(廣東燕塘乳業(yè)股份有限公司，廣州 510700)

牛奶富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，是為數(shù)不多的全價(jià)食品之一，深受民眾的喜愛。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染的問題日益嚴(yán)重，其中重金屬污染尤甚，如鉛、鎘等。重金屬可通過飼料、水、空氣等途徑長期蓄積在奶牛體內(nèi)，進(jìn)而帶入到分泌的乳液。這些重金屬一旦超標(biāo)，毒性很大，進(jìn)入人體消化系統(tǒng)后不能被排出，在某些器官中積蓄起來，造成急性、亞急性、慢性中毒，嚴(yán)重危害人的健康。因此，牛奶中鉛等重金屬含量的準(zhǔn)確檢測十分重要。

質(zhì)控樣品檢測是實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控結(jié)果有效性的方法之一。本實(shí)驗(yàn)通過GB 5009.268-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測定》[1]的方法對乳中鉛含量進(jìn)行測定，并按照CNAS-GL006《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》[2]的要求對測定過程的不確定度進(jìn)行分析，得出該檢測過程的測量不確定度，為實(shí)驗(yàn)室日常檢測中測量不確定度的評定提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要儀器設(shè)備及試劑

PE ICP-MS NexION 350X；MWPRO 微波消解儀；電子分析天平(感量0.1mg)；Minipole超純水系統(tǒng)；移液器；容量瓶；硝酸(HNO3)。

除非另有說明，本實(shí)驗(yàn)中使用的均為優(yōu)級純試劑和GB/T 6682-2008中規(guī)定的一級水。

1.2 方法

1.2.1檢測原理

試樣經(jīng)消解后,由ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定,以元素特定質(zhì)量數(shù)(質(zhì)荷比,m/z)定性,采用外標(biāo)法，以待測元素質(zhì)譜信號與內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)譜信號的強(qiáng)度比與待測元素的濃度成正比進(jìn)行定量分析[1]。

1.2.2檢測過程

具體ICP-MS法測量乳中重金屬Pb含量所需步驟見圖1。

圖1 ICP-MS法測量乳中重金屬Pb含量檢測步驟

1)標(biāo)準(zhǔn)液的配制

a．鎘、鉻、砷、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液(1μg/mL):吸取5mL鎘、鉻、砷、汞、鉛混合溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(10.0mg/kg)于50mL容量瓶中，用硝酸溶液(5+95)定容至刻度，配成1μg/mL的鎘、鉻、砷、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液，于4℃避光保存。

b．鎘、鉻、砷、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)中間液(10μg/L)：吸取0.5mL的鎘、鉻、砷、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液(1μg/mL)于50mL的容量瓶中，用一級水定容至刻度，配成10μg/L的鎘、鉻、砷、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)中間液。

c．鎘、鉻、砷、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：吸取鎘、鉻、砷、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)中間液(10μg/L)0.5、2.5、5.0、7.5、10 mL，用汞標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定劑定容至50mL，配成濃度為0.1、0.5、1.0、1.5、2.0μg/L的鎘、鉻、砷、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

d．內(nèi)標(biāo)(鉍、鍺、銦、銠、鈧、鋱、釔)標(biāo)準(zhǔn)使用液(50μg/L)：吸取 2.5mL內(nèi)標(biāo)元素(鉍、鍺、銦、銠、鈧、鋱、釔)標(biāo)準(zhǔn)溶液(10μg/mL)于500mL容量瓶中，用硝酸溶液(5+95)定容至500mL，配成50μg/L的內(nèi)標(biāo)(鉍、鍺、銦、銠、鈧、鋱、釔)標(biāo)準(zhǔn)使用液。

2)樣品的制備

稱取試樣0.5g于微波消解內(nèi)管中，加入 5mL硝酸，緩慢旋緊螺蓋，按照微波消解儀標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行消解。冷卻后取出，將排氣扳手插入放氣螺桿中，緩慢旋轉(zhuǎn)放氣螺桿排氣，再緩慢打開密封蓋，用一級水沖洗內(nèi)蓋，然后用一級水將密封蓋和內(nèi)管中的待測反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到50mL容量瓶中，最后用一級水定容到50mL，混勻備用，同時做空白試驗(yàn)。

3)儀器工作條件參數(shù)：儀器工作條件參數(shù)見表1。

表1 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀儀器工作條件參數(shù)

