電感耦合等離子質譜法測定蟹黃中4種重金屬含量的不確定度評定

姚成虎 王 瀅 楊啟鵬 洪成山 王歲歲 孫 涓 毛小慶

（馬鞍山市產品質量監督檢驗所，安徽馬鞍山 243000）

隨著工業迅速發展，我國經濟水平不斷提升，與此同時也給環境造成了一定影響。水產動物的飲食和水質等受到污染，導致水產動物攝入和沉積重金屬的概率大大增加。重金屬被人體吸收后，對造血系統、腎臟、生殖功能等器官造成不同程度的損傷[1-5]。目前，重金屬檢測方法主要包括紫外分光光度法[6]、原子吸收光譜法[7-9]、原子熒光光譜法[10-11]和電感耦合等離子質譜法[12-14]，其中ICP-MS法憑借其高通量、快速、靈敏度高等優點成為分析痕量重金屬含量的重要手段[15]。

在分析檢測過程中，樣品前處理、標準樣品配制、標準曲線擬合、隨機誤差和系統誤差等影響試驗數據的準確性，尤其數值處于限量值的邊界時，應在檢測報告中進行結果的不確定度評價。因此，本文根據相關標準和規定[16-19]，結合2021年度國家食品安全監督抽檢任務，采用ICP-MS法對蟹黃中鉛、砷、鎘和鉻4種重金屬的不確定度來源進行了分析和評估，找出檢測過程中影響測量值準確性的主要因素，以期為評定蟹黃樣品中鉛、砷、鎘和鉻4種重金屬的不確定度提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 供試材料。試驗樣品為蟹黃，市場隨機抽檢。

1.1.2 試劑。供試試劑有內標溶液（含10 μg/mL的Bi、Ge、In、Li、Sc、Tb 和 Y，美國 PE 公司）、多元素混標（2.5 μg/mL，鋼研納克檢測技術股份有限公司）、硝酸（UP級，68%，江蘇晶瑞化學股份有限公司）、Milli-Q制備一級水。

1.1.3 儀器與設備。供試儀器有NexION 350X電感耦合等離子體發射光譜-質譜聯用儀（含形態分析）（美國PE公司）、BSA124S電子天平（賽多利斯科學儀器（北京）有限公司）、MARS6微波消解儀（美國CEM公司）、EHD-24趕酸儀（北京東航科儀儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 標準曲線配制。吸取2.5 μg/mL混標溶液2 mL于50 mL容量瓶中，用1%HNO3稀釋至刻度，得到濃度為100 μg/L的混標溶液。分別吸取0.50、2.50、5.00、15.00、25.00 mL的混標溶液置于50 mL容量瓶中，用 1%HNO3稀釋至刻度，得到濃度為 1、5、10、30、50 μg/L的系列標準曲線溶液。

1.2.2 樣品制備。參照《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》（GB 5009.268—2016）中樣品前處理步驟[20]，準確稱取6份0.25 g（精確至 0.001 g）蟹黃樣品于微波消解罐中，加入5 mL硝酸，加蓋放置過夜后旋緊罐蓋放入微波消解儀中，按照微波消解儀操作流程進行消解。冷卻后取出，于100℃條件下趕酸0.5 h，轉移消解液于25 mL容量瓶中，用水定容同時做空白試驗。

1.2.3 測定。電感耦合等離子質譜儀正常開機通過調試后對標準溶液進行分析，將標準溶液待測元素質譜信號與內標元素質譜信號的比值Y作為縱坐標、待測元素濃度X作為橫坐標，繪制標準曲線。隨后分析樣品溶液，從標準曲線中得到相應濃度。ICP-MS的工作參數如下：射頻功率為1 100 W，等離子體流量為15.0 L/min，霧化器氣流量為0.9 L/min，輔助氣流量為1.20 L/min，蠕動泵流速為20 r/min，測定次數共3次，霧化器為同心霧化器，采用KED模式。

2 結果與分析

2.1 不確定度評定的數學模型及計算公式

測量不確定度的評定方法包括A類和B類兩種[16]，A類評定即能采用統計學方法對在指定測定條件下獲得的量值進行測量不確定度分量的評定，不同于A類評定的即為B類評定。不確定度評定公式如下：

式中：X為待測試樣中重金屬含量（mg/kg）；C為根據標準曲線計算的待測樣品中重金屬含量（μg/L）；C0為根據標準曲線計算出來的標準空白液中重金屬含量（μg/L）；V 為消化液定容體積（mL）；m 為待測樣品質量（g）；換算系數為 1 000。

A類評定公式如下：

式中：n 為測量次數；xi為測量值（i=1，2，…，n）；為測量平均值。

B類評定公式如下：

2.2 不確定度來源分析

根據測定樣品的具體操作流程（圖1）和數學模型分析，電感耦合等離子質譜法測定蟹黃中4種重金屬含量的不確定度分量來源見表1。

表1 不確定度分量的來源及其相對標準不確定度的表示

2.3 不確定度的評定

2.3.1 樣品前處理引入的相對標準不確定度urel（M）。主要包括樣品稱量過程和消化液定容過程引入的不確定度分量。

（1）樣品稱量過程引入的不確定度分量u1（M）。稱量樣品所用的天平引入的不確定度分量選用B類方法評定，按矩形分布。根據《電子天平檢定規程》（JJG 1036—2008）[21]，實驗室稱量待測樣品所用的天平經檢定最小量程為0.1 mg，分度值e為1 mg，允許最大誤差為±1.0 mg，本次稱量的6份樣品重量均值為0.253 7 g。

