微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定虾蛄中镉含量的不确定度评定

◎ 刘春洋

（秦皇岛市国家级水产种质资源保护区管理处，河北 秦皇岛 066000）

虾蛄又称“皮皮虾”“螳螂虾”等，其营养丰富、肉质鲜美，是我国分布最广、产量最大的水产动物之一[1-3]。镉是影响水产品质量安全的主要污染物之一，研究发现，虾蛄中镉含量虽然整体处于安全范围内，但是其检出率非常高[4-7]。因此，提高虾蛄中镉含量测定的准确性和可靠性，是保障其质量水平的重要途径。本研究从工作效率、测定准确率等方面考虑，采用微波消解—电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法测定虾蛄中镉含量[8-10]，通过测量不确定度的评定，确定影响虾蛄中镉含量测定的主要因素，以提高结果的有效性。

1 材料和方法

1.1 重要仪器与试剂

ICP-MS（RQ，美国赛默飞公司）；微波消解仪（TOPEX，上海屹尧公司）；电子天平（CP213，上海奥豪斯公司）；纯水机（美国Millipore 公司）。

S 级硝酸（苏州晶瑞化学股份有限公司）；质谱调谐液（美国赛默飞公司）；镉、铟（1.0 mg·mL-1，国家有色金属及电子材料分析测试中心）；大虾生物成分标准物质[Cd（0.039±0.002）mg·kg-1，中国地质科学院]。

1.2 标准溶液配制

实验中标准溶液配制用5%硝酸溶液逐级稀释，所用容量瓶（100 mL）和单标线吸量管（1、5、10 mL）均A 级且检定合格。

标准工作液的制备：准确移取1.0 mL 镉储备液（1.0 mg·mL-1）于容量瓶定容，得镉中间液Ⅰ（10 μg·mL-1）；准确移取1.0 mL 镉中间液Ⅰ于容量瓶并定容，得镉中间液Ⅱ（100 ng·mL-1）；准确移取镉中间液Ⅱ10、5、1 mL 于容量瓶定容，得浓度分别为10、5、1 ng·mL-1的标准工作液，准确移取10 ng·mL-1标准工作液5、1 mL 于容量瓶定容，分别得浓度0.5、0.1 ng·mL-1标准工作液。

内标溶液的配制：准确移取1.0 mL 铟储备液（1.0 mg·mL-1）于容量瓶并定容，得内标中间液Ⅰ（10 μg·mL-1）；准确移取1.0 mL 内标中间液Ⅰ于容量瓶并定容，得内标中间液Ⅱ（100 ng·mL-1）。准确移取5.0 mL 内标中间液Ⅱ于容量瓶并定容，得5 ng·mL-1的内标工作液。

1.3 ICP-MS 工作条件

使用调谐液对ICP-MS 进行质量校正和调谐，在标准模式条件下，标识元素锂、钴、铟、铀的强度分别高于8、10、22、30 万，难熔氧化物产率高于1.6%，双电荷产率为1.8%，碰撞模式条件下，多原子离子产率高于18。经调谐的ICP-MS 工作参数见表1。

表1 ICP-MS 工作参数表

以111 Cd 为待测元素，以115 In 为内标元素，利用三通将二者同时泵入雾化器，达到校正干扰的目的。

1.4 检测方法

取鲜活虾蛄可食部分匀浆待测，称取样品0.5 g（精确到1 mg）于聚四氟乙烯消解罐，加入硝酸5 mL，过夜。样品消解方式使用微波加热，梯度升温程序如下：90 ℃，5 min；120 ℃，5 min；140 ℃，5 min；160 ℃，30 min。消解完毕，待消解罐冷却后泄压，130 ℃赶酸至消解液少于1 mL，少量多次冲洗消解罐，合并消解液和冲洗液于50 mL 容量瓶。试剂空白不添加样品，其他相同。

