ICP-MS法和HPLC-HG-AFS法測定嬰幼兒配方奶粉中硒質量濃度不確定度的比較

郭金喜，王霞，孫蕾

(新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，國家農副產品質量監督檢驗中心，烏魯木齊830011)

0 引言

硒是人體必需微量元素之一[1-5]，乳粉是嬰兒的主要食物，嬰兒食用硒含量低的乳粉可能會引起硒缺乏，對嬰兒健康有重大影響，特別是對體質量較輕的新生兒，危害會更大[6]。近年來,一些嬰幼兒配方奶粉中有強化添加硒的傾向。ICP-M S法和HPLC-HGAFS法具有技術靈敏度高，檢出限低等優點，但其原理和靈敏度各不相同，定量限和一定濃度范圍內的準確度也存在較大差異[7-10]。本實驗嘗試在方法學中引入不確定度，對ICP-M S法和HPLC-HG-AFS法測定嬰幼兒配方粉中硒含量的不確定度進行分析，比較直觀的分析2種檢測方法在該情況下所出具檢測報告的準確度，以期為檢驗人員根據實驗室條件合理的選擇具體的檢測方法[11-13]。

1 實驗

1.1 材料及試劑

嬰幼兒配方奶粉購買國產某品牌嬰幼兒配方奶粉及若干批次。

硒標準物質：100m g/L（GBW0 866）（1%鹽酸溶液介質）；硝酸（優級純）；磷酸二氫銨（優級純）；硼氫化鉀（純度大于等于95%）；鐵氰化鉀（優級純）；公司甲醇（色譜純）；實驗用水為超純水（18.2MΩ/cm）；調諧液(7Li，89Y，140Ce，205T l，59Co)為 10μg/L；0.5%KOH+2%KBH4-0.1%K I現配現用。

1.2 儀器與設備

iCAPQ ICP-M S儀；Mars6微波消解儀；HPLCAFS9800高效液相色譜—雙道原子熒光分光光度計（配有砷-汞空心陰極燈）；M A235F型pH計：比郎超聲波清洗儀；Milli–Q Element純水器；梅特勒-托利多AL204型電子天平；Dionex IonPac AS10陰離子交換柱(250 mm×4 mm i.d,5μm)；實驗用所有玻璃和聚四氟乙烯器皿均以20%（體積分數）的硝酸浸泡24 h，用去離子水沖洗干凈。

實驗中所涉及到的儀器配件均為原廠原裝，使用的氣體均滿足實驗要求。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

嬰幼兒配方奶粉基體復雜，富含蛋白質和油脂，比常規樣品難消化徹底，在不影響檢測準確度及精密度的情況下，盡量減少樣品稱樣量。準確稱取約0.5（精確至0.0001 g）樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入硝酸5.0 m L，雙氧水1.0 m L，振搖混合均勻，放置2 h，于電熱板上180℃預消化約2 h，冷卻后補加3 m L硝酸，然后密封好消化管，放入微波消解器，微波消解程序如表1所示。

表1 微波消解程序

消解完畢后，放入石墨消解儀以120℃繼續加熱至至剩0.5～1.0m L，不可蒸干。冷卻后，用去離子水少量多次洗滌定容至10 m L容量瓶搖勻備用。同時做空白實驗。

1.3.2 標準系列的配制

標準中間液：準確移取硒單元素溶液標準物質1.00 m L，用體積分數0.5%硝酸（以濃硝酸為基準）稀釋并定容至100.0m L容量瓶，質量濃度為10.0μg/m L。

標準工作液：先用體積分數0.5%硝酸將標準中間液稀釋成1.00μg/m L，再稀釋成質量濃度分別為0.00，10.00，20.00，30.00，40.00，50.00 ng/m L的標準工作液，供ICP-M S法和HPLC-HG-AFS法使用[14]。

1.3.3 ICP-M S工作條件

按照ICP-M S儀器操作手冊，調整儀器至最佳工作狀態，使用調諧液對儀器進行優化，優化后儀器性能和測定條件，待儀器穩定后。按照表2操作條件，分別測定1.3.1節處理的空白溶液、樣品溶液和1.3.2節配制的標準溶液中硒的含量。

實際測定結果證明在不使用內標和反應氣的條件下，單用矯正公式來測定以上兩個元素結果不理想，故需要進行反應氣優化和內標的校正。在此條件選取儀器推薦的78Se和作為測定對象，同位素修正方程采用EPA20018標準干擾方程，82Se:-1.008696*83K r。

