ICP-MS法測定梭子蟹中鎘不確定度評定

摘要 采用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）對梭子蟹中鎘殘留量進行測定。根據JJF 1059.1—2012、CNAS-GL006：2019，從標準溶液制備、樣品稱量、樣品前處理過程、校準方法、樣品重復性測量以及空白樣品加標回收測定等方面分析梭子蟹中鎘測定過程不確定度來源，依據所建立的不確定度模型，分析、評定梭子蟹中鎘測定過程不確定度。評定結果表示，當梭子蟹中的鎘測定結果為0.61 mg/kg時，擴展不確定度為0.017 mg/kg，k=2。并確定了貢獻率最大的不確定度分量為標準溶液配制，空白樣品加標回收測定次之。

關鍵詞 梭子蟹;電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）;鎘;不確定度

中圖分類號 TS 254.7? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）21-0207-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.053

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Uncertainty Evaluation for Determination of Cadmium in Swimming Crabs by ICP-MS

WANG Jin-cui

（Heilongjiang Province Tianrun Inspection and Research Institute Co.， Ltd.，Harbin，Heilongjiang 150009）

Abstract Cadmium residues in swimming crabs were determined by inductively couple plasma mass spectrometry （ICP-MS）. According to JJF 1059.1-2012 and CANS-GL006：2019 evaluation and expression of uncertainty in measurement， uncertainty analysis and evaluation were carried out from six aspects， including standard solution preparation process， sample weighing， sample preparation， calibration，measurement repeatability and standard addition recovery， a mathematical model for uncertainty evalution was established， then the uncertainty was quantified and synthesized. The results showed that the content of cadmium in the swimming crabs sample was 0.61 mg/kg， the expanded uncertainty was 0.017 mg/kg， k=2. And it was determined that the uncertainty component with the largest contribution rate was the preparation of the standard solution， followed by the addition recovery determination of the blank sample.

Key words Swimming crabs;Inductively couple plasma mass spestrometry （ICP-MS）;Cadmium;Uncertainty

作者簡介 王金翠（1986—），女，黑龍江哈爾濱人，工程師，碩士，從事食品質量安全分析檢測工作。

收稿日期 2021-07-04;修回日期 2021-07-07

隨著人們生活水平的提高，螃蟹、魚、蝦、貝類等低脂肪、高蛋白的種類豐富的水產品已經成為人們佐餐佳肴。而伴隨著工農業的發展，水污染加劇，例如鎘等重金屬污染物在水生動物體內富集現象比較突出，并通過食物鏈的傳遞進入人體，過量鎘的攝入不僅會產生損害人體腎功能的危害，也會破壞骨骼，導致人發生骨痛、骨質軟化，甚至更嚴重的骨骼疾病，其急性中毒甚至可致人死亡[1-3]。目前已有大量學者開展了污染物鎘的污染現狀研究及食品安全風險評估[4-7]，如孟慶輝等[6]采用生物質量指數法對2012年6—12月浙江省水產品鎘背景值進行研究，結果發現，所調查樣品中16.5%已達輕微污染，3.3%已達污染水平;江晨潔等[7]對安徽、福建、湖北、江蘇、遼寧及北京市6省（市）甲殼類水產品鎘含量調查分析結果顯示，甲殼類水產品肝胰臟中元素鎘有明顯的富集，并且存在鎘殘留量超標問題;翟亞楠等[8]對琿春口岸進出口的魷魚、螃蟹、黃貝、象貝、扇貝、七彩貝等水產品中鎘的含量進行普查分析，結果顯示2014—2016年鎘殘留量呈逐年上升趨勢;馮哲偉等[9]對杭州市下城區市售動物性水產品中鎘污染進行調查研究，結果表明，2013—2018年4—11月在下城區隨機采集的6類動物性水產品中，海水甲殼類鎘超標率最高，為28.6%，其次為頭足類，不合格率為11.1%，海水甲殼類中海蟹鎘超標率最高，已達66.7%。以上研究均表明重金屬鎘作為水產品持久性污染物之一，已經成為水產品質量評價的重要指標。相關食品安全國家標準中規定，水產動物（甲殼類）鎘殘留量不得超過0.5 mg/kg，而痕量元素測定一直是難度較大的檢測領域，在實際的檢測工作中，樣品稱量、前處理過程、容量分析、加標回收、結果校準方式以及所用儀器或試驗環境等因素均會引入測量誤差，使得測量結果存在不確定性，當檢驗結果比較接近國家規定限值時，樣品符合性更加難以判斷。為了保障檢驗結果的準確度以及科學性，在RB/T 214—2017[10]、CNAS-CL01：2018[11]兩則實驗室準則中均要求當數據出現臨界值時，應開展評定測量不確定度工作。從近年國家監督抽檢結果中也不難發現，水產品中梭子蟹鎘超標現象最為突出，在檢測過程中，當出現臨界值時，如何對數據的準確性進行評價尤為重要，相對于重復測定、考察精密度、經驗分析等手段，通過檢驗方法不確定度評定對提高結果可信度具有重要的現實意義[12-16]。

