戴禮洪，姜紅新，李軍幸，穆莉，徐亞平，劉瀟威

[農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（天津），天津 300191]

大米中重金屬鎘污染和超標(biāo)是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和人民身體健康息息相關(guān)。我國(guó)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2017 對(duì)大米重金屬鎘限量為0.2 mg/kg。

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法檢測(cè)大米重金屬鎘是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，但目前有關(guān)該方法的檢測(cè)結(jié)果評(píng)定少有報(bào)道。在檢測(cè)數(shù)據(jù)位于0.2 mg/kg限量值附近時(shí)，是否超標(biāo)則顯得尤為重要。現(xiàn)有報(bào)道主要集中在樣品稱量、校準(zhǔn)溶液配置、儀器檢測(cè)等環(huán)節(jié)［1-6］，而尚無(wú)關(guān)于樣品前處理環(huán)節(jié)帶入不確定度的報(bào)道，而前處理往往是樣品最容易受干擾的環(huán)節(jié)之一。筆者以GB 5009.268—2016 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中多元素的測(cè)定為例，探尋影響大米中鎘測(cè)量結(jié)果不確定度的來(lái)源，采用測(cè)量不確定度評(píng)定的逐步分析方法，在國(guó)內(nèi)已有研究基礎(chǔ)上［7-12］，結(jié)合我國(guó)RB/T 214—2017 《檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評(píng)價(jià)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)通用要求》及CNAS-CL01: 2018《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》對(duì)測(cè)量不確定度評(píng)定的要求，系統(tǒng)分析了檢測(cè)過(guò)程中測(cè)量不確定度的主要來(lái)源，建立了農(nóng)產(chǎn)品重金屬鎘檢測(cè)不確定度的評(píng)定程序和數(shù)學(xué)模型［13-17］，按照測(cè)量不確定度評(píng)定與表示程序要求對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了量化評(píng)估，有助于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量不確定度評(píng)定工作向更加科學(xué)、合理的方向發(fā)展。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：7700x 型，美國(guó)安捷倫科技有限公司。

電熱消解儀：ED54 型，北京萊伯泰科公司。

電子天平：BSA124S 型，感量為0.1 mg，德國(guó)賽多利斯集團(tuán)。

硝酸：BV-Ⅲ級(jí)（微電子級(jí)），北京化學(xué)試劑研究所。

鎘單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：1 000 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)為GBW 08612，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。

大米粉：市售。

實(shí)驗(yàn)用水為純水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取大米粉樣品0.5 g（精確至0.000 1 g），置于聚四氟乙烯消解管中，加入8 mL 硝酸，蓋上蓋子進(jìn)行梯度升溫消解，于100 ℃加熱0.5 h，于150 ℃加熱2 h 至樣品完全消解，取下蓋子，趕酸至近干，冷卻后用水轉(zhuǎn)移并定容至25 mL 容量瓶中，混勻、備用，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.3 不確定度來(lái)源

樣品分析過(guò)程中的樣品稱取、實(shí)驗(yàn)器皿、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量人員等各環(huán)節(jié)均可能存在的不確定性，不確定度分量來(lái)源見(jiàn)圖1。

圖1 不確定度分量來(lái)源

2 不確定度評(píng)定

2.1 樣品稱量引入的不確定度

樣品質(zhì)量（m）使用感量為0.1 mg 的電子分析天平，稱取0.500 0 g（按500 mg 計(jì)）樣品，不確定度由天平的精度和稱量重復(fù)性兩部分構(gòu)成。

（1）天平的精度引入的誤差。在0～50 g 稱量范圍內(nèi)，按照天平檢定證書(shū)中規(guī)定的最大允許誤差S1=±0.5 mg。按照矩形分布換算成天平精度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（2）天平重復(fù)稱量引入的誤差。對(duì)0.500 0 g（按500 mg 計(jì)）大米樣品稱量10 次，稱量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 大米樣品稱量結(jié)果

由表1 可知，測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差S2=0.06 mg，用該測(cè)定結(jié)果代表樣品的稱量偏差，按照矩形分布換算成天平重復(fù)稱量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.2 樣品消解引入的不確定度

樣品消解過(guò)程中受消解條件、試劑背景、樣品性狀、元素性質(zhì)、環(huán)境條件等因素影響，可能導(dǎo)致樣品消解不充分、實(shí)驗(yàn)過(guò)程損失或玷污，均是影響元素檢測(cè)不確定性的因素。

對(duì)加標(biāo)樣品進(jìn)行5 次重復(fù)測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樣品加標(biāo)回收率結(jié)果

根據(jù)NY/T 398—2000 《農(nóng)、畜、水產(chǎn)品污染監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)鎘添加回收率的要求，按照J(rèn)JF 1059.1—2012 《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中關(guān)于不確度區(qū)間半寬度的表述，試驗(yàn)采取多次測(cè)量的回收率，得出樣品檢測(cè)回收率的實(shí)際變動(dòng)范圍，最高測(cè)定值和最低測(cè)定值分別以α+、α-表示，根據(jù)表2 數(shù)據(jù)計(jì)算鎘樣品消解的不確定度區(qū)間：

