ICP-MS法测定特医食品中碘元素的不确定度评定

林舒忆,贾彦博,陈丽芳,王馨远,陈美春

(1.杭州市食品药品检验研究院,浙江 杭州 310022;2.浙江省市场监管乳及乳制品监管技术重点实验室(培育),浙江 杭州 310022)

碘是生命元素之一,是人体必需的微量元素,被称为“智力元素”。健康成人体内碘的总量一般为30 mg(20～50 mg),国家规定在食盐中添加碘的标准为20～30 mg/kg。碘是维持人体甲状腺正常功能的必需元素,当人体内缺乏碘时就会导致甲状腺肿。值得注意的是,人体摄入过量的碘也会有危害,同样日常饮食中碘过量会引起“甲亢”[1]。而特殊医学用途配方食品,是指为满足消化吸收障碍、进食受限、代谢紊乱或者特定疾病状态人群对营养素或者膳食的特殊需要,专门加工配制而成的配方食品。因此,对为特殊人群准备的特殊医学用途配方食品中碘元素的检测显得尤为重要。目前,食品中碘的主要测定方法有氧化还原滴定法、砷铈催化分光光度法、电感耦合等离子体质谱法(简称ICP-MS)以及气相色谱法[2]。根据GB 5009.267—2020《食品安全国家标准 食品中碘的测定》[3]中的范围规定,氧化还原滴定法只适用于藻类及其制品,气相色谱法不适用于特殊医学用途婴儿配方食品及特殊医学用途配方食品。而砷铈催化分光光度法中试样前处理及标准曲线测定过程繁琐,人为因素参与过多,不利于实验控制,故采用ICP-MS测定特殊医学用途配方食品中的碘元素为最佳选择[2,4-6]。该方法以碘元素和内标元素质谱信号的强度比值与碘元素的浓度成正比进行定量,以达到测量目的。

笔者根据GB 5009.267—2020《食品安全国家标准 食品中碘的测定》第一法对特殊医学用途配方食品中碘元素进行了检测分析,为说明检测结果的可信度,保证检测数据的准确可靠[7-14],通过建立不确定度评估数学模型,对ICP-MS法测定特殊医学用途配方食品中碘元素的不确定度进行了评定,分析了不确定度的主要来源,计算出不确定度的各主要分量,得出合成不确定度和扩展不确定度,以期为特殊医学用途配方食品中碘元素的不确定度评估提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 主要仪器和试剂

ICP-MS 7700,安捷伦(中国);Neofuge 15R型离心机,上海力申产品;电子分析天平(分辨率0.000 1 g),梅特勒-托利多产品;恒温干燥箱,上海一恒科学;涡旋仪,艾卡。

10 mL移液枪;5 mL移液枪;1 mL移液枪;50 mL离心管;100 mL容量瓶;异丙醇,德国MERCK;25%四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]水溶液(TMAH),上海麦克林;标准物质碘元素(1 000±1) mg/L,坛墨质检。

1.2 仪器条件

RF功率为1 550 W;雾化器为玻璃同心;采样深度为8 mm;载气为1.05 L/min;分析同位素为127I;采集模式为He模式,4.5 mL/min;蠕动泵转速为0.3 r/s;雾化室温度为2 ℃;矩管为石英炬管。

1.3 检测方法

1.3.1 样品前处理

首先称取试样0.65 g置于50 mL的玻璃离心管中,加入提取液(5%的TMAH)5 mL,涡旋1 min,使样品分散均匀,旋紧盖子,置于85 ℃的恒温干燥箱中,提取3 h(每隔半小时取出振摇),冷却;然后用水定容至50 mL,并以大于3 000 r/min的转速旋转,离心10 min;接着取上层清液,用0.45 μm过滤膜过滤,备用,同时做试剂空白;最后用ICP-MS检测,与标准系列溶液比较后定量。

