譚秀慧，楊洪生，黃鴻兵，李佳佳，夏莉萍，張秋云，劉 暢，朱曉華

(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，江蘇 南京 210017)

鎘，作為一種典型的難降解污染物，在環(huán)境和人體健康領(lǐng)域備受關(guān)注[1-3]。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局將鎘列為毒性效應(yīng)最強(qiáng)的4種重金屬之一，能夠引起生物體細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能變化[4-7]。由于生態(tài)環(huán)境污染等原因，水體及沉積物中的鎘經(jīng)食物鏈傳遞在水生動(dòng)植物體內(nèi)富集，危害人體健康[8]，因此，水產(chǎn)品中鎘污染問(wèn)題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)[9-10]。2018年國(guó)內(nèi)水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督抽檢結(jié)果顯示，蝦、蟹等水產(chǎn)品由于鎘含量超標(biāo)導(dǎo)致合格率偏低，部分海水蝦檢測(cè)值為0.5～1.9 mg/kg，海水蟹1.1～2.6 mg/kg(鎘限量值為0.5 mg/kg)[11]。上海[12]、蘇州[13]、廣東[14]等地的水產(chǎn)品重金屬含量調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)，海水蝦、蟹的鎘污染問(wèn)題比較嚴(yán)重。江晨潔等[15]對(duì)全國(guó)6省市流通環(huán)節(jié)和養(yǎng)殖環(huán)節(jié)甲殼類水產(chǎn)品中鎘污染情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鎘在甲殼類肝胰腺中有明顯的富集，且有少數(shù)殘留量超標(biāo)。2017年董欣悅等[16]對(duì)國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)中鎘的殘留現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所有樣本中均檢出鎘。因此，了解水產(chǎn)品鎘污染現(xiàn)狀及膳食風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行水產(chǎn)品質(zhì)量安全評(píng)估非常必要。

進(jìn)行水產(chǎn)品中鎘含量測(cè)定方法的不確定度評(píng)定，可分析并量化影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素，并對(duì)處于限量值邊緣的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行合格與否的判定，從而保證結(jié)果的可信度和準(zhǔn)確性。測(cè)量不確定度分A類和B類評(píng)定。A類評(píng)定是對(duì)在規(guī)定測(cè)量條件下測(cè)得的量值用統(tǒng)計(jì)分析的方法進(jìn)行測(cè)量不確定度分量的評(píng)定，反之則為B類評(píng)定。

水產(chǎn)品中鎘含量常用的檢測(cè)方法主要有石墨爐原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法。兩種方法由于原理不同，所用儀器定量限、靈敏度和準(zhǔn)確度也存在一定差異。因此，進(jìn)行不確定度評(píng)定非常必要，目前已有石墨爐原子吸收光譜法[17]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法[18]測(cè)定水產(chǎn)品中鎘含量的不確定度評(píng)定的報(bào)道，但尚無(wú)對(duì)兩種方法進(jìn)行測(cè)量不確定度比較的研究報(bào)道。

筆者依據(jù)GB 5009.15—2014中的石墨爐原子吸收光譜法[19]和GB 5009.268—2016[20]中的電感耦合等離子體質(zhì)譜法，根據(jù)不確定度評(píng)定的基本方法和程序[21]，建立水產(chǎn)品中鎘測(cè)量不確定度的模型，分別對(duì)兩種測(cè)定方法的不確定度來(lái)源進(jìn)行分析，并提出減少不確定度的相應(yīng)措施，從而為水產(chǎn)品中鎘元素含量測(cè)定的質(zhì)量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

FAPAS質(zhì)控樣品T07279QC(鎘的參考值為7.55 mg/kg，當(dāng)|z|≤2時(shí)，鎘含量5.76～9.33 mg/kg)；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)；硝酸鎂(試劑級(jí)，美國(guó)Sigma-Aldrich)；磷酸二氫銨、硝酸、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)。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 280 DUO原子吸收光譜儀(美國(guó)Agilent公司)；ELAN DRC-e型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(美國(guó)PerkinElmer儀器公司)；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)；移液槍(Eppendorf，100～1000 μL，500～5000 μL)；容量瓶均為A級(jí)且經(jīng)檢定合格。

1.3 試驗(yàn)方法

參考GB 5009.15—2014和GB 5009.268—2016第一法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

移取鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1.00 mL，用5%硝酸溶液稀釋并定容至100 mL容量瓶，配成質(zhì)量濃度為1.00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)中間液。

吸取適量鎘標(biāo)準(zhǔn)中間液，用5%硝酸溶液逐級(jí)稀釋配成質(zhì)量濃度系列為0.00、1.00、5.00、10.00、30.00、50.00 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作液，用于電感耦合等離子體質(zhì)譜法分析；同時(shí)配制質(zhì)量濃度為2.00 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液作為母液供石墨爐原子吸收光譜法自動(dòng)進(jìn)樣。

