电感耦合等离子体质谱法测定泽泻中镉的不确定度评定★

李道成，刘德根，张 香，陈玉园，刘 威，王裕成*

（1.江西省道地药材质量评价研究中心，江西 南昌 330029；2.江西沃华济顺医药有限公司，江西 南昌 330029）

泽泻是多年生水生或沼生草本植物泽泻的干燥块茎。主产于福建、四川。《神农本草经》[1-2]记载道：“泽泻，味甘，寒。主风寒湿痹，乳难。消水，养五脏，益气力，肥健……。”具有利尿、抗结石、调血脂、降血糖和保肝等多种作用[3-7]。重金属包括铅、镉、汞、铜及铁等40 余种元素，但是铅、镉、汞等并非生命活动所必须的，并且当重金属超过一定浓度时会对人体产生危害。重金属对土壤的广泛污染是目前最严重的环境问题之一，可严重影响环境质量和人类健康。重金属（土壤）通过自然和人为的来源被释放到土壤中。特别是铅、镉等常见的重金属元素，对土地造成的污染尤为严重。铅、镉等有毒重金属一般以离子态的形式沉淀后，先进入土壤，之后通过土壤进入食物链，污染环境，并对人的身体健康造成威胁。镉（Cd）属于积累性毒害元素，可以很容易地在人体不同的组织中积累，主要富集于肾脏，特别是在肾脏皮层[8]。镉在人的身体中积累到一定限度时，则会引发人体各种器官的病变。有文献报道，镉积累过量可能会导致“痛痛病”，引起肾小球功能衰竭等疾病，影响人与动物的生产活动，严重的重金属会遍布全身[9]。镉已经被国际癌症机构（International Agency for Research on Cancer）确定为致癌物质[10]。而在测定镉含量的实验过程中，由于系统误差和随机误差等的影响，往往无法得到其真值。为了评定实验结果的可靠性，需要对不确定度进行评价。不确定度指与测量结果相关联的参数，它表征了可以合理地赋予被测量的量值分散程度[11]。镉的经典测定方法主要有原子吸收法（石墨炉法）、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP OES）法和电感耦合等离子体质谱（ICP MS）法等[12]。镉在中药材中是痕量元素，电感耦合等离子体质谱法是目前被用于测定元素含量的最先进的技术，本法灵敏度高[11]，适用于各类药品和食品从痕量到微量的元素分析，特别是对于痕量重金属元素的测定。本实验通过铅、镉、砷、汞、铜测定法——电感耦合等离子体质谱法（《中国药典》2020年版四部通则2321）[13]，用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）对泽泻中的镉进行限量检查。根据JJF1059—1999《测量不确定度评定与表示》[14]，对ICP-MS 法测定泽泻中Cd 元素含量结果的不确定度进行了计算和评定。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

电子天平，XSR205DU/A，梅特勒－托利多国际贸易（上海）有限公司；移液枪，thermoscientific，＞10～100μL，U=0.5 μL 和＞100～1 000 μL，U=2.1 μL，k=2；电感耦合等离子体质谱仪，thermoscientific ICAP RQ，U=5.0，K=2；ETHOS UP 微波消解仪；MILLI－IQ7005 超纯水机，密理博中国有限公司，纯水电阻率为18.2 MQ·cm；A级天波容量瓶，100.0 mL±0.1 mL、50.00 mL±0.05 mL；硝酸，UP 级（68%），晶瑞电子材料股份有限公司；高纯氩，纯度≥99.999%，镉元素标准溶液，GSB 04-1721—2004，购于国家有色金属及电子材料分析测试中心。

1.2 分析方法

1.2.1 仪器参数

仪器点燃后稳定30 min，使用赛默飞iCAPQ/RQTunesolution、iCAPQ/Qnovacalibrationsolution 将 仪器灵敏度、稳定性及氧化物水平等指标调至最佳状态。等离子体功率：1 550.0 W；雾化器气体：1.029 3 L/min；雾化室温度：2.70 ℃；采样深度：5.00 mm；He 气流量：5.122 L/min；测量点数/峰：3；数据采样模式:跳峰采集模式；重复次数：3。

