水产品中镉两种测定方法的不确定度评定比较

谭秀慧，杨洪生，黄鸿兵，李佳佳，夏莉萍，张秋云，刘 畅，朱晓华

(1.江苏省淡水水产研究所，江苏 南京 210017；2.江苏省水产质量检测中心，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，江苏 南京 210017)

镉，作为一种典型的难降解污染物，在环境和人体健康领域备受关注[1-3]。美国国家环境保护局将镉列为毒性效应最强的4种重金属之一，能够引起生物体细胞形态结构和生理功能变化[4-7]。由于生态环境污染等原因，水体及沉积物中的镉经食物链传递在水生动植物体内富集，危害人体健康[8]，因此，水产品中镉污染问题一直是人们关注的焦点[9-10]。2018年国内水产品质量安全监督抽检结果显示，虾、蟹等水产品由于镉含量超标导致合格率偏低，部分海水虾检测值为0.5～1.9 mg/kg，海水蟹1.1～2.6 mg/kg(镉限量值为0.5 mg/kg)[11]。上海[12]、苏州[13]、广东[14]等地的水产品重金属含量调研中也发现，海水虾、蟹的镉污染问题比较严重。江晨洁等[15]对全国6省市流通环节和养殖环节甲壳类水产品中镉污染情况调查发现，镉在甲壳类肝胰腺中有明显的富集，且有少数残留量超标。2017年董欣悦等[16]对国内养殖中华绒螯蟹(Eriocheirsinensis)中镉的残留现状调查发现，所有样本中均检出镉。因此，了解水产品镉污染现状及膳食风险，并进行水产品质量安全评估非常必要。

进行水产品中镉含量测定方法的不确定度评定，可分析并量化影响测量结果准确性的主要因素，并对处于限量值边缘的检测结果进行合格与否的判定，从而保证结果的可信度和准确性。测量不确定度分A类和B类评定。A类评定是对在规定测量条件下测得的量值用统计分析的方法进行测量不确定度分量的评定，反之则为B类评定。

水产品中镉含量常用的检测方法主要有石墨炉原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法。两种方法由于原理不同，所用仪器定量限、灵敏度和准确度也存在一定差异。因此，进行不确定度评定非常必要，目前已有石墨炉原子吸收光谱法[17]和电感耦合等离子体质谱法[18]测定水产品中镉含量的不确定度评定的报道，但尚无对两种方法进行测量不确定度比较的研究报道。

笔者依据GB 5009.15—2014中的石墨炉原子吸收光谱法[19]和GB 5009.268—2016[20]中的电感耦合等离子体质谱法，根据不确定度评定的基本方法和程序[21]，建立水产品中镉测量不确定度的模型，分别对两种测定方法的不确定度来源进行分析，并提出减少不确定度的相应措施，从而为水产品中镉元素含量测定的质量控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

FAPAS质控样品T07279QC(镉的参考值为7.55 mg/kg，当|z|≤2时，镉含量5.76～9.33 mg/kg)；镉标准储备液(100 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心)；硝酸镁(试剂级，美国Sigma-Aldrich)；磷酸二氢铵、硝酸、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)；BSA224S电子天平(德国Sartorius公司)；Milli-Q Integral 5超纯水仪(美国Millipore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)；移液枪(Eppendorf，100～1000 μL，500～5000 μL)；容量瓶均为A级且经检定合格。

1.3 试验方法

参考GB 5009.15—2014和GB 5009.268—2016第一法进行测定。

1.3.1 标准溶液的配制

移取镉标准储备液1.00 mL，用5%硝酸溶液稀释并定容至100 mL容量瓶，配成质量浓度为1.00 mg/L的标准中间液。

吸取适量镉标准中间液，用5%硝酸溶液逐级稀释配成质量浓度系列为0.00、1.00、5.00、10.00、30.00、50.00 μg/L的标准工作液，用于电感耦合等离子体质谱法分析；同时配制质量浓度为2.00 μg/L的标准工作溶液作为母液供石墨炉原子吸收光谱法自动进样。

