GFAAS法和ICP-MS法测定水产品中铅含量的不确定度评定

谭秀慧，杨洪生，任娣，陈风蔚，刘畅，李佳佳，*

（1.江苏省水产质量检测中心，江苏南京210017；2.江苏省淡水水产研究所，江苏南京210017；3.农业农村部渔业产品质量监督检验测试中心（南京），江苏南京210017）

铅是一种常见的重金属污染物，由于其毒性大、难降解、且易于生物积累而备受关注[1-4]，国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer，IARC）将铅列为可能的人类致癌物[5]，世界卫生组织-食品添加剂联合专家委员会制定了铅的暂定每周可耐受摄入量（provisional tolerable weekly intake，PTWI）为0.025 mg/kg体质量[6]。由于水体及沉积物中的铅经食物链传递在水生动植物体内富集，之后进入人体，对人体神经系统、消化系统、心血管系统、生殖系统、免疫系统等造成损伤[7]，近年来水产品中铅污染问题越来越得到重视[8-11]，我国《食品中污染物限量》[12]规定鲜、冻水产动物（鱼类、甲壳类、双壳类除外）铅限量值为1.0 mg/kg（去除内脏），鱼类、甲壳类铅限量值为0.5 mg/kg，双壳类铅限量值为1.5 mg/kg。水产品中铅含量的监测已成为一项重要的常规检测项目，也是农业农村部组织开展的全国农产品质量安全检测技术能力验证工作的一项重要考核项目。

水产品中铅的检测方法有石墨炉原子吸收光谱法[13-14]、电感耦合等离子体质谱法[15-17]、火焰原子吸收光谱法[18]和二硫腙比色法、差分脉冲伏安法[19]等。其中，石墨炉原子吸收光谱法（graphite furnace atomic absorption spectrometry，GFAAS）和电感耦合等离子体质谱法 （inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）灵敏度高，适合于水产品中痕量铅的测定。但是，两种方法由于原理不同，其定量限、灵敏度和准确度也存在一定差异。

根据CNAS-CL01-G003《测量不确定度的要求》[20]：实验室应评定和应用测量不确定度，并建立维护测量不确定度有效性的机制；实验室应有具备能力的人员，正确评定、报告和应用测量不确定度。因此，进行不确定评定非常必要，目前已有GFAAS法测定铅含量的不确定度评定的报道[21-22]，而ICP-MS法测定食品中铅的不确定度评价研究很少[23]，查阅文献未见对两种方法测量不确定度进行比较的研究。

本试验尝试在方法学中引入不确定度，依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[24]分析比较两种方法的测量不确定度，从而直观的比较两种方法的准确度，以期为实验人员根据需求选择合适的检测方法提供依据，同时通过分析不确定度来源，找出影响测定结果的主要因素，为水产品中铅元素测定的质量控制提供参考，以提高测定结果的准确性和可靠性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

英国FAPAS质控样品蟹肉罐头T07279QC（铅含量参考值 48.1 μg/kg，|z|≤2 时，含量范围 27.0 μg/kg～69.3μg/kg）：FeraScience公司；铅标准储备液（100mg/L）：国家有色金属及电子材料分析测试中心；硝酸（优级纯）、磷酸二氢铵（优级纯）、过氧化氢（优级纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Agilent 280 DUO原子吸收光谱仪：美国Agilent公司；ELAN DRC-e型电感耦合等离子质谱仪：美国PerkinElmer仪器公司；Milli-Q Integral 5超纯水仪：美国Millipore公司；TE612-L电子天平：德国Sartorius公司；ETHOS ONE微波消解仪：意大利Milestone公司；EH20A plus赶酸仪：美国LabTech公司。

1.3 试验方法

参考GB5009.12-2017《食品安全国家标准食品中铅的测定》[25]中试验方法。

1.3.1 标准溶液的配制

标准中间液（1.00 μg/mL）：准确移取铅单元素溶液标准物质1.00 mL，用体积分数0.5%硝酸稀释并定容至100 mL容量瓶。

标准工作液：吸取适量铅标准储备液，用5%硝酸溶液逐级稀释配成质量浓度分别为0.00、1.00、2.00、5.00、10.00、20.0 μg/L 的标准工作液，供 ICP-MS 法分析；质量浓度为10.00 μg/L的标准工作溶液同时作为GFAAS法自动进样的母液。

1.3.2 样品前处理

称取样品0.5 g（精确到0.000 1 g），置于干净的微波消解罐内罐中，加入 5 mL硝酸（ρ=1.42 g/mL）、2 mL超纯水、1 mL过氧化氢（ρ=1.12 g/mL）密封，放入微波消解仪，先在1 500 W消解功率下，用8 min升至140℃，保持2 min，再在1 000 W消解功率下，用10 min升至200℃，保持10 min，待消解结束，系统冷却后，取出内罐，用少量水冲洗内盖，把消解罐置于赶酸仪于100℃赶酸30 min，用超纯水定容至10 mL容量瓶，混匀上机待测。同时做试剂空白试验。

