微波消解-ICP-MS法測定糙米粉中鎘的不確定度評定

楊眉 陳潤霖 宋明雄 業潤澤 周偉

摘要：利用微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定糙米粉中鎘的含量，并對不確定度來源進行分析。通過建立該方法不確定度評定數學模型，對各不確定度分量進行分析計算，最終得出測定結果的擴展不確定度。結果表明，對測量結果不確定度貢獻最大的是標準曲線擬合、標準物質和回收率，樣品稱量和消解液定容的影響可以忽略不計。糙米粉中鎘的測定結果為（0.025±0.005 55） mg/kg（k= 2）。

關鍵詞：不確定度；鎘；糙米粉；電感耦合等離子體質譜法；微波消解

中圖分類號：TS210.7 文獻標志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20230522

Evaluation of uncertainty for cadmium content in brown rice flour by microwave digestion-ICP-MS

Yang Mei， Chen Runlin， Song Mingxiong， Ye Runze， Zhou Wei

（ Yuxi Food Quality Monitoring Center， Yuxi， Yunnan 653100 ）

Abstract： An analysis of the sources of uncertainty was conducted to ascertain the cadmium content of brown rice flour via microwave digestion-inductively coupled plasma-mass spectrometry （ICP-MS）. Establishing a mathematical model of uncertainty evaluation， the source of each component was examined and calculated， and finally， the extended uncertainty of the measured result was obtained. The results revealed that the most influential factors on the uncertainty were the standard curve fitting， the standard substance， and the recovery rate； however， the sample weight and constant volume of the dissolution could be disregarded. The determination result of cadmium content in brown rice flour was （0.025 ± 0.005 55） mg/kg （k = 2） .

Key words： uncertainty， cadmium， brown rice flour， ICP-MS， microwave digestion

水稻是吸收鎘最強的大宗谷物，大米中的鎘污染主要來源于種植土壤的污染[1]。鎘有難去除和容易通過食物鏈富集累積在人體內的特性，半衰期較長，在人體內富集會造成肝損傷，對人體危害較大，因此注重糧食中重金屬安全十分有必要。光譜法是檢測糧食中重金屬最常用的方法，其中原子吸收法被廣泛應用于檢測糧食中的重金屬含量，該法具有靈敏度高和適用范圍廣等特點，但操作繁瑣。電感耦合等離子體質譜法的出現，大大提高了無機化學元素分析的工作效率和準確度，該法具有快速掃描、低檢測限、高靈敏度、可同時測定多種元素以及抗外界干擾等優勢，使其成為當今最合理的無機化學元素分析方法，甚至代替了常規的元素分析方法。樣品前處理方法是糙米粉中鎘含量準確測量的一個重要環節，會直接影響測定結果的準確性、平行性。糧食中鎘含量的前處理方法一般包括常壓干法灰化法和濕法灰化法等，但是容易造成無機元素損失，且步驟繁瑣。近年來，微波消解前處理法因其具有快速、簡單、污染小等優點，已被廣泛應用于糧食中重金屬元素的檢測，常與電感耦合等離子體質譜儀配套使用[2]，以提高檢測精度。然而，由于糧食中鎘含量的測定屬于痕量分析技術，每一步操作都會對測量結果產生影響，為了確保測量結果的準確性和可靠性，許多實驗室都會對實驗結果進行不確定度評估，以確保測量結果的可靠性和可信度，有效科學地判定出影響實驗最終結果的關鍵因素[3-4]。

本文旨在探討微波消解-電感耦合等離子體質譜法在測定糙米粉中鎘元素含量時的不確定度，并通過建立數學模型，剖析每個不確定因素的來源，統計相對合成不確定度，最終得出擴展不確定度。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

NexION 2000G型電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）儀：美國PerKinElmer公司；XB620M型分析天平：普利賽斯公司；JLGJ4.5型礱谷機：浙江省臺州市糧儀廠；ETHOS UP型微波消解儀：深圳邁爾斯通有限公司；錘式旋風磨：上海市賽霸精密儀器有限公司；100～1 000 μL SE4-5000XLS+型電動單道移液器：美國Rainin公司。

Cd元素標準溶液（100 μg/mL）：北京壇墨質檢標準物質中心；65%硝酸（優級純）：德國默克公司。

糙米粉：本地市場采購。

1.2 標準溶液制備

1 μg/mL Cd元素標準工作儲備液配制：將100 μg/mL Cd元素標準溶液取出并冷卻至室溫，用1 mL的移液器準確移取0.5 mL，將其放入50 mL容量瓶中，最后用1%的硝酸溶液進行定容。