1.3.2 樣品前處理

用天平稱取1.0 g樣品(精確至0.0001 g)，置于微波消解罐內(nèi)，依次加入5 mL硝酸、1 mL過(guò)氧化氫、2 mL超純水，放置1 h，加蓋密封后按照儀器條件進(jìn)行微波消解。消解結(jié)束后，取出內(nèi)罐，用少量水多次沖洗內(nèi)蓋，置于趕酸儀于100 ℃趕酸30 min，用超純水定容至25 mL備用。同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.3.3 石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定水產(chǎn)品中的鎘

調(diào)整原子吸收光譜儀至最佳工作狀態(tài)，以含2 g/L硝酸鎂、5 g/L磷酸二氫銨的水溶液為基體改進(jìn)劑，測(cè)定鎘的含量。儀器測(cè)量條件為：波長(zhǎng)228.8 nm，狹縫0.5 nm，燈電流4.0 mA，干燥溫度120 ℃，灰化溫度250 ℃，原子化溫度1800 ℃，除殘溫度1800 ℃，背景校正為塞曼效應(yīng)。

1.3.4 電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定水產(chǎn)品中的鎘

對(duì)儀器工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，保證儀器達(dá)到最佳工作狀態(tài)，具體參數(shù)見(jiàn)表1。以115In為內(nèi)標(biāo)測(cè)定鎘的含量。

表1 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀工作參數(shù)Tab.1 The parameters of inductively coupled plasma mass spectra

1.4 建立數(shù)學(xué)模型

水產(chǎn)品中鎘含量按下式計(jì)算：

式中，wCd為試樣中鎘含量(mg/kg)，ρ為試樣溶液中鎘的質(zhì)量濃度(μg/L)，ρ0為試樣空白液中鎘的質(zhì)量濃度(μg/L)，V為試樣消化液定容體積(mL)，f為試樣稀釋倍數(shù)，m為稱取樣品質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度來(lái)源分析

根據(jù)水產(chǎn)品中鎘測(cè)定的具體操作過(guò)程和數(shù)學(xué)模型分析，其測(cè)量不確定度分量主要來(lái)源有：稱量過(guò)程(B類評(píng)定)、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制(B類評(píng)定)、定容體積(B類評(píng)定)、測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性(A類評(píng)定)、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合(A類評(píng)定)、方法回收率(A類評(píng)定)(圖1)。試驗(yàn)中，樣品經(jīng)過(guò)前處理后，經(jīng)石墨爐原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法分別測(cè)定，故兩種方法由稱量過(guò)程引入的不確定度相同，可合并分析，而標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、定容體積、測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合和方法回收率引入的不確定度則需分別計(jì)算分析。

圖1 水產(chǎn)品中鎘測(cè)定的不確定度分量主要來(lái)源Fig.1 Principal sources of measurement uncertainty for determination of cadmium in fishery products

2.1.1 稱量過(guò)程引入的不確定度urel(m)

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度urel(ρb)

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度主要包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定度、所使用移液器以及容量瓶的不確定度。

(1)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度urel(ρs)

(2)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度

同上計(jì)算，25 mL容量瓶引入的不確定度urel(F25 mL)=0.000921，10 mL容量瓶引入的不確定度urel(F10 mL)=0.00130。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液具體配制過(guò)程，石墨爐原子吸收光譜法標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度為：

電感耦合等離子體質(zhì)譜法標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度為：

2.1.3 定容體積引入的不確定度urel(V)

同2.1.2節(jié)計(jì)算，可知由樣品消解液定容引入的相對(duì)不確定度為0.00130。電感耦合等離子體質(zhì)譜法中，樣品消化液用1 mL移液器吸取1 mL定容至10 mL容量瓶后上機(jī)，故由定容體積引入的相對(duì)不確定度為0.00599。石墨爐原子吸收光譜法中，用1 mL移液器吸取0.5 mL樣品消化液定容至100 mL容量瓶后上機(jī)，相對(duì)不確定度為0.00590。

2.1.4 測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性引入的不確定度urel(X)

表2 T07279QC中鎘含量測(cè)定結(jié)果 mg/kgTab.2 Determined values of cadmium in T07279QC

2.1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度urel(Y)

按照試驗(yàn)方法測(cè)定1.3.1標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，每個(gè)點(diǎn)平行測(cè)定3次。采用最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，石墨爐原子吸收光譜法的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.0519x+0.00533，r=0.9994；電感耦合等離子體質(zhì)譜法的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.00195x+0.000268，r=0.9998。

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合所引入的不確定度：

表3 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液測(cè)定結(jié)果Tab.3 Determination of standard series solutions

2.1.6 方法回收率引入的不確定度urel(R)