1.3.2 样品前处理

用天平称取1.0 g样品(精确至0.0001 g)，置于微波消解罐内，依次加入5 mL硝酸、1 mL过氧化氢、2 mL超纯水，放置1 h，加盖密封后按照仪器条件进行微波消解。消解结束后，取出内罐，用少量水多次冲洗内盖，置于赶酸仪于100 ℃赶酸30 min，用超纯水定容至25 mL备用。同时做试剂空白试验。

1.3.3 石墨炉原子吸收光谱法测定水产品中的镉

调整原子吸收光谱仪至最佳工作状态，以含2 g/L硝酸镁、5 g/L磷酸二氢铵的水溶液为基体改进剂，测定镉的含量。仪器测量条件为：波长228.8 nm，狭缝0.5 nm，灯电流4.0 mA，干燥温度120 ℃，灰化温度250 ℃，原子化温度1800 ℃，除残温度1800 ℃，背景校正为塞曼效应。

1.3.4 电感耦合等离子体质谱法测定水产品中的镉

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115In为内标测定镉的含量。

表1 电感耦合等离子体质谱仪工作参数Tab.1 The parameters of inductively coupled plasma mass spectra

1.4 建立数学模型

水产品中镉含量按下式计算：

式中，wCd为试样中镉含量(mg/kg)，ρ为试样溶液中镉的质量浓度(μg/L)，ρ0为试样空白液中镉的质量浓度(μg/L)，V为试样消化液定容体积(mL)，f为试样稀释倍数，m为称取样品质量(g)。

2 结果与分析

2.1 不确定度来源分析

根据水产品中镉测定的具体操作过程和数学模型分析，其测量不确定度分量主要来源有：称量过程(B类评定)、标准溶液配制(B类评定)、定容体积(B类评定)、测量结果的重复性(A类评定)、标准曲线拟合(A类评定)、方法回收率(A类评定)(图1)。试验中，样品经过前处理后，经石墨炉原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法分别测定，故两种方法由称量过程引入的不确定度相同，可合并分析，而标准溶液配制、定容体积、测量结果的重复性、标准曲线拟合和方法回收率引入的不确定度则需分别计算分析。

图1 水产品中镉测定的不确定度分量主要来源Fig.1 Principal sources of measurement uncertainty for determination of cadmium in fishery products

2.1.1 称量过程引入的不确定度urel(m)

2.1.2 标准溶液配制引入的不确定度urel(ρb)

标准溶液配制引入的不确定度主要包括标准物质的不确定度、所使用移液器以及容量瓶的不确定度。

(1)标准物质引入的不确定度urel(ρs)

(2)标准溶液配制引入的不确定度

同上计算，25 mL容量瓶引入的不确定度urel(F25 mL)=0.000921，10 mL容量瓶引入的不确定度urel(F10 mL)=0.00130。

根据标准溶液具体配制过程，石墨炉原子吸收光谱法标准溶液配制引入的不确定度为：

电感耦合等离子体质谱法标准溶液配制引入的不确定度为：

2.1.3 定容体积引入的不确定度urel(V)

同2.1.2节计算，可知由样品消解液定容引入的相对不确定度为0.00130。电感耦合等离子体质谱法中，样品消化液用1 mL移液器吸取1 mL定容至10 mL容量瓶后上机，故由定容体积引入的相对不确定度为0.00599。石墨炉原子吸收光谱法中，用1 mL移液器吸取0.5 mL样品消化液定容至100 mL容量瓶后上机，相对不确定度为0.00590。

2.1.4 测量结果的重复性引入的不确定度urel(X)

表2 T07279QC中镉含量测定结果 mg/kgTab.2 Determined values of cadmium in T07279QC

2.1.5 标准曲线拟合引入的不确定度urel(Y)

按照试验方法测定1.3.1标准系列溶液，每个点平行测定3次。采用最小二乘法对数据进行拟合，石墨炉原子吸收光谱法的标准曲线为y=0.0519x+0.00533，r=0.9994；电感耦合等离子体质谱法的标准曲线为y=0.00195x+0.000268，r=0.9998。

