ICP-MS 法測定牡蠣粉中鎘含量不確定度的評定

◎ 閆曉梅，耿 鑫，楊翰楠，周長民

（沈陽市食品藥品檢驗所，遼寧 沈陽 110136）

測量不確定度是定量說明測量結(jié)果質(zhì)量的一個參數(shù)，既是評定測量水平的特性指標(biāo)，也是判定測量結(jié)果可靠程度的重要依據(jù)。中國實驗室國家認(rèn)可委員會（CNAL）要求經(jīng)CNAL 認(rèn)可的檢測實驗室必須建立測量不確定度的評定程序，并有能力對每一項數(shù)值要求的測量結(jié)果進行測量不確定度評定[1]。同時，測量不確定度表明賦予被測量之值的分散性，是通過對測量過程的分析和評定得出的一個區(qū)間，因此測量不確定度評定是檢測和校準(zhǔn)實驗室必不可少的工作之一。本文旨在對電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定牡蠣粉中鎘的測量不確定度進行分析，找出影響不確定度的因素，建立牡蠣粉中鎘的含量不確定度的基本方法；對此方法的測量不確定度進行評定，可用于合理地表征測量結(jié)果的可靠程度。

牡蠣是一種著名的海產(chǎn)貝類，在我國各沿海地區(qū)均有生長，其滿身是寶。牡蠣干燥加工而成的牡蠣粉含有豐富氨基酸、蛋白質(zhì)，以及銅、鎂、鉀、鉬、磷、錳、鐵和鋅等人體必需的元素。牡蠣可用于驚悸失眠，眩暈耳鳴，促進傷口復(fù)原，滋補肝腎，作為醫(yī)藥營養(yǎng)保健品或食品營養(yǎng)添加劑有著廣泛的藥補、食補作用。然而隨著近海環(huán)境水質(zhì)污染的加劇，牡蠣中也聚集了一定量的重金屬，對人體造成損害。資料顯示，鎘位列聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出的12 種具有全球意義的危險化學(xué)物質(zhì)之首，人類長期攝入過量的鎘會導(dǎo)致急、慢性鎘中毒，分布在全身各器官。主要損害骨骼、肝、腎和甲狀腺等組織器官，影響生殖系統(tǒng)及后代生長發(fā)育。本實驗參考相關(guān)文獻建立了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定牡蠣粉中鎘的方法，根據(jù)《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059—1999）[2]和《化學(xué)分析測量不確定度評定》（JJF 1135—2005）[3]對實驗結(jié)果進行分析。石墨爐原子吸收分光光度法雖然選擇性和靈敏度均較高，但是不適用于基體復(fù)雜的樣品。ICP-MS 是20 世紀(jì)80 年代才逐漸發(fā)展成熟的新型分析方法，近年來，隨著質(zhì)譜技術(shù)的成熟，其在元素分析方面的優(yōu)勢受到關(guān)注。ICP-MS 不僅可以實現(xiàn)多元素同時測定，而且具有選擇性高、靈敏度和線性范圍寬等優(yōu)點[4-5]，因此本實驗采用ICP-MS 作為檢測手段。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

（1）主要儀器。Agilent 7800 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，購自美國安捷倫公司；MARS-6 微波消解儀，購自美國CEM 公司；賽多利斯arium Pro VF 超純水機，購自德國賽多利斯公司；BP121S 電子天平，購自德國賽多利斯公司。

（2）鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 0 μg·mL-1），購自國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院。使用時逐級稀釋，0 ～4 ℃保存1 個月。65% HNO3，分析純，購自德國默克公司。去離子水，電阻率＞18.2 MΩ·cm。

1.2 試驗過程

稱取牡蠣粉樣品0.5 g（精確至0.0001 g）于微波消解罐內(nèi)，加入5 mL 硝酸及2 mL 過氧化氫，于100 ℃電熱板加熱0.5 h 預(yù)消解后，旋緊頂蓋后放入微波消解儀內(nèi)按預(yù)設(shè)程序進行微波消解，消解完成后，于140 ℃電熱板趕酸至1 mL 左右，冷卻后用超純水將消解液轉(zhuǎn)移入10 mL 容量瓶內(nèi)，定容后備用，同時制備樣品空白。用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進行測定，得出牡蠣粉中鎘含量。

1.3 微波消解程序

①功率1 600 W，溫度110 ℃，爬升時間8 min，保持時間8 min。②功率1 600 W，溫度160 ℃，爬升時間8 min，保持時間8 min。溫度180 ℃，爬升時間8 min，保持時間30 min。

1.4 ICP-MS 工作條件

射頻功率1 100 W，等離子體氬氣流量15 L·min-1，輔助氣流量0.2 L·min-1，霧化氣流量0.85 L·min-1，預(yù)混室溫度2 ℃。Ni采樣錐和截取錐測量停留時間0.30 s，重復(fù)測量次數(shù)3 次。

1.5 工作曲線繪制

吸取0.1 mL 鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液至100 mL 容量瓶中，用2%硝酸定容，作為儲備液，濃度為1 μg·mL-1。分別吸取0.1 mL、0.5 mL、1 mL、2.5 mL 和5 mL 鎘元素儲備液，用2%硝酸稀釋至100 mL 容量瓶中，配制成濃度為1 μg·L-1、5 μg·L-1、10 μg·L-1、25 μg·L-1和50 μg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用內(nèi)標(biāo)法進行測定，內(nèi)標(biāo)元素為鈧（Sc）。

