金 杰，崔海峰，朱傳翔，郭 影，宋鑒達(dá)

（延邊朝鮮族自治州檢驗(yàn)檢測(cè)中心·吉林延吉·133000）

引言

東北三寶之一的人參具有補(bǔ)中益氣等功效。人參是在中醫(yī)臨床上常用的一味中藥材，其中吉林長(zhǎng)白山人參已列入國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品名錄。吉林省作為人參道地藥材的主產(chǎn)區(qū)，在健康中國(guó)戰(zhàn)略背景下，正在攜手多方力量推動(dòng)人參產(chǎn)業(yè)步入高質(zhì)量發(fā)展快車道[1]。功能農(nóng)業(yè)技術(shù)將在栽培、加工等人參產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化方面發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。所謂人參指的是五加科植物人參的根及根莖[2]。不管是野生人參還是人工栽培的人參，其生長(zhǎng)環(huán)境都離不開土壤。 隨著現(xiàn)代中醫(yī)藥的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)中藥材的品質(zhì)要求正在不斷地提高。 土壤是鉛、鎘等重金屬元素的載體[3，4]。重金屬元素的生物毒性在人體內(nèi)蓄積時(shí)間長(zhǎng)、排泄慢，對(duì)神經(jīng)、血液、腎臟等均具有毒性[5，6]，因此，人參的重金屬元素含量須在安全范圍以內(nèi)。 按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，人參中的重金屬元素含量要求如下：《地理標(biāo)志產(chǎn)品—吉林長(zhǎng)白山人參GB/T 19506-2009》中規(guī)定，鉛含量不得超過(guò)0.50mg/kg,鎘含量不得超過(guò)0.50mg/kg；《中國(guó)藥典》（2020 版） 中規(guī)定，鉛含量不得超過(guò)5mg/kg,鎘含量不得超過(guò)1mg/kg。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)具有快速、靈敏以及多元素同時(shí)分析的特點(diǎn)，特別適合鉛、鎘等重金屬元素的測(cè)定。不確定度反映了測(cè)定結(jié)果可信程度的高低[7]。 評(píng)估不確定度不僅可以用于比較不同檢驗(yàn)方法之間的結(jié)果，而且也有助于發(fā)現(xiàn)對(duì)結(jié)果影響較大的不確定度分量來(lái)優(yōu)化檢驗(yàn)方法。

1 材料與儀器

1.1 材料

硝酸 （優(yōu)級(jí)純, 北京化工廠）； 鉛元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB G 62071-90 8201， 1000μg/ml）；鎘元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB G 62040-90 4801，1000μg/ml）；含銦、鉍內(nèi)標(biāo)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GNM-M060097-2013，100μg/ml）。

1.2 儀器

電子天平(CPJ1003 奧豪斯儀器有限公司)；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Nexion 350X ,PerkinElmer)；微波消解儀(MARS,CEM)；趕酸儀(BHW-09C)。

2 實(shí)驗(yàn)方法及檢測(cè)

2.1 樣品溶液制備

以野山參粉為實(shí)驗(yàn)供試品， 取約0.5g 至微波消解罐中，加入10ml 硝酸后靜置過(guò)夜。按照微波消解儀的程序（表1）進(jìn)行消解。 為匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液的酸度，消解結(jié)束后，將供試品消解液在趕酸儀上揮酸至2ml 以下,冷卻后再用去離子水定容至25ml。

表1 微波消解儀條件

2.2 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液制備

2.2.1 含鉛、鎘元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液

取標(biāo)準(zhǔn)溶液100μl，用5%硝酸溶液（v/v）稀釋至100ml，濃度為1000μg/L。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)系列使用液

分別取適量的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用5%硝酸溶液（v/v）稀釋至每升含0、1、4、10、20、40μg 的標(biāo)準(zhǔn)系列使用液。

2.2.3 內(nèi)標(biāo)使用液

取內(nèi)標(biāo)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液100μl， 用5%硝酸溶液（v/v）稀釋至100ml,濃度為100μg/L。

2.3 ICP-MS 分析條件

2.3.1 儀器參數(shù)

射頻功率：1600W；載氣流量：1.2L/min；元素質(zhì)量數(shù)：鉛元素以質(zhì)量數(shù)為208 的同位素，鎘元素以質(zhì)量數(shù)為111 的同位素；內(nèi)標(biāo)元素：鉛元素以鉍元素，鎘元素以銦元素；檢測(cè)模式：標(biāo)準(zhǔn)模式。

