ICP-MS法測定茶多酚片中鉛和總砷的不確定度分析

王同蕾，任 碩，卓 勤

(中國疾病預防控制中心營養與健康所，北京 100050)

茶多酚是茶葉中多酚類物質的總稱，是形成茶葉色香味的主要成分之一，也是茶葉中有保健功能的主要成分之一。研究表明，茶多酚等活性物質具解毒、抗氧化和抗輻射作用，且無毒副作用，無異味[1-4]，但茶葉在生長、采收加工、運輸存儲等環節通常受到外界環境污染，造成不良后果。其中，鉛和總砷成為重要的外源性污染物之一。本文采用電感耦合等離子質譜法[5-8]對茶多酚片中的重金屬污染物鉛和總砷的含量進行測定，并依據JJF10591.1-2012計量技術規范[9]，建立數學模型，對其不確定度來源及各組分進行量化分析評定，以便更好地控制茶多酚類保健品的質量安全，為準確測定其含量提供科學依據[10]。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

電感耦合等離子體質譜儀，Neixon350D型，美國PerkinElmer公司，配有7個高精度氣體質量流量控制器，耐高鹽、高效無記憶效應同心霧化器；微波消解儀，Mars6-Express型，美國CEM公司，內置雙光路溫度控制系統和全罐異常壓力監控系統；可調式電熱板，Labtech S36型，萊博泰科公司；超純水處理器，Milli Plus 2150型，美國MILLIPORE公司。

鉛、總砷單元素標準溶液，中國計量科學研究院，批號分別為GBW(E)080129、GBW(E)080117，濃度均為100mg/L；綠茶成分分析標準物質，國家標準物質中心，批號GBW10052；In、Ge、Sc、Bi混合內標溶液，PE公司，濃度為100mg/L(使用前用1%硝酸稀釋成1.0mg/L)；硝酸，北京化學試劑廠，BV-Ⅲ級，批號151202；實驗用水由超純水系統提供。

1.2 測量步驟

1.2.1樣品前處理 稱取0.30g茶多酚樣品于干凈的聚四氟乙烯消解罐中，加入6～8mL硝酸，混勻放置過夜以進行冷消化。設置微波消解系統的升溫條件(表1)進行消化，消解完成后自然冷卻至室溫。放置于電熱板上加熱至120～160℃，開蓋趕酸，冷卻后用去離子水定量轉移并清洗管壁，后定容至25mL容量瓶，搖勻，供上機備用，同時做試劑空白。

表1 微波消解運行程序

1.2.2標準溶液的配制 分別精確吸取Pb、As元素標準溶液5mL于50mL容量瓶中，用5%的硝酸溶液定容至刻度，配制成濃度為10mg/L的混合標準儲備溶液。然后用5%的硝酸溶液將其逐級稀釋配制成為Pb、As濃度為0.5、1.0、5.0、10.0、50.0ng/mL的標準系列。用超純水稀釋濃度為100mg/L的內標溶液，配制成1.0mg/L的內標使用液。

1.2.3儀器工作參數 用質譜調諧溶液對儀器測定時的工作條件進行優化，使儀器的靈敏度、背景、氧化物、雙電荷和分辨率等各項參數均達到測定要求，從而得到儀器最佳技術參數與設定值。功率：1 300 W；冷卻氣流速：15L/min；輔助氣流量：1.1L/min；載氣流速：1.05L/min；采樣深度：6.4mm；分析模式：定量；測量模式：KED；掃描次數：20；重復次數：3。在設定條件下，分別用調諧液及內標溶液調整儀器，將在線內標、試劑空白溶液、標準曲線溶液和樣品溶液分別引入儀器，根據繪制的標準曲線方程分別計算出各物質的濃度。

2 不確定度的評定

2.1 數學模型的建立

茶多酚片中鉛、砷含量測定的數學公式為式(1)：

(1)

式(1)中：C為試樣中鉛、砷的含量(mg/kg)；C0為試樣消化液中鉛、砷的濃度(ng/mL)；V為試樣消化液總體積(mL)；m為稱樣質量(g)。

2.2 不確定度的來源分析

根據《測量不確定度評定與表示》，從檢測過程和數學模型分析，電感耦合等離子體質譜法測定茶多酚中鉛、砷的不確定度來源，主要包括樣品稱量、樣品前處理、樣品定容和儀器分析等步驟(附圖)。

