ICP-MS法測定薄荷中13種重金屬及有害元素含量的不確定度評定

朱雪妍 羅軼 林燕翔

【摘 要】 目的：用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）對薄荷中鉻（Cr）、錳（Mn）、鈷（Co）、鎳（Ni）、銅（Cu）、砷（As）、硒（Se）、鉬（Mo）、鎘（Cd）、鋇（Ba）、鏑（Dy）、鉈（Tl）、鉛（Pb）含量的不確定度評定。方法：電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定其含量，并對測定方法流程分析，確定不確定度來源，計算合成不確定度。結(jié)果：各元素的擴展不確定度分別為Cr 0.31mg/kg、Mn 4.8 mg/kg、Co 0.052 mg/kg、Ni 0.14 mg/kg、Cu 1.16 mg/kg、As 0.14 mg/kg、Se 0.028 mg/kg、Mo 0.024 mg/kg、Cd 0.0076 mg/kg、Ba 0.97 mg/kg、Dy 0.018 mg/kg、Tl 0.0038 mg/kg、Pb 0.35 mg/kg。結(jié)論：該方法用于ICP-MS測定薄荷中13種元素的含量并評價其不確定度，提供了重金屬及有害物質(zhì)的不確定度的重要參考。

【關(guān)鍵詞】 電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）;薄荷;重金屬及有害元素;不確定度

【中圖分類號】R284.1 【文獻標志碼】 A 【文章編號】1007-8517（2021）15-0049-10

Abstract：Objective To established an uncertainty analysis method for the determination of Cr， Mn，Co， Ni， Cu， As， Se， Mo， Cd， Ba， Dy， Tl， Pb in Menthae haplocalycis herba by ICP-MS.Methods To determine the contents by ICP-MS， Analyzed the determination process， identify the source of uncertainty and calculated the combined uncertainty. Results The expanded uncertainty of the test by ICP-MS were 0.31mg/kg for Cr， 4.8 mg/kg for Mn， 0.052 mg/kg for Co、0.14 mg/kg for Ni， 1.16 mg/kg for Cu， 0.14 mg/kg for As， 0.028 mg/kg for Se， 0.024 mg/kg for Mo， 0.0076 mg/kg for Cd， 0.97 mg/kg for Ba， 0.018 mg/kg for Dy， 0.0038 mg/kg for Tl， 0.35 mg/kg for Pb. Conclusion This method applicable for content and the uncertainty evaluation of 13 elemets in the Menthae haplocalycis herba. It provides an important reference for the uncertainty evaluation for the heavy mental determination in Menthae haplocalycis herba.

Keywords：ICP-MS，;Menthae haplocalycis Herba;Heavy Metal;Uncertainty

薄荷為唇形科植物薄荷Mentha haplocalyx Briq.的干燥地上部分，其主要成分為揮發(fā)油等。目前《中國藥典》2015年版一部僅對薄荷進行性狀、鑒別、檢查及揮發(fā)油的含量測定的檢測，又中藥材中的重金屬已成為國際上對中國中藥出口特別關(guān)注的問題之一，其安全性評價已經(jīng)成為研究熱點[1-2]，故對于薄荷中重金屬含量檢測評價。本實驗用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）對薄荷的Cr、Mn、Co、Ni、Cu、As、Se、Mo、Cd、Ba、Dy、Tl、Pb等13種元素測定并對測定結(jié)果進行不確定度的評定。通過測量不確定度的評定，可定量評價測量結(jié)果的準確性，表示了測量的可信程度，指定了中藥薄荷中的重金屬及有害元素測量的相關(guān)影響因素，為正確評價和使用檢驗數(shù)據(jù)提供更科學更合理的依據(jù)，同時也對進一步的實驗和研究引導了方向。

1 儀器與試劑

1.1 儀器 Agilent 8800 ICP―MS（美國Agilent公司）; 霧化器為 Agilent 100μL min-1PFA Micro Flow Nebulizer，霧化室為石英雙通道，Pilitier半導體控溫于（2+1） ℃， 炬管為石英一體化，2.5 mm中心通道，采樣錐材料為鎳; Millipore Mill-Q 超純水機， 美國Millipore Mill-Q 超純水機（美國Millipore公司）;CEM MARS6微波消解儀。

