ICP-MS法测定梭子蟹中镉不确定度评定

摘要 采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）对梭子蟹中镉残留量进行测定。根据JJF 1059.1—2012、CNAS-GL006：2019，从标准溶液制备、样品称量、样品前处理过程、校准方法、樣品重复性测量以及空白样品加标回收测定等方面分析梭子蟹中镉测定过程不确定度来源，依据所建立的不确定度模型，分析、评定梭子蟹中镉测定过程不确定度。评定结果表示，当梭子蟹中的镉测定结果为0.61 mg/kg时，扩展不确定度为0.017 mg/kg，k=2。并确定了贡献率最大的不确定度分量为标准溶液配制，空白样品加标回收测定次之。

关键词 梭子蟹;电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）;镉;不确定度

中图分类号 TS 254.7  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）21-0207-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.053

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Uncertainty Evaluation for Determination of Cadmium in Swimming Crabs by ICP-MS

WANG Jin-cui

（Heilongjiang Province Tianrun Inspection and Research Institute Co.， Ltd.，Harbin，Heilongjiang 150009）

Abstract Cadmium residues in swimming crabs were determined by inductively couple plasma mass spectrometry （ICP-MS）. According to JJF 1059.1-2012 and CANS-GL006：2019 evaluation and expression of uncertainty in measurement， uncertainty analysis and evaluation were carried out from six aspects， including standard solution preparation process， sample weighing， sample preparation， calibration，measurement repeatability and standard addition recovery， a mathematical model for uncertainty evalution was established， then the uncertainty was quantified and synthesized. The results showed that the content of cadmium in the swimming crabs sample was 0.61 mg/kg， the expanded uncertainty was 0.017 mg/kg， k=2. And it was determined that the uncertainty component with the largest contribution rate was the preparation of the standard solution， followed by the addition recovery determination of the blank sample.

Key words Swimming crabs;Inductively couple plasma mass spestrometry （ICP-MS）;Cadmium;Uncertainty

作者简介 王金翠（1986—），女，黑龙江哈尔滨人，工程师，硕士，从事食品质量安全分析检测工作。

收稿日期 2021-07-04;修回日期 2021-07-07

随着人们生活水平的提高，螃蟹、鱼、虾、贝类等低脂肪、高蛋白的种类丰富的水产品已经成为人们佐餐佳肴。而伴随着工农业的发展，水污染加剧，例如镉等重金属污染物在水生动物体内富集现象比较突出，并通过食物链的传递进入人体，过量镉的摄入不仅会产生损害人体肾功能的危害，也会破坏骨骼，导致人发生骨痛、骨质软化，甚至更严重的骨骼疾病，其急性中毒甚至可致人死亡[1-3]。目前已有大量学者开展了污染物镉的污染现状研究及食品安全风险评估[4-7]，如孟庆辉等[6]采用生物质量指数法对2012年6—12月浙江省水产品镉背景值进行研究，结果发现，所调查样品中16.5%已达轻微污染，3.3%已达污染水平;江晨洁等[7]对安徽、福建、湖北、江苏、辽宁及北京市6省（市）甲壳类水产品镉含量调查分析结果显示，甲壳类水产品肝胰脏中元素镉有明显的富集，并且存在镉残留量超标问题;翟亚楠等[8]对珲春口岸进出口的鱿鱼、螃蟹、黄贝、象贝、扇贝、七彩贝等水产品中镉的含量进行普查分析，结果显示2014—2016年镉残留量呈逐年上升趋势;冯哲伟等[9]对杭州市下城区市售动物性水产品中镉污染进行调查研究，结果表明，2013—2018年4—11月在下城区随机采集的6类动物性水产品中，海水甲壳类镉超标率最高，为28.6%，其次为头足类，不合格率为11.1%，海水甲壳类中海蟹镉超标率最高，已达66.7%。以上研究均表明重金属镉作为水产品持久性污染物之一，已经成为水产品质量评价的重要指标。相关食品安全国家标准中规定，水产动物（甲壳类）镉残留量不得超过0.5 mg/kg，而痕量元素测定一直是难度较大的检测领域，在实际的检测工作中，样品称量、前处理过程、容量分析、加标回收、结果校准方式以及所用仪器或试验环境等因素均会引入测量误差，使得测量结果存在不确定性，当检验结果比较接近国家规定限值时，样品符合性更加难以判断。为了保障检验结果的准确度以及科学性，在RB/T 214—2017[10]、CNAS-CL01：2018[11]两则实验室准则中均要求当数据出现临界值时，应开展评定测量不确定度工作。从近年国家监督抽检结果中也不难发现，水产品中梭子蟹镉超标现象最为突出，在检测过程中，当出现临界值时，如何对数据的准确性进行评价尤为重要，相对于重复测定、考察精密度、经验分析等手段，通过检验方法不确定度评定对提高结果可信度具有重要的现实意义[12-16]。