1.3.4 HPLC-HG-AFS工作條件

表2 ICP-MS儀操作條件

圖1 ICP-MS硒標準系列工作曲線

HPLC-HG-AFS聯用儀由HPLC、形態分析預處理裝置和AFS-9130原子熒光光譜儀3部分組。本研究選用D ionex IonPac AS 10陰離子交換柱(250 mm×4 mm id,5μm)進行了硒的分離條件優化，在離子交換色譜分離中，廣泛使用磷酸氫二胺作為流動相。本文考察了不同濃度和pH值條件下磷酸鹽緩沖液對50 ng/m L硒標準溶液的分離情況。HPLC-HG-AFS優化后的工作參數如表3所示。

表3 HPLC-HG-AFS工作參數

圖2 硒的4種形態等度分離圖譜

圖3 HPLC-HG-AFS硒標準系列工作曲線

2 結果與分析

2.1 數學模型

不確定度的計算，首先要明確被測值計算的數學模型，從而分析其可能的不確定來源。只有當影響被測值不確定度的基本因素都被考慮在內，所得到的各自的相對不確定度值才可以在整個計算中被采納[15-17]。本實驗中嬰幼兒配方奶粉中硒質量濃度計算數學模型為

式中：X試樣中硒質量濃度(μg/m L)；C試樣消化液測定質量濃度（ng/m L）；C0為試樣空白消化液測定質量濃度（ng/m L）；m為試樣質量（g）；V試樣消化液總體積（m L）。

從數學模型看出，各影響參數相互獨立，各自的不確定度直接影響被測值X的不確定度。利用相對標準不確定度合成合成標準不確定度，參考JJF 1059-1999可知，合成標準不確定度：

2.2 不確定度分量的主要來源及其分析

根據測定的具體操作過程和數學模型分析，嬰幼兒配方奶粉中硒測定的不確定度分量主要來源于以下幾個方面[18-20]：樣品前處理過程引入的不確定度、測試過程的隨機效應（測量重復性）、標準曲線擬合、定標準溶液、容體積、稱樣質量、測量儀器、試樣的均勻性（由于試樣是非常細的固體粉末，其均勻性很好，所以試樣均勻性引起的不確定度可以忽略）。詳見表4。

表4 不確定度來源及類型

2.3 不確定度分量的計算

2.3.1 樣品前處理過程引入的不確定度

樣品前處理過程較多，每一步操作都會引入誤差，要逐步分析其對總不確定度的貢獻是相當困難的，可通過加標回收統一評定不確定度。即用回收率平均值的標準偏差評估樣品前處理過程引入的標準不確定度，同時根據t檢驗判斷平均回收率是否與1.0有顯著性差異若12.71[21],則與1沒有顯著性差異，此時直接用回收率平均值的標準偏差表示回收率的標準不確定度，否則，乘以回收率校正因子修正計算結果[22]。本實驗回收率數據及不確定度評估結果見表5。

表5 回收率引入的不確定度評估結果

2.3.2 測試過程的隨機效應（測量重復性）

隨機效應產生于影響量的不可預測的變化。隨機效應不確定度主要來自幾個方面，即樣品代表性、進樣的重復性、樣品均勻性、體積刻度充滿的重復性和儀器測量的重復性等。樣品測試過程中，隨機效應所導致的不確定度可以通過樣品的重復測定進行評定，屬于A類評定。實驗中對隨機抽取的樣品進行3次平行測定，對隨機效應引入的不確定度進行評定。3次測量的隨機效應導致的不確定度根據下式計算：

表6 重復測定測量結果(n＝3) mg/kg

2.3.3 標準曲線擬合所引入的擬合不確定度

ICP-M S法和HPLC-HG-AFS法標準溶液的響應值以及采用最小二乘法擬合得到標準曲線的線性回歸方程f（x）=a＋bx，方程的線性相關系數R2、殘余標準誤差s和標準不確定度為；ICP-M S法線性回 歸 方 程 為 ：a=276.33、b=93.718R2=0.9999、S=4718.4、UⅢrel=0.028；HPLC-HG-AFS法線性回歸方程為：a=0.8668、b=28.339、R2=0.9998、S=22.25、UⅢrel=0.030。硒標準溶液測量結果如表果7所示。

表7 5個不同質量濃度的硒標準溶液測量結果

式中：n為標準溶液測定總次數，本研究中n＝10；p為測試樣品的測量次數，p＝3；s為殘余標準差（ng/m L）；b為擬合曲線截距；c為被測樣品溶液的質量濃度估計值，用被測樣品溶液質量濃度的平均值表示（ng/m L）；為繪制標準曲線的全部ci值的平均值ci（ng/m L）；Scc為標準溶液質量濃度殘差之和（ng/m L）[25]。