2.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u與擴(kuò)展不確定度U

3 討 論

3.1 水產(chǎn)品中鎘含量測(cè)定兩種不同方法不確定度的主要來(lái)源比較及原因分析

對(duì)不確定來(lái)源分析結(jié)果可知，兩種方法測(cè)定水產(chǎn)品中鎘含量時(shí)，造成試驗(yàn)誤差的主要因素為標(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(表4)。閆順華等[25]采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定高鈣片中鎘時(shí)，認(rèn)為不確定度主要來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、測(cè)量重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合。石墨爐—原子吸收法[26]測(cè)定大米中鎘含量，其不確定度主要來(lái)源為標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合。張瀟等[27]使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法和石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定金銀花中鎘含量時(shí)，認(rèn)為不確定度主要來(lái)源于待測(cè)液質(zhì)量濃度和方法回收率。由此可見(jiàn)，鎘測(cè)定不確定度來(lái)源因樣品和檢測(cè)儀器的不同而不同。

表4 水產(chǎn)品中鎘含量測(cè)定的不確定度分量Tab.4 Uncertainty components that affect the determination of cadmium content in fishery products

石墨爐原子吸收光譜法中對(duì)不確定度貢獻(xiàn)最大的是標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合，該分量數(shù)值明顯高于電感耦合等離子體質(zhì)譜法。由計(jì)算過(guò)程可知，被測(cè)元素質(zhì)量濃度越接近校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的平均質(zhì)量濃度值，由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度越小。因而對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)后選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)溶液的上機(jī)質(zhì)量濃度點(diǎn)，有助于降低該不確定度分量。高瑞峰等[28]在使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定淀粉中的鋁時(shí)，通過(guò)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)溶液系列質(zhì)量濃度和增加測(cè)量次數(shù)，使標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度顯著降低。

本試驗(yàn)電感耦合等離子體質(zhì)譜法不確定度最主要的來(lái)源是標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程，分析原因是其引入了較多的稀釋過(guò)程，而石墨爐原子吸收光譜法曲線配制過(guò)程由儀器自動(dòng)稀釋完成，故該分量數(shù)值相對(duì)較小。

從測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性和方法回收率來(lái)看，電感耦合等離子體質(zhì)譜法優(yōu)于石墨爐原子吸收光譜法，分析原因是由儀器靈敏度和穩(wěn)定性差異造成的。增加樣品重復(fù)測(cè)定次數(shù)也有助于降低測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度，吳堅(jiān)等[29]使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定糕點(diǎn)中鋁含量時(shí)，對(duì)樣品重復(fù)測(cè)定11次，降低了該分量引入的不確定度數(shù)值。

3.2 降低水產(chǎn)品中鎘含量測(cè)定不確定度主要措施

(1)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度，可通過(guò)選擇適當(dāng)質(zhì)量濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，增加標(biāo)準(zhǔn)工作曲線每個(gè)點(diǎn)的測(cè)定次數(shù)，控制標(biāo)準(zhǔn)曲線校準(zhǔn)過(guò)程，加強(qiáng)對(duì)儀器的維護(hù)和保養(yǎng)，以及提高儀器的靈敏度等措施來(lái)降低不確定度。

(2)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程中，應(yīng)使用高純度的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，少用小體積量的移液器，盡量選用較大體積的容量瓶，使用適當(dāng)質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)中間液，有助于減少標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程引入的不確定度。

(3)影響測(cè)量結(jié)果重復(fù)性的因素包括天平稱量、容量瓶定容、移液器移液、儀器波動(dòng)等重復(fù)性操作過(guò)程，可通過(guò)使用檢定合格的分析天平和玻璃量器，增加平行樣的測(cè)定次數(shù)和每個(gè)樣品的重復(fù)測(cè)量次數(shù)，同時(shí)在試驗(yàn)過(guò)程中嚴(yán)格遵守試驗(yàn)操作步驟和儀器的操作規(guī)程，以降低其引入的不確定度。

(4)要降低方法回收率引入的不確定度，需通過(guò)嚴(yán)格控制樣品的消解過(guò)程，選擇合適的條件使樣品消化完全，降低樣品在消解、趕酸、轉(zhuǎn)移過(guò)程中的損失或污染，增強(qiáng)儀器的穩(wěn)定性，減少測(cè)定時(shí)可能產(chǎn)生的干擾，提高測(cè)試人員操作技能與熟練程度。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)采用石墨爐原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定質(zhì)控樣品T07279QC的鎘含量分別為(7.47±0.470) mg/kg和(7.53±0.376) mg/kg，均在質(zhì)控樣參考值范圍內(nèi)(5.76～9.33 mg/kg)，說(shuō)明試驗(yàn)過(guò)程無(wú)異常，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、有效。因?yàn)槭珷t原子吸收光譜法測(cè)定鎘含量的擴(kuò)展不確定度高于電感耦合等離子體質(zhì)譜法，故在條件允許的情況下，建議選用電感耦合等離子體質(zhì)譜法以提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。