不同前处理方法对水产养殖底泥铅含量测定不确定度评定的影响

谭秀慧，杨洪生，殷悦，吴蓓琦，张秋云，张燕，尹思慧，高钰一，黄鸿兵*

(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(南京)，江苏 南京 210017)

铅是一种可能的人类致癌物[1]，会对人体消化、神经、生殖、免疫等系统造成损伤[2-3]，铅污染问题是研究者关注的重点[4-7]。研究表明[8-10]，中国部分地区的水产养殖底泥存在铅污染问题，底泥作为池塘养殖生态系统的重要组成部分，重金属铅的大量积累会造成水质恶化，对水产品[11-14]及水体生态系统[15-16]造成巨大威胁，并通过食物链传递进入人体[16]，危害人体健康和生命安全[17]，因此，铅含量是衡量渔业环境质量的一个重要指标。

近年来，测量不确定度评定越来越受到重视，CNAS-GL009：2018规定检测实验室应有能力对每一项有数值要求的测量结果进行测量不确定度评定，对分析结果进行不确定度评估已成为化学分析实验室质量管理的重要手段[18-21]。目前，水产养殖底泥中铅的测定主要是将样品通过盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸体系消解，然后使用仪器测定铅含量，常用的前处理方法有电热板消解、微波消解等。由于水产养殖底泥基质复杂，铅含量的测定对样品前处理过程要求较高，不同的前处理方法可能导致测量结果的重复性和再现性不同，为保证检测结果的可信度和准确性，准确了解水产养殖底泥铅污染现状，需要对铅含量测定进行不确定度评定。

本研究根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》中不确定度评定的基本方法和程序，建立石墨炉原子吸收光谱法测定水产养殖底泥铅含量的不确定度模型，分析并量化测量不确定度分量，考察2种不同前处理方法对水产养殖底泥铅含量不确定度评定的影响，以期为石墨炉原子吸收光谱法测定水产养殖底泥中铅含量的实验室质量控制提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

水产养殖底泥采集于江苏省淡水水产研究所扬中基地养殖池塘。

铅标准储备液(100 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心)；盐酸、氢氟酸、高氯酸(优级纯，南京化学试剂股份有限公司)；硝酸(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)；ETHOS ONE微波消解仪(意大利Milestone公司)；Milli-Q Elix+IQ7000超纯水仪(美国Millipore公司)；EH20A plus赶酸仪(美国LabTech公司)；BSA224S电子天平(德国Sartorius公司)；移液枪(100～1 000 μL，德国Eppendorf公司)；容量瓶均为A级且经检定合格。

实验所用器皿均用15%硝酸浸泡24 h以上，超纯水洗净晾干后备用。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

实验分别采用电热板消解法和微波消解法对样品进行前处理。

电热板消解法：称取风干、过筛的样品0.2～0.3 g(精确到0.1 mg)于50 mL聚四氟乙烯坩埚中，参考GB/T 17141—1997《土壤质量铅、镉的测定 石墨炉原子吸收分光光度法》进行消解，待液体成粘稠状时，用1%硝酸重复冲洗坩埚内壁转移至100 mL容量瓶，定容至标线，混匀，静置，取上清液待测。

微波消解法：称取风干、过筛的样品0.2～0.3 g(精确到0.1 mg)于消解罐中，用少量超纯水润湿，依次加入6 mL硝酸、2 mL盐酸、2 mL氢氟酸，加盖密封后按照仪器条件进行微波消解。消解结束后，将消解罐中的溶液转至聚四氟乙烯坩埚中，将坩埚置于赶酸仪，在微沸状态下赶酸至粘稠状。用1%硝酸冲洗坩埚内壁，定容至100 mL 容量瓶，混匀，静置取上清液待测。

1.3.2 仪器工作条件

调整原子吸收光谱仪至最佳工作状态，测定试样铅含量。仪器波长283.3 nm，狭缝宽度0.5 nm，样品进样体积10 μL；基体改进剂为20 g/L的磷酸二氢铵，其进样体积5 μL，背景校正为塞曼效应。干燥温度为85、95、120 ℃，干燥时间分别为5、40、10 s；灰化温度400 ℃，8 s；原子化温度2 100 ℃，3 s；清除温度2 100 ℃，2 s。

1.4 数学模型

样品中铅含量计算公式为：

式(1)

