顏復(fù)張，劉倩，黃緣，易燦

（澳優(yōu)乳業(yè)（中國）有限公司檢測中心，長沙 410299）

0 引 言

嬰幼兒配方乳粉為嬰幼兒重要的營養(yǎng)來源，直接關(guān)系到嬰幼兒的健康和發(fā)育，其安全性一直受到社會廣泛關(guān)注[1]。鎘作為一種對人體有害的重金屬，一直是乳粉重點監(jiān)控的安全性評價指標(biāo)之一[2]。研究表明，鎘具有致癌作用，已被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)列為一類致癌物[3]。鎘代謝緩慢，容易在人體內(nèi)堆積，尤其是腎臟和肝臟，體內(nèi)的鎘與蛋白質(zhì)反應(yīng)形成鎘-蛋白質(zhì)結(jié)合物，會使正常機(jī)體內(nèi)所必需酶的活性降低，誘發(fā)相應(yīng)的健康疾病[4-5]。由于嬰幼兒相比于成人對有毒重金屬等環(huán)境污染物有著更高的吸收，而副作用閾值卻更低，所以會更為敏感[6]。因此，嬰幼兒配方乳粉中鎘含量測定結(jié)果是否準(zhǔn)確顯得尤為重要。

檢測過程中，由于測量誤差的存在，使得測量結(jié)果存在不確定性。為了對測量結(jié)果進(jìn)行科學(xué)評價，將測量不確定度這一概念用于測量結(jié)果[7-8]。測量不確定度即指根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測量量值分散性的非負(fù)參數(shù)[9-10]。目前，鎘的測定主要采用石墨爐原子吸收法[2,11-12]、電化學(xué)檢測法[13-14]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）[15-17]和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[18-19]等。本文參考食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.268-2016《食品中多元素的測定》第一法[20]，采用ICP-MS法對嬰幼兒配方乳粉中鎘的含量進(jìn)行測定，依據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[21]與CNASGL006-2019《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》[22]，對測定過程的不確定度進(jìn)行分析評定，確定不確定度的主要來源，為減小測量誤差、保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售嬰幼兒配方乳粉；鎘元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 m g/L），國家有色金屬及電子材料分析測試中心；鍺元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 m g/L），銦元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 m g/L）美國O 2Si公司；硝酸（≥65%，痕量金屬級），德國CNW公司。

1.2 儀器與設(shè)備

iCAP Q電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國Therm o Fisher Scientific公司；ETHOSUP微波消解儀，意大利Milestone公司；AL204分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；VB24Plus智能樣品處理器，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)儲備液（100μg/m L）：準(zhǔn)確吸取10.0 m L鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000μg/m L）于100 m L容量瓶中，用（2+98）硝酸溶液定容。

標(biāo)準(zhǔn)中間液（1.0μg/m L）：準(zhǔn)確吸取1.0 m L鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液（100μg/m L）于100m L容量瓶中，用（2+98）硝酸溶液定容。

標(biāo)準(zhǔn)工作液：分別吸取鎘標(biāo)準(zhǔn)中間液（1.0μg/m L）0，0.1，0.5，1.0，3.0，5.0 m L于100 m L容量瓶中，用（2+98）硝酸溶液定容至刻度，濃度分別為 0，1.0，5.0，10.0，30.0，50.0μg/L。

1.3.2 樣品前處理

按照GB 5009.268-2016《食品中多元素的測定》第一法進(jìn)行[20]。

準(zhǔn)確稱取乳粉樣品0.5 g于微波消解罐中，加入10 m L硝酸，加蓋放置1 h，旋緊罐蓋，按照微波消解儀標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行消解，消解參考條件見表1。冷卻后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解罐放在控溫電熱板上，于150℃加熱30 min或超聲脫氣2～5 min，用超純水將消化液定容至刻度50 m L，混勻備用；同時做試劑消解空白試驗。

表1 微波消解參考條件

1.3.3 ICP-MS法測定嬰幼兒配方乳粉中鎘的含量

優(yōu)化ICP-MS儀器操作條件，使靈敏度、氧化物和雙電荷化合物達(dá)到測定要求。儀器穩(wěn)定后，按表2工作參數(shù)分別測定標(biāo)準(zhǔn)工作液、空白樣液、樣品溶液中鎘的含量。