1.2.2 样品的处理

取供试品于60 ℃干燥2 h，粉碎成粗粉，取约0.5 g，精密称定，置耐压耐高温微波消解罐中，加硝酸10 mL（如果反应剧烈，放置至反应停止），密封后放入微波消解炉消解。微波消解仪功率1 200 W，升温程序：5 min 升温至75 ℃，保持1 min；3 min 升温至100 ℃，保持3 min；7 min 升温至150 ℃，保持3 min；5 min 升温至170 ℃，保持3 min；5 min 升温至190 ℃，保持10 min。消解完全后，冷却消解液至60 ℃以下，将消解罐敞口置于100 ℃的加热板上，进行赶酸操作，至无棕黄色酸雾挥发出，取出消解罐，放冷，将消解液转入至50 mL 量瓶中，用少量水洗涤消解罐3 次，洗液合并量瓶中，用水定容至刻度，摇匀即得。此外，除不加样品外，其余同上述方法制备试剂空白溶液。

1.2.3 标准溶液的制备

10%硝酸溶液：取浓硝酸100 mL，用水稀释至1 000 mL；

10 μg/mL 镉中间液：用移液枪精密移取1 mL 1 000 μg/mL 的镉元素标准溶液于100 mL 容量瓶中，用10%硝酸溶液稀释定容至标线，混匀；

400 μg/L 镉使用液：用移液枪精密移取2 mL 10 μg/mL 的镉中间液于50 mL 容量瓶中，用10%硝酸稀释定容至标线，混匀。

系列标准溶液：再用移液枪精密移取0.1、0.2、0.3、0.6、1.0 mL 400 μg/L 镉使用液，分别置于5 个100 mL容量瓶中，用10%硝酸定容至标线，混匀，制成质量浓度分别为0.4、0.8、1.2、2.4、4 μg/L 的系列标准溶液。

2 数学模型建立和不确定度来源分析

2.1 建立数学模型

本法按照公式（1）计算结果[15]：

式中：W 为药材中重金属的含量，mg/kg；c 为标准曲线上计算得相应的质量浓度，μg/L；m 为样品取样量，g；50 为供试品溶液定容体积，mL，1 000 为单位换算系数。

2.2 不确定度来源分析[16]

结合分析方法和数学模型，该方法测定泽泻中镉含量不确定度来源主要有：样品中浓度、样品定容体积、样品称量质量。其中，样品中浓度的不确定度影响因素主要有标准溶液的配制、线性拟合；样品称量质量的不确定度影响因素主要有天平校准、重复性；样品定容的不确定度影响因素主要有示值允差、温度效应。电感耦合等离子体法测定泽泻中镉含量不确定度分量图如图1。

图1 不确定度分量图

3 A 类不确定度[17]的计算

在重复条件下，对泽泻进行了7 次重复测定（n=7），由贝塞尔公式计算其标准偏差s（xi），结果的重复测定产生的不确定度[17]，结果如表1。

表1 七次重复检测结果

4 B 类不确定度分量的计算

4.1 标准曲线拟合引入的不确定度

表2 是标准溶液系列的3 次检测结果，对该数据进行拟合得：Y=12 795.499 5X+66.001 1，相关系数r=0.999，斜率b=12 795.499 5。计算结果见表3 所示。

表2 标准溶液的测定结果

表3 计算结果

式中：P 表示测试ρ 的次数；n 表示测试标准溶液次数；b 表示标准曲线的斜率；表示测试ρ 的平均值；表示测试标准溶液的平均值。

故由标准曲线引入的相对不确定度为：

4.2 样品称定时引入的不确定度[17]

电子天平的允许误差：±0.3 mg（来自天平校准证书），根据均匀分布，最小刻度值的不确定度：U（4.2）=

则样品称定时相对标准不确定度为：Urel（4.2）=

4.3 容量瓶引入的不确定度[17]