2.3 樣品定容引入的不確定度

樣品定容體積（V=25 mL）的不確定度受容量器具的誤差、讀數(shù)誤差、溫度變化等因素影響。

2.3.1 容量器具的誤差

25 mL 容量瓶的最大允許誤差按照計(jì)量器具規(guī)范（JJG 196-2006）A 級(jí)稱量范圍的最大允許誤差為ΔV1=±0.03 mL，按照三角分布換算成容量器具誤差引入的相對(duì)不確定度：

配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)溶液溫度與容量瓶校準(zhǔn)時(shí)溫度（20 ℃）不一致引入的不確定度，假設(shè)溫度相差4℃，由于水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，產(chǎn)生的體積變化ΔV3=25×4×（2.1×10-4）=0.021 mL。按照矩形分布，轉(zhuǎn)化為溫度變化引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

若樣品有分取稀釋和定容，則按照上述方法，分別計(jì)算分取器皿和稀釋器皿的不確定度，合成到總體積的合成相對(duì)不確定度中。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定有以下幾個(gè)方面：

（1）標(biāo)準(zhǔn)溶液證書(shū)給出的不確定度。GBW 08612 鎘單元素溶液標(biāo)注物質(zhì)證書(shū)給出認(rèn)定值ρ1=1 000 μg/mL，不確定度為2 μg/mL（包含因子k=2）。標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對(duì)不確定度：

（2）在配制校準(zhǔn)溶液進(jìn)行逐級(jí)稀釋過(guò)程中，吸量管和定容容器產(chǎn)生的不確定度。每個(gè)步驟的不確定度包含吸量管誤差、容量瓶誤差、讀數(shù)誤差以及溫度變化導(dǎo)致的溶液膨脹系數(shù)誤差。用5 mL 吸量管吸取5 mL 質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL 的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液，置于100 mL 容量瓶中，配制成鎘質(zhì)量濃度為50 μg/mL，5 mL 吸量管A 級(jí)稱量范圍的最大允許誤差為±0.025 mL，按照三角形分布換算成吸量管誤差引入的相對(duì)不確定度：

100 mL 容量瓶的最大允許誤差為±0.10 mL，按照三角形分布換算成容量瓶誤差引入的相對(duì)不確定度：

溫度變化導(dǎo)致溶液膨脹系數(shù)誤差，假設(shè)溫度變動(dòng)范圍為±4 ℃，水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，產(chǎn)生體積變化ΔV4=100×4×（2.1×10-4）=0.084 mL，按照矩形分布換算成溫度變化引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.5 儀器測(cè)定引入的不確定度

2.5.1 儀器的穩(wěn)定性引入的不確定度

按照質(zhì)譜儀器檢定規(guī)程，短期穩(wěn)定性最大偏差S=3%。按照矩形分布換算成儀器的穩(wěn)定性（VA）引入的相對(duì)不確定度：

需要說(shuō)明的是，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，長(zhǎng)期穩(wěn)定性是測(cè)試10 次計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，與10 次數(shù)據(jù)的平均值之比不超過(guò)3%，而在實(shí)際工作中，儀器穩(wěn)定性遠(yuǎn)小于該項(xiàng)指標(biāo)，如果以實(shí)際測(cè)試值計(jì)算該項(xiàng)不確定度，計(jì)算結(jié)果會(huì)比引用規(guī)程計(jì)算不確定度更小，在實(shí)際工作中進(jìn)行儀器評(píng)估時(shí)需要進(jìn)行綜合考慮。

2.5.2 校準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度

對(duì)系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行3 次重復(fù)測(cè)定，鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)試結(jié)果如表3 所示。以溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（x），以儀器響應(yīng)為縱坐標(biāo)（y），采用最小二乘法進(jìn)行線性擬合，得線性方程：y=ax+b=1 565.10x+112.78，R2=0.999 8。對(duì)樣品溶液進(jìn)行測(cè)量，由標(biāo)準(zhǔn)工作曲線求得鎘的質(zhì)量濃度X1=5.10 μg/L，按照公式(1)計(jì)算得出樣品含量為0.260 mg/kg。

表3 鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表3 數(shù)據(jù)，按照貝塞爾公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差SR=97.69。

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度按照公式(2)進(jìn)行計(jì)算：

2.6 測(cè)量均勻性引入的不確定度

測(cè)量均勻性引入的不確定度主要受樣品本身制備情況的影響，按照檢測(cè)方法和農(nóng)產(chǎn)品制樣規(guī)范，農(nóng)產(chǎn)品一般達(dá)到0.25～0.4 mm（40～60 目），樣品基體均勻，此項(xiàng)誤差可以忽略不計(jì)。

2.7 相對(duì)不確定度的合成

各不確定度分量中樣品消解的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(T) 是最大的，其次是儀器測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(A)，而樣品稱量、定容、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制等引入的不確定度幾乎可以忽略，ICP-MS 法測(cè)定大米重金屬鎘的相對(duì)不確定度分量如圖2 所示。

