0.   引言

食品安全作为重大民生问题已经成为人们关注的热点，随着现代检测技术的发展，食品中重金属污染、食品包装材料重金属溶出等问题也备受重视^[1]。锡制品作为金属包装材料具有密封性好、强度高、性能稳定的特点，广泛用于制作各种食品和饮料的包装容器罐^[2]；而有机锡可赋予聚氯乙烯材料类产品优异的加工稳定性和极高的透明性，也常应用于包装盒、盛放容器、输送管等食品接触材料^[3]。但食品包装中的锡在一定的情况下能迁移到食品中，从而对食品造成污染^[4]。过量的锡摄入会出现头晕胸闷、腹泻恶心、呼吸急促等不良症状，并导致血清钙含量降低，严重时还可能引发肠胃炎，甚至导致神经系统、肝脏功能、皮肤粘膜等受到伤害^[5]。而有机锡在极低含量即能对生物产生毒性作用，而且不同形态的有机锡毒性有显著差异，其中尤以三取代基有机锡毒性最强，纳克级的三苯基氯化锡和三丁基氯化锡即可对生物体产生不良影响，经生物体富集的有机锡可通过食物链对人体造成危害^{[6 − 7]}。因此准确有效测定锡的含量对于食品安全具有重要意义。

电感耦合等离子体质谱法因具有灵敏度高、检出限低、检测速度快、多元素同时测定等优点，已广泛应用于食品中无机元素的痕量和超痕量分析^{[8 − 11]}。在ICP-MS法分析中，标准曲线法（外标法）为常用的分析方法，但痕量分析采用标准曲线法时，复杂基质引起的基质效应会使目标信号强度抑制或增强，从而导致测量方法产生测量误差^[12]。为消除基质干扰，通常采用标准加入法、基质匹配法、干扰元素分离法^[13]。婴幼儿辅食米粉属于复杂基质体系，里面所含元素种类众多，基体匹配与干扰元素分离难以适应婴幼儿辅食米粉的准确测试^[14]。标准加入法可消除基体效应与干扰介质的影响，适用于组成复杂，组分浓度低的试样^{[15 − 17]}。为提高测试结果的准确性，消除基质干扰，可根据样品特性及测试条件选择标准加入法进行定量分析与方法验证。

本文以微波消解为前处理方法，采用电感耦合等离子体质谱法对婴幼儿辅食米粉基体标准物质候选物中锡含量进行测定^[18]。婴幼儿辅食米粉样品中锡的准确测定存在复杂基质及锡元素多形态等干扰因素，消解后的溶液分别采用外标法及标准加入法对婴幼儿辅食米粉中锡含量进行定量分析。通过研究不同定量方法的准确度与适用性，探讨锡元素准确测定方法的检出限、精密度与准确度。同时本文以JJF1135-2005《化学分析测量不确定度》、CNAS-GL06: 2019 《化学分析中不确定度的评估指南》的规定为基础，对准确测定锡含量的分析方法进行不确定度评定^{[19 − 21]}，量化测量过程中各分量对结果的影响，为食品安全检测方法的选择提供依据。

1.   实验部分

1.1   材料与试剂

锡单元素溶液标准物质（999 mg/kg，U_r=0.4%，k=2，GBW08691，中国计量科学研究院）；牡蛎中无机元素和有机锡形态标准物质（（3.22±0.12）mg/kg，GBW10068，中国计量科学研究院）；婴幼儿辅食米粉基体标准物质候选物（level-1、level-2，中国计量科学研究院）；盐酸、硝酸为优级纯，实验用水为Milipore超纯水。

1.2   仪器和设备

Agilent 7700电感耦合等离子体质谱仪（美国 Agilent 公司）；Milipore Mill-Q超纯水机（美国Milipore公司）；MARS 5微波消解仪（美国CEM公司）；XS204电子分析天平（瑞士Mettler Toledo公司，最大称量220 mg，分度值为0.1 mg）。