目前鎘含量測定方法，除ICP-MS法，還有石墨爐原子吸收光譜法、氫化物原子熒光光譜法等，該研究所采用的ICP-MS法線性范圍寬，且選擇性好、靈敏度高，特別適用于水產品等基質復雜的樣品分析。該研究在建立ICP-MS法測定梭子蟹中鎘殘留量的基礎上，依據JJF 1059.1—2012[17]和CNAS-GL006：2019[18]，分析梭子蟹中鎘殘留量測定過程的不確定度來源，確定主要不確定度來源，為提高檢驗方法準確度提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器

NexION1000G型電感耦合等離子質譜儀（美國鉑金埃爾默儀器上海有限公司）;MD6M型微波消解儀（奧普樂科技集團（成都）有限公司）;VB24趕酸儀（北京萊伯泰科有限公司）;AUY120型電子天平（島津菲律賓工廠）;玻璃量器均為A 級且經檢定合格。

1.2 試材

鎘對照品（濃度為100 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）;銦對照品（濃度為1 000 μg/mL，壇墨質檢）;硝酸（優級純，上海安譜）;過氧化氫（優級純，國藥試劑）;水（屈臣氏蒸餾水）;樣品梭子蟹為市售品。

1.3 標準溶液的配制

1.3.1

鎘標準系列溶液。吸取濃度為100 μg/mL鎘標準溶液0.10 mL，以5%硝酸溶液稀釋并定容至100 mL，再分別精密吸取0.10、0.50、1.00、2.00、5.00 mL置于10 mL 容量瓶中，以5%硝酸溶液稀釋至刻度，得鎘濃度為1、5、10、20、50 ng/mL的標準工作溶液。

1.3.2

內標使用溶液。由濃度為1 000 μg/mL的銦標準溶液逐級稀釋得內標使用溶液（銦=5 ng/mL）。

1.4 供試品溶液的制備

取梭子蟹1 kg，沖洗外表面，去殼，去內臟后，取可食部分攪碎均質，混合均勻，精密稱取0.5 g于消解罐，依次加入硝酸5 mL、過氧化氫1 mL、水2 mL，100 ℃預消解1 h，然后放入微波消解儀，按程序消解。結束后取出消解罐，以2 mL水沖洗內蓋后一同并入罐內，置趕酸儀至呈澄清透明狀，將消解液以水定量轉移至定容瓶，以水定容至25 mL，搖勻，即為樣品溶液。以相同方法制備試驗空白。

1.5 分析條件

優化儀器工作參數后，以銦為內標測定鎘的含量。

2 結果與分析

2.1 不確定度測量模型

梭子蟹中鎘含量的計算式如下：

X=C×V×1 000m×1 000×1 000

式中，X為鎘的含量（mg/kg）;C為樣品溶液中鎘的濃度（ng/mL）;V為樣品溶液定容體積（mL）;m為試樣質量（g）。

2.2 不確定度的來源

根據建立的數學測量模型以及樣品溶液的準備過程，梭子蟹中鎘的不確定度引入來源主要為：

①對照品及對照品溶液配制urel（S）;