圖2 ICP-MS 法測(cè)定大米重金屬鎘的相對(duì)不確定度分量

樣品檢測(cè)結(jié)果X=0.260 mg/kg，樣品檢測(cè)不確定u(X)=0.260×0.041=0.010 7，取包含因子k=2（95%置信區(qū)間），按照不確定度只入不舍，則擴(kuò)展不確定度U(X1)=0.010 7×2=0.022。樣品檢測(cè)結(jié)果的表達(dá)為（0.260±0.022） mg/kg。

3 結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程各環(huán)節(jié)不確定度的分析，結(jié)果表明，不確定度主要來(lái)自樣品前處理和儀器自身測(cè)試穩(wěn)定性以及標(biāo)準(zhǔn)曲線的質(zhì)量，樣品稱量、樣品定容、系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制、環(huán)境溫度等引入的不確度相對(duì)較小，因此在實(shí)際工作中，應(yīng)更加注意檢測(cè)儀器本身的穩(wěn)定性和校準(zhǔn)儀器時(shí)標(biāo)準(zhǔn)曲線的質(zhì)量。通過(guò)儀器檢定對(duì)儀器性能進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)儀器的實(shí)際性能進(jìn)行跟蹤和核查，確保滿足檢測(cè)方法和檢測(cè)項(xiàng)目分析的要求。

3.1 儀器檢定

在引入儀器檢定不確定度時(shí)，可按照儀器類別國(guó)家有相應(yīng)的規(guī)范要求作為儀器不確定度計(jì)算的參考依據(jù)。此外，大型儀器、小型輔助設(shè)備和實(shí)驗(yàn)器皿均會(huì)通過(guò)每年的檢定獲知儀器設(shè)備的實(shí)際誤差和不確定度，此方式也可作為儀器不確定計(jì)算的參考依據(jù)。在實(shí)際工作中，往往儀器設(shè)備檢定的不確定度要小于儀器設(shè)備有關(guān)規(guī)范規(guī)定的最大誤差和不確定度，因此，使用規(guī)程最大誤差和不確定度進(jìn)行評(píng)估可能會(huì)放大實(shí)際檢測(cè)的不確定度。

3.2 樣品稱量

對(duì)于樣品的稱量，可以直接引用天平檢定誤差參與計(jì)算，也可以使用實(shí)驗(yàn)室一段時(shí)期內(nèi)通過(guò)測(cè)定獲取的經(jīng)驗(yàn)值。天平重復(fù)稱量引入的誤差在稱樣環(huán)節(jié)中所占比例是較低的，實(shí)際工作中也可以不用每次都對(duì)稱樣誤差進(jìn)行單獨(dú)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。

3.3 不確定性的風(fēng)險(xiǎn)因素

樣品消解環(huán)節(jié)產(chǎn)生的不確定度較大，這個(gè)環(huán)節(jié)涉及因素較多，因?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品重金屬含量普遍較低，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的影響，比如采用試劑本身的背景含量是否過(guò)高，特別是酸的背景與樣品含量應(yīng)有數(shù)量級(jí)差異，否則對(duì)結(jié)果造成較大影響。此外，樣品是否消解完全，所用消解器皿是否清潔，樣品趕酸和轉(zhuǎn)移過(guò)程中是有否有玷污或損失，實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)設(shè)施是否良好，通風(fēng)設(shè)施有無(wú)酸液回滴造成污染等均是不確定性的風(fēng)險(xiǎn)因素。

3.4 誤差確認(rèn)

參照國(guó)家JJG 196—2006 《常用玻璃量器檢定規(guī)程》，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的各類玻璃器皿，如容量瓶、移液管等均有相應(yīng)的允許最大誤差。在實(shí)際工作中，可通過(guò)有資質(zhì)的計(jì)量單位檢定來(lái)確認(rèn)實(shí)際誤差，參與不確定度計(jì)算。對(duì)于大批量樣品實(shí)驗(yàn)分析，使用實(shí)驗(yàn)器皿數(shù)量眾多，全部通過(guò)計(jì)量檢定存在一定難度，實(shí)驗(yàn)室也可通過(guò)自校來(lái)確認(rèn)誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

建立ICP-MS 法測(cè)定大米中鎘的不確定度評(píng)定程序和數(shù)學(xué)模型，按照測(cè)量不確定度評(píng)定與表示程序?qū)z測(cè)結(jié)果進(jìn)行量化評(píng)估。結(jié)果表明，檢測(cè)過(guò)程中測(cè)量不確定度的主要來(lái)源為樣品消解和儀器分析環(huán)節(jié)。該方法為農(nóng)產(chǎn)品重金屬檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)識(shí)別和分析檢測(cè)環(huán)節(jié)主要的不確定性因素提供借鑒，遇到檢測(cè)數(shù)據(jù)異常、測(cè)試數(shù)據(jù)有疑問(wèn)情況時(shí)，便于梳理和查找檢測(cè)工作中的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，特別是檢測(cè)結(jié)果位于國(guó)家限量值附近時(shí)，可為科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)和判定檢測(cè)結(jié)果提供技術(shù)支撐。