附圖 不確定度來源分析

2.3 不確定度各分量的分析與計算

(2)

樣品質量由2次稱量(去皮和稱樣)所得，稱樣量的平均值為0.300 0g，則稱樣量引入的相對不確定度為：

(3)

2.3.2樣品前處理過程引入的不確定度urel2在茶多酚樣品的前處理過程中，不可避免存在消解不完全或消解過程的污染、損失等問題，導致樣品中的鉛、砷元素不能100%進入消化液中，因此，可通過分析計算回收率的不確定度來評定消解過程引入的不確定度。根據JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》中加標回收率的計算方式，采用1.2.1的消解過程，同時消解6個平行樣，計算鉛、砷的回收率范圍分別為95.3%～102.6%、96.6%～101.8%，平均回收率R分別為98.6%、99.0%，代入式(4)計算：

b+=100×R上限-100；b-=100-100×R下限；

(4)

式(4)中：b+為回收率上限對應的極差值，b-為回收率下限對應的極差值；u(p)為回收率的標準不確定度，urel2為回收率的相對不確定度。由式(2)可知，回收率的不確定度取決于回收率的范圍，因此，消解過程應盡量提高精密度，減小回收率范圍以降低不確定度。經計算，由此引入的鉛、砷的相對不確定度分別為0.021 4、0.013 1。

2.3.4標準溶液引入的不確定度urel4標準溶液引入的不確定度主要包括標準品本身的不確定度和標準溶液配制過程引入的不確定度。

(5)

(3)標準曲線擬合引入的不確定度urel(c3)實驗過程采用5個濃度的標準系列，每個點重復測定3次，采用最小二乘法擬合標準曲線得到線性方程Yi=a+bxi，由此引入的不確定度由式(6)表示：

(6)

由式(3)和表2數據得出，由鉛、砷標準曲線擬合引入的不確定度分別為u(c3-Pb)=0.143、u(c3-As)=0.140。其相對不確定度分別為urel(c3-Pb)= 0.043 6、urel(c3-As)=0.028 5。

表2 ICP-MS法測定茶多酚中鉛和總砷的標準曲線擬合不確定度

綜上，標準溶液引入的不確定度為式(7)：

(7)

經計算，鉛、砷的相對標準不確定度分別為urel(4-Pb)= 0.043 6、urel(4-As)=0.028 6。

(8)

經計算，儀器重復性實驗(隨機)變化引入的相對不確定度分別為urel(5-Pb)= 0.006 6、urel(5-As)=0.007 8。

2.4 結果報告

以上各不確定度分量互不相關，綜合上述各分量urel1、urel2、urel3、urel4、urel5可知，對元素含量測定的不確定度評定影響最大的因素有2個，即樣品前處理過程引入的不確定度urel2和標準溶液引入的不確定度urel4，其他3項為次要分量，具體評估中可忽略。根據合成相對標準不確定度公式：

(9)

經計算，urel(Pb)=0.036、urel(As)=0.032，則擴展不確定度uc=k×urel×m(擴展因子k=2時，對應的置信概率為95%)。當稱樣量為0.2g時，電感耦合等離子體質譜法測定茶多酚片中鉛、總砷含量的結果如下：wPb=0.406±0.029mg/kg、wAs=0.158±0.010mg/kg。

3 結論

本實驗分別對茶多酚片保健食品進行了微波消解前處理，對其中的鉛和總砷進行了ICP-MS法測定，并對測量結果進行了不確定度評定。通過分析各不確定度分量可知，樣品前處理和標準溶液引入的不確定度為主要來源，其他分量在實際工作中可忽略不計。這為今后開展相關工作提供了參考：(1)在標準溶液配制過程中，溶液稀釋的步驟越多，產生的不確定度越大，因此，應盡量減少稀釋步驟；(2)為減少前處理過程引入的誤差，應確保取樣的均勻性和代表性，保證操作過程一致，平行測定，同時盡量減少樣品消解過程中的損失；(3)操作儀器過程中，嚴格按照儀器操作規程進行實驗，減少儀器波動，以降低重復性實驗數據的標準偏差。◇

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