广州汇标检测技术中心
摘要：目的：通过评定微波消解-电感耦合等立体质谱法和湿法消解-石墨炉原子吸收法测定莲子中镉含量的测量不确定度，分析影响测量结果准确性的主要来源和比较两种测量方法测量结果的可靠性，提高检测的质量控制水平。方法：采用两种方法分别测定莲子中的镉含量，分析两种方法的测定过程不确定度分量并计算合成不确定度和扩展不确定度。结果：前者测定莲子中镉的含量为（0.061±0.008）ug•g-1（k=2，p=0.95）；后者测定莲子中的镉含量为（0.066±0.005）ug•g-1（k=2，p=0.95）。两种不同方法的测量不确定度主要来源分别是仪器的不确定度和标准溶液的配置，其次是测量重复性、标准曲线拟合，而样品称量、样品定容和标准曲线的拟合引起的不确定度很小，可以忽略，因此降低仪器和标液配制的相对不确定度分量对降低该方法的测量不确定度效果最为明显.结论，两种方法建立的不确定度评定方法合理、可为正确评价检测结果提供合理和科学的理论依据，为检测结果的判定提供有效可靠的参考。
关键词：莲子；镉；不确定度；电感耦合等立体质谱法；石墨炉原子吸收法
Uncertainty Evaluation for the Determination of Cadmium content in Lotus by Inductively Coupled Plasma isostatic Mass Spectrometry and Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry
Chen xiaoqiang GuangZhou HuiBiao Testing Technology Center
Abstract Objective：To evaluate the uncertainty of determination of cadmium content in Lotus seeds by microwave digestion-inductively coupled isostatic mass spectrometry and by wet digestion-graphite furnace atomic absorption spectrometry，to explore the main sources and compare the reliability of the two measurement methods.Improve the quality control level.METHODS：Cadmium content in Lotus seeds was determined by microwave digestion-inductively coupled isostatic mass spectrometry and wet digestion-graphite furnace atomic absorption method respectively.The individual components of uncertainty were evaluated，and then the combined uncertainty and extended uncertainty were calculated.RESULTS：The cadmium content in Lotus seeds determined by microwave digestion-inductively coupled plasma isostatic mass spectrometry was（0.061 ± 0.008）ug• g-1（k=2，p=0.95）；The cadmium content in Lotus seeds determined by wet digestion-graphite furnace atomic absorption spectrometry was（0.066 ± 0.005 ug• g-1（k=2，p=0.95）.The unce rtainty was mainly due to uncertainty of the instrument and the configuration of the standard solutionby two method，followed by measurement repeatability，and standard curve fitting.The uncertainty caused by sample weighing，sample fixed capacity，and standard curve fitting is small and negligible.Therefore，reducing the uncertainty of the instrumen t is the most effective in reducing the measurement uncertainty of the method.CONCLUSION，the uncertainty evaluation method established by the two methods is reasonable，and can provide reasonable and scientific theoretical basis for the correct evaluation of test result，provide effective and reliable reference for the determination of test results.