标准曲线拟合所引入的不确定度：

表3 标准系列溶液测定结果Tab.3 Determination of standard series solutions

2.1.6 方法回收率引入的不确定度urel(R)

2.2 合成标准不确定度u与扩展不确定度U

3 讨 论

3.1 水产品中镉含量测定两种不同方法不确定度的主要来源比较及原因分析

对不确定来源分析结果可知，两种方法测定水产品中镉含量时，造成试验误差的主要因素为标准曲线拟合、测量结果的重复性、标准溶液配制和方法回收率，称量过程和定容体积引入的不确定度可忽略(表4)。闫顺华等[25]采用电感耦合等离子体质谱法测定高钙片中镉时，认为不确定度主要来源于标准溶液的配制、测量重复性和标准曲线拟合。石墨炉—原子吸收法[26]测定大米中镉含量，其不确定度主要来源为标准曲线拟合。张潇等[27]使用电感耦合等离子体质谱法和石墨炉原子吸收光谱法测定金银花中镉含量时，认为不确定度主要来源于待测液质量浓度和方法回收率。由此可见，镉测定不确定度来源因样品和检测仪器的不同而不同。

表4 水产品中镉含量测定的不确定度分量Tab.4 Uncertainty components that affect the determination of cadmium content in fishery products

石墨炉原子吸收光谱法中对不确定度贡献最大的是标准曲线拟合，该分量数值明显高于电感耦合等离子体质谱法。由计算过程可知，被测元素质量浓度越接近校准标准溶液系列的平均质量浓度值，由标准曲线拟合引入的不确定度越小。因而对待测样品进行预测后选择合适的标准溶液的上机质量浓度点，有助于降低该不确定度分量。高瑞峰等[28]在使用电感耦合等离子体质谱法测定淀粉中的铝时，通过调整标准溶液系列质量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。

本试验电感耦合等离子体质谱法不确定度最主要的来源是标准溶液配制过程，分析原因是其引入了较多的稀释过程，而石墨炉原子吸收光谱法曲线配制过程由仪器自动稀释完成，故该分量数值相对较小。

从测量结果的重复性和方法回收率来看，电感耦合等离子体质谱法优于石墨炉原子吸收光谱法，分析原因是由仪器灵敏度和稳定性差异造成的。增加样品重复测定次数也有助于降低测量重复性引入的不确定度，吴坚等[29]使用电感耦合等离子体质谱法测定糕点中铝含量时，对样品重复测定11次，降低了该分量引入的不确定度数值。

3.2 降低水产品中镉含量测定不确定度主要措施

(1)对于标准曲线拟合引入的不确定度，可通过选择适当质量浓度梯度的标准工作曲线，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，加强对仪器的维护和保养，以及提高仪器的灵敏度等措施来降低不确定度。

(2)标准溶液配制过程中，应使用高纯度的有证标准物质，少用小体积量的移液器，尽量选用较大体积的容量瓶，使用适当质量浓度的标准中间液，有助于减少标准溶液配制过程引入的不确定度。

(3)影响测量结果重复性的因素包括天平称量、容量瓶定容、移液器移液、仪器波动等重复性操作过程，可通过使用检定合格的分析天平和玻璃量器，增加平行样的测定次数和每个样品的重复测量次数，同时在试验过程中严格遵守试验操作步骤和仪器的操作规程，以降低其引入的不确定度。

(4)要降低方法回收率引入的不确定度，需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。

4 结 论

本试验采用石墨炉原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法测定质控样品T07279QC的镉含量分别为(7.47±0.470) mg/kg和(7.53±0.376) mg/kg，均在质控样参考值范围内(5.76～9.33 mg/kg)，说明试验过程无异常，检测结果准确、有效。因为石墨炉原子吸收光谱法测定镉含量的扩展不确定度高于电感耦合等离子体质谱法，故在条件允许的情况下，建议选用电感耦合等离子体质谱法以提高检测结果的准确性和可靠性。