1.3   仪器工作条件

ICP-MS测试条件：RF功率为1500 W，等离子气流量为15 L/min，采样深度7.5mm，载气流速为1.08 L/min，碰撞反应气氦气流量为4 mL/min。雾化器选用玻璃同心雾化器；采样锥、截取锥材料为铂。

微波消解仪消解条件：第一阶段升温20 min，保温10 min，温度为 120℃；第二阶段升温20 min，保温20 min，温度为175℃；第三阶段升温20 min，保温45 min，温度为195℃。

1.4   样品前处理

准确称取0.5 g婴幼儿辅食米粉样品于微波消解罐内管中，精确至0.1 mg，加入5 mL硝酸，加盖放置过夜进行预消解，再加入1 mL盐酸并旋紧罐盖，放入至MARS 5微波消解仪中，采取程序升温法进行消解，消解后得到澄清透明的溶液。待冷却至室温后，缓慢打开罐盖放气，用少量超纯水清洗内壁并将溶液转移至50 mL塑料管中，定容称重，混匀备用，采用同样的方法做空白试样。

1.5   外标法曲线配制

外标法标准曲线配制采用重量法，忽略配制测试过程中溶液密度随温度的变化^[19]。将50 mL的洁净塑料管放入天平中，去皮重。用移液器移取0.2 g 锡标准母液于洁净塑料管中，记录显示质量，按比例加入6%硝酸+盐酸溶液稀释至20 g，记录显示质量。经两次梯度稀释后得到100 μg/kg标准工作液。再用同样的方法移取上述标准工作液0 g、0.5 g、1 g、2 g、4 g于洁净塑料管中，记录显示质量，按比例加入6%硝酸+盐酸溶液至相应质量配制成系列标准溶液，混匀备用，根据质量比计算出相应标准溶液的浓度。

1.6   标准加入法曲线配制

将待测消解液称量四份重量约为2.0 g于塑料管中，记录称量质量m_S1、m_S2、m_S3、m_S4，同时按序加入2.0 g浓度为0 μg/kg、0.5C μg/kg、C μg/kg、2C μg/kg的锡单元素溶液(C为外标法得到的样品浓度)，记录显示质量m_A1、m_A2、m_A3、m_A4。混匀后按ICP-MS工作条件进行测定，记录锡的质谱计数率(cps)。以添入锡的质量浓度为横坐标，以计数率为纵坐标作图，所作直线外延与横坐标交点的绝对值即为混合试液中锡的质量浓度X₀，消解液中锡的浓度C按式（1）计算.

1.7   锡含量计算公式

根据标准加入法的测量结果，将值代入式（2）计算出婴幼儿辅食米粉中锡的含量。

式中，w为样品中待测元素的含量， mg/kg；C为计算得到消解液中锡的质量浓度，μg/kg；M为样品的定容质量， g；m为样品质量， g；y为样品干重率， %。

2.   结果与讨论

2.1   ICP-MS方法分析

2.1.1   质谱干扰分析

质谱干扰主要来之同质异位素、多原子离子及双电荷粒子的干扰^[22]。锡在自然条件下存在10种同位素，试样中组分较为复杂，潜在的多原子离子干扰较多，可能产生的多原子离子干扰主要来自样品中Cd、In、Mo 等，消解试剂中H、O、N、Cl 等工作气体(Ar) 及工作环境中的空气等各元素组合形成的多原子离子。测试时采用He气模式以消除两个以上原子组成的多原子离子干扰。通过实验发现质量数¹¹²Sn、¹¹⁴Sn、¹¹⁶Sn在一定程度受到Cd同质异位素的干扰，而¹²²Sn、¹²⁴Sn与Te的同位素重合，经考虑锡同位素的丰度与质谱干扰，¹¹⁷Sn、¹¹⁸Sn、¹¹⁹Sn均可为待测元素质量数，其中以丰度最大且无干扰的¹¹⁸Sn更佳。工作标准溶液的配制浓度和质谱检测结果如表1所示。

