微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定香菇中總砷含量的不確定度評定*

饒 琛，張維波，陳 翔，林 佳，陳曉明,應露瑤

(麗水市質量檢驗檢測研究院，浙江 麗水 323000)

食用菌是被人們公認的“健康食品”，它具有非常豐富的營養價值，富含蛋白質、氨基酸、維生素等營養成分及活性多糖等藥理活性成分，而且風味獨特，不僅具有較高的營養價值，醫療保健功能也非常重要[1]。但是在栽培過程中，食用菌對包含砷元素在內的多種重金屬元素，具有一定的轉化或者富集作用。現有研究表明，重金屬元素通過食物鏈進入人體，從而影響食用者的健康，因此總砷是食用菌及其制品中重要的安全指標。

電感耦合等離子體質譜法的出現，幾乎取代傳統的元素分析技術，它具有質量掃描速度快、運行周期短、抗干擾能力強、檢出限低、靈敏度高等優點，被公認為最理想的無機元素分析方法，廣泛地應用于食品檢測領域[2]。然而作為一種痕量分析技術, 實驗中每一個步驟都可能會對測定結果產生影響[3]。為了保證測量結果的科學有效、檢測結果的可靠性，許多學者通過研究測量不確定度，來判定影響檢測結果的關鍵因素[4]。

本文以香菇為例，通過微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定總砷元素含量，分析不確定度來源，計算擴展不確定度，建立微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定香菇中總砷元素的不確定度評定方法，為準確評估食品質量安全風險提供科學方法，為有效控制實驗室測定結果質量提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

HP7900電感耦合等離子體質譜儀，美國安捷倫公司；Multiwave PRO 微波消解儀，奧地利Anton Paar(安東帕)公司；AR224CN分析天平，奧豪斯儀器公司；100～1000 μL手動移液器，德國Eppendorf公司。

ICP-MS分析用多元素標準溶液：100 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；硝酸：優級純，德國Merck公司。

香菇樣品：本地市場購得。

1.2 標準溶液制備

1 μg/mL標準中間液配制：取0.5 mL標準溶液至50 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容。

標準工作液配制：分別用1%硝酸溶液，將上述中間液稀釋成濃度為1、2、5、10 μg/L的標準工作液。

1.3 樣品前處理

稱取粉碎混勻的樣品約0.5 g(精確至0.0001 g)于微波消解罐中，加入5.00 mL硝酸，加蓋放置過夜后，旋緊置于微波消解儀，設置消解程序為80 ℃保持5 min，120 ℃保持7 min，160 ℃保持5 min，升溫時間均為30 min。消解結束，待冷卻后定容至50 mL容量瓶中，混勻備用。

1.4 樣品測定

將儀器調整至最佳工作狀態，ICP-MS的儀器條件：射頻功率：1.55 kW；采樣深度：8.0 mm；等離子體氣體流量：15.0 L/min；霧化氣流速：1.06 L/min；輔助氣體氣流速：0.8 L/min；霧化室溫度：2 ℃；碰撞池He氣流速：4.3 mL/min；以釔(89Y)為內標元素，測定標準溶液和樣品溶液中砷(75As)的含量。

2 不確定度評定

2.1 數學模型建立

根據測定原理及方法，建立數學模型：

式中：X為香菇中總砷含量，mg/kg；C和C0為樣品消解液和空白溶液中總砷的質量濃度，μg/L；V為消解液定容體積，mL；M為樣品稱樣量，g。

2.2 不確定度分量分析

由實驗過程和數學模型分析，不確定度的主要來源[5]為：樣品稱量過程；樣品消解液定容過程；標準物質引入；標準曲線擬合；測定重復性；回收率測定。

2.3 不確定度分量量化

2.3.1 樣品稱量過程引入的不確定度Urel(M)

考慮到稱量過程包含去皮和稱樣，稱樣量的平均值為0.5000 g，則樣品稱樣引入的不確定度為：

2.3.2 樣品消解液定容引入的不確定度Urel(V)

因此樣品定容引入的相對標準不確定度為:

2.3.3 標準物質引入的不確定度Urel(std)

標準物質引入的不確定度主要包含2個方面，一是標準物質自身引入的不確定度； 二是在配制標準溶液過程中引入的不確定度。

試驗中使用國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供的100 μg/mL的ICP-MS分析用多元素標準溶液，編號為GNM-M221630-2013，標準樣品證書給出的擴展不確定度為U=1%(k=2)，所以相對標準不確定度Urel(C)=0.005。

砷標準溶液稀釋系列見表1所示。

表1 標準溶液系列稀釋結果Table 1 Serial dilution results of standard solution

標準系列溶液配制過程中，100 μL移液器使用量分別為50 μL和100 μL，故100 μL移液器引入的標準不確定度為：

綜上所述，標準物質引入的不確定度為：

2.3.4 樣品測量重復性引入的不確定度Urel(rep)

測量重復性引入的不定度為：

2.3.5 標準曲線擬合引入的不確定度Urel(Cel)

表2 標準曲線擬合引入的不確定度Table 2 Uncertainty introduced by standard curve fitting

在相同的儀器參數下，采用內標法測定標準系列5組溶液和樣品消解液，每組測定3次去平均值，測得平均cps值，結果見表2所示。

標準曲線擬合的不確定度計算如下：

式中:S(y)為殘差標準偏差，計算如下：

則標準曲線擬合引入的相對標準不確定度為：

2.3.6 加標回收率引入的不確定度Urel(R)

在樣品的消解，定容和測定的過程中，待測元素可能出現損失或者污染的情況，造成待測元素不能100%進行測定，可通過加標回收實驗評定此過程中產生的不確定度。加標實驗平行測定6次，計算加標回收率。測得加標回收率分別為98.82%、96.56%、101.8%、98.73%、94.25%和100.1%，平均值為98.39%，標準偏差為：

則加標回收率引入的相對標準不確定度:

2.3.7 合成不確定度及擴展不確定度Urel(X)

總砷的各相對不確定度分量見表3所示。

表3 總砷的不確定度分量匯總表Table 3 Summary of uncertainty components oftotal arsenic

則合成相對標準不確定度為：

=0.0458

3 結 論

根據實驗結果，通過分析不確定度來源，計算量化分量不確定度，可以發現，采用微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定香菇中總砷含量，對結果不確定度貢獻最大的是標準曲線擬合和測量重復性測量，其次是加標回收率和標準物質，樣品稱量和消解液的定容的影響可忽略不計。本次試驗中，總砷的測定屬于痕量分析，當待測物含量處于較低水平時，通過選擇合適的標準曲線濃度范圍，可以大大降低測量結果不確定度[9]。同樣，在痕量分析中，測量重復性容易產生較大的不確定度，主要由于待測物消解損失和本底污染，可以通過選擇合適的消解程序和優化儀器參數等方法降低不確定度，以確保測定結果的準確性[10]。