Key words：Lotus seed，cadmium，uncertainty，Inductively coupled plasma isostatic mass spectrometry..
Graphite furnace atomic absorption spectrometry
20世纪初期，日本出现了一种 “痛痛病”，病因主要源于镉在体内大量积累，最后破坏骨骼，造成骨软化和骨质疏松。镉对人体的危害是一个长期的过程，因此具有隐蔽性和长期性。镉会对人体的呼吸道产生刺激，会造成嗅觉丧失、牙龈黄斑等；长期积累主要危害肾脏和骨骼，在肾中一旦累积到一定量，导致肾衰竭；对骨骼的影响则是骨软化和骨质疏松等。
中国农业行业标准NY/T1504-2007中规定莲子的指标为0.05 ug•g-1，而在测试过程中发现，多批次，多种类莲子的检测结果接近该指标值，对测试结果的评价和判定造成了一定程度的困难，因此，本文中采用微波消解-电感耦合等立体质谱法和湿法消解-石墨炉原子吸收法分别测定莲子中的镉含量做不确定度的评定比对，用不同方法来对结果的可靠性和结果判定提供数据支撑。
1 微波消解-电感耦合等离子体质谱法
1.1测定原理及数学模型
1.1.1 测定原理
中药样品经过酸消解处理为样品溶液，样品溶液经雾化由载气送入ICP矩管中，经过蒸发，解离，原子化和离子化等过程，转化为带电荷的离子，经离子采样系统进入质谱仪，质谱仪根据质荷比进行分离，对于一定的质荷比，质谱的信号强度与进入质谱仪的离子数成正比，即样品浓度与质谱信号强度成正比，通过测量质谱的信号强度对试样中的镉元素进行测定。
1.1.2 测定方法简述
1.1.2.1 器材与试剂：
Thermo电感耦合等离子体质谱仪：ICAP-Qc；
安东帕微波快速消解仪：Microwave go；
移液管（A级）：1mL（u=0.003mL，k=2），5mL（u=0.008mL，k=2）；
容量瓶（A级）：50mL（u=0.02mL，k=2），100mL（u=0.03mL，k=2）；
万分之一天平：梅特勒（AL-104）u=0.0005g，k=2。
主要试剂：硝酸：JT Baker，优质纯；
24元素混合标准溶液：GSB 04-1767-2004，标准值100μg/mL，相对扩展不确定度为1.4%，k=2。
1.1.2.2 标准储备液的制备：
24元素标准储备液（100μg/L）：移液管取1mL标准溶液于100mL容量瓶，用5%硝酸定容。
1.1.2.3工作溶液的制备：
工作溶液：用移液管1mL，5mL移取0.5，1.0，2.5，5.0mL 24元素标准储备溶液于四个50mL容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至刻度，摇匀待测，配制成10，20，50，100ug/L的工作溶液；用移液管1mL，5mL移取0.25，0.5，2.0，4.0mL100ug/L的工作溶液于四个50mL容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至刻度，摇匀待测，配制成0.5，1.0，4.0，8.0ug/L的溶液。
1.1.2.4 样品的制备
称取0.5g样品，置微波消解罐中加入6mL硝酸，按照微波消解仪要求及相应消解程序进行消解。冷却至70℃以下，取出消解罐放冷，将消解液转移至50mL容量瓶中，用一级水清洗消解罐3次并转移至容量瓶，定容摇匀待测；同法同时做试剂空白溶液。
1.1.2.5 测定
调谐好电感耦合等离子体质谱仪，上机测试标准曲线工作溶液，以质谱的信号强度为纵坐标，浓度值为横坐标，绘制标准曲线。样品浓度与质谱信号强度成正比，通过测量质谱的信号强度对试样中的镉元素进行测定。
1.1.3 数学模型
式中：X—试样中的镉含量（ug•g-1）；
—测定用试样中的镉含量（μg/L）；
—试剂空白中的镉含量（μg/L）；
V—试样定容体积（mL）；
N—试样稀释体积；
m—试样质量或体积（g）；
（1）式即为本方法的不确定度评定的数学模型。
1.2 测量不确定度的影响因素
根据不确定度的传播规律，主要来源有标准物质、样品均匀性、称量、消解定容、曲线拟合。标准物质包括本身的不确定度、稀释过程中（称量、重复性、温度）、曲线拟合的过程等；样品测试液浓度包括干扰，重复性，信号响应，曲线拟合，进样量等。测量不确定度的因素分析清楚后，在进行评定时，样品基质和消解方法产生的不确定度采用归因法不容易量化，如果采用方法验证数据来评估测量不确定度，可将上述因素合并简化。方法验证过程中精密度研究涵括了所有参数的精密度引起的不确定度；通过标准样品的测定可评定消解过程中基质、干扰及其他诸多因素带来的不确定度，其他不能由精密度误差分析来评定的不确定度来源，如标准品的不确定度等，另行评定。