用ICP-MS 依次测定标准工作液、试剂空白和试样消解液，在线引入内标溶液，测出镉元素和铟元素的强度，用于计算不确定度。

2 不确定度的评定

2.1 数学模型

参照实验原理和过程，建立相关函数关系：

式中，W为虾蛄中镉含量，mg·kg-1；c为消解液中镉浓度，ng·mL-1；c0为试剂空白中镉浓度，ng·mL-1；V为定容体积，mL；m为称样量，g。

2.2 不确定度的主要来源

参照相关函数关系，虾蛄中镉含量不确定度的来源：称量、消解过程、定容体积、标准工作液、曲线拟合、重复测试。

2.2.1 称量的不确定度urel（m）

称量的不确定度由电子天平及其分辨力的不确定度组成。

实验使用电子天平准确到0.001 g，最大允许误差为±1 mg[11]，该标准不确定度为：

实验使用电子天平分辨力为1 mg，因此，该标准不确定度为：

电子天平的不确定度和电子天平分辨力的不确定度合并得到电子天平的标准不确定度为：

实验平均称样量0.500 g，计算样品称量的相对不确定度为：

2.2.2 消解的不确定度urel（d）

在微波消解过程中，消解罐始终保持运动状态，确保试样消解效果一致。然而，仪器的功率、温度、时间、压力等因素，均会导致样品消解不确定度[12]。样品消解的不确定度通过回收率试验来评估[13]，6 次测定虾蛄生物成分分析标准物质中镉的含量，分别为0.037、0.039、0.041、0.040、0.038、0.040 mg·kg-1，其标准偏差sd=0.15%，样品消解的标准不确定度=0.06%。该标准物质镉的标识值为0.039 mg·kg-1，则平均回收率xd=100.43%。因此，确定样品消解的相对不确定度为。

2.2.3 定容的不确定度urel（V）

定容引入的不确定度由容量瓶允差的不确定度和温差不确定度组成。

在20 ℃条件下，50 mL 的A 级容量瓶的容量允差是±0.05 mL[14]。因此，容量允差的标准不确定度为：

在95%的置信概率下，水膨胀系数是2.1×10-4，取k=1.96。温差为±4 ℃，该标准不确定度为：

合并容量允差和温差两项标准不确定度得定容的标准不确定度为：

因此，定容的相对不确定度为：

2.2.4 标准工作液的不确定度urel（S）

标准工作液的不确定度来自标准溶液和溶液配制所用量器。

标准物质证书给出镉标准溶液的相对扩展不确定度为0.7%（k=2），则其相对标准不确定度为：

标准溶液制备用到了4 个1 mL 吸量管、2 个5 mL 吸量管、1 个10 mL 吸量管、7 个100 mL 容量瓶。在20 ℃条件下，量器的容量允差为（±ΔV）[14]，取k=，用公式计算各量器的（±ΔV）引起的标准不确定度。温差为±4 ℃，水的膨胀系数为2.1×10-4，取k=1.96（95%的置信概率），用公式计算温差引起的标准不确定度。用公式计算各量器的标准不确定度。用公式评定其相对标准不确定度，结果见表2。

表2 量器产生的不确定度表

合并标准溶液相对不确定度和标准溶液配制相对不确定度，得到标准物质引入的相对不确定度为：

2.2.5 标准曲线拟合引入的不确定度urel（Y）

用ICP-MS 的在线内标测定标准工作溶液和内标溶液的强度，重复测定3 次，浓度为横坐标，以外标和内标强度比的平均值为纵坐标，得回归方程Y=0.108 6C+0.002 2（r=0.999 9）。曲线拟合的相对标准不确定度用公式（2）计算[15]，结果见表3。

表3 标准曲线拟合不确定度计算结果表

2.2.6 重复测试引入的不确定度urel(R)

对样品进行6 次测试，结果分别为0.075、0.074、0.077、0.079、0.076、0.077 mg·kg-1，x为镉质量浓度的平均值，SD为标准偏差，因此，重复测试的相对标准不确定度为。

2.2.7 相对标准不确定度分量列表

表4 为各相对标准不确定度分量，其中，试样称量、试样消解和定容体积不确定度的分量较小。因此，实验使用的千分之一电子天平满足方法需求。另外，微波消解耗时短，得到的试液适用于ICP-MS，是元素分析的利器。ICP-MS 测定虾蛄中镉含量的重要影响因子是曲线拟合、标准工作液和重复测试。因此，要想提高微波消解联合ICP-MS测定虾蛄中镉含量的准确度，就要保证仪器处于稳定状态，并在配制标准溶液过程中使用经检定合格的量器，选择合格的标准品和配制适宜的浓度范围[16]。同时，要对样品进行平行测定，以提高检测人员的检测技能。

表4 相对标准不确定度分量列表

2.2.8 评定整体相对标准不确定度及扩展不确定度参照公式

合成整体相对标准不确定度urel（W）=0.044 36。

6 次测试虾蛄中镉含量平均值为0.076 mg·kg-1，合成标准不确定度u(W)=0.076×0.04436=0.003371 mg·kg-1。在95%置信概率条件下，扩展因子k=2，扩展不确定度u=k×u(W)=0.007 mg·kg-1。因此，虾蛄中镉含量W=（0.076±0.007）mg·kg-1。

3 结语

本研究采用微波消解—电感耦合等离子体质谱（ICPMS）法，测定虾蛄中镉含量为（0.076±0.007）mg·kg-1，不确定度分量结果显示，试样称量、试样消解和定容体积不确定度的分量较小；标准曲线拟合、标准工作液和重复测试是影响测定结果的重要因素。因此，千分之一电子天平称样和微波消解前处理适用于该方法。总体来说，为进一步提高检测的准确度，检测机构需保证仪器的稳定状态，使用经检定合格的量器，选择合格的标准品和配制适宜的浓度范围，并对样品进行平行测定，提高检测人员的检测技能。