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

標(biāo)準(zhǔn)系列使用液和內(nèi)標(biāo)使用液同時(shí)進(jìn)樣，以待測(cè)元素濃度為橫坐標(biāo)，以待測(cè)元素與內(nèi)標(biāo)元素的響應(yīng)值比為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.3.3 測(cè)定

樣品溶液和內(nèi)標(biāo)使用液同時(shí)進(jìn)樣，從標(biāo)準(zhǔn)曲線中讀取樣品溶液的濃度。

3 不確定度評(píng)估

3.1 數(shù)學(xué)模型

式中，X 為樣品中待測(cè)元素的含量，mg/kg；c 為樣品溶液中待測(cè)元素的質(zhì)量濃度，μg/L；c0為空白溶液中待測(cè)元素的質(zhì)量濃度，μg/L；V 為樣品、空白溶液的定容體積，ml；m 為樣品取樣量，g；1000 為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

3.2 不確定度來(lái)源分析

根據(jù)數(shù)學(xué)模型，我們可以發(fā)現(xiàn)影響ICP-MS 法測(cè)定人參中鉛、鎘元素含量的主要因素如下：a.樣品稱量；b.樣品定容體積；c.標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備；d.標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合；e.樣品測(cè)量重復(fù)性。

3.2.1 樣品稱量引入的不確定度

樣品稱量引入的合成不確定度μ(m)與電子天平相關(guān)，主要涉及兩個(gè)方面，分別是天平重復(fù)性μ(m1)和天平示值誤差μ(m2)。 依據(jù)《化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南》， 電子天平的重復(fù)性約為有效數(shù)字最后一位的0.5 倍[8]。 但是在本次不確定度評(píng)估中，則依據(jù)電子天平的檢定結(jié)果計(jì)算重復(fù)性引入的不確定度(A類不確定度)。 天平示值誤差引入的不確定度同樣以天平檢定結(jié)果計(jì)算。 假設(shè)服從矩形分布，電子天平檢定證書給出的天平重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.2mg，最大示值誤差為0.1mg。 由于稱樣時(shí)采用去皮法，相當(dāng)于讀取數(shù)值兩次，因此，電子天平重復(fù)性和示值誤差的不確定度分量各引入兩次。最終樣品稱量引入的合成不確定度μ(m)和其相對(duì)合成不確定度μrel(m)的計(jì)算結(jié)果，詳見表2。

表2 樣品稱量引入的不確定度各分量

3.2.2 樣品定容體積引入的不確定度

樣品定容體積引入的合成不確定度μ(V)的主要來(lái)源是容量誤差，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度的變化。 樣品消解后，使用25ml 的比色管定容。 根據(jù)《JJG 10—2005 專用玻璃量器檢定規(guī)程》，25ml 比色管的最大允許誤差為0.25ml[9]。按照矩形分布計(jì)算，其容量誤差引入的不確定度分量為μ (V-25v)。 比色管出廠檢定條件是在20℃，而實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度在20±5℃。 水的體積會(huì)因環(huán)境溫度的變化而發(fā)生微小的變化，這也會(huì)使結(jié)果引入不確定。 水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃，按照矩形分布，溫度變化引入的不確定度分量為μ(V-25t)。 最終樣品定容體積引入的合成不確定度μ(V)和其相對(duì)合成不確定度μrel(V)的計(jì)算結(jié)果，詳見表3。

表3 樣品定容體積引入的不確定度各分量

3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度主要來(lái)源是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值和標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值引入的不確定度μ(S1)以及其相對(duì)不確定度μrel(S1)，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書計(jì)算。 鉛、 鎘元素的標(biāo)準(zhǔn)值均為1000μg/ml， 其相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.4%（k=2）。 因此，μrel(S1)=0.4%/2=0.002。 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制過(guò)程中引入的不確定度μ(S2)的主要來(lái)源是移液器和容量瓶的容量誤差，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度的變化。 在整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制過(guò)程中需使用1000 微升量程的移液器6 次，200 微升量程的移液器1 次，100 毫升的容量瓶1 次，50 毫升的容量瓶3 次，10 毫升的容量瓶2次。 移液器引入的不確定度按照出廠說(shuō)明書計(jì)算，出廠說(shuō)明書給出的容量允許誤差范圍為如下，1000 微升移液器的容量允許誤差為±0.50%（最大量程）；200微升移液器的容量允許誤差為±0.60%（最大量程）。移液器出廠校準(zhǔn)是在20～25℃條件下進(jìn)行的，因此不再考慮溫度變化對(duì)移液器容量的影響。容量瓶引入的不確定度涉及容量誤差，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度的變化。 假設(shè)服從矩形分布，分別計(jì)算出各型號(hào)的容量瓶和移液器引入的不確定度分量，詳見表4。 綜上，按照公式(2)，標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制過(guò)程中引入的相對(duì)不確定度μrel(S2)=0.0082。 結(jié)合μ(S1)和μ(S2)可以得出標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的合成不確定度μ (S) 及其相對(duì)合成不確定度μrel(S)。 按照公式(3)計(jì)算。 標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對(duì)合成不確定度μrel(S)=0.0084。