所以测量结果相对标准不确定度Urel（z）主要来源如下：
（1）样品重复性测定相对标准（A类）不确定度urel（1）；
（2）样品称取质量相对标准不确定度urel（2）；
（3）样品定容体积相对标准不确定度urel（3）
（4）标准工作溶液配制相对标准不确定度urel（4）；
（5）标准曲线拟合相对标准不确定度urel（5）；
（6）仪器引入的相对标准不确定度urel（6）
1.3 相对标准不确定度各分量计算
1.3.1样品重复性测定的相对标准（A类）不确定度urel（1）的计算
本实验对样品进行了9次重复性测定，自由度n=8（观测值可被再次选择的次数），具体结果见表1。用贝塞尔公式计算出镉的实验标准偏差：
因此，镉的重复性测定的相对不确定度：
表1 样品镉含量重复测定结果
1.3.2样品称取质量相对标准不确定度Urel（2）的计算
由天平的相对不确定度Um1和样品重复称重Um2引起的相对不确定度组成。
1.3.2.1天平的不确定度：由天平检定证书中查到U=0.0005g，K=2，则
Um1=U/K/m=0.0005/2=0.00025g
1.3.2.2样品重复称重引起的不确定度Um2由重复称重计算，重复称重n=9次时，极差R=0.0002g，按极差法计算标准偏差，
C=2.97，
所以合成相对不确定度：
1.3.3样品定容体积相对标准不确定度Urel（3）的计算
定容过程中产生的不确定度有：
1.3.3.1 50mL容量瓶，U=0.02，k=2，相对不确定度为U（1）= 0.02/2/50=0.002；
1.3.3.2 重复性测量9次的标准偏差为0.012mL，U（2）=0.012/
×50）=0.00008；
1.3.3.3 记录温度在±2℃变动，水体积膨胀系数为2.1×10-4/℃，则95%的置信概率（k=1.96）时体积变化区间为±20×2×2.1×10-4=±0.0084，转换成标准偏差为
s=0.0084/1.96=0.0043
所以U（3）= S/50=0.0043/50=0.000086
1.3.4 标准工作溶液配制相对标准不确定度
1.3.4.1 ICP-24元素混合标准溶液：GSB 04-1767-2004，标准值为100μg/mL，相对扩展不确定度为1.4%，k=2，即 Urel（标）=1.4%。
1.3.4.2 标准使用溶液配制引入的不确定度
标准储备液由1mL移液管吸取标准溶液至100 mL容量瓶过程中引入的误差U（v1），U（v2）
（1）其中1mL（A）移液管及100 mL（A）容量瓶的U都是±0.003mL、±0.03mL，K=2，
不确定度分别为 U'（v1）=0.0015mL，U'（v2）=0.015mL
（2）重复性测量的标准偏差分别为0.0090mL、0.0153mL
（3）记录温度在±2℃变动，水体积膨胀系数为2.1×10-4/℃，则95%的置信概率（k=1.96）
时体积变化区间分别为±0.00042和±0.042，转换成标准偏差分别为：
0.00042/1.96=0.00021mL和0.042/1.96=0.021mL，
合成三项相对不确定度：
1.3.5工作曲线拟合相对标准不确定度Urel（5）的计算
采用最小二乘法拟合校准标准曲线时，计算得到质量浓度的不确定度。
对镉标准20.0μg/L进行重复测定，测量数据见表2。
表2标准溶液6次测定的浓度值
所以，标准曲线引入测量结果的相对不确定度：
Urel（5）=S/（C×
）=0.1960/（19.710×2.4495）=0.00406
1.3.6 分析仪器的相对标准不确定度urel（6）的计算
电感耦合等立体质谱仪的校准证书提供的扩展不确定度为Urel=5%，K=2，所以仪器的相对不确定度为Urel（6）=0.05。
1.4 合成标准不确定度及扩展不确定度
标准曲线的制备、测量重复性等的不确定度相互独立，故镉的合成相对标准不确定度为：
实验测得镉的浓度为0.061ug•g-1，则测量结果的合成不确定度：
u= 0.061×0.068=0.0041 ug•g-1
包含因子k=2，得测量结果的扩展不确定度U==2×0.0041= 0.0082ug•g-1。
1.5 测量结果表示
镉的测量结果可表示为（0.061±0.008）ug•g-1（k=2，p=0.95）。
2 湿法消解-石墨炉原子吸收光谱法测定莲子中镉含量不确定度的评定
2.1 测定原理及数学模型
2.1.1 测定原理
试样经过湿法消解后，导入石墨炉原子吸收光谱仪中，在石墨管中原子化后，吸收228.8nm共振线，其吸收值与镉含量成正比，与标准系列比较定量。
2.1.2 测定方法简述
2.1.2.1 器材与试剂：
Thermo石墨炉原子吸收光谱仪ICE3400；
控温电热板，DB-Ⅱ型；
移液管A级1mL（u=0.003mL，k=2），5mL（u=0.008mL，k=2）；
容量瓶A级50mL（u=0.02mL，k=2），100mL（u=0.03mL，k=2）；
万分之一天平（梅特勒AL-104）u=0.0005g，k=2）。
主要试剂：广试硝酸，优质纯；
镉标准物质：GSB G 62071-90，标准值为1000μg/mL（扩展不确定度为4μg/mL，0.4%）。