表  1  锡元素在不同质量数的信号强度

Table  1.  Signal intensity of tin at various mass numbers

浓度 （μg/kg）	Sn元素同位素信号强度（cps）
	117	118	119
0	7.73	24.93	9.27
4.9869	23241.0	75193.5	27361.2
9.9024	46012.8	149286.4	54353.3
19.5220	90798.5	294284.0	107187.6
29.4835	137120.6	444437.3	161989.6
相关系数	0.9999	1.0000	1.0000

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2.1.2   消解用酸选择

硝酸具有很好的氧化能力和溶解能力，常推荐为电感耦合等离子体质谱法测定食品中锡元素的消解介质。但有文献研究指出，硝酸能把有机锡转化为无机锡，但不能溶解反应过程中的产物β-锡酸（β-xSnO₂·yH₂O）或氧化锡（SnO₂）沉淀，从而导致单一硝酸的消解体系结果偏低^[23]。由于样品中存在少量锡有机物，而盐酸能有效溶解锡中间产物，因此在加入硝酸对质控样品（GBW10068）进行预消解后，考察盐酸加入与否对测试结果的影响。对不同酸消解样品进行6次平行试验，结果见表2。结果显示两组测定值结果均偏低。硝酸+盐酸体系的测定值更接近于标准值，为3.07 mg/kg，与标准值相对偏差为−4.7%。说明微波消解用酸应选择硝酸预消解后，再加入少量盐酸消解更完全。

表  2  不同测量条件下锡含量结果

Table  2.  Tin content results under various measurement conditions

	加酸体系	测得值（mg/kg）						平均值（mg/kg）	标准值（mg/kg）	相对误差%
外标法	硝酸	2.90	2.96	2.94	2.92	2.91	2.87	2.92	3.22±0.12	−9.3%
	硝酸+盐酸	3.03	3.08	3.08	3.08	3.09	3.05	3.07		−4.7%
标准加入法	硝酸+盐酸	3.23	3.26	3.33	3.28	3.16	3.30	3.26		+1.2%

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2.1.3   基质干扰分析

此次ICP-MS实验的基质效应主要是由锂、钠、钾、钙等电离能较低的易电离元素引起的，被测溶液激发电离时，含有易电离基质的气溶胶更易电离，导致待测元素信号受到抑制，从而造成检测结果的偏差^{[24 − 25]}。锡元素虽同属电离效率较高的元素，且电离所需能量较低，但研究表明，当基质中含有大量易电离元素时，依然有造成其电离不充分的可能性。由于质控样品及婴幼儿辅食米粉均含有高浓度的易电离元素，因此采用标准加入法与外标法对比是否存在基质效应。将消解好的质控样按标准加入法进行配制，并在同等仪器条件下测试，测量结果见表2。6次测量值精密度为1.83%，测量平均值为3.26 mg/kg，与标准值较一致，说明标准加入法可有效去除基质效应对结果产生的干扰。

2.1.4   方法检出限及定量限

对10份样品空白按标准加入法进行溶液配制，在设定条件下分别测定，计算得到样品空白质量浓度的标准偏差为0.06 μg/kg^[26]。样品以称样量为0.5 g，定容质量为50 g，分别计算得到方法检出限、定量限，由此可得标准加入法锡的方法检出限为0.02 mg/kg，方法定量限为0.06 mg/kg。

2.2   样品定量分析

2.2.1   样品测试

采用外标法及标准加入法分别对两个不同浓度的婴幼儿辅食米粉样品（level-1、level-2）进行测定，同时选取质控样品（GBW10068）进行监控，每个样品平行消解6份，测量结果见表3。结果显示两个样品标准加入法的测量值均高于外标法的测量值，分别高出约3.8%、3.0%。其中两个质控样品的标准加入法结果和证书标准值一致，质控样品值与标准值相对误差为0.6%～1.2%。说明在婴幼儿辅食米粉复杂基体下，样品中的多形态锡目标物经微波消解转化后，其电离存在基质干扰，而相应质控样品的结果进一步验证标准加入法能更准确地分析样品中锡含量，方法可靠。

