ICP-MS法测定茶多酚片中铅和总砷的不确定度分析

王同蕾，任 硕，卓 勤

(中国疾病预防控制中心营养与健康所，北京 100050)

茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称，是形成茶叶色香味的主要成分之一，也是茶叶中有保健功能的主要成分之一。研究表明，茶多酚等活性物质具解毒、抗氧化和抗辐射作用，且无毒副作用，无异味[1-4]，但茶叶在生长、采收加工、运输存储等环节通常受到外界环境污染，造成不良后果。其中，铅和总砷成为重要的外源性污染物之一。本文采用电感耦合等离子质谱法[5-8]对茶多酚片中的重金属污染物铅和总砷的含量进行测定，并依据JJF10591.1-2012计量技术规范[9]，建立数学模型，对其不确定度来源及各组分进行量化分析评定，以便更好地控制茶多酚类保健品的质量安全，为准确测定其含量提供科学依据[10]。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

电感耦合等离子体质谱仪，Neixon350D型，美国PerkinElmer公司，配有7个高精度气体质量流量控制器，耐高盐、高效无记忆效应同心雾化器；微波消解仪，Mars6-Express型，美国CEM公司，内置双光路温度控制系统和全罐异常压力监控系统；可调式电热板，Labtech S36型，莱博泰科公司；超纯水处理器，Milli Plus 2150型，美国MILLIPORE公司。

铅、总砷单元素标准溶液，中国计量科学研究院，批号分别为GBW(E)080129、GBW(E)080117，浓度均为100mg/L；绿茶成分分析标准物质，国家标准物质中心，批号GBW10052；In、Ge、Sc、Bi混合内标溶液，PE公司，浓度为100mg/L(使用前用1%硝酸稀释成1.0mg/L)；硝酸，北京化学试剂厂，BV-Ⅲ级，批号151202；实验用水由超纯水系统提供。

1.2 测量步骤

1.2.1样品前处理 称取0.30g茶多酚样品于干净的聚四氟乙烯消解罐中，加入6～8mL硝酸，混匀放置过夜以进行冷消化。设置微波消解系统的升温条件(表1)进行消化，消解完成后自然冷却至室温。放置于电热板上加热至120～160℃，开盖赶酸，冷却后用去离子水定量转移并清洗管壁，后定容至25mL容量瓶，摇匀，供上机备用，同时做试剂空白。

表1 微波消解运行程序

1.2.2标准溶液的配制 分别精确吸取Pb、As元素标准溶液5mL于50mL容量瓶中，用5%的硝酸溶液定容至刻度，配制成浓度为10mg/L的混合标准储备溶液。然后用5%的硝酸溶液将其逐级稀释配制成为Pb、As浓度为0.5、1.0、5.0、10.0、50.0ng/mL的标准系列。用超纯水稀释浓度为100mg/L的内标溶液，配制成1.0mg/L的内标使用液。

1.2.3仪器工作参数 用质谱调谐溶液对仪器测定时的工作条件进行优化，使仪器的灵敏度、背景、氧化物、双电荷和分辨率等各项参数均达到测定要求，从而得到仪器最佳技术参数与设定值。功率：1 300 W；冷却气流速：15L/min；辅助气流量：1.1L/min；载气流速：1.05L/min；采样深度：6.4mm；分析模式：定量；测量模式：KED；扫描次数：20；重复次数：3。在设定条件下，分别用调谐液及内标溶液调整仪器，将在线内标、试剂空白溶液、标准曲线溶液和样品溶液分别引入仪器，根据绘制的标准曲线方程分别计算出各物质的浓度。

2 不确定度的评定

2.1 数学模型的建立

茶多酚片中铅、砷含量测定的数学公式为式(1)：

(1)

式(1)中：C为试样中铅、砷的含量(mg/kg)；C0为试样消化液中铅、砷的浓度(ng/mL)；V为试样消化液总体积(mL)；m为称样质量(g)。

2.2 不确定度的来源分析

根据《测量不确定度评定与表示》，从检测过程和数学模型分析，电感耦合等离子体质谱法测定茶多酚中铅、砷的不确定度来源，主要包括样品称量、样品前处理、样品定容和仪器分析等步骤(附图)。

