ICP-MS法測定特醫(yī)食品中碘元素的不確定度評定

林舒憶,賈彥博,陳麗芳,王馨遠,陳美春

(1.杭州市食品藥品檢驗研究院,浙江 杭州 310022;2.浙江省市場監(jiān)管乳及乳制品監(jiān)管技術重點實驗室(培育),浙江 杭州 310022)

碘是生命元素之一,是人體必需的微量元素,被稱為“智力元素”。健康成人體內碘的總量一般為30 mg(20～50 mg),國家規(guī)定在食鹽中添加碘的標準為20～30 mg/kg。碘是維持人體甲狀腺正常功能的必需元素,當人體內缺乏碘時就會導致甲狀腺腫。值得注意的是,人體攝入過量的碘也會有危害,同樣日常飲食中碘過量會引起“甲亢”[1]。而特殊醫(yī)學用途配方食品,是指為滿足消化吸收障礙、進食受限、代謝紊亂或者特定疾病狀態(tài)人群對營養(yǎng)素或者膳食的特殊需要,專門加工配制而成的配方食品。因此,對為特殊人群準備的特殊醫(yī)學用途配方食品中碘元素的檢測顯得尤為重要。目前,食品中碘的主要測定方法有氧化還原滴定法、砷鈰催化分光光度法、電感耦合等離子體質譜法(簡稱ICP-MS)以及氣相色譜法[2]。根據GB 5009.267—2020《食品安全國家標準 食品中碘的測定》[3]中的范圍規(guī)定,氧化還原滴定法只適用于藻類及其制品,氣相色譜法不適用于特殊醫(yī)學用途嬰兒配方食品及特殊醫(yī)學用途配方食品。而砷鈰催化分光光度法中試樣前處理及標準曲線測定過程繁瑣,人為因素參與過多,不利于實驗控制,故采用ICP-MS測定特殊醫(yī)學用途配方食品中的碘元素為最佳選擇[2,4-6]。該方法以碘元素和內標元素質譜信號的強度比值與碘元素的濃度成正比進行定量,以達到測量目的。

筆者根據GB 5009.267—2020《食品安全國家標準 食品中碘的測定》第一法對特殊醫(yī)學用途配方食品中碘元素進行了檢測分析,為說明檢測結果的可信度,保證檢測數據的準確可靠[7-14],通過建立不確定度評估數學模型,對ICP-MS法測定特殊醫(yī)學用途配方食品中碘元素的不確定度進行了評定,分析了不確定度的主要來源,計算出不確定度的各主要分量,得出合成不確定度和擴展不確定度,以期為特殊醫(yī)學用途配方食品中碘元素的不確定度評估提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和試劑

ICP-MS 7700,安捷倫(中國);Neofuge 15R型離心機,上海力申產品;電子分析天平(分辨率0.000 1 g),梅特勒-托利多產品;恒溫干燥箱,上海一恒科學;渦旋儀,艾卡。

10 mL移液槍;5 mL移液槍;1 mL移液槍;50 mL離心管;100 mL容量瓶;異丙醇,德國MERCK;25%四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]水溶液(TMAH),上海麥克林;標準物質碘元素(1 000±1) mg/L,壇墨質檢。

1.2 儀器條件

RF功率為1 550 W;霧化器為玻璃同心;采樣深度為8 mm;載氣為1.05 L/min;分析同位素為127I;采集模式為He模式,4.5 mL/min;蠕動泵轉速為0.3 r/s;霧化室溫度為2 ℃;矩管為石英炬管。

1.3 檢測方法

1.3.1 樣品前處理

首先稱取試樣0.65 g置于50 mL的玻璃離心管中,加入提取液(5%的TMAH)5 mL,渦旋1 min,使樣品分散均勻,旋緊蓋子,置于85 ℃的恒溫干燥箱中,提取3 h(每隔半小時取出振搖),冷卻;然后用水定容至50 mL,并以大于3 000 r/min的轉速旋轉,離心10 min;接著取上層清液,用0.45 μm過濾膜過濾,備用,同時做試劑空白;最后用ICP-MS檢測,與標準系列溶液比較后定量。