表2 ICP-MS工作參數(shù)

1.3.4 乳粉中鎘的含量計算公式

式中：X為試樣中鎘元素的含量（m g/kg），C為測定液中鎘元素的濃度（μg/L），C0為測定空白液中鎘元素的濃度（μg/L），V為樣液體積（m L）；m為樣品稱樣量（g）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度分量的主要來源[23-24]

從測量過程和結(jié)果計算分析，乳粉中鎘元素含量測定的不確定度的來源主要有以下幾個方面：（1）測量重復(fù)性引入的不確定度；（2）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度：鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，標(biāo)準(zhǔn)曲線產(chǎn)生的不確定度，稀釋過程量器校準(zhǔn)引入的不確定度，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度；（3）樣品制備過程引入的不確定度：樣品稱量時引入的不確定度（包括萬分之一的天平本身最大允許誤差，天平的分辨率、樣品的均勻性等），量器校準(zhǔn)引入的不確定度；（4）加標(biāo)回收率引入的不確定度。

2.2 不確定度分量的評定

2.2.1 測量重復(fù)性引入的不確定度

稱取同一批次的乳粉樣品7份，選取1.50 m g/kg濃度水平進(jìn)行重復(fù)性加標(biāo)實驗，在相同的條件下平行測定試液中鎘的含量，試驗數(shù)據(jù)和分析結(jié)果見下表3。

單次測量的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

由鎘元素含量測定重復(fù)性（n=7）引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(frep)為：

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度

（1）鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度。鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液證書提供的信息，其相對擴(kuò)展不確定度為0.7%，k=2，屬于B類評定，則其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel(a)=0.7%/2=0.0035。

（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合產(chǎn)生的不確定度。用電感耦合等離子體質(zhì)譜法對標(biāo)準(zhǔn)系列溶液進(jìn)行測定，得到相應(yīng)的信號強(qiáng)度（cps），用最小二乘法進(jìn)行擬合，得到標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的線性回歸方程，結(jié)果見表4。

則標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合的不確定度為：

式中，S(y)為殘差標(biāo)準(zhǔn)偏差；b為曲線斜率；a為曲線截距；p為樣品溶液的測定總數(shù)，p=7；n為標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定總數(shù)，n=18；C為樣液中鎘元素的濃度，μg/L；為標(biāo)準(zhǔn)溶液中鎘元素的平均濃度值，μg/L；Xi為標(biāo)準(zhǔn)溶液中鎘元素各點的濃度，μg/L；yi為標(biāo)準(zhǔn)溶液各點吸光度的測定值。

表3 乳粉測量重復(fù)性結(jié)果

表4 鎘元素標(biāo)準(zhǔn)曲線測定數(shù)據(jù)

根據(jù)表2數(shù)據(jù)及公式計算得到：

則標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定為：

（3）標(biāo)準(zhǔn)工作曲線配制過程中量器校準(zhǔn)引入的不確定度。在標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制過程中使用了A級100 m L單標(biāo)線容量瓶，A級10、1、5 m L刻度吸管，查閱JJG 196-2006《常用玻璃儀器檢定規(guī)程》[25]得，在20℃時，A級100 m L單標(biāo)線容量瓶的容量允差為±0.1 m L，A級10 m L刻度吸管示值允差為±0.05 m L，A級1 m L刻度吸管示值允差為±0.008 m L，A級5 m L刻度吸管示值允差為±0.015 m L，20℃時水的膨脹系數(shù)α=0.000208℃-1，實驗室溫度變化為Δt±5℃，按矩形均勻分布，包含因子k=，同時考慮溶液溫度和容量瓶與校準(zhǔn)溫度引起的不確定度，計算結(jié)果見表5。

由表5數(shù)據(jù)相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量器準(zhǔn)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（4）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度。由不確定度分量合成的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(std)為：