目前镉含量测定方法，除ICP-MS法，还有石墨炉原子吸收光谱法、氢化物原子荧光光谱法等，该研究所采用的ICP-MS法线性范围宽，且选择性好、灵敏度高，特别适用于水产品等基质复杂的样品分析。该研究在建立ICP-MS法测定梭子蟹中镉残留量的基础上，依据JJF 1059.1—2012[17]和CNAS-GL006：2019[18]，分析梭子蟹中镉残留量测定过程的不确定度来源，确定主要不确定度来源，为提高检验方法准确度提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器

NexION1000G型电感耦合等离子质谱仪（美国铂金埃尔默仪器上海有限公司）;MD6M型微波消解仪（奥普乐科技集团（成都）有限公司）;VB24赶酸仪（北京莱伯泰科有限公司）;AUY120型电子天平（岛津菲律宾工厂）;玻璃量器均为A 级且经检定合格。

1.2 试材

镉对照品（浓度为100 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心）;铟对照品（浓度为1 000 μg/mL，坛墨质检）;硝酸（优级纯，上海安谱）;过氧化氢（优级纯，国药试剂）;水（屈臣氏蒸馏水）;样品梭子蟹为市售品。

1.3 标准溶液的配制

1.3.1

镉标准系列溶液。吸取浓度为100 μg/mL镉标准溶液0.10 mL，以5%硝酸溶液稀释并定容至100 mL，再分别精密吸取0.10、0.50、1.00、2.00、5.00 mL置于10 mL 容量瓶中，以5%硝酸溶液稀释至刻度，得镉浓度为1、5、10、20、50 ng/mL的标准工作溶液。

1.3.2

内标使用溶液。由浓度为1 000 μg/mL的铟标准溶液逐级稀释得内标使用溶液（铟=5 ng/mL）。

1.4 供试品溶液的制备

取梭子蟹1 kg，冲洗外表面，去壳，去内脏后，取可食部分搅碎均质，混合均匀，精密称取0.5 g于消解罐，依次加入硝酸5 mL、过氧化氢1 mL、水2 mL，100 ℃预消解1 h，然后放入微波消解仪，按程序消解。结束后取出消解罐，以2 mL水冲洗内盖后一同并入罐内，置赶酸仪至呈澄清透明状，将消解液以水定量转移至定容瓶，以水定容至25 mL，摇匀，即为样品溶液。以相同方法制备试验空白。

1.5 分析条件

优化仪器工作参数后，以铟为内标测定镉的含量。

2 结果与分析

2.1 不确定度测量模型

梭子蟹中镉含量的计算式如下：

X=C×V×1 000m×1 000×1 000

式中，X为镉的含量（mg/kg）;C为样品溶液中镉的浓度（ng/mL）;V为样品溶液定容体积（mL）;m为试样质量（g）。

2.2 不确定度的来源

根据建立的数学测量模型以及样品溶液的准备过程，梭子蟹中镉的不确定度引入来源主要为：

①对照品及对照品溶液配制urel（S）;

②样品称量urel（M）;

③样品前处理过程urel（V）;

④校准方法urel（X）;

⑤样品重复性测定urel（rep）;

⑥空白样品加标回收测定urel（R）。

2.3 各标准不确定度分量的评定

2.3.1 镉对照品及對照品溶液配制引入的相对标准不确定度urel（S）评定。

对照品及对照品溶液配制过程不确定度主要由标准溶液逐级稀释的吸取、定容过程所用标准量器以及对照品自身不确定度引入。

2.3.1.1 对照品引入的不确定度urel（S1）。

对照品自身所引入的不确定度为B类不确定度，镉对照品证书标识不确定度为±0.5%，k= 按照均匀分布，其相对标准不确定度为

urel（S1）=0.002 500 0。

2.3.1.2 标准溶液配制引入的不确定度urel（S2）。

标准溶液逐级稀释至标准工作液的过程共使用100 mL容量瓶1次、10 mL容量瓶5 次、5 mL移液管2次、1 mL移液管4次，稀释过程使用的玻璃量具按照常用玻璃量器检定规程JJG 196—2006[19]检定，均符合A级标准，按均匀分布，取包含因子 k= 量器校准引入的不确定度按照公式u（S2（量器检定））=容量允差/3计算。

在（20±5）℃环境温度下，水膨胀系数为0.000 21/℃（20 ℃），标准溶液配制时温度引起的标准不确定度参照均匀分布按公式u（S2（温度系数））=容量×5 ℃×0.000 21/℃/3计算。

在标准溶液配制过程中，容量瓶及移液管等量器引入的相对标准不确定度按照公式

urel（S2）=u2（S2（量器检定））+u2（S2（温度系数））/V

计算，标准工作溶液稀释配制引入的不确定度计算见表 计算得

urel（S2）=u2rel（S2（容量1））+u2rel（S2（容量2））+u2rel（S2（容量3））+u2rel（S2（容量4））=0.009 529 0。