1.3.2 標準溶液配制

首先準確吸取碘元素標準物質原液((1 000±1) mg/L)1 mL置于100 mL容量瓶中,用稀釋液定容,得碘元素標準物質儲備液10 mg/L;然后分別準確吸取10 mL和1 mL碘元素標準物質儲備液(10 mg/L)置于100 mL容量瓶中,稀釋液定容,得質量濃度分別為1 000 μg/L和100 μg/L的碘元素標準物質中間液;接著從碘標準物質中間液(100 μg/L)分別移取0.1,1,5 mL置于100 mL容量瓶中,從碘標準溶液中間液(1 000 μg/L)分別移取1,2,5 mL置于100 mL容量瓶中;最后用0.5% TMAH定容至刻度,搖勻得含碘分別為0.1,1,5,10,20,50 μg/L的標準物質使用溶液[2]。

1.3.3 上機測定

依據儀器條件設置參數,在儀器穩(wěn)定后,依次檢測標準物質使用溶液,每個溶液重復進行3次測量;縱坐標是比率,橫坐標是質量分數,在此基礎上,利用最小二乘法對其進行了擬合,得出了工作曲線的線性回歸方程Y=a+bC(其中Y為比率,a為截距,b為斜率,C為碘元素質量濃度)和相關系數R;再對空白和試樣進行測量,利用工作曲線的線性回歸公式,求出碘的質量分數。

1.3.4 結果計算

標準物質線性擬合及碘元素的計算都可由軟件(儀器自帶)進行自動計算分析。

2 結果與分析

2.1 數學模型

根據文獻[3]中的計算公式,得試樣中碘元素質量分數及數學模型為

式中:X為樣品中碘元素的質量分數,mg/kg;C1為根據標準曲線得出的消解液中碘元素的質量濃度,μg/L;C0為空白中碘元素的質量濃度,μg/L;V為定容體積,mL;M為質量,g。

2.2 來源分析

根據檢測方法和數學模型,不確定度影響因素有:試樣稱量時所產生的不確定性UrelM;試樣的定容不確定性UrelV;碘標準物質的不確定性及系列溶液配制的不確定性UrelB;通過對標準曲線進行擬合,得到的不確定性UrelY;試樣測量重復率的不確定性UrelX[15-16]。

2.2.1 樣品稱量過程引入的不確定度UrelM

2.2.2 樣品溶液定容引入的不確定度UrelV

稱取樣品后,加入5 mL提取液,經提取后,用水定容至50 mL離心管中,不確定度影響因素的因素有:移液槍(5 mL)的不確定度;50 mL離心管的不確定度;溫度所引入的不確定度等。

1) 經檢定證書[17](移液槍)查得其擴展不確定度為0.1%,包含因子k=2,移液槍所引起的標準不確定度u1V=0.002 5 mL。

2) 由溫度所引起的不確定度u2V、膨脹系數(水)2.1×10-4和溫差±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故溫度所引起的標準不確定度u2V=0.002 14 mL。

5) 由溫度所引起的不確定度u5V、膨脹系數(水)2.1×10-4和溫差±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故溫度所引起的標準不確定度u5V=0.002 14 mL。

2.2.3 碘元素標準物質引入的不確定度UrelI

查證書可得(碘元素質量濃度為1 000 mg/L),擴展不確定度為±1 mg/L,包含因子k=2,相對不確定度UrelI=0.000 5 mg/L。

2.2.4 標準物質溶液配制引入的不確定度

準確吸取碘標準物質((1 000±1) mg/L)1 mL到容量瓶100 mL中,用0.5%的TMAH定容至刻度,得碘標準物質儲備液10 mg/L;分別準確吸取10 mL和1 mL碘標準物質儲備液(10 mg/L)到容量瓶100 mL中,用0.5%的TMAH定容至刻度,分別得到1 000 μg/L和100 μg/L的碘標準物質中間液;從碘標準物質中間液(100 μg/L)中分別取0.1,1,5 mL到容量瓶100 mL中,從碘標準物質中間液(1 000 μg/L)中分別取1,2,5 mL到容量瓶100 mL中,用0.5%的TMAH定容至刻度,搖勻得含碘質量濃度分別為0.1,1,5,10,20,50 μg/L的標準使用溶液。其中容量瓶(10 mL)的不確定度和移液槍的不確定度為不確定度因素。

1) 查證書(移液槍檢定證書)得0.02～0.2 mL移液槍在使用0.1 mL量程時的擴展不確定度為0.5%,k=2(包含因子),故移液槍引起的標準不確定度u1Q1=0.000 25 mL。