1.2.3檢測結(jié)果計(jì)算

根據(jù)GB 5009.268-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測定》，該方法的計(jì)算數(shù)學(xué)模型為：

式中：

X：試樣中待測元素含量,mg/kg；

ρ：試樣溶液中被測元素質(zhì)量濃度,μg/L；

ρ0：試樣空白液中被測元素質(zhì)量濃度,μg/L；

V：試樣消化液定容體積,mL；

F：試樣稀釋倍數(shù)；

m：試樣稱取質(zhì)量,g；

1000：換算系數(shù)。

計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字。

1.3 樣品檢測結(jié)果

稱取同一批次的試樣6份(質(zhì)控樣品特性值：0.247mg/kg,特性值區(qū)間：0.171～0.323mg/kg)，按照微波消解儀標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行消解后，將待測反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到50mL容量瓶中，最后用一級水定容到50mL，混勻。在相同的ICP-MS的條件下平行測定定容后樣液中重金屬鉛的含量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果見表2。

表2 樣品測量數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果

2 不確定度來源的識別和分析

2.1 不確定度的來源識別

ICP-MS法測量乳中重金屬Pb含量的測量不確定度來源主要有6個方面，分別為：

(1)ICP-MS儀器的不確定度：主要由ICP-MS的靈敏度、穩(wěn)定性的等引入的不確定度；

(2)試樣質(zhì)量的不確定度：主要由稱重的隨機(jī)變異和天平校準(zhǔn)帶來的不確定度；

(3)微波消解儀的不確定度：主要由微波消解儀消解試樣的不均勻性引入的不確定度；

(4)試樣消化液定容體積的不確定度：主要有定容用容量瓶內(nèi)部體積的不確定度，容量瓶和消化液溫度與容量瓶體積校準(zhǔn)時的溫度不同引起體積變動帶來的不確定度；

(5)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的不確定度：主要包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液的不確定度和標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過程中產(chǎn)生的不確定度；

(6)重復(fù)測定試樣的不確定度：主要由試樣重復(fù)測定引入的不確定度。

測量不確定度來源及分類見表3和不確定度因果關(guān)系見圖2。

表3 測量不確定度的來源及其分類

圖2 測量不確定度因果關(guān)系圖

2.1 不確定度分量的量化2.1.1 ICP-MS影響因子的不確定度

試樣經(jīng)微波消解儀消解定容后，進(jìn)入ICP-MS測量時，所使用ICP-MS的靈敏度、穩(wěn)定性等可能會對測量不確定度產(chǎn)生影響，根據(jù)ICP-MS校準(zhǔn)證書(校準(zhǔn)證書編號NG201907378)標(biāo)明制造商提供的ICP-MS的相對擴(kuò)展不確定度(k=2)為10%，將ICP-MS影響因子分量轉(zhuǎn)化為相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

即，ICP-MS影響因子的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.1.2 試樣消解不均勻的不確定度

試樣加入硝酸后，放入微波消解儀中消解，所使用的微波消解儀功率、溫度、傳感器等可能會對試樣消解不均勻的測量不確定度產(chǎn)生影響，根據(jù)微波消解儀校準(zhǔn)證書(校準(zhǔn)證書編號NG201907428)標(biāo)明制造商提供的微波消解儀的擴(kuò)展不確定度(k=2)為5.0%，將試樣消解不均勻分量轉(zhuǎn)化為相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

即，試樣消解不均勻分量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.1.3試樣質(zhì)量(m)的不確定度

實(shí)驗(yàn)過程中約取0.5g待檢試樣，每一次稱重都會有隨機(jī)變異和天平校準(zhǔn)帶來的不確定度。天平本身校準(zhǔn)的不確定度來源分別是靈敏度和校準(zhǔn)函數(shù)的線性，由于稱量是用同一臺天平且稱量范圍較小，所以忽略靈敏度帶來的不確定度。

線性：代表的是托盤上被稱量的實(shí)際重量與從天平上讀取的數(shù)值的最大差值，萬分之一天平校準(zhǔn)證書(校準(zhǔn)證書編號LE202000842)標(biāo)明其線性的測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為0.5mg(k=2)。天平制造商自身的不確定度建議采用矩形分布將線性分量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。因此，天平不確定度的線性分量為：

即，試樣質(zhì)量(m)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(m)為：u(m)=0.29mg

試樣質(zhì)量(m)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.1.4試樣消化液定容體積(V)的不確定度