1.2 試劑 Ag、Al、As、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、Ga、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Rb、Se、Sr、Tl、U、V、Zn混合標準液購于上海安普有限公司，濃度10 μg/mL，批號12-55YPY2;Mo單元素標準液購于中國計量科學研究院，規(guī)格 100μg/mL，批號14061;Dy單元素標準液購于上海安普有限公司，規(guī)格1000 μg/mL，批號1066825。

內(nèi)標溶液為6Li、Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi混合內(nèi)標購于上海安普公司，規(guī)格10 μg/mL，12-16YPY2。調(diào)諧溶液為1μg/mL Ce、Co、Li、Mg、Tl、Y的混合溶液。

硝酸為微電子級（賽默飛世爾有限公司，批號1114100），水為經(jīng)Millipore Milli-Q水處理系統(tǒng)處理后的去離子水。

1.3 樣品 柑橘葉質(zhì)控樣購于中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所，批號GBW10020;薄荷葉實驗用樣品均購自于廣西玉林藥市。

1.4 儀器條件 經(jīng)優(yōu)化的ICP-MS參數(shù)：射頻功率：1550 W;采樣深度：10 mm;載氣流速：1.07 L/min;He碰撞模式：He氣流量 4.0 mL/min;積分時間：2S;測定時選取的同位素為52Cr、55Mn、59Co、60Ni、63Cu、75As、78Se、95Mo、114Cd、137Ba、163Dy、205Tl、208Pb，其中52Cr、55Mn以45Sc為內(nèi)標，59Co、60Ni、63Cu使用儀器計算的虛擬內(nèi)標，75As、78Se、95Mo以72Ge為內(nèi)標，114Cd以115In為內(nèi)標，137Ba、163Dy以159Tb為內(nèi)標，205Tl、208Pb以209Bi為內(nèi)標。

2 樣品制備

2.1 供試品溶液、空白溶液、質(zhì)控樣品溶液制備 取薄荷樣品粉碎成粗粉，取約0.2 g，精密稱定，置消解罐中，加硝酸溶液8 mL、氫氟酸0.5 mL，混勻，置微波消解儀中消解。采用程序升溫，功率1030～1800 W，爬升時間20～25 min，190 ℃保持20 min。消解完畢后放冷，置趕酸架上130 ℃趕酸2.5 h，放冷至室溫，轉(zhuǎn)入25 mL量瓶中，用2%硝酸溶液洗滌消解罐3～4次，并稀釋至刻度，搖勻，即得。同法同時制備樣品空白溶液及質(zhì)控樣溶液。

2.2 內(nèi)標溶液制備 取混合內(nèi)標溶液用2%硝酸溶液稀釋50倍，即得。

2.3 標準溶液制備

2.3.1 混合標準儲備液 分別精密吸取混合標準溶液（10 μg/mL）、Mo（100 μg/mL）及Dy（1000 μg/mL）適量，用2%硝酸溶液配制成含元素均為Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Se、Mo、Cd、Ba、Dy、Tl、Pb1000 ng/mL及200 ng/mL的標準儲備溶液。

再精密吸取混合標準溶液（10 μg/mL）適量，用2%硝酸溶液配制成500 ng/mL溶液作為As測定的標準儲備溶液。

2.3.2 繪制標準曲線 分別精密量取混合標準儲備液適量，分置25 mL、50 mL、100 mL的容量瓶中，配制成Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Se、Mo、Cd、Ba、Dy、Tl、Pb濃度分別為0.1 ng/mL、0.2 ng/mL、1 ng/mL、2 ng/mL、10 ng/mL、50 ng/mL、100 ng/mL的標準溶液與混合儲備溶液200 ng/mL、1000 ng/mL共同作為系列標準溶液及As濃度為0.5 ng/mL、2.5 ng/mL、12.5 ng/mL、50 ng/mL、100 ng/mL的系列標準溶液。