表4 容量瓶及移液器引入的不確定度各分量

式中μrel(f-100)為100 毫升容量瓶的相對(duì)合成不確定度；μrel(f-50)為50 毫升容量瓶的相對(duì)合成不確定度; μrel(f-10)為10 毫升容量瓶的相對(duì)合成不確定度;μrel(p-1000)為1000 微升移液器的相對(duì)合成不確定度；μrel(p-200)為200 微升移液器的相對(duì)合成不確定度。

3.2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度

在儀器分析中，結(jié)果的讀取依靠的是標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度與其響應(yīng)值之間所建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線。標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立一般采用最小乘二法擬合，其引入的不確定度為μ(c)。本方法中鉛元素和鎘元素的擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好。 分別為：鉛的擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=0.0118x+0.0039 (R2=0.9999)； 鎘的擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=0.0015x+0.0004 (R2=0.9999)。 樣品溶液平行測(cè)定2 次，按照公式(4)和公式(5)，可以得出不確定度μ(c)和其相對(duì)不確定度μrel(c)。 鉛元素的SA:0.00016，c:7.728，μ(c)：0.104μg/L，μrel(c)：0.013；鎘元素的SA:0.00089，c:2.109，μ(c)：0.47μg/L，μrel(c)：0.22。

式中p=2, 樣品溶液測(cè)定次數(shù)；n=12, 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液總測(cè)定次數(shù)；ca=12.5, 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中待測(cè)元素的平均濃度；c, 樣品溶液中待測(cè)元素的平均濃度；cj,由標(biāo)準(zhǔn)系列溶液響應(yīng)值根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線獲得的各標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的濃度；SA,標(biāo)準(zhǔn)曲線殘差；Ai, 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的響應(yīng)值；a,標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距；b,標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率；ci,標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中待測(cè)元素的濃度。

3.2.5 測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度

硝酸中不含待測(cè)元素，所以不考慮空白溶液引入的不確定度。 通過(guò)樣品平行7 次測(cè)定的方式，評(píng)估測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度μ(r)及其相對(duì)不確定度μrel(r)。 野山參粉中鉛元素的平均含量為0.438mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.020mg/kg ； 鎘元素的平均含量為0.113mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.0048mg/kg。 根據(jù)公式(6)和公式(7)，鉛元素的μ(r)：0.0079mg/kg，μrel(r)：0.018；鎘元素的μ(r)：0.0018 mg/kg，μrel(r)：0.016。

式中λ 為待測(cè)元素含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=7 為平行次數(shù)。

式中S 為待測(cè)元素的含量。

3.2.6 合成不確定度

綜合以上各不確定度分量，按照公式（8）分別計(jì)算鉛和鎘的相對(duì)合成不確定度μrel(X)。 結(jié)果：μrel(pb)為0.0247，μrel(cd)為0.225。

4 結(jié)果與討論

當(dāng)置信概率為95%、置信因子為2 時(shí)，鉛和鎘的擴(kuò)展不確定度分別為0.0216mg/kg、0.0508mg/kg。 最終， 本次研究中野山參粉的報(bào)告濃度為鉛元素：0.438±0.022mg/kg（k=2），鎘元素：0.113±0.051 mg/kg（k=2）。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的線性范圍寬，而且線性關(guān)系良好（R2>0.9999）。 通過(guò)不確定度評(píng)估發(fā)現(xiàn)，樣品定容體積引入的不確定度對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度貢獻(xiàn)只有5%左右。 這說(shuō)明樣品定容時(shí)可以選用比色管代替容量瓶以便于操作。對(duì)于鉛元素的測(cè)定，影響其結(jié)果的主要不確定度分量分別是樣品重復(fù)性測(cè)量、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合；對(duì)于鎘元素的測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合是其主要的不確定度來(lái)源，此結(jié)論與韓偉立[7]和劉長(zhǎng)姣[10，11]等報(bào)道的結(jié)論相似。 因此，為了提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，要做好以下幾點(diǎn)，一是保證供試品的均勻度；二是保證標(biāo)準(zhǔn)曲線的質(zhì)量；三是定期維護(hù)ICP-MS 核心部件。