譚秀慧，吳蓓琦*，楊洪生，殷悅，鄭偉，劉暢，張秋云，夏莉萍

(1. 江蘇省淡水水產(chǎn)研究所， 江蘇 南京 210017； 2. 江蘇省水產(chǎn)質(zhì)量檢測(cè)中心， 江蘇 南京 210017； 3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部漁業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(南京)， 江蘇 南京 210017； 4.江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210007)

鎘是一種具有高度生物活性的重金屬，其毒性強(qiáng)、難降解、具有致癌、致畸和致突變作用[1-3]。鎘被生物體攝入后，會(huì)導(dǎo)致肝臟、腎臟、骨骼、生殖器官的損傷，引起機(jī)體急慢性中毒[4-6]，因此一直是環(huán)境保護(hù)與人體健康領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)[7-9]。研究表明，部分地區(qū)魚類等水生生物生長(zhǎng)環(huán)境存在鎘污染現(xiàn)象，李嘉明等[10]發(fā)現(xiàn)蝦塘生態(tài)系統(tǒng)中底泥Cd的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高；趙漢取等[11]調(diào)查發(fā)現(xiàn)浙北地區(qū)魚類養(yǎng)殖池塘表層沉積物中鎘的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高；代靜等[12]研究發(fā)現(xiàn)大明湖表層沉積物中重金屬鎘偏中度污染。由于鎘具有生物累積性[13-15]，養(yǎng)殖環(huán)境中的鎘通過(guò)食物鏈傳遞在動(dòng)植物體累積，導(dǎo)致水產(chǎn)品存在一定程度的鎘污染問(wèn)題。食用鎘含量超標(biāo)的水產(chǎn)品，將直接危害人體健康，因此，鎘是水產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要檢測(cè)指標(biāo)之一。

測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定是檢測(cè)機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制所用的一種重要手段，隨著實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)/校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性要求越來(lái)越高，不確定度評(píng)定越來(lái)越受到重視，CNAS-GL009:2018 《材料理化檢驗(yàn)測(cè)量不確定度評(píng)估指南及實(shí)例》規(guī)定檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有能力對(duì)每一項(xiàng)有數(shù)值要求的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定。測(cè)量不確定度評(píng)定方法主要有Bottom-up(自下而上)和Top-down(自上而下)法，Bottom-up法又稱GUM法，是一種傳統(tǒng)的且目前應(yīng)用較多的方法[16-18]，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可分析并量化影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素，并針對(duì)性地提出減少不確定度的相應(yīng)措施，但由于該方法需要考慮測(cè)量過(guò)程中所涉及的所有不確定分量，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，對(duì)評(píng)定人員具有較高的要求，難以在實(shí)驗(yàn)室中廣泛開展。Top-down法于1995年由英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)分析方法委員會(huì)(Analytical Methods Committee，AMC)首次提出，在確保實(shí)驗(yàn)室測(cè)量系統(tǒng)處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)的前提下，通過(guò)一段時(shí)期內(nèi)精密度測(cè)量統(tǒng)計(jì)下的質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)直接進(jìn)行測(cè)量不確定的評(píng)定，主要有精密度法、控制圖法、線性擬合法、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ǖ取Ｄ壳?，Top-down法已應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)[19-20]、理化分析[21-22]的不確定度評(píng)定，并被證實(shí)具有良好的推廣價(jià)值。

本實(shí)驗(yàn)室在前期工作中，已經(jīng)使用傳統(tǒng)GUM法對(duì)水產(chǎn)品中鎘含量測(cè)定進(jìn)行了不確定評(píng)定[23]，確定了不確定度主要來(lái)源為標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制和方法回收率，稱量過(guò)程和定容體積引入的不確定度可忽略。本研究擬對(duì)GUM法進(jìn)行進(jìn)一步簡(jiǎn)化和延伸，利用Top-down質(zhì)控圖法進(jìn)行不確定度評(píng)定，依據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，評(píng)估實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各因素對(duì)測(cè)量不確定度的綜合影響，通過(guò)離群值檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)正態(tài)性和獨(dú)立性檢驗(yàn)、偏倚估計(jì)的檢驗(yàn)，判斷檢測(cè)過(guò)程是否處于受控狀態(tài)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)，從而使實(shí)驗(yàn)室能夠及時(shí)提高檢測(cè)水平。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(100 mg/L，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心)；大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10050：鎘的參考值為(0.039±0.002)mg/kg；硝酸鎂(試劑級(jí)，美國(guó)Sigma-Aldrich)；磷酸二氫銨(優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；硝酸(優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；過(guò)氧化氫(優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

Agilent 280 DUO原子吸收光譜儀(美國(guó)Agilent公司)；BSA224S電子天平(德國(guó)Sartorius公司)；Milli-Q Integral 5超純水儀(美國(guó)Millipore公司)；ETHOS ONE微波消解儀(意大利Milestone公司)；EH20A plus趕酸儀(美國(guó)LabTech公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

參照GB 5009.15—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測(cè)定》[24]，用天平稱取0.5 g大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(精確至0.000 1g)于微波消解罐內(nèi)，加入5 mL硝酸、1 mL過(guò)氧化氫和2 mL超純水，放置1 h后，按照儀器條件進(jìn)行微波消解。消解結(jié)束后，取出消解罐，置于趕酸儀中于100 ℃趕酸濃縮至1～2 mL，用超純水定容至25 mL，采用石墨爐原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)采集

結(jié)合實(shí)驗(yàn)室日常檢測(cè)任務(wù)，按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鎘含量進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)月測(cè)定3～4次，連續(xù)測(cè)定12個(gè)月，共得到42組測(cè)量結(jié)果。