表  3  不同方法测量样品结果对比

Table  3.  Comparison of sample measurement results using different methods

方法	样品	测得值w（mg/kg）						平均值（mg/kg）	RSD/%	质控样品（mg/kg）
外标法	level-1	1.27	1.25	1.24	1.26	1.26	1.27	1.26	0.87	3.06
	level-2	2.36	2.37	2.35	2.38	2.35	2.36	2.36	0.50	3.08
标准加入法	level-1	1.31	1.33	1.28	1.30	1.32	1.31	1.31	1.43	3.24
	level-2	2.44	2.45	2.40	2.42	2.46	2.41	2.43	0.97	3.26

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2.2.2   加标回收率

为验证方法的准确性，对level-1样品溶液中分别加入低、中、高三种标准溶液，用标准加入法对不同加标量的样品平行测定2次，在设定条件下进行分析，经计算得出加标回收率、方法加标回收率见表4。由表4得知，标准加入法的加标回收率在100.5％到104.5％之间，方法的加标回收率满足GB/T 27404-2008 《实验室质量控制规范食品理化检测》中的要求^[27]。

表  4  加标回收率测试结果

Table  4.  Standard addition recovery test results

方法	样品本底 （μg/kg）	加标量 （μg/kg）	测定值 （μg/kg）	回收率
标准加入法	11.622	4.949	16.794	104.5%
	11.622	4.949	16.725	103.1%
	11.622	10.107	21.916	101.9%
	11.622	10.107	22.064	103.3%
	11.622	15.051	27.197	103.5%
	11.622	15.051	26.743	100.5%

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2.2.3   定值过程不确定度评定

ICP-MS标准加入法测定婴幼儿辅食米粉中锡含量的不确定度来源有：测量重复性引入的不确定度；样品干燥恒重引入的不确定度；试样称量m与待测溶液定容称量M引入的不确定度；待测溶液浓度引入不确定度，包括标准溶液母液引入的不确定度、标准曲线配制引入的不确定度及标准曲线拟合引入的不确定度^[28]。下面以level-1样品为例进行不确定度评定。

1） 测量结果重复性引入的不确定度

测量结果重复性引入的不确定度主要受检测过程中检测设备的稳定性、试剂的纯度、操作人员的熟练程度等随机因素的影响^[29]。由表4可知，标准加入法6次重复测量的相对标准偏差为1.43%，则重复性测量引入的不确定度为： $u_{\mathrm{r}}(w)={\mathrm{RSD}}/ \sqrt{n} = 1.43{\text{%}}/ \sqrt{6}=0.58{\text{%}}$。

2）样品称量与待测溶液定容称量引入的不确定度

样品称量引入的不确定度主要包括天平示值允许误差引入的不确定度、天平分辨率引入的不确定度和天平重复称量引入的不确定度，分辨率及重复性称量引入的不确定度较小可忽略。根据天平检定证书，0～50 g天平的最大允许误差为±0.5 mg，50～200 g天平的最大允许误差为±1.0 mg，服从均匀分布， $k=\sqrt{3}$，则天平读数引入的不确定度为 $u=0.5/$ $\sqrt{3}=0.29\;{\mathrm{mg}}$。重复称取6份样品的质量平均值为0.5 g，则天平称量引入的相对不确定度分量：u_r(m) =0.060%。

待测溶液定容称量引入的不确定度同样是天平最大允差引入的不确定度，因定容质量较大，引入的相对不确定度u_r(M)可忽略。

3）待测溶液浓度定值引入的不确定度

（1）标准母液引入的不确定度分量

锡标准储备液（GBW08691）证书给出的不确定度为U_r=0.4%， k=2，则标准溶液引入的不确定度为：u₁(C) =0.2%。

（2）溶液配制引入的不确定度

标准曲线配制用移液器移取0.2 g锡标准溶液于50 mL塑料管中称量，用6%的硝酸+盐酸（体积比5∶1）稀释至20 g，经2次梯度稀释10000倍得到100 μg/kg的锡标准工作溶液。再分别移取质量为0 g、0.5 g、1.0 g、2.0 g锡标准工作溶液（100 μg/kg）至50 mL塑料管中，用6%的硝酸+盐酸稀释至10 g。