2 不確定度評定

2.1 不確定度來源

牡蠣粉中不確定度的具體來源見表1[6-7]。

表1 牡蠣粉中鎘不確定度來源表

2.2 數(shù)學(xué)模型

試樣中鎘含量的計算公式為：

式（1）中，X-試樣中鎘含量，單位為mg·kg-1；C-最終樣液中鎘的濃度，單位為μg·L-1；V-定容體積，單位為mL；m-樣品質(zhì)量，單位為g；1 000-單位換算。

2.3 不確定度分量的評定

2.3.1 樣品均勻性引入的不確定度u1

樣品采用研磨機研磨至一定的細(xì)度，并充分混合均勻，因此樣品均勻性引入的不確定度忽略不計。

2.3.2 樣品稱量引入的不確定度u2

實際操作中，使用精度為0.000 1 g 的天平，該電子天平經(jīng)檢定為特種準(zhǔn)確度級，檢定合格，檢定證書結(jié)論為最大允許誤差±0.5 mg，按均勻分布考慮，k=，樣品共稱量2 次，則：

2.3.3 樣品定容引入的不確定度u3

樣品用10 mL 容量瓶定容，溶液體積有兩個主要不確定度來源，分別為校準(zhǔn)（u3-1）和溫度效應(yīng)（u3-2）。

（1） 校 準(zhǔn)u3-1。 根 據(jù)《 常 用 玻 璃 量 器》（JJG 196—2006）[8]規(guī)定，20 ℃條件下，10 mL A 級容量瓶的容量允差為±0.05 mL，按三角分布考慮，計算得標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（2）溫度效應(yīng)u3-2。容量瓶的校準(zhǔn)溫度為20 ℃，而實驗室的溫度在（20±4）℃的范圍內(nèi)變化。通過溫度范圍和水的膨脹系數(shù)的估計值可計算出溫度效應(yīng)產(chǎn)生的不確定度。一般認(rèn)為，液體體積膨脹比容量瓶體積膨脹大，因此只考慮液體體積膨脹。水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，由溫度效應(yīng)導(dǎo)致的體積變化為±10×4×2.1×10-4=±0.008 4 mL，溫度變量可假設(shè)為均勻分布，即k=，計算得溫度效應(yīng)引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

樣品定容引入的不確定度為：

2.3.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度u4

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度包括標(biāo)準(zhǔn)儲備液引入的不確定度（u4-1）及標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過程引入的不確定度（u4-2）。

（1）標(biāo)準(zhǔn)儲備液引入的不確定度u4-1。鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液的濃度為1 000 μg·mL-1，標(biāo)準(zhǔn)證書給出相對擴展不確定度為4%（k=2），則：

（2）稀釋過程引入的不確定度u4-2。稀釋過程引入的不確定度：以鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液（1 000 μg·mL-1），逐級稀釋配成0 μg·L-1、1 μg·L-1、5 μg·L-1、10 μg·L-1、25 μg·L-1及50 μg·L-1系列鎘標(biāo)準(zhǔn)使用液，由于標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合時已考慮x軸上標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級稀釋引入的不確定度遠(yuǎn)小于y軸上引入不確定度，標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級稀釋引入的不確定度可忽略不計。

因此，標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度u5

用ICP-MS 測定5 個標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)譜強度，用最小二乘法進行擬合，得到相關(guān)參數(shù)，如表2 所示。

表2 工作曲線測定相關(guān)參數(shù)及計算結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.011 9x+0.163 9，R=0.999。將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入貝賽爾公式，得到回歸曲線的剩余標(biāo)準(zhǔn)差。

其中，y-標(biāo)液測試響應(yīng)值與內(nèi)標(biāo)響應(yīng)值的比值，n-測量次數(shù)，x-標(biāo)液的測試濃度，b-截距，a-曲線斜率。

對于樣品溶液中待測元素的濃度測量值，平均測量10 次，得平均值為C-=21.623 μg·L-1，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

式中，p-樣品重復(fù)測定次數(shù)，本次試驗中取10；n-標(biāo)準(zhǔn)溶液系列點數(shù)，本次試驗中取5；-測試標(biāo)準(zhǔn)曲線系列濃度的均值；C樣-樣品測定中某一濃度值；Ci-標(biāo)準(zhǔn)溶液系列各點的濃度。則相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.6 測量重復(fù)性引入的不確定度u6

在重復(fù)性條件下，對牡蠣粉進行10 次重復(fù)測定，結(jié)果見表3。則測量重復(fù)性引入的不確定度為：

表3 樣品重復(fù)測量結(jié)果表

2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

最后合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.5 評定擴展不確定度及報告測量不確定度

擴展不確定度U表示為：U=urel×k=0.0034×2=0.006 8 mg·kg-1。最終測量不確定度報告為（0.428±0.006 8）mg·kg-1，k=2。

3 結(jié)論

ICP-MS 法測定牡蠣粉中鎘含量，其不確定度的主要來源為標(biāo)準(zhǔn)曲線和測量重復(fù)性，而標(biāo)準(zhǔn)品、樣品的稱重和定容過程帶來的不確定度很小，幾乎可以忽略不計。所以，日常檢驗中應(yīng)加強控制影響檢驗儀器分析結(jié)果和檢驗重復(fù)性的各種因素，做好儀器的維護可以有效提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，以降低測量結(jié)果的不確定度對檢驗結(jié)果真實性的影響。