电感耦合等离子体质谱法测定婴幼儿配方乳粉中镉的不确定度分析评定

颜复张，刘倩，黄缘，易灿

（澳优乳业（中国）有限公司检测中心，长沙 410299）

0 引 言

婴幼儿配方乳粉为婴幼儿重要的营养来源，直接关系到婴幼儿的健康和发育，其安全性一直受到社会广泛关注[1]。镉作为一种对人体有害的重金属，一直是乳粉重点监控的安全性评价指标之一[2]。研究表明，镉具有致癌作用，已被国际癌症研究机构列为一类致癌物[3]。镉代谢缓慢，容易在人体内堆积，尤其是肾脏和肝脏，体内的镉与蛋白质反应形成镉-蛋白质结合物，会使正常机体内所必需酶的活性降低，诱发相应的健康疾病[4-5]。由于婴幼儿相比于成人对有毒重金属等环境污染物有着更高的吸收，而副作用阈值却更低，所以会更为敏感[6]。因此，婴幼儿配方乳粉中镉含量测定结果是否准确显得尤为重要。

检测过程中，由于测量误差的存在，使得测量结果存在不确定性。为了对测量结果进行科学评价，将测量不确定度这一概念用于测量结果[7-8]。测量不确定度即指根据所用到的信息，表征赋予被测量量值分散性的非负参数[9-10]。目前，镉的测定主要采用石墨炉原子吸收法[2,11-12]、电化学检测法[13-14]、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）[15-17]和电感耦合等离子体发射光谱法[18-19]等。本文参考食品安全国家标准GB 5009.268-2016《食品中多元素的测定》第一法[20]，采用ICP-MS法对婴幼儿配方乳粉中镉的含量进行测定，依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[21]与CNASGL006-2019《化学分析中不确定度的评估指南》[22]，对测定过程的不确定度进行分析评定，确定不确定度的主要来源，为减小测量误差、保证测定结果的准确性和有效性提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

市售婴幼儿配方乳粉；镉元素标准溶液（1 000 m g/L），国家有色金属及电子材料分析测试中心；锗元素标准溶液（1 000 m g/L），铟元素标准溶液（1 000 m g/L）美国O 2Si公司；硝酸（≥65%，痕量金属级），德国CNW公司。

1.2 仪器与设备

iCAP Q电感耦合等离子体质谱仪，美国Therm o Fisher Scientific公司；ETHOSUP微波消解仪，意大利Milestone公司；AL204分析天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；VB24Plus智能样品处理器，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 标准溶液的配制

标准储备液（100μg/m L）：准确吸取10.0 m L镉标准溶液（1 000μg/m L）于100 m L容量瓶中，用（2+98）硝酸溶液定容。

标准中间液（1.0μg/m L）：准确吸取1.0 m L镉标准储备液（100μg/m L）于100m L容量瓶中，用（2+98）硝酸溶液定容。

标准工作液：分别吸取镉标准中间液（1.0μg/m L）0，0.1，0.5，1.0，3.0，5.0 m L于100 m L容量瓶中，用（2+98）硝酸溶液定容至刻度，浓度分别为 0，1.0，5.0，10.0，30.0，50.0μg/L。

1.3.2 样品前处理

按照GB 5009.268-2016《食品中多元素的测定》第一法进行[20]。

准确称取乳粉样品0.5 g于微波消解罐中，加入10 m L硝酸，加盖放置1 h，旋紧罐盖，按照微波消解仪标准操作步骤进行消解，消解参考条件见表1。冷却后取出，缓慢打开罐盖排气，用少量水冲洗内盖，将消解罐放在控温电热板上，于150℃加热30 min或超声脱气2～5 min，用超纯水将消化液定容至刻度50 m L，混匀备用；同时做试剂消解空白试验。

表1 微波消解参考条件

1.3.3 ICP-MS法测定婴幼儿配方乳粉中镉的含量

优化ICP-MS仪器操作条件，使灵敏度、氧化物和双电荷化合物达到测定要求。仪器稳定后，按表2工作参数分别测定标准工作液、空白样液、样品溶液中镉的含量。

表2 ICP-MS工作参数

1.3.4 乳粉中镉的含量计算公式

式中：X为试样中镉元素的含量（m g/kg），C为测定液中镉元素的浓度（μg/L），C0为测定空白液中镉元素的浓度（μg/L），V为样液体积（m L）；m为样品称样量（g）。

2 结果与分析

2.1 不确定度分量的主要来源[23-24]

从测量过程和结果计算分析，乳粉中镉元素含量测定的不确定度的来源主要有以下几个方面：（1）测量重复性引入的不确定度；（2）标准物质引入的不确定度：镉标准溶液的标准不确定度，标准曲线产生的不确定度，稀释过程量器校准引入的不确定度，标准曲线拟合引入的不确定度；（3）样品制备过程引入的不确定度：样品称量时引入的不确定度（包括万分之一的天平本身最大允许误差，天平的分辨率、样品的均匀性等），量器校准引入的不确定度；（4）加标回收率引入的不确定度。

2.2 不确定度分量的评定

2.2.1 测量重复性引入的不确定度

称取同一批次的乳粉样品7份，选取1.50 m g/kg浓度水平进行重复性加标实验，在相同的条件下平行测定试液中镉的含量，试验数据和分析结果见下表3。

单次测量的实验标准偏差为：

由镉元素含量测定重复性（n=7）引入的相对标准不确定度urel(frep)为：

2.2.2 标准物质引入的不确定度

（1）镉标准溶液的不确定度。镉标准溶液购自国家有色金属及电子材料分析测试中心，根据标准溶液证书提供的信息，其相对扩展不确定度为0.7%，k=2，属于B类评定，则其相对标准不确定度为：urel(a)=0.7%/2=0.0035。