1.3.3 GFAAS法测定水产品中的铅

调整仪器至最佳工作状态，待仪器稳定后，以磷酸二氢铵（10 g/L）为基体改进剂，测定铅的含量。仪器测量条件为：波长283.3 nm，狭缝0.5 nm，灯电流10 mA，干燥温度 85、95、120 ℃，干燥时间 5、40、10 s；灰化温度400℃，灰化时间8 s；原子化温度2 100℃，原子化时间3 s。

1.3.4 ICP-MS法测定水产品中的铅

对仪器工作参数进行优化，保证仪器达到最佳工作状态，具体参数见表1。以209Bi为内标测定铅的含量。

表1 ICP-MS工作参数Table 1 The instrument parameters of ICP-MS

2 结果与分析

2.1 建立数学模型

铅含量测定按公式计算：

式中：X为试样中铅含量，μg/kg；C为样品消化液中扣除空白后铅的含量，μg/L；V为消化液定容总体积，mL；m 为样品质量，g。

2.2 不确定度来源分析

依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[24]，根据测定的具体操作过程和数学模型分析，水产品中铅测定的不确定度分量主要来源有：测量结果的重复性（A类评定）、标准溶液配制（B类评定）、称量过程（B类评定）、定容体积（B类评定）、标准曲线拟合（A类评定）、方法回收率（A类评定）。

2.2.1 测量结果的重复性引入的不确定度urel（X）

主要来源于天平称量、容量瓶定容体积、移液器移液、仪器波动以及人员操作等重复性过程，可通过样品的重复测定进行评定，准确称取样品6份，按照实验方法进行测定，使用贝塞尔公式计算标准偏差式中：n为样品测定次数；Xi代表每次样品中铅的测量值，μg/kg；X代表样品中铅测量的平均值，μg/kg；测量结果的重复性引入的标准不确定相对标准不确定度算结果见表2。

表2 样品中铅含量测定结果Table 2 Contents of lead in samples

2.2.2 标准溶液配制引入的不确定度urel（Cb）

主要包括所购买标准物质的不确定度、移液器和容量瓶的不确定度。

2.2.2.1 标准物质引入的不确定度urel（Cs）

根据铅标准物质证书，其相对扩展不确定度为（k＝2）为1%，则相对标准不确定度

2.2.2.2 标准溶液配制引入的不确定度

1 mL移液器引入的不确定度urel（P1mL）：依据JJG 196-2006《移液器检定规程》[26]，1 mL移液器的最大容量允差为±1.0%，按矩形分布，则标准不确定度故由移液器引入的相对不确定度为

100mL容量瓶引入的不确定度urel（F100mL）：依据JJG 196-2006《常用玻璃量器检定规程》[27]，20℃时，100 mL容量瓶允差为±0.10 mL，按矩形分布，则容量瓶容量允差产生的标准不确定度相对不确定度为

通常情况下，标准溶液配制是在20℃条件下进行，温差为±5℃。由于液体的体积膨胀系数远远大于玻璃器皿的体积膨胀系数，故温度引入的不确定度只考虑液体，已知水的膨胀系数为2.1×10-4，按矩形分布，，相对标准不确定度为：所以由100 mL容量瓶引入的相对不确定度为：

25 mL容量瓶引入的不确定度urel（F25mL）：20℃时，25 mL容量瓶允差为±0.03 mL，由25 mL容量瓶引入的相对不确定度为urel（F25mL）=0.000 921。

10 mL容量瓶引入的不确定度urel（F10mL）：20℃时，10 mL容量瓶允差为±0.02 mL，由10 mL容量瓶引入的相对不确定度为urel（F25mL）=0.001 30。

根据标准溶液配制过程，GFAAS法标准溶液配制引入的不确定度为：

ICP-MS法标准溶液配制引入的不确定度为：

2.2.3 称量过程引入的不确定度urel（m）

电子分析天平的不确定度urel（m），采用B类方法评定，所使用的天平经检定为Ⅰ级合格，依据检定证书和JJG 1036-2008《电子天平检定规程》[28]，该天平在称量范围为0～50 g范围内，最大示值误差为±0.000 5 g，按矩形分布，则标准不确定度天平分辨率为0.000 1 g，按矩形分布，其相对标准不确定度为两者合成标准不确定度0.000 409 g，该称量的相对不确定度0.000 818。

2.2.4 定容体积引入的不确定度urel（V）

依据JJG 196-2006《常用玻璃量器检定规程》[27]，20℃时，10.0 mL容量瓶允差为±0.02 mL，同2.2.2节计算，可知由样品消解液定容引入的相对不确定度urel（V）为0.001 30。

2.2.5 标准曲线拟合引入的不确定度urel（Y）

按照试验方法测定标准系列溶液，每个点测3个平行。采用最小二乘法对数据进行拟合，GFAAS法标准曲线为 y=0.002 95x+0.002 96，r=0.997 5；ICP-MS 法标准曲线为y=0.017 1x+0.004 3，r=0.999 8。标准系列溶液测定结果见表3。

