ICP-MS測定硫酸銨中鎳和銅含量的不確定性評定

宋小飛，王紅芳，聶 磊，張 輝，柴青葉，張彥霞

(山西振東制藥股份有限公司，山西 長治 046000)

硫酸銨是一種白色結晶性粉末，在食品行業可用酵母養料[1]、鹽析劑[2]、食品中有效成分的提取和制備[3-5]。醫藥行業中，硫酸銨作為一種藥用輔料，常用作緩沖劑，但《中華人民共和國藥典》2020版[6]僅對其中的鐵鹽進行控制，未對其他元素進行控制。依據ICH Q3D(R1)元素雜質指導原則[7]，藥物制劑需對金屬元素進行風險評估及控制，測定藥物制劑中原輔料中金屬元素含量就顯得尤為重要。目前，硫酸銨生產過程中大量使用不銹鋼器具，需要進一步考查生產過程中由生產容器具浸出的金屬元素，鎳和銅作為不銹鋼主要的部分組成元素，可能由生產容器具引入到硫酸銨成品中。

目前電感耦合等離子質譜具有測定速度快，靈敏度高，線性范圍廣，可多元素同時測定等優點。元素分析過程中，每個步驟都可能影響元素測定準確度的結果，本研究依據JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[8]和CNAS-GL 06-2019《化學分析中不確定度的評估指南》[9]的相關要求，參考相關文獻[10-12]，采用ICP-MS測定硫酸銨中鎳和銅的含量，分析硫酸銨測定過程中的產生的不確定度因素，對各不確定度分量和擴展不確定進行計算，找出影響測定結果的主要因素，為定量評價硫酸銨中金屬元素含量提供依據。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

ICP-MS 8900電感耦合等離子體質譜儀(Agilent)；T-214電子分析天平(上海梅特勒托利多儀器發展有限公司)。

鎳、銅單元素標準溶液(1000 μg/mL)，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；硝酸(優級純)，國藥集團化學試劑有限公司；混合內標液(Bi、Ge、In、Li6、Lu、Rh、Sc、Tb)(100 μg/mL)，Agilent。

硫酸銨，湖南九典制藥股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 供試品溶液制備

精密稱取供試品0.5000 g，至25 mL容量瓶中，用5%的硝酸溶液定容至刻度，搖勻，作為供試品溶液。以5%的硝酸溶液作為空白溶液。

1.2.2 標準曲線溶液及內標溶液的制備

分別精密量取鎳和銅標準溶液各0.5 mL，置10 mL容量瓶中，加5%的硝酸稀釋至刻度，搖勻，作為混合標準儲備液。精密量取該儲備液1 mL置50 mL容量瓶中，加5%的硝酸稀釋至刻度，搖勻，作為混合標準儲備液1。精密量取混合標準儲備液5 mL置25 mL容量瓶中，用5%的硝酸稀釋至刻度，搖勻，作為混合標準儲備液2。精密量取混合儲備液2 0.1 mL、0.5 mL、1 mL、混合儲備液1 0.4 mL、1 mL、2 mL，置100 mL容量瓶中，加5%的硝酸稀釋至至刻度，搖勻，配制成鎳、銅線性標準溶液。精密量取混合內標溶液0.1 mL置100 mL容量瓶中用5%的硝酸稀釋至刻度，搖勻，作為混合內標溶液。

1.2.3 樣品測定

ICP-MS點火穩定后，線性溶液按從低到高進行測定，然后用5%的硝酸溶液清洗系統，待系統清洗干凈后分別進空白溶液和供試品溶液。根據標準曲線直接讀取供試品中鎳和銅的元素的濃度，計算硫酸銨樣品中鎳和銅的含量，計算公式如下：

式中：X——供試品中待測元素的含量，mg/kg

C——標準曲線上讀取的待測元素的濃度，ng/mL

V——供試品定容體積，25 mL

M——供試品的取樣量，g

2 結果與討論

2.1 不確定度來源分析

根據數學模型及整個樣品的配制過程，分析硫酸銨中鎳和銅含量測定的不確定度來源主要有：

(1)供試品稱量引入的不確定度；

(2)方法回收率引入不確定度；

(3)供試品定容引入的不確定度；

(4)線性溶液配制引入的不確定度；

(5)標準曲線擬合引入的不確定度。

2.2 不確定度分量計算

2.2.1 供試品稱量引入的不確定度

根據天平的校準證書，在稱樣量為50 g以下時，天平的示值誤差為±0.5 mg，服從梯形分布，k值為2，則示值誤差引入的不確定度分量為：u(m1)=0.5/2=0.25 mg；天平的偏載誤差為±0.5 mg，則偏載誤差引入的不確定度分量為：u(m2)=0.5/2=0.25 mg；稱量過程中由空盤稱量和加樣稱量兩步完成，由稱量引入的不確定度分量為：

本實驗中稱樣量為0.5000 g，故由稱量引入的相對不確定度為：

2.2.2 方法回收率引入的不確定度

取9份供試品，分成3組，每組加入鎳和銅的量為125 ng，250 ng，375 ng后，按供試品測定方法測定鎳和銅的含量，計算回收率(n=9)。根據CNAS-GL006-2019《化學分析中不確定度的評估指南》[9]進行計算，回收率的不確定度計算公式如下：