附图 不确定度来源分析

2.3 不确定度各分量的分析与计算

(2)

样品质量由2次称量(去皮和称样)所得，称样量的平均值为0.300 0g，则称样量引入的相对不确定度为：

(3)

2.3.2样品前处理过程引入的不确定度urel2在茶多酚样品的前处理过程中，不可避免存在消解不完全或消解过程的污染、损失等问题，导致样品中的铅、砷元素不能100%进入消化液中，因此，可通过分析计算回收率的不确定度来评定消解过程引入的不确定度。根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》中加标回收率的计算方式，采用1.2.1的消解过程，同时消解6个平行样，计算铅、砷的回收率范围分别为95.3%～102.6%、96.6%～101.8%，平均回收率R分别为98.6%、99.0%，代入式(4)计算：

b+=100×R上限-100；b-=100-100×R下限；

(4)

式(4)中：b+为回收率上限对应的极差值，b-为回收率下限对应的极差值；u(p)为回收率的标准不确定度，urel2为回收率的相对不确定度。由式(2)可知，回收率的不确定度取决于回收率的范围，因此，消解过程应尽量提高精密度，减小回收率范围以降低不确定度。经计算，由此引入的铅、砷的相对不确定度分别为0.021 4、0.013 1。

2.3.4标准溶液引入的不确定度urel4标准溶液引入的不确定度主要包括标准品本身的不确定度和标准溶液配制过程引入的不确定度。

(5)

(3)标准曲线拟合引入的不确定度urel(c3)实验过程采用5个浓度的标准系列，每个点重复测定3次，采用最小二乘法拟合标准曲线得到线性方程Yi=a+bxi，由此引入的不确定度由式(6)表示：

(6)

由式(3)和表2数据得出，由铅、砷标准曲线拟合引入的不确定度分别为u(c3-Pb)=0.143、u(c3-As)=0.140。其相对不确定度分别为urel(c3-Pb)= 0.043 6、urel(c3-As)=0.028 5。

表2 ICP-MS法测定茶多酚中铅和总砷的标准曲线拟合不确定度

综上，标准溶液引入的不确定度为式(7)：

(7)

经计算，铅、砷的相对标准不确定度分别为urel(4-Pb)= 0.043 6、urel(4-As)=0.028 6。

(8)

经计算，仪器重复性实验(随机)变化引入的相对不确定度分别为urel(5-Pb)= 0.006 6、urel(5-As)=0.007 8。

2.4 结果报告

以上各不确定度分量互不相关，综合上述各分量urel1、urel2、urel3、urel4、urel5可知，对元素含量测定的不确定度评定影响最大的因素有2个，即样品前处理过程引入的不确定度urel2和标准溶液引入的不确定度urel4，其他3项为次要分量，具体评估中可忽略。根据合成相对标准不确定度公式：

(9)

经计算，urel(Pb)=0.036、urel(As)=0.032，则扩展不确定度uc=k×urel×m(扩展因子k=2时，对应的置信概率为95%)。当称样量为0.2g时，电感耦合等离子体质谱法测定茶多酚片中铅、总砷含量的结果如下：wPb=0.406±0.029mg/kg、wAs=0.158±0.010mg/kg。

3 结论

本实验分别对茶多酚片保健食品进行了微波消解前处理，对其中的铅和总砷进行了ICP-MS法测定，并对测量结果进行了不确定度评定。通过分析各不确定度分量可知，样品前处理和标准溶液引入的不确定度为主要来源，其他分量在实际工作中可忽略不计。这为今后开展相关工作提供了参考：(1)在标准溶液配制过程中，溶液稀释的步骤越多，产生的不确定度越大，因此，应尽量减少稀释步骤；(2)为减少前处理过程引入的误差，应确保取样的均匀性和代表性，保证操作过程一致，平行测定，同时尽量减少样品消解过程中的损失；(3)操作仪器过程中，严格按照仪器操作规程进行实验，减少仪器波动，以降低重复性实验数据的标准偏差。◇

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