GFAAS法和ICP-MS法測定水產品中鉛含量的不確定度評定

譚秀慧，楊洪生，任娣，陳風蔚，劉暢，李佳佳，*

（1.江蘇省水產質量檢測中心，江蘇南京210017；2.江蘇省淡水水產研究所，江蘇南京210017；3.農業農村部漁業產品質量監督檢驗測試中心（南京），江蘇南京210017）

鉛是一種常見的重金屬污染物，由于其毒性大、難降解、且易于生物積累而備受關注[1-4]，國際癌癥研究機構（International Agency for Research on Cancer，IARC）將鉛列為可能的人類致癌物[5]，世界衛生組織-食品添加劑聯合專家委員會制定了鉛的暫定每周可耐受攝入量（provisional tolerable weekly intake，PTWI）為0.025 mg/kg體質量[6]。由于水體及沉積物中的鉛經食物鏈傳遞在水生動植物體內富集，之后進入人體，對人體神經系統、消化系統、心血管系統、生殖系統、免疫系統等造成損傷[7]，近年來水產品中鉛污染問題越來越得到重視[8-11]，我國《食品中污染物限量》[12]規定鮮、凍水產動物（魚類、甲殼類、雙殼類除外）鉛限量值為1.0 mg/kg（去除內臟），魚類、甲殼類鉛限量值為0.5 mg/kg，雙殼類鉛限量值為1.5 mg/kg。水產品中鉛含量的監測已成為一項重要的常規檢測項目，也是農業農村部組織開展的全國農產品質量安全檢測技術能力驗證工作的一項重要考核項目。

水產品中鉛的檢測方法有石墨爐原子吸收光譜法[13-14]、電感耦合等離子體質譜法[15-17]、火焰原子吸收光譜法[18]和二硫腙比色法、差分脈沖伏安法[19]等。其中，石墨爐原子吸收光譜法（graphite furnace atomic absorption spectrometry，GFAAS）和電感耦合等離子體質譜法 （inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）靈敏度高，適合于水產品中痕量鉛的測定。但是，兩種方法由于原理不同，其定量限、靈敏度和準確度也存在一定差異。

根據CNAS-CL01-G003《測量不確定度的要求》[20]：實驗室應評定和應用測量不確定度，并建立維護測量不確定度有效性的機制；實驗室應有具備能力的人員，正確評定、報告和應用測量不確定度。因此，進行不確定評定非常必要，目前已有GFAAS法測定鉛含量的不確定度評定的報道[21-22]，而ICP-MS法測定食品中鉛的不確定度評價研究很少[23]，查閱文獻未見對兩種方法測量不確定度進行比較的研究。

本試驗嘗試在方法學中引入不確定度，依據JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[24]分析比較兩種方法的測量不確定度，從而直觀的比較兩種方法的準確度，以期為實驗人員根據需求選擇合適的檢測方法提供依據，同時通過分析不確定度來源，找出影響測定結果的主要因素，為水產品中鉛元素測定的質量控制提供參考，以提高測定結果的準確性和可靠性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

英國FAPAS質控樣品蟹肉罐頭T07279QC（鉛含量參考值 48.1 μg/kg，|z|≤2 時，含量范圍 27.0 μg/kg～69.3μg/kg）：FeraScience公司；鉛標準儲備液（100mg/L）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；硝酸（優級純）、磷酸二氫銨（優級純）、過氧化氫（優級純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

Agilent 280 DUO原子吸收光譜儀：美國Agilent公司；ELAN DRC-e型電感耦合等離子質譜儀：美國PerkinElmer儀器公司；Milli-Q Integral 5超純水儀：美國Millipore公司；TE612-L電子天平：德國Sartorius公司；ETHOS ONE微波消解儀：意大利Milestone公司；EH20A plus趕酸儀：美國LabTech公司。

1.3 試驗方法

參考GB5009.12-2017《食品安全國家標準食品中鉛的測定》[25]中試驗方法。

1.3.1 標準溶液的配制

標準中間液（1.00 μg/mL）：準確移取鉛單元素溶液標準物質1.00 mL，用體積分數0.5%硝酸稀釋并定容至100 mL容量瓶。

標準工作液：吸取適量鉛標準儲備液，用5%硝酸溶液逐級稀釋配成質量濃度分別為0.00、1.00、2.00、5.00、10.00、20.0 μg/L 的標準工作液，供 ICP-MS 法分析；質量濃度為10.00 μg/L的標準工作溶液同時作為GFAAS法自動進樣的母液。

1.3.2 樣品前處理

稱取樣品0.5 g（精確到0.000 1 g），置于干凈的微波消解罐內罐中，加入 5 mL硝酸（ρ=1.42 g/mL）、2 mL超純水、1 mL過氧化氫（ρ=1.12 g/mL）密封，放入微波消解儀，先在1 500 W消解功率下，用8 min升至140℃，保持2 min，再在1 000 W消解功率下，用10 min升至200℃，保持10 min，待消解結束，系統冷卻后，取出內罐，用少量水沖洗內蓋，把消解罐置于趕酸儀于100℃趕酸30 min，用超純水定容至10 mL容量瓶，混勻上機待測。同時做試劑空白試驗。