1.3.2 标准溶液配制

首先准确吸取碘元素标准物质原液((1 000±1) mg/L)1 mL置于100 mL容量瓶中,用稀释液定容,得碘元素标准物质储备液10 mg/L;然后分别准确吸取10 mL和1 mL碘元素标准物质储备液(10 mg/L)置于100 mL容量瓶中,稀释液定容,得质量浓度分别为1 000 μg/L和100 μg/L的碘元素标准物质中间液;接着从碘标准物质中间液(100 μg/L)分别移取0.1,1,5 mL置于100 mL容量瓶中,从碘标准溶液中间液(1 000 μg/L)分别移取1,2,5 mL置于100 mL容量瓶中;最后用0.5% TMAH定容至刻度,摇匀得含碘分别为0.1,1,5,10,20,50 μg/L的标准物质使用溶液[2]。

1.3.3 上机测定

依据仪器条件设置参数,在仪器稳定后,依次检测标准物质使用溶液,每个溶液重复进行3次测量;纵坐标是比率,横坐标是质量分数,在此基础上,利用最小二乘法对其进行了拟合,得出了工作曲线的线性回归方程Y=a+bC(其中Y为比率,a为截距,b为斜率,C为碘元素质量浓度)和相关系数R;再对空白和试样进行测量,利用工作曲线的线性回归公式,求出碘的质量分数。

1.3.4 结果计算

标准物质线性拟合及碘元素的计算都可由软件(仪器自带)进行自动计算分析。

2 结果与分析

2.1 数学模型

根据文献[3]中的计算公式,得试样中碘元素质量分数及数学模型为

式中:X为样品中碘元素的质量分数,mg/kg;C1为根据标准曲线得出的消解液中碘元素的质量浓度,μg/L;C0为空白中碘元素的质量浓度,μg/L;V为定容体积,mL;M为质量,g。

2.2 来源分析

根据检测方法和数学模型,不确定度影响因素有:试样称量时所产生的不确定性UrelM;试样的定容不确定性UrelV;碘标准物质的不确定性及系列溶液配制的不确定性UrelB;通过对标准曲线进行拟合,得到的不确定性UrelY;试样测量重复率的不确定性UrelX[15-16]。

2.2.1 样品称量过程引入的不确定度UrelM

2.2.2 样品溶液定容引入的不确定度UrelV

称取样品后,加入5 mL提取液,经提取后,用水定容至50 mL离心管中,不确定度影响因素的因素有:移液枪(5 mL)的不确定度;50 mL离心管的不确定度;温度所引入的不确定度等。

1) 经检定证书[17](移液枪)查得其扩展不确定度为0.1%,包含因子k=2,移液枪所引起的标准不确定度u1V=0.002 5 mL。

2) 由温度所引起的不确定度u2V、膨胀系数(水)2.1×10-4和温差±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故温度所引起的标准不确定度u2V=0.002 14 mL。

5) 由温度所引起的不确定度u5V、膨胀系数(水)2.1×10-4和温差±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故温度所引起的标准不确定度u5V=0.002 14 mL。

2.2.3 碘元素标准物质引入的不确定度UrelI

查证书可得(碘元素质量浓度为1 000 mg/L),扩展不确定度为±1 mg/L,包含因子k=2,相对不确定度UrelI=0.000 5 mg/L。

2.2.4 标准物质溶液配制引入的不确定度

准确吸取碘标准物质((1 000±1) mg/L)1 mL到容量瓶100 mL中,用0.5%的TMAH定容至刻度,得碘标准物质储备液10 mg/L;分别准确吸取10 mL和1 mL碘标准物质储备液(10 mg/L)到容量瓶100 mL中,用0.5%的TMAH定容至刻度,分别得到1 000 μg/L和100 μg/L的碘标准物质中间液;从碘标准物质中间液(100 μg/L)中分别取0.1,1,5 mL到容量瓶100 mL中,从碘标准物质中间液(1 000 μg/L)中分别取1,2,5 mL到容量瓶100 mL中,用0.5%的TMAH定容至刻度,摇匀得含碘质量浓度分别为0.1,1,5,10,20,50 μg/L的标准使用溶液。其中容量瓶(10 mL)的不确定度和移液枪的不确定度为不确定度因素。

1) 查证书(移液枪检定证书)得0.02～0.2 mL移液枪在使用0.1 mL量程时的扩展不确定度为0.5%,k=2(包含因子),故移液枪引起的标准不确定度u1Q1=0.000 25 mL。

膨胀系数(水)为2.1×10-4,温差为±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故由温度引起的标准不确定u2Q1=0.000 042 9 mL。