該體積有兩個主要的影響因素：校準(zhǔn)和溫度影響。

2.1.4.1校準(zhǔn)

100mL(A級)容量瓶校準(zhǔn)證書(校準(zhǔn)證書編號BSH-CL-2020070020-3)標(biāo)明制造商提供的容量瓶在20℃時的擴(kuò)展不確定度(k=2)為0.02mL，采用矩形分布將容量瓶體積分量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

因此，100mL (A級)容量瓶不確定度的體積分量為：

即，100mL(A級)容量瓶體積分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(V100)為：u1(V100)=0.012mL

2.1.4.2溫度

a.質(zhì)輕安全：重量非常輕，大約1kg/m2，相當(dāng)于真石漆的1/6，干掛石材的1/40，面磚的1/20，沒有任何的安全隱患；

根據(jù)制造商提供的信息，該容量瓶已在20℃校準(zhǔn)，而實(shí)驗(yàn)室的溫度在±4℃之間變動。該影響引起的不確定度可通過估算該溫度范圍和體積膨脹系數(shù)來進(jìn)行計(jì)算。液體的體積膨脹明顯大于容量瓶的體積膨脹，因此只需考慮前者即可。JJG196-2006規(guī)定，水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃[3]，因此產(chǎn)生的體積變化為±(50×4×2.1×10-4)=±0.042mL，采用矩形分布將溫度變化分量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

因此，溫度變化不確定度的分量為：

即，溫度變化分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2(V100)為：u2(V100)=0.024mL

2.1.4.3兩種分量合成得到試樣消化液定容體積(V)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(V)

試樣消化液定容體積(V)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.1.5標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的不確定度2.1.5.1標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液引入的不確定度

實(shí)驗(yàn)中所用鎘、鉻、砷、汞、鉛混合溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度為10.0mg/kg，是中國計(jì)量科學(xué)研究院提供，GBW(E)083363國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(批次號：19061)上注明其相對擴(kuò)展不確定度(k=2)為2%，假定為矩形分布，其不確定度的分量為：

即，鉛標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u(C鉛)= 0.1mg/kg

2.1.5.2稀釋配制過程中引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制的不確定度由玻璃容器和可調(diào)移液器、配制標(biāo)準(zhǔn)儲備液和標(biāo)準(zhǔn)中間液、配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液引入的，具體分析過程如下：

2.1.5.2.1 玻璃容器和可調(diào)移液器引入的不確定度

(1)50mL容量瓶(A級)引入的不確定度

該分量有2個主要的影響因素：校準(zhǔn)和溫度影響。

①校準(zhǔn)：50mL容量瓶(A級)校準(zhǔn)證書(校準(zhǔn)證書編號BSH-CL-2020070020-3)標(biāo)明制造商提供的容量瓶在20℃時的擴(kuò)展不確定度(k=2)為0.02mL，采用矩形分布將容量瓶體積分量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

因此，50mLA級容量瓶不確定度的體積分量為：

即，50mL容量瓶(A級)體積分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(V50)為：u1(V50)=0.012mL

②溫度：根據(jù)制造商提供的信息，該容量瓶已在20℃校準(zhǔn)，而實(shí)驗(yàn)室的溫度在±4℃之間變動。該影響引起的不確定度可通過估算該溫度范圍和體積膨脹系數(shù)來進(jìn)行計(jì)算。液體的體積膨脹明顯大于容量瓶的體積膨脹，因此只需考慮前者即可。JJG196-2006規(guī)定，水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃[3]，因此產(chǎn)生的體積變化為±(50×4×2.1×10-4)=±0.042mL，采用矩形分布將溫度變化分量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

因此，溫度變化不確定度的分量為：

即，溫度變化分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2(V50)為：u2(V50)=0.024mL

兩種分量合成得到試樣消化液定容體積(V)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(V50)為：

試樣消化液定容體積(V)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V50)為：

(2) 5mL可調(diào)移液器引入的不確定度

5mL可調(diào)移液器校準(zhǔn)證書(校準(zhǔn)證書編號BSH-CL-2020080029-4)標(biāo)明制造商提供的可調(diào)移液器的容量相對誤差測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為4.3 μL(k=2)，將可調(diào)移液器分量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，即5mL可調(diào)移液器不確定度的分量為：

即, 5mL可調(diào)移液器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u(V移5mL)為：u(V移5mL)=2.15μL

5mL可調(diào)移液器的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(3)1000μL可調(diào)移液器引入的不確定度