天平称量引入的不确定度u=0.29 mg，假设只考虑1 g以下称量引入的不确定度，其他质量忽略不计，各不确定度相互独立不相关，则标准曲线配制引入相对不确定度为：

（3）曲线拟合引入的不确定度

根据标准加入法配制流程，配制好的4份溶液采用ICP-MS测试，得到添入Sn的标准溶液浓度X_j与质谱响应计数率A_j（cps）的标准曲线，标准加入法测试结果见表5^[30]。

表  5  标准加入法各浓度点的测量信号值

Table  5.  Measurement signal values at each concentration point using the standard addition method

添入Sn浓度Xj （μg/kg）	响应值Aj（cps）
	1	2	3	4	5	平均值
0	48464.4	48253.1	47991.3	47654.3	47167.9	47906.2
2.486	70293.4	69755.1	69354.7	68735.1	68655.1	69358.7
5.063	91182.3	90525.4	89820.6	89532.6	89388.7	90089.9
10.093	134659.1	133818.5	133088.7	131854.8	131898.6	133063.9
相关系数	0.9999	0.9999	0.9998	0.9999	0.9999	0.9999
曲线截距X0	5.708	5.710	5.705	5.731	5.657	5.702
样液浓度C0	11.452	11.458	11.447	11.498	11.351	11.442

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拟合曲线的标准偏差为：

式中，S(A)为校准曲线的标准差；n为标准溶液(含空白溶液)的测定总次数，n=5×4=20；B₁为校准曲线的斜率，B₁=8414.6；B₀为校准曲线的截距，B₀=47992.5。

曲线拟合引入的不确定度为：

式中，P为样品溶液的测定次数，P=5； X₀为校准曲线求得的样品溶液中浓度，X₀=5.702 μg/kg； $\overline{X}$为各标准曲线添入锡的浓度平均值， $\overline{X}$=4.410μg/kg；X_j为溶液中添入Sn的浓度值。

经计算S(A)= 844.4，则溶液中X₀曲线拟合引入不确定度u(X₀)=0.053μg/kg。

根据消解液浓度C计算公式（1），及溶液中添入锡的单标准溶液浓度 ${X}_{j}=\dfrac{{C}_{j}{m}_{Aj}}{{m}_{Sj}+{m}_{Aj}}$，由于溶液质量与添入锡溶液质量相近且为已知，忽略称量引入的不确定度，则标准加入法曲线拟合引入的相对不确定度为u₃(C)= u(X₀)/X₀=0.053/5.702=0.93%。

则待测溶液浓度定值引入的相对不确定度u_r(C)=0.98%。

4）干燥恒重引入的不确定度

标准样品干燥引入的不确定度主要源于恒重称量和测量重复性引入的不确定度^[31]。由水分计算公式x= $\dfrac{{m}_{0}+{m}_{1}-{m}_{2}}{{m}_{1}}\times 100\text{%}$，计算得样品干重比率为：

式中，y为试样干重率，%；x为试样水分含量，%；m₀为称量瓶质量，g；m₁为试样质量，g；m₂为称量瓶和试样干燥后质量，g。

（1）干重率重复测量引入的不确定度

对样品的干重率进行6次平行测定，测量结果见表6。由表6可得6次测定的标准偏差s= $\sqrt{\dfrac{\displaystyle\sum _{i=1}^{6}{\left({y}_{i}-\overline{y}\right)}^{2}}{n-1}}$=0.107%，则重复性引入的不确定度为u₁(y)= $\dfrac{0.107\text{%}}{\sqrt{6}}$=0.043%。

表  6  样品干重率结果

Table  6.  Dry weight ratios of the samples

序号	m0/g	m1/g	m2/g	y/ %
1	43.6078	2.0169	45.5048	94.06
2	42.1681	2.0424	44.0858	93.89
3	40.3874	2.0159	42.2848	94.12
4	39.8977	2.0815	41.8531	93.94
5	41.6435	2.1048	43.6237	94.08
6	42.3589	2.0996	44.3298	93.87
平均值	41.6772	2.0602	43.6137	93.99