2) 查证书(移液枪)得0.1～1 mL移液枪在使用1 mL量程时的扩展不确定度为0.2%,k=2(包含因子),故移液枪引起的标准不确定度u1Q2=0.001 mL。

膨胀系数(水)为2.1×10-4,温差为±4 ℃,按95%置信概率(k=1.96),故由温度引起的标准不确定u2Q2=0.000 429 mL。

3) 查证书(移液枪)得0.5～5 mL移液枪在使用5 mL量程时的扩展不确定度为0.1%,k=2(包含因子),故移液枪引起的标准不确定度u1Q3=0.002 50 mL。

膨胀系数(水)为2.1×10-4,温差为±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故由温度引起的标准不确定u2Q3=0.002 14 mL。

4) 查证书(移液枪)得1～10 mL移液枪在使用10 mL量程时的扩展不确定度为0.1%,k=2(包含因子),故移液枪产生的标准不确定度u1Q4=0.005 mL。

膨胀系数(水)为2.1×10-4,温差为±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故由温度引起的标准不确定u2Q4=0.004 29 mL。

温度引入的不确定度u2P,膨胀系数(水)为2.1×10-4,温差为±4 ℃,按95%的置信概率(k=1.96),故由温度引起的标准不确定度u2P=0.042 9 mL。

综上所述,标准物质产生的不确定度为

式中:urelI=0.005;urelQ1=0.002 54;urelQ2=0.001 09;urelQ3=0.000 658;urelQ4=0.000 659;urelP=0.000 719。由计算可得UrelB=0.005 83。

2.2.5 标准曲线拟合引入的不确定度UrelY

依据仪器条件设置参数,在仪器稳定后,依次检测标准物质使用溶液,每个溶液重复进行3次测量,具体结果如表1所示。由软件(仪器自带)对其进行了拟合,得到比率Y=bC+a的标准曲线。各具体数值及结果如表1所示,根据对该数据的拟合,得b=7.680 5×10-4,a=6.803 3×10-5,相关系数r=0.999 9。用A型不确定度评价法,可得标准工作曲线进行拟合时碘产生的相对标准不确定度。标定曲线的拟合公式Y=7.68×10-4C+6.803 3×10-5。

表1 标准系列溶液测定结果

(1)

(2)

2.2.6 测定样品重复性产生的不确定度UrelX

使用7次测定3个平行试样,结果记录如表2所示。称取试样0.65 g置于50 mL的玻璃离心管中,加入提取液5 mL,1 min涡旋,盖子旋紧,85 ℃干燥箱提取3 h,冷却,用水定容至50 mL,并以大于3 000 r/min的转速,离心10 min,取上层清液过滤(0.45 μm滤膜过滤),待用,同时做试剂空白。用ICP-MS测定,与标准溶液比较,定量。

表2 样品测定结果

2.3 结果表示

样品测量最终的相对合成标准不确定度为

式中:UrelM=0.000 446 mg/kg,UrelV=0.005 84 mg/kg,UrelB=0.005 83 mg/kg,UrelY=0.014 6 mg/kg,UrelX=0.000 069 mg/kg。故Urel=0.016 78 mg/kg。

根据以上不确定度评定的结果,采用ICP-MS法测定特殊医学用途配方食品中碘元素的质量分数X=(1.521±0.051) mg/kg(k=2)。

3 结 论

按照JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》的要求,通过采用MS法对特殊医学配方食品中碘元素质量分数进行多次测定,得到碘元素质量分数范围为(1.521±0.051) mg/kg。结果表明:在测定过程中,实验结果影响最大的分量分别为标准溶液拟合、样品定容标准曲线的配制、样品的称样及重复性实验的测定等,其中不确定度影响最大的分量为标准曲线的拟合。重复性实验中的称样量、定容标准和曲线梯度配制等均为可准确把控的因素,在不同时间下测定碘元素,仪器条件、温度和湿度等都要保持相同的条件,可最大程度上维持实验的稳定性,使不确定评定结果可用,以提高实验数据的准确性。故在实际检测中,选择适合的标准曲线质量浓度和样品定容器皿,可以减小数据的不确定度,保障检测的准确性,进而提升检测质量。