定度分量的評定

2.2.1 測量重復性引入的不確定度

稱取同一批次的乳粉樣品7份，選取1.50 m g/kg濃度水平進行重復性加標實驗，在相同的條件下平行測定試液中鎘的含量，試驗數據和分析結果見下表3。

單次測量的實驗標準偏差為：

由鎘元素含量測定重復性（n=7）引入的相對標準不確定度urel(frep)為：

2.2.2 標準物質引入的不確定度

（1）鎘標準溶液的不確定度。鎘標準溶液購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心，根據標準溶液證書提供的信息，其相對擴展不確定度為0.7%，k=2，屬于B類評定，則其相對標準不確定度為：urel(a)=0.7%/2=0.0035。

（2）標準曲線擬合產生的不確定度。用電感耦合等離子體質譜法對標準系列溶液進行測定，得到相應的信號強度（cps），用最小二乘法進行擬合，得到標準工作曲線的線性回歸方程，結果見表4。

則標準曲線擬合的不確定度為：

式中，S(y)為殘差標準偏差；b為曲線斜率；a為曲線截距；p為樣品溶液的測定總數，p=7；n為標準溶液的測定總數，n=18；C為樣液中鎘元素的濃度，μg/L；為標準溶液中鎘元素的平均濃度值，μg/L；Xi為標準溶液中鎘元素各點的濃度，μg/L；yi為標準溶液各點吸光度的測定值。

表3 乳粉測量重復性結果

表4 鎘元素標準曲線測定數據

根據表2數據及公式計算得到：

則標準曲線擬合引入的相對標準不確定為：

（3）標準工作曲線配制過程中量器校準引入的不確定度。在標準儲備液配制過程中使用了A級100 m L單標線容量瓶，A級10、1、5 m L刻度吸管，查閱JJG 196-2006《常用玻璃儀器檢定規(guī)程》[25]得，在20℃時，A級100 m L單標線容量瓶的容量允差為±0.1 m L，A級10 m L刻度吸管示值允差為±0.05 m L，A級1 m L刻度吸管示值允差為±0.008 m L，A級5 m L刻度吸管示值允差為±0.015 m L，20℃時水的膨脹系數α=0.000208℃-1，實驗室溫度變化為Δt±5℃，按矩形均勻分布，包含因子k=，同時考慮溶液溫度和容量瓶與校準溫度引起的不確定度，計算結果見表5。

由表5數據相對標準不確定度合成的標準物質量器準引入的相對標準不確定度：

（4）標準物質引入的不確定度。由不確定度分量合成的標準物質引入的相對標準不確定度urel(std)為：

2.2.3 樣品制備過程引入的不確定度

（1）樣品稱量引入的不確定度。稱取樣品的質量主要受到天平的校準的影響，天平校準又包括天平的最大允許誤差和分辨力兩個分量。

(a)天平的最大允許誤差。天平制造商給出了天平的最大允許誤差為±0.0005 g。根據制造商的建議，天平線性引入的不確定度采用矩形分布處理，其標準不確定度為：

(b)天平的分辨力。采用電子天平稱量，由天平分辨力引入的質量的標準不確定度為：

由天平稱量所引入的標準不確定度可如下合成：

則由樣品稱量引入的相對不確定度為：

表5 標準溶液配制時引入的相對標準不確定度

（2）樣品處理時量器校準引入的不確定度。樣品制備過程中使用了A級50 m L單標線容量瓶定容。由JJG 196-2006《常用玻璃量器》規(guī)定，在20℃時50 m L單標線容量瓶（A級）的容量允差為±0.05 m L，取矩形均勻分布，則容量瓶體積帶來的不確定度u(V1)為：

實驗室溫度變化為Δt±5℃，20℃時水的膨脹系數α=0.000208℃-1，按矩形均勻分布，則溫度變化帶來的不確定度為u(V2)：

50 m L A級單標線容量瓶校準引入的標準不確定度為：

相對標準不確定度為：

（3）樣品制備過程引入的不確定度2.2.3（2）和2.3.3（3）。樣品制備過程引入的相對標準不確定度urel(sam)為：

2.2.4 加標回收率引入的不確定度

乳粉樣品在前處理過程中，鎘含量會有損失。選取3個添加水平進行回收率實驗，分別為本底含量的0.5倍、1.0倍、1.5倍；每個添加水平做3個平行樣，各加標回收率數據見表6。

由表6可知，回收率均值R=97.79%（n=9），標準偏差為S(R)=3.59%，則回收率引入的標準不確定度為：

相對標準不確定度urel(R)為：

對回收率進行顯著性分析以判定在結果計算時是否引入回收率校正因子fR：

根據測量不確定度評定指南對一般檢測實驗室要求，取置信概率95%，在自由度為8時T臨界值為T0.05=2.306，T＜T0.05，則表明回收率與1之間無顯著性差異，即本實驗結果計算不需引入校正因子fR。

2.3 相對標準不確定度合成

影響乳粉中鎘含量測定的相對標準不確定度分量匯總見表7。

根據表7的不確定度分量，合成乳粉中鎘元素含量的相對標準不確定度urel(X)為：

各不確定度分量的貢獻占比見圖1。由圖可知，測量過程中不確定度的主要來源是標準曲線的配制過程，其次是樣品加標回收率，樣品稱量和樣品處理過程量器引入的不確定度影響非常小，可忽略不計。整個試驗過程涉及較多玻璃量器的使用，應嚴格規(guī)范移液、定容操作，從而有效地減少測定過程中產生的不確定度，提高檢測結果的精密度和準確度。

2.4 擴展不確定度計算

根據測量不確定度評定指南對一般檢測實驗室要求[22]，包含因子取k=2。因此，本實驗中鎘元素含量測定的相對擴展不確定度Urel=k×urel(X)=2×0.050=0.10。由表3可知，實驗測得乳粉中鎘的含量為1.45 m g/kg，則擴展不確定度U=1.45×0.10=0.15 m g/kg，k=2。

表6 加標回收率測定結果

表7 相對標準不確定度分量匯總表

圖1 相對標準不確定度分量貢獻占比

3 結 論

采用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）對嬰幼兒配方乳粉中鎘的含量進行測定，取樣量為0.5 g，當乳粉樣品中鎘含量為1.45 m g/kg時，擴展不確定度為0.15 m g/kg，k=2。通過對各不確定度分量進行評估，測量過程中不確定度的主要來源是標準曲線的配制過程，其次是樣品加標回收率，樣品稱量和樣品處理過程量器引入的不確定度可忽略不計。整個試驗過程涉及較多玻璃儀器使用，應嚴格規(guī)范移液、定容操作，從而有效的減少不確定度，提高檢驗的精密度和準確度。