微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定蝦蛄中鎘含量的不確定度評定

◎ 劉春洋

（秦皇島市國家級水產種質資源保護區管理處，河北 秦皇島 066000）

蝦蛄又稱“皮皮蝦”“螳螂蝦”等，其營養豐富、肉質鮮美，是我國分布最廣、產量最大的水產動物之一[1-3]。鎘是影響水產品質量安全的主要污染物之一，研究發現，蝦蛄中鎘含量雖然整體處于安全范圍內，但是其檢出率非常高[4-7]。因此，提高蝦蛄中鎘含量測定的準確性和可靠性，是保障其質量水平的重要途徑。本研究從工作效率、測定準確率等方面考慮，采用微波消解—電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法測定蝦蛄中鎘含量[8-10]，通過測量不確定度的評定，確定影響蝦蛄中鎘含量測定的主要因素，以提高結果的有效性。

1 材料和方法

1.1 重要儀器與試劑

ICP-MS（RQ，美國賽默飛公司）；微波消解儀（TOPEX，上海屹堯公司）；電子天平（CP213，上海奧豪斯公司）；純水機（美國Millipore 公司）。

S 級硝酸（蘇州晶瑞化學股份有限公司）；質譜調諧液（美國賽默飛公司）；鎘、銦（1.0 mg·mL-1，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；大蝦生物成分標準物質[Cd（0.039±0.002）mg·kg-1，中國地質科學院]。

1.2 標準溶液配制

實驗中標準溶液配制用5%硝酸溶液逐級稀釋，所用容量瓶（100 mL）和單標線吸量管（1、5、10 mL）均A 級且檢定合格。

標準工作液的制備：準確移取1.0 mL 鎘儲備液（1.0 mg·mL-1）于容量瓶定容，得鎘中間液Ⅰ（10 μg·mL-1）；準確移取1.0 mL 鎘中間液Ⅰ于容量瓶并定容，得鎘中間液Ⅱ（100 ng·mL-1）；準確移取鎘中間液Ⅱ10、5、1 mL 于容量瓶定容，得濃度分別為10、5、1 ng·mL-1的標準工作液，準確移取10 ng·mL-1標準工作液5、1 mL 于容量瓶定容，分別得濃度0.5、0.1 ng·mL-1標準工作液。

內標溶液的配制：準確移取1.0 mL 銦儲備液（1.0 mg·mL-1）于容量瓶并定容，得內標中間液Ⅰ（10 μg·mL-1）；準確移取1.0 mL 內標中間液Ⅰ于容量瓶并定容，得內標中間液Ⅱ（100 ng·mL-1）。準確移取5.0 mL 內標中間液Ⅱ于容量瓶并定容，得5 ng·mL-1的內標工作液。

1.3 ICP-MS 工作條件

使用調諧液對ICP-MS 進行質量校正和調諧，在標準模式條件下，標識元素鋰、鈷、銦、鈾的強度分別高于8、10、22、30 萬，難熔氧化物產率高于1.6%，雙電荷產率為1.8%，碰撞模式條件下，多原子離子產率高于18。經調諧的ICP-MS 工作參數見表1。

表1 ICP-MS 工作參數表

以111 Cd 為待測元素，以115 In 為內標元素，利用三通將二者同時泵入霧化器，達到校正干擾的目的。

1.4 檢測方法

取鮮活蝦蛄可食部分勻漿待測，稱取樣品0.5 g（精確到1 mg）于聚四氟乙烯消解罐，加入硝酸5 mL，過夜。樣品消解方式使用微波加熱，梯度升溫程序如下：90 ℃，5 min；120 ℃，5 min；140 ℃，5 min；160 ℃，30 min。消解完畢，待消解罐冷卻后泄壓，130 ℃趕酸至消解液少于1 mL，少量多次沖洗消解罐，合并消解液和沖洗液于50 mL 容量瓶。試劑空白不添加樣品，其他相同。