（2）消化液定容過程引入的不確定度分量u2（M）。消化液定容至25 mL容量瓶，根據《常用玻璃量器檢定規程》（JJG 196—2006）[22]，當溫度為 20 ℃時，25 mL A級容量瓶的允差為±0.03 mL，按矩形分布。

考慮到實驗室溫度波動范圍為（20±2）℃，水的膨脹系數為 2.1×10-4（20℃），按照 95%的置信概率（k=1.96）。

2.3.2 標準溶液配制引入的相對標準不確定度urel（C）。其主要包括標準溶液的相對標準不確定度和標準物質定容過程中引入的相對標準不確定度。

（1）標準溶液的相對標準不確定度u1（C）。根據標準物質證書已知鉛、砷、鎘、鉻的濃度為2.5 μg/mL，不確定度為U=10%（k=2），則由標準溶液引入的相對標準不確定度。

（2）標準物質定容過程中引入的相對標準不確定度 u2（C）。根據《常用玻璃量器檢定規程》（JJG196—2006）[22]，介紹A級玻璃量器的允差，按矩形分布。考慮到實驗室溫度波動范圍為（20±2）℃，查得水的膨脹系數為 2.1×10-4（20℃），按照95%的置信概率（k=1.96），則由溫度波動引入的不確定度分量。

在標準溶液配制過程中，配制器具單次引入的相對標準不確定度見表2。

表2 配制器具引入的相對標準不確定度

考慮配制器具的使用次數，標準物質定容過程中引入的相對標準不確定度，故標準溶液配制引入的相對標準不確定度。

2.3.3 由標準曲線擬合引入的相對標準不確定度urel（X）。 分別對 5 個濃度（1、5、10、30、50 μg/mL）的標準溶液進行3次重復測定，采用內標法定量，用最小二乘法擬合得到線性方程及相關系數r，標準曲線擬合引入的相對標準不確定度 urel（X）由公式（1）和（2）進行計算。

其中：SR為殘差標準偏差；a為標準曲線斜率；n為標準溶液重復測定的總次數，即n=15；xi為擬合曲線第i個標準溶液的濃度（μg/L），p為待測樣品平行測量的次數，即p=3；為擬合曲線標準溶液濃度的平均值，即為待測樣品測量的平均值（μg/L）。標準曲線擬合引入的相對標準不確定度urel（X）詳細結果見表3。

表3 標準曲線擬合引入的相對標準不確定度

2.3.4 系統誤差引入的相對標準不確定度urel（Z）。在樣品檢測過程中，如樣品的稱量、消解、定容和儀器測量，可能會影響待測元素含量，日常分析中通過加標回收方式判斷試驗系統誤差大小[23-24]，再依據統計學t方法檢驗判斷系統誤差是否顯著。

稱取6份待測樣品，加入適量體積的標準溶液，按照1.2.2進行樣品前處理。根據公式（3）計算系統誤差引入的相對標準不確定度urel（Z），根據公式（4）計算t。詳細計算結果見表4。

表4 系統誤差引入的相對標準不確定度

其中：S為6份加標回收的相對標準偏差；s為6份加標回收的標準偏差；n為平行樣品個數，n=6；為平均回收率。

取置信概率為 95%，查表得 t（0.05，5）=2.571，而此時4種元素的t值均大于2.571，故回收率與100%之間存在顯著差異。因此，實際樣品的檢測結果需將回收率帶入不確定度評定的數學模型中來修正。

2.3.5 隨機誤差引入的相對標準不確定度urel（S）。在試驗過程中，會有眾多的隨機因素影響試驗結果準確性，因而采用多次測量的方法來減少隨機誤差，根據《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）[17]中相關規定，當測量次數較少時，可采用極差法評定不確定度，其中：R為極差；n為測量次數，n=6；C 為極差系數（n=6 時，C=2.53）。 詳細試驗結果見表5。

表5 隨機誤差引入的相對標準不確定度

2.4 合成標準不確定度

將上述步驟中所有的相對標準不確定度進行合成，合成公式按照式（5）進行計算，假設包含因子k=2，則合成后的相對標準不確定度和擴展不確定度詳細結果見表6。

表6 各元素的標準不確定度結果

2.5 相對標準不確定度分量占比匯總

各元素相對標準不確定度分量占比匯總見圖2。

3 結論與討論

采用電感耦合等離子質譜法測定蟹黃中4種重金屬含量，并對其不確定度來源進行了分析。結果顯示，鉛、砷、鎘和鉻的擴展不確定度分別為0.040、0.010、0.048、0.064 mg/kg（k=2）；不確定度來源主要為標準溶液配制、樣品前處理和標準曲線擬合。

在標準溶液配制過程中，稀釋次數與不確定度引入的影響成正比；當測定的元素含量很低時，標準曲線擬合引入的不確定度影響較大。因此，可以通過以下途徑來減少不確定度帶來的影響：①減少標準溶液稀釋次數；②選擇合適的消解程序以及趕酸條件；③對于痕量元素的分析，標準曲線線性范圍盡量窄，確保待分析元素的含量在標準曲線的中間位置；④待測溶液和標準溶液的基體保持一致；⑤使用有證書且在有效期范圍內的標準物質；⑥定期對儀器進行維護保養，提高儀器靈敏度；⑦重視對檢驗人員理論知識的考核和試驗操作規范性的培養；⑧保持實驗室溫濕度的恒定，盡量減少波動；⑨增大樣品重復分析測定次數。