膨脹系數(水)為2.1×10-4,溫差為±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故由溫度引起的標準不確定u2Q1=0.000 042 9 mL。

2) 查證書(移液槍)得0.1～1 mL移液槍在使用1 mL量程時的擴展不確定度為0.2%,k=2(包含因子),故移液槍引起的標準不確定度u1Q2=0.001 mL。

膨脹系數(水)為2.1×10-4,溫差為±4 ℃,按95%置信概率(k=1.96),故由溫度引起的標準不確定u2Q2=0.000 429 mL。

3) 查證書(移液槍)得0.5～5 mL移液槍在使用5 mL量程時的擴展不確定度為0.1%,k=2(包含因子),故移液槍引起的標準不確定度u1Q3=0.002 50 mL。

膨脹系數(水)為2.1×10-4,溫差為±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故由溫度引起的標準不確定u2Q3=0.002 14 mL。

4) 查證書(移液槍)得1～10 mL移液槍在使用10 mL量程時的擴展不確定度為0.1%,k=2(包含因子),故移液槍產生的標準不確定度u1Q4=0.005 mL。

膨脹系數(水)為2.1×10-4,溫差為±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故由溫度引起的標準不確定u2Q4=0.004 29 mL。

溫度引入的不確定度u2P,膨脹系數(水)為2.1×10-4,溫差為±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故由溫度引起的標準不確定度u2P=0.042 9 mL。

綜上所述,標準物質產生的不確定度為

式中:urelI=0.005;urelQ1=0.002 54;urelQ2=0.001 09;urelQ3=0.000 658;urelQ4=0.000 659;urelP=0.000 719。由計算可得UrelB=0.005 83。

2.2.5 標準曲線擬合引入的不確定度UrelY

依據儀器條件設置參數,在儀器穩(wěn)定后,依次檢測標準物質使用溶液,每個溶液重復進行3次測量,具體結果如表1所示。由軟件(儀器自帶)對其進行了擬合,得到比率Y=bC+a的標準曲線。各具體數值及結果如表1所示,根據對該數據的擬合,得b=7.680 5×10-4,a=6.803 3×10-5,相關系數r=0.999 9。用A型不確定度評價法,可得標準工作曲線進行擬合時碘產生的相對標準不確定度。標定曲線的擬合公式Y=7.68×10-4C+6.803 3×10-5。

表1 標準系列溶液測定結果

(1)

(2)

2.2.6 測定樣品重復性產生的不確定度UrelX

使用7次測定3個平行試樣,結果記錄如表2所示。稱取試樣0.65 g置于50 mL的玻璃離心管中,加入提取液5 mL,1 min渦旋,蓋子旋緊,85 ℃干燥箱提取3 h,冷卻,用水定容至50 mL,并以大于3 000 r/min的轉速,離心10 min,取上層清液過濾(0.45 μm濾膜過濾),待用,同時做試劑空白。用ICP-MS測定,與標準溶液比較,定量。

表2 樣品測定結果

2.3 結果表示

樣品測量最終的相對合成標準不確定度為

式中:UrelM=0.000 446 mg/kg,UrelV=0.005 84 mg/kg,UrelB=0.005 83 mg/kg,UrelY=0.014 6 mg/kg,UrelX=0.000 069 mg/kg。故Urel=0.016 78 mg/kg。

根據以上不確定度評定的結果,采用ICP-MS法測定特殊醫(yī)學用途配方食品中碘元素的質量分數X=(1.521±0.051) mg/kg(k=2)。

3 結 論

按照JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》的要求,通過采用MS法對特殊醫(yī)學配方食品中碘元素質量分數進行多次測定,得到碘元素質量分數范圍為(1.521±0.051) mg/kg。結果表明:在測定過程中,實驗結果影響最大的分量分別為標準溶液擬合、樣品定容標準曲線的配制、樣品的稱樣及重復性實驗的測定等,其中不確定度影響最大的分量為標準曲線的擬合。重復性實驗中的稱樣量、定容標準和曲線梯度配制等均為可準確把控的因素,在不同時間下測定碘元素,儀器條件、溫度和濕度等都要保持相同的條件,可最大程度上維持實驗的穩(wěn)定性,使不確定評定結果可用,以提高實驗數據的準確性。故在實際檢測中,選擇適合的標準曲線質量濃度和樣品定容器皿,可以減小數據的不確定度,保障檢測的準確性,進而提升檢測質量。