1000μL可調(diào)移液器校準(zhǔn)證書(校準(zhǔn)證書編號BSH-CL-2020080029-3)標(biāo)明制造商提供的可調(diào)移液器的容量相對誤差測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為1.3μL(k=2)，將可調(diào)移液器分量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，即1000μL可調(diào)移液器不確定度的分量為：

即，1000μL可調(diào)移液器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(V移1mL)為：u(V移1mL)=0.65μL

1000μL可調(diào)移液器的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V移1mL)為：

(4)10mL可調(diào)移液器引入的不確定度

10mL可調(diào)移液器校準(zhǔn)證書(校準(zhǔn)證書編號BSH-CL-2020080029-5)標(biāo)明制造商提供的可調(diào)移液器的容量相對誤差測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為5.0μL(k=2)，將可調(diào)移液器分量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，即用10mL移液器取2.5、5.0、7.5、10mL的鎘、鉻、砷、汞、鉛混合溶液標(biāo)準(zhǔn)中間液產(chǎn)生不確定度的分量如表4。

表4 10mL移液器移取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液產(chǎn)生的不確定度分量

2.1.5.2.2配制標(biāo)準(zhǔn)儲備液和標(biāo)準(zhǔn)中間液引入的不確定度

(1)用5mL可調(diào)移液器移取5mL鎘、鉻、砷、汞、鉛混合溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于50mL容量瓶(A級)中，用硝酸溶液(5+95)定容至刻度，得到濃度為1 μg/mL鎘、鉻、砷、汞、鉛混合溶液標(biāo)準(zhǔn)儲備液。則1 μg/mL鎘、鉻、砷、汞、鉛混合溶液標(biāo)準(zhǔn)儲備液的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(2)用1000μL可調(diào)移液器移取500μL鎘、鉻、砷、汞、鉛混合溶液標(biāo)準(zhǔn)儲備液于50mL容量瓶(A級)中，得到濃度為10μg/L的鎘、鉻、砷、汞、鉛混合溶液標(biāo)準(zhǔn)中間液，并用一級水定容至刻度。則10μg/L的鎘、鉻、砷、汞、鉛混合溶液標(biāo)準(zhǔn)中間液的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C中)為：

2.1.5.2.3 配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液引入的不確定度

用1000μL和10mL可調(diào)移液器分別移取0.5、2.5、5.0、7.5、10 mL的鎘、鉻、砷、汞、鉛混合溶液標(biāo)準(zhǔn)中間液于50mL容量瓶(A級)中，得到0.1、0.5、1.0、1.5,2.0μg/L的鎘、鉻、砷、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。則0.1、0.5、1.0、1.5、2.0μg/L的鎘、鉻、砷、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列點(diǎn)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別是：

綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)工作溶液引入的不確定度由標(biāo)準(zhǔn)工作溶液各個系列點(diǎn)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度均方根求得，即

2.1.6重復(fù)測定試樣的不確定度

根據(jù)表3中測量不確定度的來源及其分類，可知重復(fù)測定試樣引入的不確定度為A類測量不確定度。依據(jù)表2中的樣品測量數(shù)據(jù)，計(jì)算測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差s(X)：

即重復(fù)測量試樣的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ux(Rep)=0.00071

重復(fù)測定試樣的A類相對不確定度為：

2.2 合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

將以上各分量合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，即

2.3 擴(kuò)展不確定度

ICP-MS法測量乳中重金屬Pb含量的擴(kuò)展不確定度，取包含因子k=2(95%)[4]，則擴(kuò)展不確定度為：

U=2×u=2×0.015mg/kg=0.03mg/kg

3 結(jié)論

ICP-MS法測量乳中重金屬Pb含量的測量不確定度報(bào)告，取95%置信概率，包含因子k=2[4]，其結(jié)果報(bào)告為：

通過不確定度的評定分析，微波消解儀消解試樣不均勻性、試樣消化液定容體積、重復(fù)測定試樣所引入的不確定度影響較小，儀器影響因子、試樣質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)工作溶液引入的不確定度影響較大。因此，在實(shí)際操作過程中，檢驗(yàn)員要對設(shè)備的進(jìn)行養(yǎng)護(hù)并保持其穩(wěn)定性、稱量的準(zhǔn)確和配制標(biāo)準(zhǔn)曲等都要嚴(yán)格按照操作流程，避免放大不確定度，提高檢測的準(zhǔn)確性。