2.1.2.2 标准使用液的制备：
镉标准使用液（100μg/L）：用移液管1mL取镉标准物质于100mL容量瓶中，用0.2%硝酸定容；再用移液管1mL取上述溶液于100mL容量瓶中，用0.2%硝酸定容。
2.1.2.3 主标准溶液的制备：
镉主标准工作溶液（1μg/L）：用1mL移液管取镉标准使用液（100μg/L）于100mL容量瓶，用0.2%硝酸定容，取上述镉主标准工作溶液于仪器自动进样盘中，仪器自动智能稀释成分别为0.1，0.2，0.4，0.8，1.0μg/L的标准工作溶液。
2.1.2.4 样品的制备
称取0.5g样品于锥形瓶中，加10 mL硝酸和1 mL高氯酸，加上曲径漏斗，放在200℃预热好的温控电热板上消解，消解至样液澄清，加水赶酸至1-2mL，放冷，转移至50mL容量瓶，用一级水清洗锥形瓶3次并转移至容量瓶，定容摇匀待测；同法同时做试剂空白溶液。
2.1.2.5 测定
优化好石墨炉原子吸收光谱仪，将镉主标准工作溶液、处理好的样液放入石墨炉原子吸收光谱仪自动进样盘中，仪器自动吸取镉主标准工作溶液，智能稀释成预设好的标准溶液，以镉标准溶液含量和对应吸光度，绘制标准曲线或计算直线回归方程，试样吸光度与曲线比较或代入方程求得含量。
2.1.3 数学模型（同1.1.3）
2.2 测量不确定度的影响因素（同1.2）
2.3 相对标准不确定度各分量计算
2.3.1样品重复性测定的相对标准（A类）不确定度urel（1）的计算
本实验对样品进行了9次重复性测定，自由度n=8，具体结果见表3。用贝塞尔公式计算出镉的实验标准偏差：
= 0.0023ug•g-1，
因此，镉的重复性测定的相对不确定度：
表3 样品镉含量重复测定结果
2.3.2样品称取质量相对标准不确定度Urel（2）的计算同（1.3.2）
2.3.3样品定容体积相对标准不确定度Urel（3）的计算同（1.3.3）
2.3.4 标准工作溶液配制相对标准不确定度
2.3.4.1 镉标准物质GSB G 62071-90，标准值为1000μg/mL（扩展不确定度为4μg/mL，0.4%），k=2，相对不确定度为urel（标）=0.4%。
2.3.4.2 镉标准使用溶液配制引入的不确定度
标准储备液由1mL移液管吸取标准溶液至100 mL容量瓶过程中引入的误差U（v1），U（v2）
（1）同1.3.4.2（1）；
（2）同1.3.4.2（2）；
（3）同1.3.4.2（3），
合成三项不确定度：
2.3.5工作曲线拟合相对标准不确定度urel（5）的计算
采用最小二乘法拟合校准标准曲线时，计算得到的不确定度与质量浓度的不确定度和吸光度的测量不确定度有关。
对镉标准1μg/L进行6次重复测定，测量数据见表4。
表4标准溶液6次测定的吸光度
所以，标准曲线引入测量结果的相对不确定度：
Urel（5）=S/（C×
）=0.0273/（1.0315×2.4495）=0.0108
2.3.6 分析仪器的相对标准不确定度urel（6）的计算
ICE3400石墨炉原子吸收光谱仪的校准证书提供的Urel=2%，k=2，所以仪器的相对不确定度为Urel（6）=0.02。
2.4 合成标准不确定度及扩展不确定度
标准曲线的制备、测量重复性等的不确定度相互独立，故镉的相对合成标准不确定度为：
实验测得样品中镉的浓度为0.066ug•g-1，则测量结果的合成不确定度：
u=0.066×0.0354=0.0023（ug•g-1）。
取包含因子k=2，得测量结果的扩展不确定度U=2×0.0023＝0.0046 ug•g-1。
2.5 测量结果表示
镉测量结果可表示为（0.066±0.005）ug•g-1（k=2，p=0.95）。
3 讨论
电感耦合等离子体质谱法测定莲子中镉含量的扩展不确定度为0.008ug•g-1（k=2，p=0.95），不确定度来源主要是仪器的不确定度；石墨炉原子吸收光谱法测定莲子中镉含量的扩展不确定度为0.005ug•g-1（k=2，p=0.95），不确定度来源主要是标准溶液的配置，其次都是测量重复性、标准曲线拟合，而样品称量、样品定容和标准曲线的拟合引起的不确定度很小，可以忽略，因此降低仪器和标液配制的相对不确定度分量对降低该方法的测量不确定度效果最为明显。
本文采取的两种方法的不确定度评估数学模型和定值方法与国际标准物质研制水平接轨。有效避免了采取一种方法带来的分析方法缺陷，使定值结果更加可靠准确，同时也为其他食品样品进行镉的含量测定、不确定度模型建立及评定提高了有效可靠的参考，对指标附近测定结果的判定提供有效可靠的参考。
参考文献：
[1]GB 5009.268-2016 食品安全国家标准 食品中多元素的测定
[2]GB 5009.15-2014 食品安全国家标准 食品中镉的测定
[3]邓丰 电感耦合等离子体质谱法测定化妆品中硒含量的不确定度评价 药物分析1008-049X（2018）07-1312-04
论文作者:陈晓强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/8
标签：不确定论文; 标准论文; 溶液论文; 样品论文; 测量论文; 曲线论文; 容量瓶论文; 《基层建设》2019年第11期论文;