4.3.1 容量瓶校准引起的不确定度

样品定容至50 mL 容量瓶中，A 级容量瓶在标准温度20 ℃时的容量允差为±0.05 mL，根据矩形分布，体积引起的标准不确定度：

4.3.2 温度对容量瓶体积的影响引起的不确定度

试验过程中一般有±3 ℃的温度变化，水的膨胀系数α=2.1×10-4mL/℃，则引起水的体积变化为±50×2.1×10-4×3=±0.0315 mL，假设温度变化是矩形分布：

则由温度引起的相对标准不确定度是：Urel（4.3.2）=

4.3.3 样品定容引起的相对标准不确定度

4.4 标准溶液中间稀释时引入的不确定度[17]

4.4.1 标准溶液的纯度

镉元素标准液的相对扩展不确定度为0.7%（k=2），则纯度相对不确定度为：Urel（4.4.1）=0.7%/2=0.35%=0.003 5。

4.4.2 配置标准溶液中间液体积引入的不确定度

移液枪精密移取1 mL 镉元素标准溶液，按矩形分布，1 次移取标准溶液体积的不确定度：u=2.1/2=1.05 μL。

则由溶液体积引起的相对标准不确定度：Urel（4.4.2）=1.05/（1×1 000）=0.001 05。

4.4.3 容量瓶校准引起的溶液体积不确定度

样品定容于100 mL 容量瓶中，A 级容量瓶在标准温度为20 ℃时，允许差为±0.10 mL，根据矩形分布,其标准不确定度：

则由溶液体积引起的相对标准不确定度：Urel（4.4.3）=0.057 7/100=0.000 577。

4.4.4 温度对容量瓶体积的影响

100 mL 容量瓶体积变化一般是±1002.1×10-4×3=±0.063 mL（室内温度变化±3 ℃），假设温度变化是矩形分布，则温度引起的标准不确定度[17]：u=0.063/

故由温度引入的相对标准不确定度是：Urel（4.4.4）=0.036 4/100=0.000 364。

4.4.5 标准溶液中间液配置引起的相对标准不确定度

4.5 标准溶液使用液配制引入的不确定度[17]

4.5.1 配置标准溶液使用液体积引入的不确定度

4.5.2 容量瓶引入的不确定度分量

计算同4.3.1，则：Urel（4.5.2）=0.000 578。

4.5.3 温度对容量瓶体积的影响

计算同4.3.2，则：Urel（4.5.3）=0.000 364。

4.5.4 标准溶液系列配置引起的相对标准不确定度

4.6 配置标准溶液系列引入的不确定度

标准溶液使用液需经过稀释，用1 mL移液枪分别精密移取0.1、0.2、0.3L、0.6、1 mL定容于100 mL容量瓶中，混匀。

4.6.1 移液枪引入的不确定度分量

配制曲线用标准溶液共移取标准溶液5 次，移取标准溶液体积的不确定度计算为Urel（4.5.1）=

4.6.2 容量瓶引入的不确定度分量

计算同4.4.3，则：Urel（4.5.2）=0.000 577。

4.6.3 温度对容量瓶体积的影响

计算同4.4.4，则：Urel（4.5.3）=0.000 364。

4.6.4 标准溶液系列配置引起的相对标准不确定度

4.7 试验用水引入的不确定度

由于试验用水是一级水，因此在电感耦合等离子体质谱法测定泽泻中镉的不确定度的试验中，由试验用水引入的不确定度可以忽略不计。

5 合成不确定度U

5.1 不确定度分量组成表（表4）

表4 不确定度分量组成表

5.2 合成标准不确定度计算

6 扩展不确定度Uk[17]

取扩展因子k=2，则扩展不确定度：Uk=U×2≈0.021。

7 结果报告

用电感耦合等离子体质谱法测定泽泻中镉含量为0.312 mg/kg±0.021 mg/kg，其中扩展不确定度Uk为0.021。

8 结果讨论

对ICP-MS 测定泽泻中镉含量不确定度分量进行评价，结果表明不确定度主要是标准溶液的配制、标准曲线的拟合以及样品重复测量引入的。对于样品称量、样品消解后定容引入的不确定度，由于数值太小，则可忽略不计。故在实际检测中，应当提高标准溶液配制、及供试品重复性实验等步骤的技术水平，可以减小数据的不确定度，保障检测的准确性，进而提升检测质量。