2.2.3 樣品制備過程引入的不確定度

（1）樣品稱量引入的不確定度。稱取樣品的質(zhì)量主要受到天平的校準(zhǔn)的影響，天平校準(zhǔn)又包括天平的最大允許誤差和分辨力兩個分量。

(a)天平的最大允許誤差。天平制造商給出了天平的最大允許誤差為±0.0005 g。根據(jù)制造商的建議，天平線性引入的不確定度采用矩形分布處理，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(b)天平的分辨力。采用電子天平稱量，由天平分辨力引入的質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

由天平稱量所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可如下合成：

則由樣品稱量引入的相對不確定度為：

表5 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制時引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（2）樣品處理時量器校準(zhǔn)引入的不確定度。樣品制備過程中使用了A級50 m L單標(biāo)線容量瓶定容。由JJG 196-2006《常用玻璃量器》規(guī)定，在20℃時50 m L單標(biāo)線容量瓶（A級）的容量允差為±0.05 m L，取矩形均勻分布，則容量瓶體積帶來的不確定度u(V1)為：

實驗室溫度變化為Δt±5℃，20℃時水的膨脹系數(shù)α=0.000208℃-1，按矩形均勻分布，則溫度變化帶來的不確定度為u(V2)：

50 m L A級單標(biāo)線容量瓶校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（3）樣品制備過程引入的不確定度2.2.3（2）和2.3.3（3）。樣品制備過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(sam)為：

2.2.4 加標(biāo)回收率引入的不確定度

乳粉樣品在前處理過程中，鎘含量會有損失。選取3個添加水平進(jìn)行回收率實驗，分別為本底含量的0.5倍、1.0倍、1.5倍；每個添加水平做3個平行樣，各加標(biāo)回收率數(shù)據(jù)見表6。

由表6可知，回收率均值R=97.79%（n=9），標(biāo)準(zhǔn)偏差為S(R)=3.59%，則回收率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(R)為：

對回收率進(jìn)行顯著性分析以判定在結(jié)果計算時是否引入回收率校正因子fR：

根據(jù)測量不確定度評定指南對一般檢測實驗室要求，取置信概率95%，在自由度為8時T臨界值為T0.05=2.306，T＜T0.05，則表明回收率與1之間無顯著性差異，即本實驗結(jié)果計算不需引入校正因子fR。

2.3 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成

影響乳粉中鎘含量測定的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見表7。

根據(jù)表7的不確定度分量，合成乳粉中鎘元素含量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(X)為：

各不確定度分量的貢獻(xiàn)占比見圖1。由圖可知，測量過程中不確定度的主要來源是標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制過程，其次是樣品加標(biāo)回收率，樣品稱量和樣品處理過程量器引入的不確定度影響非常小，可忽略不計。整個試驗過程涉及較多玻璃量器的使用，應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范移液、定容操作，從而有效地減少測定過程中產(chǎn)生的不確定度，提高檢測結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度。

2.4 擴(kuò)展不確定度計算

根據(jù)測量不確定度評定指南對一般檢測實驗室要求[22]，包含因子取k=2。因此，本實驗中鎘元素含量測定的相對擴(kuò)展不確定度Urel=k×urel(X)=2×0.050=0.10。由表3可知，實驗測得乳粉中鎘的含量為1.45 m g/kg，則擴(kuò)展不確定度U=1.45×0.10=0.15 m g/kg，k=2。

表6 加標(biāo)回收率測定結(jié)果

表7 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

圖1 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量貢獻(xiàn)占比

3 結(jié) 論

采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）對嬰幼兒配方乳粉中鎘的含量進(jìn)行測定，取樣量為0.5 g，當(dāng)乳粉樣品中鎘含量為1.45 m g/kg時，擴(kuò)展不確定度為0.15 m g/kg，k=2。通過對各不確定度分量進(jìn)行評估，測量過程中不確定度的主要來源是標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制過程，其次是樣品加標(biāo)回收率，樣品稱量和樣品處理過程量器引入的不確定度可忽略不計。整個試驗過程涉及較多玻璃儀器使用，應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范移液、定容操作，從而有效的減少不確定度，提高檢驗的精密度和準(zhǔn)確度。