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（2）干燥恒重称量引入的不确定度

根据直接干燥法测试流程，干燥恒重引入的不确定度可分为称量瓶干燥恒重引入不确定分量u(m₀)、样品称量引入不确定分量u(m₁)，试样与称量瓶干燥后恒重引入不确定分量u(m₂)。

（a）称量瓶干燥恒重引入的不确定度u(m₀)

称量瓶干燥恒重引入的不确定度主要为恒重称量引入的不确定度u₁(m)和天平示值误差引入的不确定度u₂(m)。天平称量的最大允许误差为±0.5 mg，则天平引入的不确定度为u₁(m)=0.5/ $\sqrt{3}$=0.29 mg；干燥恒重前后两次称量相差不超过±2 mg，则恒重引入的不确定度u₂(m)=2/ $\sqrt{3}$=1.15 mg。

则称量瓶干燥恒重引入的不确定度为u(m₀) = $\sqrt{{{u}_{1}\left(m\right)}^{2}+{{u}_{2}\left(m\right)}^{2}}$=1.19×10⁻³ g。

（b）样品称量引入的不确定度u(m₁)

样品称量引入的不确定度主要为天平示值误差引入的不确定度，则样品称量引入的不确定度为u(m₁)= u₁(m)=0.5/ $\sqrt{3}$=2.9×10⁻⁴ g。

（c）试样与称量瓶恒重引入的不确定度u(m₂)

试样与称量瓶恒重引入的不确定度同样由天平示值误差引入的不确定度及恒重称量引入的不确定度，则u(m₂) =1.19×10⁻³ g。

根据对样品称量瓶及样品的称量质量分别为m₀=41.6772 g、m₁=2.0602 g、m₂=43.6137 g，假设各分量互不相关，则由式（6）可得，样品干燥称量恒重引入的标准不确定度为：

式中， $\dfrac{\partial y}{\partial {m}_{0}}=-\dfrac{1}{{m}_{1}}=-0.4763$； $\dfrac{\partial y}{\partial {m}_{1}}=\dfrac{{m}_{2}-{m}_{0}}{{{m}_{1}}^{2}}= 0.4476$； $\dfrac{\partial y}{\partial {m}_{2}}=\dfrac{1}{{m}_{1}}=0.4763$。

则u₂(y)=0.081%。

（3）样品干重率合成不确定度

则样品干重率y引入的相对不确定度为：

2.2.4   合成不确定度和扩展不确定度

假设各不确定度分量互不相关，则各分量间合成的相对标准不确定度为：

按照95%的置信水平，取包含因子k=2，测量结果的相对扩展不确定度为U_r=2.4%。当样品中锡含量为1.31 mg/kg时，扩展不确定度为U=0.04 mg/kg，则报告的测量结果可表示为：（1.31±0.04）mg/kg，k=2。

3.   结论

本文根据婴幼儿辅食米粉存在复杂基质及锡元素多形态等测试干扰因素，采用硝酸+盐酸体系对样品进行微波消解前处理，开展了电感耦合等离子体质谱法准确测定样品中锡含量的方法研究。通过方法研究对比表明，标准加入法可有效消除基质干扰并准确测定样品中锡的含量。标准加入法锡测量结果精密度为0.97%～1.83%，检出限为0.02 mg/kg，质控样品相对偏差为+1.2%，加标回收率实验也验证了方法准确可靠，可满足食品检测的要求。

通过对标准加入法测量过程进行不确定度评定，当婴幼儿辅食米粉中锡含量为1.31 mg/kg时，扩展不确定度为0.04 mg/kg（k=2），其中影响锡含量不确定度的主要因素为标准曲线拟合重复性引入的不确定度。标准加入法具有消除基质干扰的优势，为增强方法适用性，应加强实验操作，配制标准曲线时应尽量使待测样品浓度落在标准曲线中间位置，降低标准曲线拟合引入的不确定度，进一步提高测量结果的准确度与置信度。