選取各元素與樣品濃度相適應的點（詳見5.2），用比率與濃度進行線性回歸。

結(jié)果十三種元素的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均在0.9998以上。

2.4 質(zhì)控物質(zhì)對照 采用國家標準物質(zhì)柑橘葉作為隨行工作對照物質(zhì)，用以檢測方法的可行性，13種元素的測定值均符合要求。

2.5 重復性試驗 取薄荷樣品0.2g，6份，按“3.1”項方法制備，按“2”項條件測定，所得各元素的含量為52Cr 5.88 mg/kg、55 Mn 47.2 mg/kg、59 Co 0.416 mg/kg、60 Ni 1.17 mg/kg、63Cu 12.4 mg/kg、75 As 2.01 mg/kg、78Se 0.110 mg/kg、95Mo 0.345 mg/kg、114 Cd 0.1252 mg/kg、137Ba 20.61 mg/kg、163 Dy 0.146 mg/kg、205Tl 0.0353 mg/kg、208 Pb 3.43 mg/kg。

2.6 加樣回收試驗 取上述重復性試驗所用的薄荷樣品0.2g，6份，加入適當量的標準溶液，按“3.1”項方法制備，按“2”項條件測定，計算回收率，各元素的加樣回收均在80%～125%之間，符合痕量分析的要求。

3 數(shù)學模型及不確定度來源分析[3]

P：單位質(zhì)量樣品被測元素含量（mg/kg）;C0：儀器測試用的樣液濃度（mg/kg）;V：樣品定容體積（mL）;f：稀釋因子（本實驗中為1）;m：樣品重量（g）

由數(shù)學模型及實驗過程可知引入不確定度的因素由圖1[3]可見：引入不確定度的主要有樣品稱重、樣品的前處理、定容體積等原因。

4 實驗分析及數(shù)據(jù)處理

4.1 天平稱重引入的合成相對標準不確定度[4]um，re 由天平校準證書查得萬分之一天平允許誤差為0.5mg，按矩形分布計算，k=3，則天平校準的標準不確定度u1=0.5 mg/3=0.289 mg使用天平稱取樣品時經(jīng)兩次獨立稱量（一次去皮，一次凈質(zhì)量），所以由天平稱重引入的合成標準不確定度uc，m=0.2892+0.2892=0.408則稱重的相對標準不確定度為um，re1=0.408200=0.00204。

4.2 多份樣品的重復性引入的不確定度up，rel 對薄荷樣品取6份，同時實驗測定。按A類不確定度評定[3]，

c0：樣品的含量的平均值;S：樣品的標準偏差;n：樣品重復性測定的次數(shù);

4.3 供試品溶液制備過程中引入的相對標準不確定度uR，rel 由于樣品處理消解過程中受基體效應及消解方法影響，供試品中加入的元素不能100%進入溶液中進行測定。按照顯著性檢驗，若平均回收率與1.0有顯著性差異，引入的不確定度即用平均回收率的標準偏差表示[5]。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)t=|1-x|uR與95%置信空間，n-1自由度的雙邊臨界值tcrit（《測量不確定度評定與表示》JJF1059.1-2012附錄B）比較，若t大于或等于tcrit值，則平均回收率與100%有顯著差異，其回收率的不確定度需要考慮入總的不確定度因素內(nèi)，反之，則可以舍去。

其中，uR―平均回收率的標準不確定度;SR―平均回收率的標準偏差;Xi―每份的回收率;x―平均回收率;n―回收率重復測定的次數(shù)

薄荷測定的各元素的回收率的不確定度為（本實驗中，查表得tcrit=2.57）

因元素Cr、 Mn 、As 、Pb的回收率的不確定度與100%無顯著性差異，即可認為消解制備過程較為完全，不引入不確定度的變化。

4.4 由定容引入的不確定度u（v） 樣品消解液定容至25 mL 容量瓶中，其引入的不確定度u（25mL）由容量瓶的校準引入的u1（25mL）、溫度效應引入的u2（T，25mL）及體積重復性引入的u3（25mL）合成[6]：

4.4.1 容量瓶校準引入的相對不確定度u1（25mL） 根據(jù)常用玻璃量器檢定規(guī)程JJG 196-2006， 20 ℃時50 mLA級 25 mL容量瓶的最大允許誤差為0.03 mL，根據(jù)矩形分布評定，標準不確定度=最大允差/3=0.03 mL/3=0.0173。

