微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定香菇中总砷含量的不确定度评定*

饶 琛，张维波，陈 翔，林 佳，陈晓明,应露瑶

(丽水市质量检验检测研究院，浙江 丽水 323000)

食用菌是被人们公认的“健康食品”，它具有非常丰富的营养价值，富含蛋白质、氨基酸、维生素等营养成分及活性多糖等药理活性成分，而且风味独特，不仅具有较高的营养价值，医疗保健功能也非常重要[1]。但是在栽培过程中，食用菌对包含砷元素在内的多种重金属元素，具有一定的转化或者富集作用。现有研究表明，重金属元素通过食物链进入人体，从而影响食用者的健康，因此总砷是食用菌及其制品中重要的安全指标。

电感耦合等离子体质谱法的出现，几乎取代传统的元素分析技术，它具有质量扫描速度快、运行周期短、抗干扰能力强、检出限低、灵敏度高等优点，被公认为最理想的无机元素分析方法，广泛地应用于食品检测领域[2]。然而作为一种痕量分析技术, 实验中每一个步骤都可能会对测定结果产生影响[3]。为了保证测量结果的科学有效、检测结果的可靠性，许多学者通过研究测量不确定度，来判定影响检测结果的关键因素[4]。

本文以香菇为例，通过微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定总砷元素含量，分析不确定度来源，计算扩展不确定度，建立微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定香菇中总砷元素的不确定度评定方法，为准确评估食品质量安全风险提供科学方法，为有效控制实验室测定结果质量提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

HP7900电感耦合等离子体质谱仪，美国安捷伦公司；Multiwave PRO 微波消解仪，奥地利Anton Paar(安东帕)公司；AR224CN分析天平，奥豪斯仪器公司；100～1000 μL手动移液器，德国Eppendorf公司。

ICP-MS分析用多元素标准溶液：100 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心；硝酸：优级纯，德国Merck公司。

香菇样品：本地市场购得。

1.2 标准溶液制备

1 μg/mL标准中间液配制：取0.5 mL标准溶液至50 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容。

标准工作液配制：分别用1%硝酸溶液，将上述中间液稀释成浓度为1、2、5、10 μg/L的标准工作液。

1.3 样品前处理

称取粉碎混匀的样品约0.5 g(精确至0.0001 g)于微波消解罐中，加入5.00 mL硝酸，加盖放置过夜后，旋紧置于微波消解仪，设置消解程序为80 ℃保持5 min，120 ℃保持7 min，160 ℃保持5 min，升温时间均为30 min。消解结束，待冷却后定容至50 mL容量瓶中，混匀备用。

1.4 样品测定

将仪器调整至最佳工作状态，ICP-MS的仪器条件：射频功率：1.55 kW；采样深度：8.0 mm；等离子体气体流量：15.0 L/min；雾化气流速：1.06 L/min；辅助气体气流速：0.8 L/min；雾化室温度：2 ℃；碰撞池He气流速：4.3 mL/min；以钇(89Y)为内标元素，测定标准溶液和样品溶液中砷(75As)的含量。

2 不确定度评定

2.1 数学模型建立

根据测定原理及方法，建立数学模型：

式中：X为香菇中总砷含量，mg/kg；C和C0为样品消解液和空白溶液中总砷的质量浓度，μg/L；V为消解液定容体积，mL；M为样品称样量，g。

2.2 不确定度分量分析

由实验过程和数学模型分析，不确定度的主要来源[5]为：样品称量过程；样品消解液定容过程；标准物质引入；标准曲线拟合；测定重复性；回收率测定。

2.3 不确定度分量量化

2.3.1 样品称量过程引入的不确定度Urel(M)

考虑到称量过程包含去皮和称样，称样量的平均值为0.5000 g，则样品称样引入的不确定度为：

2.3.2 样品消解液定容引入的不确定度Urel(V)

因此样品定容引入的相对标准不确定度为:

2.3.3 标准物质引入的不确定度Urel(std)

标准物质引入的不确定度主要包含2个方面，一是标准物质自身引入的不确定度； 二是在配制标准溶液过程中引入的不确定度。

试验中使用国家有色金属及电子材料分析测试中心提供的100 μg/mL的ICP-MS分析用多元素标准溶液，编号为GNM-M221630-2013，标准样品证书给出的扩展不确定度为U=1%(k=2)，所以相对标准不确定度Urel(C)=0.005。

砷标准溶液稀释系列见表1所示。

表1 标准溶液系列稀释结果Table 1 Serial dilution results of standard solution

标准系列溶液配制过程中，100 μL移液器使用量分别为50 μL和100 μL，故100 μL移液器引入的标准不确定度为：

综上所述，标准物质引入的不确定度为：

2.3.4 样品测量重复性引入的不确定度Urel(rep)

测量重复性引入的不定度为：

2.3.5 标准曲线拟合引入的不确定度Urel(Cel)

表2 标准曲线拟合引入的不确定度Table 2 Uncertainty introduced by standard curve fitting

在相同的仪器参数下，采用内标法测定标准系列5组溶液和样品消解液，每组测定3次去平均值，测得平均cps值，结果见表2所示。

标准曲线拟合的不确定度计算如下：

式中:S(y)为残差标准偏差，计算如下：

则标准曲线拟合引入的相对标准不确定度为：

2.3.6 加标回收率引入的不确定度Urel(R)

在样品的消解，定容和测定的过程中，待测元素可能出现损失或者污染的情况，造成待测元素不能100%进行测定，可通过加标回收实验评定此过程中产生的不确定度。加标实验平行测定6次，计算加标回收率。测得加标回收率分别为98.82%、96.56%、101.8%、98.73%、94.25%和100.1%，平均值为98.39%，标准偏差为：

则加标回收率引入的相对标准不确定度:

2.3.7 合成不确定度及扩展不确定度Urel(X)

总砷的各相对不确定度分量见表3所示。

表3 总砷的不确定度分量汇总表Table 3 Summary of uncertainty components oftotal arsenic

则合成相对标准不确定度为：

=0.0458

3 结 论

根据实验结果，通过分析不确定度来源，计算量化分量不确定度，可以发现，采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定香菇中总砷含量，对结果不确定度贡献最大的是标准曲线拟合和测量重复性测量，其次是加标回收率和标准物质，样品称量和消解液的定容的影响可忽略不计。本次试验中，总砷的测定属于痕量分析，当待测物含量处于较低水平时，通过选择合适的标准曲线浓度范围，可以大大降低测量结果不确定度[9]。同样，在痕量分析中，测量重复性容易产生较大的不确定度，主要由于待测物消解损失和本底污染，可以通过选择合适的消解程序和优化仪器参数等方法降低不确定度，以确保测定结果的准确性[10]。