1.3.3 GFAAS法測定水產品中的鉛

調整儀器至最佳工作狀態，待儀器穩定后，以磷酸二氫銨（10 g/L）為基體改進劑，測定鉛的含量。儀器測量條件為：波長283.3 nm，狹縫0.5 nm，燈電流10 mA，干燥溫度 85、95、120 ℃，干燥時間 5、40、10 s；灰化溫度400℃，灰化時間8 s；原子化溫度2 100℃，原子化時間3 s。

1.3.4 ICP-MS法測定水產品中的鉛

對儀器工作參數進行優化，保證儀器達到最佳工作狀態，具體參數見表1。以209Bi為內標測定鉛的含量。

表1 ICP-MS工作參數Table 1 The instrument parameters of ICP-MS

2 結果與分析

2.1 建立數學模型

鉛含量測定按公式計算：

式中：X為試樣中鉛含量，μg/kg；C為樣品消化液中扣除空白后鉛的含量，μg/L；V為消化液定容總體積，mL；m 為樣品質量，g。

2.2 不確定度來源分析

依據JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[24]，根據測定的具體操作過程和數學模型分析，水產品中鉛測定的不確定度分量主要來源有：測量結果的重復性（A類評定）、標準溶液配制（B類評定）、稱量過程（B類評定）、定容體積（B類評定）、標準曲線擬合（A類評定）、方法回收率（A類評定）。

2.2.1 測量結果的重復性引入的不確定度urel（X）

主要來源于天平稱量、容量瓶定容體積、移液器移液、儀器波動以及人員操作等重復性過程，可通過樣品的重復測定進行評定，準確稱取樣品6份，按照實驗方法進行測定，使用貝塞爾公式計算標準偏差式中：n為樣品測定次數；Xi代表每次樣品中鉛的測量值，μg/kg；X代表樣品中鉛測量的平均值，μg/kg；測量結果的重復性引入的標準不確定相對標準不確定度算結果見表2。

表2 樣品中鉛含量測定結果Table 2 Contents of lead in samples

2.2.2 標準溶液配制引入的不確定度urel（Cb）

主要包括所購買標準物質的不確定度、移液器和容量瓶的不確定度。

2.2.2.1 標準物質引入的不確定度urel（Cs）

根據鉛標準物質證書，其相對擴展不確定度為（k＝2）為1%，則相對標準不確定度

2.2.2.2 標準溶液配制引入的不確定度

1 mL移液器引入的不確定度urel（P1mL）：依據JJG 196-2006《移液器檢定規程》[26]，1 mL移液器的最大容量允差為±1.0%，按矩形分布，則標準不確定度故由移液器引入的相對不確定度為

100mL容量瓶引入的不確定度urel（F100mL）：依據JJG 196-2006《常用玻璃量器檢定規程》[27]，20℃時，100 mL容量瓶允差為±0.10 mL，按矩形分布，則容量瓶容量允差產生的標準不確定度相對不確定度為

通常情況下，標準溶液配制是在20℃條件下進行，溫差為±5℃。由于液體的體積膨脹系數遠遠大于玻璃器皿的體積膨脹系數，故溫度引入的不確定度只考慮液體，已知水的膨脹系數為2.1×10-4，按矩形分布，，相對標準不確定度為：所以由100 mL容量瓶引入的相對不確定度為：

25 mL容量瓶引入的不確定度urel（F25mL）：20℃時，25 mL容量瓶允差為±0.03 mL，由25 mL容量瓶引入的相對不確定度為urel（F25mL）=0.000 921。

10 mL容量瓶引入的不確定度urel（F10mL）：20℃時，10 mL容量瓶允差為±0.02 mL，由10 mL容量瓶引入的相對不確定度為urel（F25mL）=0.001 30。

根據標準溶液配制過程，GFAAS法標準溶液配制引入的不確定度為：

ICP-MS法標準溶液配制引入的不確定度為：

2.2.3 稱量過程引入的不確定度urel（m）

電子分析天平的不確定度urel（m），采用B類方法評定，所使用的天平經檢定為Ⅰ級合格，依據檢定證書和JJG 1036-2008《電子天平檢定規程》[28]，該天平在稱量范圍為0～50 g范圍內，最大示值誤差為±0.000 5 g，按矩形分布，則標準不確定度天平分辨率為0.000 1 g，按矩形分布，其相對標準不確定度為兩者合成標準不確定度0.000 409 g，該稱量的相對不確定度0.000 818。

2.2.4 定容體積引入的不確定度urel（V）

依據JJG 196-2006《常用玻璃量器檢定規程》[27]，20℃時，10.0 mL容量瓶允差為±0.02 mL，同2.2.2節計算，可知由樣品消解液定容引入的相對不確定度urel（V）為0.001 30。

2.2.5 標準曲線擬合引入的不確定度urel（Y）

按照試驗方法測定標準系列溶液，每個點測3個平行。采用最小二乘法對數據進行擬合，GFAAS法標準曲線為 y=0.002 95x+0.002 96，r=0.997 5；ICP-MS 法標準曲線為y=0.017 1x+0.004 3，r=0.999 8。標準系列溶液測定結果見表3。