其相對標準不確定度u1（25mL）為0.0173/25 mL=0.000693。

4.4.2 溫度效應引入的相對標準不確定度

V：容量瓶或移液器體積（mL）;ΔT：實驗室實際溫度與實驗室標準溫度20℃的偏差（本實驗室實際溫度為25℃）;2.1×10-4：水的膨脹系數(shù)，單位：℃-1。

實驗中所用的各容量瓶及移液器的u2（V，T）均為ΔT×2.1×10-43=0.000606。

4.4.3 體積重復性產(chǎn)生的相對標準不確定度u3（25mL） 對25mL容量瓶用水定容至刻度，稱重，重復10次，計算其標準偏差S=0.010，即

由此，定容產(chǎn)生的相對不確定度為u（v）

5 樣品溶液中元素濃度引起的不確定度ux0，rel=uB，rel2+uc，rel2

uxo，rel：樣品濃度的合成相對不確定;uB，rel：標準溶液配制引入的相對不確定度;uc，rel：標準曲線擬合引入的相對不確定度。

5.1.2 標準溶液稀釋過程中引入的相對不確定度

溫度效應引起的不確定度見4.4.2;各容量瓶及移液器引入的不確定度均為0.000606。

體積重復性引入的不確定度：對各容量瓶及移液器用水定容或吸取至刻度，稱重，重復10次，計算其標準偏差S（V）。其相對標準不確定度u3（v）=S（V）/V

各容量瓶及移液器引入的u（v）見表5～6。

由稀釋因子n引入的不確定度：根據(jù)標準曲線配制過程中各元素所需要的容量瓶及移液器的次數(shù)，計算各元素的uD，rel

5.1.3 各元素在標準溶液配制過程中引入的合成相對標準不確定度uB，rel 計算結(jié)果見表7。

5.2 標準曲線擬合的不確定度urel，C 校正曲線法采用最小二乘法擬合成標準曲線，擬合曲線有關(guān)的不確定度由下式表示[8]：

SR：標準曲線的剩余標準差;B：斜率;n：標準曲線點數(shù);p：待測樣品測定次數(shù);C0：回歸曲線各點濃度的平均值;C：待測樣品的平均值;C0j：各標準曲線的濃度;Aaj：各標準曲線的實際響應值;Aj：根據(jù)回歸曲線計算的理論值uc：標準曲線擬合的標準不確定度。

5.3 樣品溶液引入的合成相對標準不確定度uxo，rel

各元素相對標準不確定度的計算[9]結(jié)果如表9。

5.4 各元素擴展不確定度和結(jié)果報告

各元素總的合成相對不確定度為：

取包含因子k=2，對應的置信概率為95%，計算擴展不確定度U[10]，同時報告結(jié)果，見表10。

6 討論

由測定結(jié)果和計算可知，薄荷測量不確定度的主要來源為加樣回收率、多份樣品的重復性及樣品溶液濃度引入的不確定。取樣稱重，供試品定容等引入的不確定度與上述幾項相比，均在最大不確定度分量十分之一以下，在最后的合成計算中可以忽略不計。在以后的相關(guān)方法的不確定度的討論中，可以不考慮此兩項因素的影響。實驗前處理消解更完全，實驗測定就更精準。分析實驗數(shù)據(jù)得，標準曲線配制所得的濃度越接近理想值，標準曲線擬合產(chǎn)生的不確定度也會更小，溶液濃度的測定也更精準，提高標準曲線的配置水平極其重要。同時持續(xù)受控測量過程，保持測量結(jié)果的穩(wěn)定一致，特別關(guān)注加樣回收率、重復性、樣品溶液濃度和標準曲線因素，及時對測量的影響做修正。

7 結(jié)論

重金屬及有害元素測定屬于痕量分析，其不確定度的研究是分析出影響測量值和真實值偏差的因素，從而降低方法中的不確定度，讓實驗數(shù)據(jù)更準確可靠的必不可少途徑。經(jīng)評定探討，實驗室減少不確定度引入方案如下：調(diào)整前處理方法，應對不同類的樣品使用與其相適宜的消解溶劑及程序方案;維護儀器良好的工作狀態(tài)，提高標準曲線配制方法和水平，保證樣品溶液于對照品溶液的基體、濃度的匹配;提高檢驗人員在整個實驗過程中操作水平，及細致敏感度。

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（收稿日期：2020-12-23 編輯：劉 斌）