电感耦合等离子体质谱法测定扇贝中铅,砷,镉含量的不确定度评估

电感耦合等离子体质谱法测定扇贝中铅,砷,镉含量的不确定度评估

Summary：使用等离子质谱法对扇贝所含多种重金属进行测定，通过开展实验，实现对含量值不确定度的有效评估。在具体研究中，做好仪器和试剂的准备工作，同时注重配制溶液，对样品进行处理，并使用调谐液对仪器进行调整，选取铟作为内标元素，由此完成对上述元素含量的确认。结果表明，样品处理效果、重复测量、溶液配制是影响不确定度的主要因素，可通过优化各元素浓度、规范处理样品与选择高精度容器的方式，确保实验结果的准确度获得提升。Keys：扇贝；重金属含量；不确定度；等离子体质谱法前言：实践经验表明，要想确保实验所得数据有效且准确，关键是要引入不确定度，由此可见，只有准确掌握对不确定度进行测量与评估的方法，才能使实验质量得到有力控制，在降低实验风险系数的前提下，使实验价值得到最大化实现。1项目背景近几年，水体重金属污染程度加剧，重金属固有性质决定了其不会被水体所降解，而是会聚集在生物体内，并形成更具毒性的化合物[1]。消费者食用含该类化合物的扇贝后，扇贝体内重金属便会转移到人体内，给人体健康造成危害。鉴于此，国内学者选择对山东、大连等海域的扇贝进行测定，结果表明，以上海域所养殖贝壳基本能够达到行业标准，但仍有一部分贝壳存在镉、铅或是砷元素浓度超标的情况，应当引起重视[2]。现阶段，可被用来对扇贝所含重金属进行测定的方法较多，其中，最具代表性的方法为等离子体质谱法，该方法具有检测限较低、灵敏度高还有分析速度极快的优点。随着研究的深入，国内外学者纷纷将目光聚焦于测量不确定度，希望能够通过该项工作，对可能给测量结果产生影响的因素进行确定，使数据更加准确且有效。本文便以现行测量标准为依据，对测定扇贝所含镉、铅以及砷元素的不确定度展开讨论，希望能够使相关人员受到启发，为日后类似工作的开展提供理论依据。2前期准备2.1仪器实验需要用到下列仪器：由安捷伦公司生产的等离子体质谱仪，CEM生产的微波消解仪，赛多利斯生产的电子天平。2.2试剂实验开始前，研究人员还要准备以下试剂：一是计量科学院提供的扇贝标准物，二是默克公司生产的优级纯硝酸，三是标准物质中心提供的混合溶液，浓度为，四是安捷伦生产的内标溶液，其浓度为。3测定方法3.1配制溶液3.1.1中间液将的混合溶液转移到提前准备好的容量瓶内（容量瓶容积为），加入5%浓度的硝酸溶液，混合溶液体积达到、浓度达到即可[3]。3.1.2工作液利用5%浓度的硝酸溶液稀释中间液，获得不同浓度的工作液，其中，浓度最小是，最大是。3.2处理样品先称取6份标准物，将其转移到微波消解罐内（每份样品质量均在间），向消解罐内加入浓度为65%的硝酸并进行消解。消解结束后，将消解罐取出并转移到赶酸器内，赶酸器温度控制在，直至混合溶液体积蒸发到，便可停止加热。随后，使用超纯水反复多次冲洗消解罐，将冲洗液体转移到容量瓶内，保证瓶内溶液体积为，充分摇匀后备用。再称取3份标准物，将标准物转移到容器内，向容器内加入混合溶液（溶液浓度为），重复上述消解步骤，为后续加标回收相关实验的开展提供条件。3.3测定含量正式测量前，利用调谐液对仪器进行调整，保证仪器处于最佳状态。以表1所给出条件为依据，将铟作为内标元素，依次对样品溶液、标准溶液所含镉、铅还有砷元素的含量进行测定。