2.3.1.3 对照品及对照品溶液配制引入的相对标准不确定度urel（S）评定。

经计算，urel（S）=u2rel（S1）+u2rel（S2）=0.009 852 0。

2.3.2 样品称量引入的相对标准不确定度urel（M）评定。

样品测定过程中共使用万分之一天平称量2次，该研究所用梅特勒-托利多MS105DU，称取的样品质量分别为0.501 4、0.500 6 g。天平检定最大允许误差为±0.000 15 g，按均匀分布，取包含因子k= 计算得

urel（m1）=0.000 172 7、

urel（m2）=0.000 173 0、

urel（M）=u2rel（m1）+u2rel（m2）=0.000 244 5。

2.3.3 样品前处理过程引入的相对标准不确定度urel（V）评定。

样品前处理过程仅使用25 mL容量瓶1次。评定过程同“2.3.1.2”，25 mL容量瓶容量允差为 ±0.05，样品前处理过程量器带来的不确定度为

urel（V）=0.000 606 9。

2.3.4 校准方法引入的相对标准不确定度urel（X）评定。

该研究以标准曲线法为样品进行校准，以标准系列工作溶液中标准溶液中待测物镉与铟浓度比为横坐标（X）、镉响应值与铟响应值比值的平均值为纵坐标（Y），拟合生成标准曲线线性方程。

标准工作曲线拟合引入的相对标准不确定度按照公式urel（X）=SRa×1p+1n+（c-）2ni=1（ci-）2计算，式中，p为试样连续测定的次数;n为标准溶液测定次数;为试样平均浓度;c为标准溶液浓度平均值;ci为标准溶液各个工作液浓度;a为标准曲线斜率。SR为标准曲线残差的标准差，是曲线拟合过程主要的不确定度来源，SR计算公式为

SR=ni=1[Yi-（b+a+Xi）]2n-2

，式中，Yi为标准溶液各个响应值与内标物响应值比值;a为标准曲线斜率;Xi为标准溶液各点外标与内标物浓度比值;b为截距;n为标准溶液测定次数。

该研究用标准曲线法定量，将标准曲线每个浓度点进样3次，得到相应响应值之比，见表2。得到标准曲线为Y=5.337 2X-0.347 1（r=0.999 5），将梭子蟹样品连续测定6次，由标准曲线查得样品浓度平均值为12.162 9 ng/mL，内标浓度为5 ng/mL，表2中数据代入上式，得 SR=0.046 27、urel（X）=0.004 237 0。

2.3.5 重复性试验引入的相对标准不确定度urel（rep）评定。

样品重复性测定过程会受到试验仪器、试验耗材、试验环境以及实验人员技术能力等因素的影响，样品重复性测定引入的不确定度为A类评定，取待测样品，连续进行11次测定，不确定度参照公式urel（rep）=S/（n×）进行计算，测定结果见表 计算得urel（rep）=0.004 826 0。

2.3.6 加标回收引入的相对标准不确定度urel（R）评定。

以空白样品做基质，标准加入法考察加标回收率的方式评价方法准确度是实验室最常规的方式，以加标回收的方式评价样品称量、消解、容量分析等过程的损失，或者污染，在6份空白样品中，均加入0.50 mL浓度为1 μg/mL的镉标准溶液，按照“1.3”～“1.5”方法，测定结果见表4。

6次回收率测定结果的标准偏差（S）为 0.678 0%，回收率平均值（）为92.85%，空白基质加标回收引入的相对标准不确定度计算结果为

urel（R）=S/（n×）=0.007 562 0。

2.4 不确定度的合成

影响梭子蟹中镉残留量测定的各不确定度分量中，对照品及对照品溶液配制引入的不确定度最大，加标回收率次之，样品称量引入的不确定度占比最小，结果见表5。经计算，合成标准不确定度为urel（S3）=u2rel（S）+u2rel（X）+u2rel（M）+u2rel（V）+u2rel（rep）+u2rel（R）=0.014。

2.5 扩展不确定度及不确定度表示

采用ICP-MS法测定梭子蟹中镉残留量，当测试样品中镉含量为 0.61 mg/kg 时，合成标准不确定度= 0.61 mg/kg×0.014=0.008 54 mg/kg，按照JJF 1059.1—201 在95%的置信水平下，取包含因子k= 则扩展不确定度U=0.008 54 mg/kg×2=0.02 mg/kg。因此，其结果可表示为（0.61±0.02）mg/kg（k=2）。

3 结论

该研究通过对ICP-MS测定梭子蟹中镉残留量过程中标准溶液的制备、样品的称量、样品前处理过程所使用的移液管及容量瓶等量器、标准工作曲线校准、样品重复性测定及空白样品加标回收测定等不确定度来源进行分析考察，结果表明，标准溶液逐级配制过程量器多次使用致其成为贡献率最大的不确定度分量，空白样品加标回收测定带来的不确定度次之，此外，数据处理过程回归曲线的拟合及样品重复性测试也會引入的不确定度最小。因此，测定过程中应根据样品选择合理的线性范围，选用合适量程的量器，在成本允许的前提下，增加标准溶液配制过程的移取体积和定容体积，缩减稀释步骤，以减少标准溶液稀释引入的不确定度;同时提高检测人员试验水平，逐渐提高方法回收率，也是提高准确度的重要途径;此外，增加标准溶液的测定次数，定期对仪器进行维护保养，保证仪器稳定性，也是保证结果准确度的有效方式。

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