②樣品稱量urel（M）;

③樣品前處理過程urel（V）;

④校準方法urel（X）;

⑤樣品重復性測定urel（rep）;

⑥空白樣品加標回收測定urel（R）。

2.3 各標準不確定度分量的評定

2.3.1 鎘對照品及對照品溶液配制引入的相對標準不確定度urel（S）評定。

對照品及對照品溶液配制過程不確定度主要由標準溶液逐級稀釋的吸取、定容過程所用標準量器以及對照品自身不確定度引入。

2.3.1.1 對照品引入的不確定度urel（S1）。

對照品自身所引入的不確定度為B類不確定度，鎘對照品證書標識不確定度為±0.5%，k= 按照均勻分布，其相對標準不確定度為

urel（S1）=0.002 500 0。

2.3.1.2 標準溶液配制引入的不確定度urel（S2）。

標準溶液逐級稀釋至標準工作液的過程共使用100 mL容量瓶1次、10 mL容量瓶5 次、5 mL移液管2次、1 mL移液管4次，稀釋過程使用的玻璃量具按照常用玻璃量器檢定規程JJG 196—2006[19]檢定，均符合A級標準，按均勻分布，取包含因子 k= 量器校準引入的不確定度按照公式u（S2（量器檢定））=容量允差/3計算。

在（20±5）℃環境溫度下，水膨脹系數為0.000 21/℃（20 ℃），標準溶液配制時溫度引起的標準不確定度參照均勻分布按公式u（S2（溫度系數））=容量×5 ℃×0.000 21/℃/3計算。

在標準溶液配制過程中，容量瓶及移液管等量器引入的相對標準不確定度按照公式

urel（S2）=u2（S2（量器檢定））+u2（S2（溫度系數））/V

計算，標準工作溶液稀釋配制引入的不確定度計算見表 計算得

urel（S2）=u2rel（S2（容量1））+u2rel（S2（容量2））+u2rel（S2（容量3））+u2rel（S2（容量4））=0.009 529 0。

2.3.1.3 對照品及對照品溶液配制引入的相對標準不確定度urel（S）評定。

經計算，urel（S）=u2rel（S1）+u2rel（S2）=0.009 852 0。

2.3.2 樣品稱量引入的相對標準不確定度urel（M）評定。

樣品測定過程中共使用萬分之一天平稱量2次，該研究所用梅特勒-托利多MS105DU，稱取的樣品質量分別為0.501 4、0.500 6 g。天平檢定最大允許誤差為±0.000 15 g，按均勻分布，取包含因子k= 計算得

urel（m1）=0.000 172 7、

urel（m2）=0.000 173 0、

urel（M）=u2rel（m1）+u2rel（m2）=0.000 244 5。

2.3.3 樣品前處理過程引入的相對標準不確定度urel（V）評定。

樣品前處理過程僅使用25 mL容量瓶1次。評定過程同“2.3.1.2”，25 mL容量瓶容量允差為 ±0.05，樣品前處理過程量器帶來的不確定度為

urel（V）=0.000 606 9。

2.3.4 校準方法引入的相對標準不確定度urel（X）評定。

該研究以標準曲線法為樣品進行校準，以標準系列工作溶液中標準溶液中待測物鎘與銦濃度比為橫坐標（X）、鎘響應值與銦響應值比值的平均值為縱坐標（Y），擬合生成標準曲線線性方程。

標準工作曲線擬合引入的相對標準不確定度按照公式urel（X）=SRa×1p+1n+（c-）2ni=1（ci-）2計算，式中，p為試樣連續測定的次數;n為標準溶液測定次數;為試樣平均濃度;c為標準溶液濃度平均值;ci為標準溶液各個工作液濃度;a為標準曲線斜率。SR為標準曲線殘差的標準差，是曲線擬合過程主要的不確定度來源，SR計算公式為