2.3.4 標準溶液引入的不確定度

標準溶液引入的不確定度主要由標準溶液稀釋所引入，包括所購買標準物質的不確定度、移液管和容量瓶的不確定度。

2.3.4.1 硒標準物質的相對標準不確定度

根據硒標準物質證書可知其標準不確定度為1μg/m L、k＝2，則up=1/2=0.5μg/m L，相對標準不確定度uprel=0.5/100=0.005。

2.3.4.2 標準工作溶液配制過程中玻璃量具校準產生的不確定度評定

配制標準品溶液時，首先用50 m L單標線容量瓶配制標準貯備液，然后分別單標線移液管移取1，2，5 m L標準貯備液至100 m L單標線容量瓶中，定容后作為標準工作液。整個過程用到了1，2，5m L單標線移液管和100 m L單標線容量瓶。按照JJG 196-2006《常用玻璃量具檢定規程》的要求[26]，A級1，2，5 m L單標線移液管的最大允差分別為±0.007，±0.010，±0.015；A級50 m L和100 m L單標線容量瓶的最大允差為±0.05 m L±0.10 m L，按照矩形分布考慮，k=3，由此計算不確定度如表8所示。

表8 玻璃量具校準的不確定度

由于2種方法所用的標準溶液，其稀釋過程一致。因此2種方法中，標準溶液引入的不確定度也一樣。根據表5，合成相對標準不確定度為

2.3.5 定容體積引入的不確定度

2.3.5.1 定容體積的不確定度

ICP-M S法中和HPLC-HG-AFS法，將消解好的樣品溶液，用去離子水反復多次沖洗定容至10.0 m L，容量瓶允差為±0.02 m L，按矩形分布k＝31/2計算，其不確定度為：

2.3.5.2 定容溫度的不確定度

溫度變大引起的液體膨脹明顯大于容量瓶的體積膨脹，因此，只考慮溫度變大即可。已知水的體積膨脹系數為2.1×10-4℃-1，容量瓶是在20℃溫度校準時為10.00m L，當標準配制室溫度在（20℃±5℃）時引起的不確定度為

定容至10m L容量瓶引入的合成相對不確定度為

2.3.6 稱樣質量引入的不確定度

所使用的天平經檢定為Ⅰ級合格，依據檢定證書和JJG 1036—2008《電子天平檢定規程》[27]，天平校準允許的最大誤差為±0.0001g，稱取嬰幼兒配方奶粉0.5 g，按矩形分布k＝31/2，2次稱量后獲得樣品質量（天平清零也帶來稱量的不確定度），計算引入的相對標準不確定度為：UⅥ＝0.0001×21/2/31/2＝0.000082 g，實驗稱取約0.5 g樣品，則UⅥ＝0.00016。

2.3.7 測量儀器引入的不確定度

根據儀器檢定證書，硒質量濃度為50 ng/m L時，ICP-M S儀器的不確定度為 0.6 ng/m L（k=2），即ICP-M S儀器的相對標準不確定度 UⅦ（I）=0.006；硒質量濃度在50 ng/m L范圍內時，HPLC-HG-AFS儀器的不確定度為2%（k=2），即HPLC-HG-AFS儀器的相對標準不確定度UⅦ（H）=0.01。

2.4 合成標準不確定度uc擴展不確定度U的計算

由表9可以看出，通過對2種方法不確定度分量的分析與比較得知對不確定分量影響順序是是測定過程的樣品前處理、測試隨機效應、標準曲線擬合和測量儀器等，而定容體積、標準溶液、樣品稱量引入的相對標準不確定度度非常小可以忽略不計。由結果可知各不確定度來源的不確定度數值都是HPLC-HG-AFS法大于ICP-M S法。本次實驗所用嬰幼兒配方粉中硒的添加量為0.21 m g/kg，所以兩種方法不確定度對檢測結果都不會造成影響。

3 結論

本文討論了應用電感耦合等離子體質譜法和高效液相色譜-氫化物-原子熒光光譜法（HPLC-HG-AFS）測定嬰幼兒配方奶粉中硒含量不確定度的比較。通過實驗結果比較得出以下結論：（1）測定嬰幼兒配方奶粉中的硒含量時，影響測量結果的主要不確定度來源為：樣品前處理、測試過程的隨機效應、標準曲線擬合和測量儀器，而定容體積與樣品稱量引入的相對標準不確定度較小可以忽略。因此，在今后的檢測過程中，應加強對這幾個方面的質量控制，以保障檢測結果的準確性；（2）同時，從2種方法的不確定度評估過程和結果來看，HPLC-HG-AFS法的不確定度數值都大于ICP-M S法，因此，在條件允許的情況下，應根據精度要求，選用合適的儀器進行檢測，如出現不符合標準的樣品，建議采用ICP-M S法進行復核。

表9 影響嬰幼兒配方奶粉中硒測定結果的不確定度分量

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