表3 標準系列溶液測定結果Table 3 Contents of standard series solution

標準曲線擬合所引入的不確定度

其中，p為標準溶液測定總次數（p＝18）；n為測試樣品的測量次數（n＝6）；SY為擬合曲線的剩余標準差，μg/L；b為擬合曲線斜率；C為被測樣品溶液的質量濃度估計值，用被測樣品溶液質量濃度的平均值表示，μg/L；Ci為繪制標準曲線的全部Ci值的平均值，μg/L，標準曲線擬合所引入的不確定度計算結果見表3。

2.2.6 方法回收率引入的不確定度（urel（R））

GFAAS法6次平行測定樣品中的鉛含量，回收率分別為：104%、97.7%、105%、102%、105%、104%，平均回收率為103%，ICP-MS法為96.3%、98.8%、101%、104%、102%、99.5%，平均回收率為100%，，式中R為極差，n為測量次數，C為極差系數，n=6時，查表[24]得C=2.53，自由度為4.5，根據t檢驗判斷平均回收率與1.0無顯著差異，故可以直接用回收率平均值的標準偏差表示方法回收率引入的標準不確定度，則GFAAS法和ICP-MS法方法回收率引入的不確定度分別為：0.012 2、0.011 9。

2.3 合成標準不確定度u與擴展不確定度U

相對合成標準不確定度 urel=GFAAS法和ICP-MS法計算結果分別為0.077 8、0.045 5，合成標準不確定度u=X×urel，擴展不確定度U=k×u，95%置信度水平下，取擴展因子k=2，計算結果分別為7.70、4.39 μg/kg，各不確定度分量影響大小見表4。

表4 水產品中鉛含量測定的不確定度分量Table 4 Uncertainty components of determination of lead in aquatic products

從以上不確定來源分析結果可知：首先，GFAAS法和ICP-MS法測定水產品中鉛含量時，對不確定來源貢獻最大的是標準曲線擬合，這與豬肉[21]、糧食[22]和泡菜[29]中鉛含量的不確定度評定研究結果一致。由計算過程可知，樣品溶液的被測元素濃度，越接近校準標準溶液系列的平均濃度值時，由最小二乘法擬合工作曲線引入的不確定度越小。高瑞峰等[30]在使用ICPMS法測定淀粉中的鋁時，通過調整標液系列濃度和增加測量次數，使標準曲線擬合引入的不確定度顯著降低。因此選擇適當濃度梯度的標準工作曲線，有助于減小由標準曲線擬合引入的不確定度。此外，增加標準工作曲線每個點的測定次數，控制標準曲線校準過程，加強對儀器的保養維護，提高儀器的靈敏度等，都有助于方法的改進。兩種方法相比，該分量數值GFAAS法明顯高于ICP-MS法，分析原因可能是GFAAS法曲線配制過程由儀器自動稀釋完成，若采用手動配制，或可在一定程度上降低其不確定度。

其次，方法回收率、測量結果的重復性、標準溶液配制等也對試驗造成一定誤差，稱量過程和定容體積引入的不確定度可忽略，這與其它重金屬如鋁[30]、鎘[31]的不確定評定結果相似。（1）測量重復性包括天平稱量、容量瓶定容、移液器移液、儀器波動及人員操作等重復性過程，可通過增加平行樣的測定次數和每個樣品的重復測量次數，使用檢定合格的分析天平和玻璃量器，嚴格遵守實驗操作步驟和儀器的操作規程，以降低其引入的不確定度，吳堅等[32]使用ICP-MS法測定糕點中鋁含量時，對樣品重復測定11次，其引入的不確定度較小，為0.005 14。試驗中ICP-MS法測量重復性引入的不確定度較GFAAS小，分析原因主要是由于ICP-MS儀器靈敏度高、波動小。（2）通過嚴格控制樣品的消解過程，選擇合適的條件使樣品消化完全，降低樣品在消解、趕酸、轉移過程中的損失或污染，增強儀器的穩定性，減少測定時可能產生的干擾，提高測試人員操作技能與熟練程度，可降低方法回收率引入的不確定度。由于ICP-MS儀器穩定性更好，故方法回收率引入的不確定度分量較小。（3）標準溶液配制時盡量選用較大體積的容量瓶，少用極小體積量的移液器，可減小其引入不確定度。此外，使用高純度的有證標準物質，使用適當濃度的標準中間液都將有助于減少標準溶液配制引入的不確定度。由計算過程可知，本試驗中ICP-MS法稀釋次數較多，因而標準溶液配制引入的不確定度較大。

兩種方法相比，GFAAS法的不確定度數值高于ICP-MS法，因此，測量水產品中痕量鉛時，在條件允許的情況下，建議選用ICP-MS法以提高檢測結果的準確性和可靠性。

3 結論

GFAAS法和ICP-MS法測定水產品中鉛含量時，不確定度分別為7.70、4.39 μg/kg，標準曲線擬合是造成試驗誤差的主要因素，其次為方法回收率、測量結果的重復性、標準溶液配制。GFAAS法的不確定度數值高于ICP-MS法。