2.2 離群值檢驗(yàn)

將測(cè)量結(jié)果Yi按照時(shí)間排序，用Grubbs檢驗(yàn)法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行離群值檢驗(yàn)，Grubbs統(tǒng)計(jì)量按式(1)計(jì)算:

式(1)

2.3 數(shù)據(jù)正態(tài)性和獨(dú)立性檢驗(yàn)

將非離群測(cè)量結(jié)果按升序排列后，記為xi，其標(biāo)準(zhǔn)化值wi按式(2)計(jì)算:

式(2)

利用Excel軟件中的NORMDIST函數(shù)將wi轉(zhuǎn)化為正態(tài)概率pi值，計(jì)算A2值和A2*值，計(jì)算公式如下：

式(3)

式(4)

式中，A2*為正態(tài)統(tǒng)計(jì)量，A2的修正值；按s計(jì)算時(shí)表示為A2*(s)，按MR計(jì)算時(shí)表示為A2*(MR)；n為測(cè)量次數(shù)。

由計(jì)算可知，顯著性水平α=0.05時(shí)，臨界值A(chǔ)2*(0.05)=0.752，A2*(s)<0.752，且A2*(MR)<0.752，故接受表1數(shù)據(jù)在95%包含概率下的正態(tài)性和獨(dú)立性的假定。

表1 GBW10050鎘含量測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical results of cadmium contents in GBW10050

2.4 控制圖的建立

測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)檢驗(yàn)符合正態(tài)性和獨(dú)立性假設(shè)后，需建立平均值控制圖和移動(dòng)極差控制圖，以判定采集數(shù)據(jù)分布是否存在異常。同時(shí)，由于系統(tǒng)偏移量較小，平均值控制圖還需疊加指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均值。

2.4.1 平均值控制圖(I圖)與指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均值(EWMA)疊加

平均值控制圖的上行動(dòng)限UCL和下行動(dòng)限LCL計(jì)算公式為：

式(5)

式(6)

指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均值控制圖相關(guān)計(jì)算公式如下，λ取值0.4。

EWMA0=x0

式(7)

EWMAi=(1-λ)EWMAi-1+λxi

式(8)

EWMAi疊加值的上行動(dòng)限UCLλ和下行動(dòng)限LCLλ分別計(jì)算如下：

式(9)

式(10)

從圖1可以看出，所有測(cè)量值均未超出行動(dòng)限，不存在趨勢(shì)現(xiàn)象。

圖1 I圖與EWMA疊加Fig.1 I control chart and EWMA control chart

2.4.2 移動(dòng)極差控制圖(MR圖)

移動(dòng)極差控制圖的行動(dòng)上限UCLMR計(jì)算如下：

式(11)

由圖2可知，MR值均處于控制線內(nèi)，表明系統(tǒng)處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)。

圖2 移動(dòng)極差控制圖Fig.2 MR control chart

結(jié)合圖1、圖2，根據(jù)GB/T 27411—2012《檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室中常用不確定度評(píng)定方法與表示》失控準(zhǔn)則，所采集數(shù)據(jù)分布不存在異常，測(cè)量系統(tǒng)處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)，該系統(tǒng)僅受隨機(jī)效應(yīng)影響成立。

2.5 偏倚估計(jì)的t-檢驗(yàn)

檢驗(yàn)過(guò)程中使用的大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鎘的參考量值RQV為0.039 mg/kg，按照公式(12)和(13)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行偏倚估計(jì)的t-檢驗(yàn)。經(jīng)計(jì)算比較，t=1.673 7，tMR=1.686 1。查閱t分布臨界值表t0.975(41)=2.019 5，t0.975(20)=2.086 0，故t

式(12)

式(13)

2.6 不確定度的評(píng)定

測(cè)量系統(tǒng)僅受隨機(jī)效應(yīng)的影響，期間精密度標(biāo)準(zhǔn)差sR'可作為標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度uc，則擴(kuò)展不確定度U=k×uc，擴(kuò)展因子k=2，計(jì)算可知，石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鎘含量測(cè)定結(jié)果不確定度為0.001 8 mg/kg。

大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鎘含量測(cè)定結(jié)果可表示為(0.039 2±0.001 8) mg/kg，其標(biāo)示的參考值(0.039±0.002) mg/kg，可認(rèn)為用Top-down控制圖法得到的不確定度與參考值給出的不確定度結(jié)果一致，說(shuō)明使用Top-down控制圖法對(duì)水產(chǎn)品中鎘含量測(cè)定進(jìn)行不確定度評(píng)定，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，同時(shí)避免了傳統(tǒng)GUM法復(fù)雜分量的計(jì)算，結(jié)果客觀、準(zhǔn)確、可靠。

但是，與傳統(tǒng)GUM法相比，Top-down控制圖法也存在一定的局限性，無(wú)法分析并量化影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素，因而更適合在使用傳統(tǒng)GUM法確定不確定度來(lái)源后，對(duì)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控水平進(jìn)行長(zhǎng)期評(píng)定。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用Top-down控制圖法對(duì)水產(chǎn)品中鎘含量測(cè)定進(jìn)行不確定度評(píng)定，測(cè)定結(jié)果為(0.039 2±0.001 8) mg/kg，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。對(duì)于已經(jīng)確定測(cè)量不確定度來(lái)源的實(shí)驗(yàn)室，推薦使用Top-down控制圖法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控水平的長(zhǎng)期評(píng)定，使得測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到統(tǒng)計(jì)受控。