方法回收率引入的相對不確定度：

計算結果見表1。

表1 回收率引入的不確定度Table 1 Uncertainty of recovery

2.2.3 供試品定容引入的不確定度

供試品定容過程中引入的不確定度包括容量校準和溫度效應兩個方面，不確定性評定如下。

容量校準引入的不確定度：依據JJG 196-2006《常用玻璃量器》[13]，25 mL A級移液管的允許誤差為±0.03 mL，按三角分布，則標準不確定度為：

供試品定容過程中引入的相對不確定度為：

2.2.4 標準溶液配制引入的不確定度

線性溶液配制引入的不確定度包括：標準物質的不確定度、稀釋過程引入的不確定度兩個方面，結果如下。

(1)標準物質引入的不確定度

查鎳、銅的單元素標準證書，其相對擴展不確定度(k=2)均為0.7%，則標準物質引入的相對不確定度為：

(2)稀釋過程引入的不確定度

溫度標準不確定度:

表2 標準曲線配制過程中引入的不確定度Table 2 Uncertainty of standard curve fitting

標準溶液配制過程中，一共使用了7次100 mL的容量瓶，且相互獨立，故100 mL容量瓶引入的相對標準不確定度為

使用了1次50 mL容量瓶，故50 mL容量瓶引入的相對標準不確定度為

使用了1次25 mL容量瓶，故25 mL容量瓶引入的相對標準不確定度為

使用了1次10 mL容量瓶，故25 mL容量瓶引入的相對標準不確定度為

使用1 mL分度吸量管配制標準溶液時量取體積分別為0.1、0.4、0.5、1.0 mL，其中0.5 mL用了2次且相互獨立，因此得出1 mL刻度吸管引入的相對標準不確定度為

=3.78×10-2

使用2 mL分度吸量管配制標準溶液時量取體積為2 mL，2 mL分度吸量管引入的相對標準不確定度為

使用5 mL分度吸量管配制標準溶液時量取體積為5 mL, 5 mL分度吸量管引入的相對標準不確定度為

則標準溶液的稀釋過程中引入的相對標準不確定度計算公式：

=3.79×10-2

(3)合成標準溶液配制引入的相對不確定度

標準物質的純度及標準溶液配制引入的相對標準不確定度urel(Ni/Cu)為：

2.2.5 標準曲線擬合引入的不確定度

標準曲線擬合引入的不確定度由以下公式計算：

式中:s——標準曲線的殘差的標準差

ci——標準曲線系列溶液中鎳和銅的質量濃度, ng/mL

Ai——標準曲線系列溶液中鎳和銅的質量濃度所對應的響應值

a——標準工作曲線的截距

b——標準工作曲線的斜率

P——對試樣溶液平行測定次數，P=6

N——建立工作曲線用標準溶液測量總次數, 每個標準溶液測量1次,N=6

c——樣品濃度的平均值，ng/mL

標準曲線擬合引入的相對不確定度的計算結果見表3。

表3 標準曲線擬合引入的不確定度Table 3 Uncertainty of standard curve fitting

2.2.6 重復性引入的不確定度

取同一硫酸銨供試品重復測定6次，結果見表4。鎳和銅由重復性引入的相對不確定度：

式中：RSD——測定元素的相對標準偏差

n——測定次數

表4 重復性引入的不確定度(n=6)Table 4 Uncertainty of repeatability (n=6)

2.3 合成標準不確定度計算

合成標準不確定度計算公式為：

取包含因子k=2，置信概率為95%，計算擴展不確定度，U=k×U(C)，根據3.2計算的不確定性分量見表5。

表5 各元素相對標準不確定度Table 5 Relativestangard uncertainties of each element

2.4 實驗結果

取包含因子k=2, 置信區間為95%, 則Ni元素測定的擴展不確定度為:U=2×7.27×10-2=0.145 ng/mL，Cu元素測定的擴展不確定度為:U=2×6.72×10-2=0.134 ng/mL。ICP-MS測定硫酸銨中Ni和Cu含量的真實結果可表示為(178±7.25) ng/g和(115±6.70) ng/g(k=2)。

3 結 論

本研究通過ICP-MS測定硫酸銨中Ni和Cu的含量, 對供試品稱量過程、方法回收率、供試品定容、標準曲線配制、標準曲線擬合和樣品測定的重復性的不確定度進行了分析。在測定過程中, 方法回收率、供試品定容、標準溶液配制、標準曲線擬合和重復性引入的不確定度占主要因素。供試品稱量引入的不確定度較小。因此在配制線性標準溶液過程中，可適當降低稀釋的次數，量取液體時選用與量取液體量接近的量器。設定標準曲線時盡量使待測溶液濃度在標準曲線中間位置，可降低標準曲線擬合引入的不確定度。選用高純試劑和潔凈的玻璃器皿，也可在一定程度上提高測定的準確性。