SR=ni=1[Yi-（b+a+Xi）]2n-2

，式中，Yi為標準溶液各個響應值與內標物響應值比值;a為標準曲線斜率;Xi為標準溶液各點外標與內標物濃度比值;b為截距;n為標準溶液測定次數。

該研究用標準曲線法定量，將標準曲線每個濃度點進樣3次，得到相應響應值之比，見表2。得到標準曲線為Y=5.337 2X-0.347 1（r=0.999 5），將梭子蟹樣品連續測定6次，由標準曲線查得樣品濃度平均值為12.162 9 ng/mL，內標濃度為5 ng/mL，表2中數據代入上式，得 SR=0.046 27、urel（X）=0.004 237 0。

2.3.5 重復性試驗引入的相對標準不確定度urel（rep）評定。

樣品重復性測定過程會受到試驗儀器、試驗耗材、試驗環境以及實驗人員技術能力等因素的影響，樣品重復性測定引入的不確定度為A類評定，取待測樣品，連續進行11次測定，不確定度參照公式urel（rep）=S/（n×）進行計算，測定結果見表 計算得urel（rep）=0.004 826 0。

2.3.6 加標回收引入的相對標準不確定度urel（R）評定。

以空白樣品做基質，標準加入法考察加標回收率的方式評價方法準確度是實驗室最常規的方式，以加標回收的方式評價樣品稱量、消解、容量分析等過程的損失，或者污染，在6份空白樣品中，均加入0.50 mL濃度為1 μg/mL的鎘標準溶液，按照“1.3”～“1.5”方法，測定結果見表4。

6次回收率測定結果的標準偏差（S）為 0.678 0%，回收率平均值（）為92.85%，空白基質加標回收引入的相對標準不確定度計算結果為

urel（R）=S/（n×）=0.007 562 0。

2.4 不確定度的合成

影響梭子蟹中鎘殘留量測定的各不確定度分量中，對照品及對照品溶液配制引入的不確定度最大，加標回收率次之，樣品稱量引入的不確定度占比最小，結果見表5。經計算，合成標準不確定度為urel（S3）=u2rel（S）+u2rel（X）+u2rel（M）+u2rel（V）+u2rel（rep）+u2rel（R）=0.014。

2.5 擴展不確定度及不確定度表示

采用ICP-MS法測定梭子蟹中鎘殘留量，當測試樣品中鎘含量為 0.61 mg/kg 時，合成標準不確定度= 0.61 mg/kg×0.014=0.008 54 mg/kg，按照JJF 1059.1—201 在95%的置信水平下，取包含因子k= 則擴展不確定度U=0.008 54 mg/kg×2=0.02 mg/kg。因此，其結果可表示為（0.61±0.02）mg/kg（k=2）。

3 結論

該研究通過對ICP-MS測定梭子蟹中鎘殘留量過程中標準溶液的制備、樣品的稱量、樣品前處理過程所使用的移液管及容量瓶等量器、標準工作曲線校準、樣品重復性測定及空白樣品加標回收測定等不確定度來源進行分析考察，結果表明，標準溶液逐級配制過程量器多次使用致其成為貢獻率最大的不確定度分量，空白樣品加標回收測定帶來的不確定度次之，此外，數據處理過程回歸曲線的擬合及樣品重復性測試也會引入的不確定度最小。因此，測定過程中應根據樣品選擇合理的線性范圍，選用合適量程的量器，在成本允許的前提下，增加標準溶液配制過程的移取體積和定容體積，縮減稀釋步驟，以減少標準溶液稀釋引入的不確定度;同時提高檢測人員試驗水平，逐漸提高方法回收率，也是提高準確度的重要途徑;此外，增加標準溶液的測定次數，定期對儀器進行維護保養，保證儀器穩定性，也是保證結果準確度的有效方式。

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