Cd元素系列標準工作液配制：以1%的硝酸溶液作為溶劑，將1 μg/mL Cd元素標準工作儲備液逐級稀釋成質量濃度為0、2、4、6、8、10 μg/L的標準工作液。

1.3 樣品前處理

將市售的稻谷用礱谷機脫殼，經旋風磨粉碎后，精確稱取糙米粉試樣約0.5 g（精密至0.000 1 g），放入微波消化內罐中，加入6.00 mL、65%的硝酸，密封放置過夜，隨后旋緊罐蓋，將其放入微波消化儀中，依照規定的使用方法予以消化。微波消解程序為10 min內升至90 ℃，在90 ℃保持3 min，在15 min內升至190 ℃，在190 ℃保持0 min。將消解物放置在室溫環境中，冷卻后慢慢開啟罐蓋，排出氣體，迅速將其轉移到5 mL容量的瓶中，混合均勻，并進行空白實驗。

1.4 ICP-MS儀器條件

功率1 300 W，霧化器流量0.70 L/min，輔助氣流量0.40 L/min，氦氣流量4～5 mL/min，機械泵最優轉速0.3 r/s。

2 不確定度評定

2.1 數字模型建立

式中：X為糙米粉中Cd含量，mg/kg；C為檢測液中Cd質量濃度，μg/L；C0為待測空白介質中Cd質量濃度，μg/L；V為待測試液的定容體積，mL；M為糙米粉的稱樣量，g。

從數字模型及實驗操作過程分析，影響實驗結果的不確定度主要來源為：糙米粉的稱量；Cd元素標準物質；待測微波消解液定容過程；Cd元素最小二乘法標準曲線擬合；測量樣品重復性；回收率測定。

2.2 不確定度分量量化

2.2.1 糙米粉稱量過程引入的不確定度Urel（M）

樣品稱量過程中存在的不確定性可以通過電子天平校準不確定度和稱量重復性來評估。

（1） 電子天平校準引入的標準不確定度U（M1）

（2） 實驗室溫度的變化引入的相對標準不確定度Urel（V2）

在實驗室中，由于室溫難以保持在20 ℃，充分考慮定容時實驗室溫度在（20±3）℃條件下進行，水的膨脹系數為2.1×10-4 ℃-1，考慮溫度變化趨勢遵循矩形分布，其中包含因子k= 3，室溫變化所帶來的標準不確定度為；

3 結 論

本文對微波消解—電感耦合等離子體質譜法測定糙米粉中鎘含量過程中的不確定度來源進行了詳細分析，并且評估了測量結果的準確性和可靠性。經過不確定度評估分析，發現產生影響實驗結果的不確定度因素眾多，其中標準曲線最小二乘法擬合所帶來的不確定度最大，其次是標準物質、回收率和測量重復性，而其余各種因素對不確定度的影響能夠忽略不計。本實驗采用痕量測定的方法來測定鎘，需要精確配制標準溶液，并且選擇合適的標準曲線濃度范圍，以此來減少測量結果的不確定性，從而獲得更準確的測定結果。通過微波消解—電感耦合等離子體質譜法測定糙米粉中鎘含量不確定度評定，能夠為糧食質量安全風險評估提供可靠的參考，同時也有助于進一步提高糧食質量安全評估的科學化，從而更好地保障糧食安全。

參考文獻

[1]陳正華，張家海，龔儒.種植模式及施肥方式對水稻籽粒鎘含量的影響[J].糧食科技與經濟，2022，47（1）：118-120.

[2] 饒琛，張維波，陳翔，等.微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定香菇中總砷含量的不確定度評定[J].廣州化工，2022，50（16）：109-111+127.

[3] 趙付開.高效液相色譜-原子熒光聯用儀測定大米中的無機砷[J].農技服務，2017，34（11）：152.

[4] 劉剛，譚陽，葛城，等.電感耦合等離子體質譜測定嬰幼兒配方乳粉中鋁的不確定度評定[J].食品安全質量檢測學報，2018， 9（14）：3829-3824.

[5] 全國流量容量計量技術委員會.常用玻璃量器檢定規程： JJG 196—2006 [S].北京：中國計量出版社，2007.