表1仪器操作条件参数单位标准值载气流量L/min1射频功率W1550测定模式-He辅助气体流量L/min1操作重复频次-3等离子气流量L/min154结果讨论4.1评估模型使用以下公式对元素含量进行计算：该公式中，x代表样品元素含量，单位是。C代表扣除空白的消化液的元素实际浓度，单位同样是。V代表稀释所得消化液体积，单位是mL。m代表样品质量，单位是。而是换算系数，若无特殊要求，均为定值。4.2不确定度分析结合数学模型、实验状况可知，影响测定结果的不确定度的来源，主要有曲线拟合、称量样品和回收率等，下文将对此进行详细说明：4.2.1称量样品该环节不确定度取决于天平称量误差，本次实验所用天平的误差不超过，称量精度能够达到。以矩形分布情况为依据，将样品质量定为，对应不确定度如下：不确定度=另外，本次实验需要用到多份样品，如若分别对每份样品待测元素进行测量，测量结果极易受到前期称量、中期提取和后期操作的影响，为避免出现重复引入的情况，研究人员决定对分量进行合并，根据测定结果所具有重复性，对不确定度加以确定。4.2.2稀释样品实验所配制消化液体积为，该环节不确定度取决于容器误差及外界温度变化情况，国标明确指出，在25℃环境下，容量为的容器，其误差不得超过。结合矩形分布情况可知，容量误差所形成不确定度为：不确定度=4.2.3配制溶液该环节不确定度取决于标准物质、稀释不确定度。其中，标准物质对应不确定度最大能够达到，本项目中，k的取值为2，通过计算可知，标准物质所形成不确定度为：不确定度=稀释不确定度同样包括两个方面，一是容器误差，二是温度改变。实验所使用量器类型较为固定，主要为移液枪、容量瓶，移液枪的规格分别是和，6个容量瓶的规格均是。分析可知，移液枪k值为，而容量瓶的k值为，确定k值后，研究人员便可结合温度改变所形成不确定度，对最终结果进行计算。4.2.4处理样品该环节不确定度与回收率一致，要求研究人员严格按照规定，对样品待测元素含量进行测定，根据测定结果确定回收率。在此过程中，需要用到以下公式：上述公式中，代表该环节不确定度。代表相对不确定度。代表回收率对应标准偏差。代表回收率平均值。4.2.5曲线拟合分别测定标准溶液，结合标准物质浓度、待测响应值以及内标比例，对曲线图进行绘制，利用最小二乘法确定方程，随后，便可完成测量平行样品的工作。该环节所使用公式如下：不确定度=公式中，代表曲线标准差。代表测量频次。代表拟合直线既有数据对数量。代表i次测定所得CPS值。代表具体测量结果。代表溶液i的浓度。代表溶液平均浓度。代表曲线斜率。代表曲线实际截距。本次实验中，研究人员将n值定为15、p值定为3，确定其他参数后，将参数代入以上公式，可得到相对准确的结果。结论：综上，研究表明，对扇贝等水产品镉、铅及砷含量进行测定时，可能给结果不确定度产生影响的因素，主要源于样品处理、重复测量和配制溶液等环节。要想使实验不确定度得到有力控制，确保数据更加准确，关键要做到以下几点：第一，在保证结果准确的基础上，对上机溶液所含待测元素浓度进行提高。第二，规范处理样品，若有必要，可借助回收率对结果进行矫正。第三，优先选择高精度容器及天平。第四，保证仪器性能可靠且稳定。第五，尽量缩小上级溶液、标准溶液所含元素浓度的差距。Reference：[1]陈鹏,徐菲,徐莹,等.序贯提取-高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定栉孔扇贝裙边中砷组分[J].食品安全质量检测学报,2022,13(11):3611-3619.[2]周瑞妮,张旭红,张电光,等.电感耦合等离子体质谱法测定肉、蛋