其中：X为试样中铅含量，mg/kg；c为扣除空白后试样溶液中铅浓度，μg/L；V为消解后溶液定容体积，mL；m为试样质量，g；wH2O为样品含水率。

2 结果与分析

2.1 不确定度来源分析

根据数学模型和实验操作过程分析，样品中铅测量不确定度分量主要来源有：样品含水率测定(B类评定)、样品称量过程(B类评定)、定容体积(B类评定)、标准溶液配制(B类评定)、标准曲线拟合(A类评定)、测量结果的重复性(A类评定)。

2.1.1 样品含水率测定引入的相对标准不确定度urel(w)

2.1.2 称量过程引入的相对标准不确定度urel(m)

电热板消解法和微波消解法称取样品质量m分别为0.200 5 g、0.200 6 g，计算可知，称量过程引入的相对标准不确定度分别为0.002 05、0.002 04。

2.1.3 定容体积引入的相对标准不确定度urel(V)

2.1.4 标准溶液配制引入的相对标准不确定度urel(Cb)

标准溶液配制引入的相对标准不确定度主要包括标准物质、配制过程使用的移液器及容量瓶的不确定度。

(1)标准物质引入的相对标准不确定度urel(Cs)

(2)标准溶液配制引入的相对标准不确定度urel(Cb)

用1 mL移液器移取铅标准储备液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 μg/mL的标准中间液，然后吸取该标准中间液0.5 mL定容至10 mL容量瓶，配制成50 μg/L标准工作溶液作为母液供仪器自动进样。

2.1.5 测量结果的重复性引入的相对标准不确定度urel(X)

使用贝塞尔公式计算标准偏差urel(P1mL)，式中n为样品测定次数。

2.1.6 标准曲线拟合引入的相对标准不确定度urel(Y)

对标准系列溶液进行测定，每个浓度点ci平行测定3次，结果见表1。采用最小二乘法进行数据拟合，石墨炉原子吸收光谱法的标准曲线为Y=0.003 23X+0.001 90，r2=0.999。

表1 标准系列溶液测定结果Tab.1 Measurement results of standard series solutions

拟合曲线的剩余标准差:

式(2)

标准曲线拟合所引入的标准不确定度:

式(3)

相对标准不确定度:

式(4)

经计算，电热板消解法和微波消解法标准曲线拟合引入的相对标准不确定度分别为0.012 4、0.012 3。

2.2 合成标准不确定度与扩展不确定度

3 讨论

3.1 铅含量测定不确定度的主要来源及原因分析

从不确定来源分析可知，造成实验误差的主要因素为标准曲线拟合、测量结果的重复性，其他几个分量数值较小，引入的不确定度可忽略。标准曲线拟合对不确定来源贡献最大，这与猪肉及水产品中铅含量的不确定度评定研究结果一致[21-22]。陈建宁等[20]使用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定土壤中铅时也发现标准曲线拟合过程引入的标准不确定度较大。

计算可知，通过调整标准工作曲线系列浓度，使其平均浓度值接近被测元素浓度，增加测量次数，提高仪器的灵敏度等措施可降低标准曲线拟合引入的不确定度。高瑞峰等[23]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浓度，显著降低了标准曲线拟合引入的不确定度。

要降低测量结果重复性引入的不确定度，需选择合适的消解方法、降低样品损失或污染、增强仪器的稳定性、提高测试人员操作技能与熟练程度等。研究表明增加样品重复测量次数，有利于降低该不确定度分量引入的不确定度，吴坚等[24]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，结果表明其引入的不确定度较小。

3.2 不同前处理方法对水产养殖底泥铅含量不确定度评定的影响

由于养殖底泥中部分样品含有硅酸盐成分，实验选择硝酸-盐酸-氢氟酸体系进行微波消解，使矿物晶格内的铅元素完全溶解在酸体系中。从实验过程来看，与电热板法相比，微波消解法具有消解效率高，稳定性好，试剂使用量少、操作简单、可大批量处理样品等优点，实验采用微波消解法后，测量结果重复性引入的不确定度分量大大降低，由0.013 00降低至0.002 98。

表2 不同前处理方法不确定度分量对比Tab.2 Comparison of uncertainty components between two pretreatment methods

4 结论

本研究从样品含水率测定、样品称量过程、定容体积、标准溶液配制、测量结果的重复性、标准曲线拟合等影响因素评定水产养殖底泥铅含量测定不确定度，比较了电热板消解法和微波消解法对水产养殖底泥铅含量测定不确定度评定的影响。实验表明，水产养殖底泥铅含量测定不确定度主要来源于标准曲线拟合和测量结果的重复性。使用微波消解法进行样品前处理，可显著降低测量结果重复性引入的不确定度分量，从而有效降低铅含量测定的不确定度。