用ICP-MS 依次測定標準工作液、試劑空白和試樣消解液，在線引入內標溶液，測出鎘元素和銦元素的強度，用于計算不確定度。

2 不確定度的評定

2.1 數學模型

參照實驗原理和過程，建立相關函數關系：

式中，W為蝦蛄中鎘含量，mg·kg-1；c為消解液中鎘濃度，ng·mL-1；c0為試劑空白中鎘濃度，ng·mL-1；V為定容體積，mL；m為稱樣量，g。

2.2 不確定度的主要來源

參照相關函數關系，蝦蛄中鎘含量不確定度的來源：稱量、消解過程、定容體積、標準工作液、曲線擬合、重復測試。

2.2.1 稱量的不確定度urel（m）

稱量的不確定度由電子天平及其分辨力的不確定度組成。

實驗使用電子天平準確到0.001 g，最大允許誤差為±1 mg[11]，該標準不確定度為：

實驗使用電子天平分辨力為1 mg，因此，該標準不確定度為：

電子天平的不確定度和電子天平分辨力的不確定度合并得到電子天平的標準不確定度為：

實驗平均稱樣量0.500 g，計算樣品稱量的相對不確定度為：

2.2.2 消解的不確定度urel（d）

在微波消解過程中，消解罐始終保持運動狀態，確保試樣消解效果一致。然而，儀器的功率、溫度、時間、壓力等因素，均會導致樣品消解不確定度[12]。樣品消解的不確定度通過回收率試驗來評估[13]，6 次測定蝦蛄生物成分分析標準物質中鎘的含量，分別為0.037、0.039、0.041、0.040、0.038、0.040 mg·kg-1，其標準偏差sd=0.15%，樣品消解的標準不確定度=0.06%。該標準物質鎘的標識值為0.039 mg·kg-1，則平均回收率xd=100.43%。因此，確定樣品消解的相對不確定度為。

2.2.3 定容的不確定度urel（V）

定容引入的不確定度由容量瓶允差的不確定度和溫差不確定度組成。

在20 ℃條件下，50 mL 的A 級容量瓶的容量允差是±0.05 mL[14]。因此，容量允差的標準不確定度為：

在95%的置信概率下，水膨脹系數是2.1×10-4，取k=1.96。溫差為±4 ℃，該標準不確定度為：

合并容量允差和溫差兩項標準不確定度得定容的標準不確定度為：

因此，定容的相對不確定度為：

2.2.4 標準工作液的不確定度urel（S）

標準工作液的不確定度來自標準溶液和溶液配制所用量器。

標準物質證書給出鎘標準溶液的相對擴展不確定度為0.7%（k=2），則其相對標準不確定度為：

標準溶液制備用到了4 個1 mL 吸量管、2 個5 mL 吸量管、1 個10 mL 吸量管、7 個100 mL 容量瓶。在20 ℃條件下，量器的容量允差為（±ΔV）[14]，取k=，用公式計算各量器的（±ΔV）引起的標準不確定度。溫差為±4 ℃，水的膨脹系數為2.1×10-4，取k=1.96（95%的置信概率），用公式計算溫差引起的標準不確定度。用公式計算各量器的標準不確定度。用公式評定其相對標準不確定度，結果見表2。

表2 量器產生的不確定度表

合并標準溶液相對不確定度和標準溶液配制相對不確定度，得到標準物質引入的相對不確定度為：

2.2.5 標準曲線擬合引入的不確定度urel（Y）

用ICP-MS 的在線內標測定標準工作溶液和內標溶液的強度，重復測定3 次，濃度為橫坐標，以外標和內標強度比的平均值為縱坐標，得回歸方程Y=0.108 6C+0.002 2（r=0.999 9）。曲線擬合的相對標準不確定度用公式（2）計算[15]，結果見表3。

表3 標準曲線擬合不確定度計算結果表

2.2.6 重復測試引入的不確定度urel(R)

對樣品進行6 次測試，結果分別為0.075、0.074、0.077、0.079、0.076、0.077 mg·kg-1，x為鎘質量濃度的平均值，SD為標準偏差，因此，重復測試的相對標準不確定度為。

2.2.7 相對標準不確定度分量列表

表4 為各相對標準不確定度分量，其中，試樣稱量、試樣消解和定容體積不確定度的分量較小。因此，實驗使用的千分之一電子天平滿足方法需求。另外，微波消解耗時短，得到的試液適用于ICP-MS，是元素分析的利器。ICP-MS 測定蝦蛄中鎘含量的重要影響因子是曲線擬合、標準工作液和重復測試。因此，要想提高微波消解聯合ICP-MS測定蝦蛄中鎘含量的準確度，就要保證儀器處于穩定狀態，并在配制標準溶液過程中使用經檢定合格的量器，選擇合格的標準品和配制適宜的濃度范圍[16]。同時，要對樣品進行平行測定，以提高檢測人員的檢測技能。

表4 相對標準不確定度分量列表

2.2.8 評定整體相對標準不確定度及擴展不確定度參照公式

合成整體相對標準不確定度urel（W）=0.044 36。

6 次測試蝦蛄中鎘含量平均值為0.076 mg·kg-1，合成標準不確定度u(W)=0.076×0.04436=0.003371 mg·kg-1。在95%置信概率條件下，擴展因子k=2，擴展不確定度u=k×u(W)=0.007 mg·kg-1。因此，蝦蛄中鎘含量W=（0.076±0.007）mg·kg-1。

3 結語

本研究采用微波消解—電感耦合等離子體質譜（ICPMS）法，測定蝦蛄中鎘含量為（0.076±0.007）mg·kg-1，不確定度分量結果顯示，試樣稱量、試樣消解和定容體積不確定度的分量較小；標準曲線擬合、標準工作液和重復測試是影響測定結果的重要因素。因此，千分之一電子天平稱樣和微波消解前處理適用于該方法。總體來說，為進一步提高檢測的準確度，檢測機構需保證儀器的穩定狀態，使用經檢定合格的量器，選擇合格的標準品和配制適宜的濃度范圍，并對樣品進行平行測定，提高檢測人員的檢測技能。