（2）标准曲线拟合产生的不确定度。用电感耦合等离子体质谱法对标准系列溶液进行测定，得到相应的信号强度（cps），用最小二乘法进行拟合，得到标准工作曲线的线性回归方程，结果见表4。

则标准曲线拟合的不确定度为：

式中，S(y)为残差标准偏差；b为曲线斜率；a为曲线截距；p为样品溶液的测定总数，p=7；n为标准溶液的测定总数，n=18；C为样液中镉元素的浓度，μg/L；为标准溶液中镉元素的平均浓度值，μg/L；Xi为标准溶液中镉元素各点的浓度，μg/L；yi为标准溶液各点吸光度的测定值。

表3 乳粉测量重复性结果

表4 镉元素标准曲线测定数据

根据表2数据及公式计算得到：

则标准曲线拟合引入的相对标准不确定为：

（3）标准工作曲线配制过程中量器校准引入的不确定度。在标准储备液配制过程中使用了A级100 m L单标线容量瓶，A级10、1、5 m L刻度吸管，查阅JJG 196-2006《常用玻璃仪器检定规程》[25]得，在20℃时，A级100 m L单标线容量瓶的容量允差为±0.1 m L，A级10 m L刻度吸管示值允差为±0.05 m L，A级1 m L刻度吸管示值允差为±0.008 m L，A级5 m L刻度吸管示值允差为±0.015 m L，20℃时水的膨胀系数α=0.000208℃-1，实验室温度变化为Δt±5℃，按矩形均匀分布，包含因子k=，同时考虑溶液温度和容量瓶与校准温度引起的不确定度，计算结果见表5。

由表5数据相对标准不确定度合成的标准物质量器准引入的相对标准不确定度：

（4）标准物质引入的不确定度。由不确定度分量合成的标准物质引入的相对标准不确定度urel(std)为：

2.2.3 样品制备过程引入的不确定度

（1）样品称量引入的不确定度。称取样品的质量主要受到天平的校准的影响，天平校准又包括天平的最大允许误差和分辨力两个分量。

(a)天平的最大允许误差。天平制造商给出了天平的最大允许误差为±0.0005 g。根据制造商的建议，天平线性引入的不确定度采用矩形分布处理，其标准不确定度为：

(b)天平的分辨力。采用电子天平称量，由天平分辨力引入的质量的标准不确定度为：

由天平称量所引入的标准不确定度可如下合成：

则由样品称量引入的相对不确定度为：

表5 标准溶液配制时引入的相对标准不确定度

（2）样品处理时量器校准引入的不确定度。样品制备过程中使用了A级50 m L单标线容量瓶定容。由JJG 196-2006《常用玻璃量器》规定，在20℃时50 m L单标线容量瓶（A级）的容量允差为±0.05 m L，取矩形均匀分布，则容量瓶体积带来的不确定度u(V1)为：

实验室温度变化为Δt±5℃，20℃时水的膨胀系数α=0.000208℃-1，按矩形均匀分布，则温度变化带来的不确定度为u(V2)：

50 m L A级单标线容量瓶校准引入的标准不确定度为：

相对标准不确定度为：

（3）样品制备过程引入的不确定度2.2.3（2）和2.3.3（3）。样品制备过程引入的相对标准不确定度urel(sam)为：

2.2.4 加标回收率引入的不确定度

乳粉样品在前处理过程中，镉含量会有损失。选取3个添加水平进行回收率实验，分别为本底含量的0.5倍、1.0倍、1.5倍；每个添加水平做3个平行样，各加标回收率数据见表6。

由表6可知，回收率均值R=97.79%（n=9），标准偏差为S(R)=3.59%，则回收率引入的标准不确定度为：

相对标准不确定度urel(R)为：

对回收率进行显著性分析以判定在结果计算时是否引入回收率校正因子fR：

根据测量不确定度评定指南对一般检测实验室要求，取置信概率95%，在自由度为8时T临界值为T0.05=2.306，T＜T0.05，则表明回收率与1之间无显著性差异，即本实验结果计算不需引入校正因子fR。

2.3 相对标准不确定度合成

影响乳粉中镉含量测定的相对标准不确定度分量汇总见表7。

根据表7的不确定度分量，合成乳粉中镉元素含量的相对标准不确定度urel(X)为：

各不确定度分量的贡献占比见图1。由图可知，测量过程中不确定度的主要来源是标准曲线的配制过程，其次是样品加标回收率，样品称量和样品处理过程量器引入的不确定度影响非常小，可忽略不计。整个试验过程涉及较多玻璃量器的使用，应严格规范移液、定容操作，从而有效地减少测定过程中产生的不确定度，提高检测结果的精密度和准确度。

2.4 扩展不确定度计算

根据测量不确定度评定指南对一般检测实验室要求[22]，包含因子取k=2。因此，本实验中镉元素含量测定的相对扩展不确定度Urel=k×urel(X)=2×0.050=0.10。由表3可知，实验测得乳粉中镉的含量为1.45 m g/kg，则扩展不确定度U=1.45×0.10=0.15 m g/kg，k=2。

表6 加标回收率测定结果

表7 相对标准不确定度分量汇总表

图1 相对标准不确定度分量贡献占比

3 结 论

采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）对婴幼儿配方乳粉中镉的含量进行测定，取样量为0.5 g，当乳粉样品中镉含量为1.45 m g/kg时，扩展不确定度为0.15 m g/kg，k=2。通过对各不确定度分量进行评估，测量过程中不确定度的主要来源是标准曲线的配制过程，其次是样品加标回收率，样品称量和样品处理过程量器引入的不确定度可忽略不计。整个试验过程涉及较多玻璃仪器使用，应严格规范移液、定容操作，从而有效的减少不确定度，提高检验的精密度和准确度。