表3 标准系列溶液测定结果Table 3 Contents of standard series solution

标准曲线拟合所引入的不确定度

其中，p为标准溶液测定总次数（p＝18）；n为测试样品的测量次数（n＝6）；SY为拟合曲线的剩余标准差，μg/L；b为拟合曲线斜率；C为被测样品溶液的质量浓度估计值，用被测样品溶液质量浓度的平均值表示，μg/L；Ci为绘制标准曲线的全部Ci值的平均值，μg/L，标准曲线拟合所引入的不确定度计算结果见表3。

2.2.6 方法回收率引入的不确定度（urel（R））

GFAAS法6次平行测定样品中的铅含量，回收率分别为：104%、97.7%、105%、102%、105%、104%，平均回收率为103%，ICP-MS法为96.3%、98.8%、101%、104%、102%、99.5%，平均回收率为100%，，式中R为极差，n为测量次数，C为极差系数，n=6时，查表[24]得C=2.53，自由度为4.5，根据t检验判断平均回收率与1.0无显著差异，故可以直接用回收率平均值的标准偏差表示方法回收率引入的标准不确定度，则GFAAS法和ICP-MS法方法回收率引入的不确定度分别为：0.012 2、0.011 9。

2.3 合成标准不确定度u与扩展不确定度U

相对合成标准不确定度 urel=GFAAS法和ICP-MS法计算结果分别为0.077 8、0.045 5，合成标准不确定度u=X×urel，扩展不确定度U=k×u，95%置信度水平下，取扩展因子k=2，计算结果分别为7.70、4.39 μg/kg，各不确定度分量影响大小见表4。

表4 水产品中铅含量测定的不确定度分量Table 4 Uncertainty components of determination of lead in aquatic products

从以上不确定来源分析结果可知：首先，GFAAS法和ICP-MS法测定水产品中铅含量时，对不确定来源贡献最大的是标准曲线拟合，这与猪肉[21]、粮食[22]和泡菜[29]中铅含量的不确定度评定研究结果一致。由计算过程可知，样品溶液的被测元素浓度，越接近校准标准溶液系列的平均浓度值时，由最小二乘法拟合工作曲线引入的不确定度越小。高瑞峰等[30]在使用ICPMS法测定淀粉中的铝时，通过调整标液系列浓度和增加测量次数，使标准曲线拟合引入的不确定度显著降低。因此选择适当浓度梯度的标准工作曲线，有助于减小由标准曲线拟合引入的不确定度。此外，增加标准工作曲线每个点的测定次数，控制标准曲线校准过程，加强对仪器的保养维护，提高仪器的灵敏度等，都有助于方法的改进。两种方法相比，该分量数值GFAAS法明显高于ICP-MS法，分析原因可能是GFAAS法曲线配制过程由仪器自动稀释完成，若采用手动配制，或可在一定程度上降低其不确定度。

其次，方法回收率、测量结果的重复性、标准溶液配制等也对试验造成一定误差，称量过程和定容体积引入的不确定度可忽略，这与其它重金属如铝[30]、镉[31]的不确定评定结果相似。（1）测量重复性包括天平称量、容量瓶定容、移液器移液、仪器波动及人员操作等重复性过程，可通过增加平行样的测定次数和每个样品的重复测量次数，使用检定合格的分析天平和玻璃量器，严格遵守实验操作步骤和仪器的操作规程，以降低其引入的不确定度，吴坚等[32]使用ICP-MS法测定糕点中铝含量时，对样品重复测定11次，其引入的不确定度较小，为0.005 14。试验中ICP-MS法测量重复性引入的不确定度较GFAAS小，分析原因主要是由于ICP-MS仪器灵敏度高、波动小。（2）通过严格控制样品的消解过程，选择合适的条件使样品消化完全，降低样品在消解、赶酸、转移过程中的损失或污染，增强仪器的稳定性，减少测定时可能产生的干扰，提高测试人员操作技能与熟练程度，可降低方法回收率引入的不确定度。由于ICP-MS仪器稳定性更好，故方法回收率引入的不确定度分量较小。（3）标准溶液配制时尽量选用较大体积的容量瓶，少用极小体积量的移液器，可减小其引入不确定度。此外，使用高纯度的有证标准物质，使用适当浓度的标准中间液都将有助于减少标准溶液配制引入的不确定度。由计算过程可知，本试验中ICP-MS法稀释次数较多，因而标准溶液配制引入的不确定度较大。

两种方法相比，GFAAS法的不确定度数值高于ICP-MS法，因此，测量水产品中痕量铅时，在条件允许的情况下，建议选用ICP-MS法以提高检测结果的准确性和可靠性。

3 结论

GFAAS法和ICP-MS法测定水产品中铅含量时，不确定度分别为7.70、4.39 μg/kg，标准曲线拟合是造成试验误差的主要因素，其次为方法回收率、测量结果的重复性、标准溶液配制。GFAAS法的不确定度数值高于ICP-MS法。