测量不确定度简称不确定度，根据所用到的信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数[1-2]。测量不确定度评定，能给出测量结果的置信度和置信区间，不仅对测量结果的评价具有重要作用，还可以通过对每个不确定因素的分析判定，确定影响不确定度的主次，进而提高检测结果的可靠程度。根据CNAS—CL01—G003：2018《测量不确定度的要求》[3]：实验室应评定和应用测量不确定度，并建立维护测量不确定度有效性的机制；实验室应有具备能力的人员正确的评定、报告和应用测量不确定度[4]。新版ISO/IEC 17025:2017—CNAS—CL01：2018《检测和校准实验室能力认可准则》，规定开展检测的实验室应评定测量不确定度，并采用适当的分析方法考虑测量不确定度的所有显著贡献[5]。因此，测量不确定度，既是实验室质量控制的需要，同时也是实验室认可和新检测方法开发的需要，对于企业的质量管理具有重要的意义。
GB 5009.12—2017 《食品安全国家标准 食品中铅的测定》规定石墨炉原子吸收光谱法作为食品中铅测定的第一法，电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)为第二法[6-7]。ICP-MS因灵敏度高、检测速度快、干扰程度小等优点[8]，被广泛应用，成为国内外极具优势的检测分析手段。目前，白酒中铅的测量不确定度评定主要集中在原子吸收光谱测定法[9-15]，ICP-MS法测定白酒中铅的不确定度评定研究较少，杜德贤等[16]利用 GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》[17]规定的ICP-MS法检测白酒中的铅，并评定不确定度。本研究采用烘干法结合ICP-MS法测定白酒中的铅，与GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》规定的微波消解-ICP-MS法相比，该法有效地缩短了检测时间，提高了检测效率。根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》[1]、CNAS—CL07：2011《测量不确定度》和CNAS—GL05：2011《测量不确定度要求的实施指南》[18-19]等评定了ICP-MS测定白酒中铅的不确定度，评估各项不确定度分量大小，有针对性地控制各影响因素，旨在更加准确、科学地表示检测结果。
1 材料与方法
1.1 试剂与仪器
白酒样品为53%vol贵州茅台酒；Agilent内标液(10 μg/mL)；环境分析混合标准品(51834688，铅质量浓度为10 μg/mL)，安捷伦公司；硝酸(色谱纯)，国药集团；超纯水(电阻率18.23 MΩ)，艾科普acj-1002-pt纯水仪制备。
7900型ICP-MS、塑料样品瓶，安捷伦科技有限公司；ML204型电子天平，梅特勒-托利多公司；1 mL移液器，德国eppendorf。
1.2 样品前处理
称取2.0 g样品于洗干净的塑料样品瓶中，于80 ℃烘箱中烘至近干，体积分数为2%的HNO3溶液定容至20 g左右，摇匀，以2%HNO3作为空白，利用ICP-MS测定。测定的环境条件为温度20～23 ℃，相对湿度约50%。
1.3 标准溶液配制
本研究采用质量法配制标准溶液。使用1 mL移液器移取0.5 mL混合标准品于洗干净的塑料瓶中，以体积分数为2%HNO3溶液准确定容至50 g，摇匀，获得100 μg/kg的一级稀释液。分别称取一级稀释液0、2.5、5、10、25 g，用2%HNO3定容至50 g，配成0、5、10、20、50 μg/kg的标准工作溶液。
1.4 仪器工作参数
ICP-MS仪器工作参数：射频功率1 550 W；等离子体气流15 L/min，载气流量1 L/min，辅助气流量1 L/min；采样深度6 mm；蠕动泵0.2 r/min；雾化室温度2 ℃；测定同位素为208Pb，在线内标为209Bi。
1.5 样品检测数据及结果
在优化的仪器工作参数下，样品测定3次，结果见表1。
表1 样品检测数据及测定结果
Table 1 Sample measurement data and measurement results
元素铅测定值/(μg·kg-1)平均值X —s/(μg·kg-1)标准偏差S(X —)铅(Pb)15.01314.87714.95814.9490.055 5
2 数学模型的建立和不确定度分析、评定
2.1 不确定度测定数学模型
测定白酒中铅的数学模型见公式(1)：
(1)
式中：X，酒样中铅的含量，μg/kg；C，样品溶液中已扣除空白的铅元素含量，μg/kg；M，样品溶液的定容量，g；m，白酒的取样量，g；d，稀释倍数。
2.2 不确定度来源分析
本检测方法由样品前处理、仪器检测及数据处理3部分组成，根据测量方法分析不确定度来源，如图1所示。样品称量和定容过程的不确定度均由天平引入，分别用u(m)和u(M)表示；前处理过程的不确定度由损耗引入，用u(R)表示；标准溶液配制过程的不确定度由标准物质、天平和移液器共同引入，用u(S)表示；标准曲线拟合引入的不确定度用u(I)表示；测量重复性引入的不确定度用u(r)表示。
图1 ICP-MS测定白酒中铅的方法及不确定度来源
Fig.1 Lead determination method in Baijiu by ICP-MS and the source of uncertainty
2.3 不确定度评定
2.3.1 样品称量时引入的相对不确定度urel(m)
由检定证书可知，所使用天平在10 mg≤m≤50 g称量范围内，最大允许误差为0.5 mg(即0.000 5 g)，取均匀分布，即
g，称量样品2 g，则相对标准不确定度为：
2.3.2 样品前处理引入的不确定度urel(R)
样品前处理过程中会出现金属元素的损失或污染等情况，使样品中目标元素不能100%进入测定液中，使用加标回收率可以判断样品前处理的方法是否可行[20]。平行称取样品3份，加入标准品，按1.2进行前处理，ICP-MS测定。按照重复性公式(2)和公式(3)计算不确定度。该过程引入的不确定度结果见表2。
(2)
(3)
表2 加标回收率结果及不确定度
Table 2 Results of recovery rate and relative standard uncertainty
实际加标量/(μg·kg-1)测得加标量/(μg·kg-1)回收率 (R)/%回收率平均值(R-)/%标准偏差S(R-)urel(R)19.8599.32020.65103.3100.50.019 2550.01119.8299.1
2.3.3 定容引入的不确定度urel(M)
本方法定容过程所用天平与2.3.1中所用天平一致，天平称量以20 g时计算得出天平称量相对标准不确定度为：
2.3.4 标准溶液配制引入的不确定度urel(S)
标准溶液液配制是通过逐级稀释的方法将铅标准物质稀释至工作浓度，该过程中引入的不确定度包含标准物质和逐级稀释2部分。
2.3.4.1 标准物质引入的不确定度urel(S)1
根据标准物质证书，铅标准溶液的扩展不确定度为±0.5%，取置信区间为95%，包含因子k =2，属B类评定，则相对标准不确定度为：
2.3.4.2 逐级稀释过程引入的不确定度urel(S)2
由1.3配制方法可知，该部分使用的量器有1 mL 移液器和天平，测量不确定度由移液器和天平共同引入。根据JJG 646—2006《移液器》[21]检定规程和检定证书，1 mL 移液器最大允许误差为±0.5%，天平最大允许误差0.000 5 g，取均匀分布，包含因子
在标准工作液的配制过程中，使用1 mL 移液器1次，使用天平10次，其中称量50 g共6次，称量2.5、5、10、25 g分别1次，则不确定度计算结果见表3。
表3 标准系列溶液配制过程引入的不确定度
Table 3 Relative standard uncertainty from standard solution preparation
项目1 mL 移液器天平量取量0.5 mL2.5 g5 g10 g25 g50 g最大允差±0.5%0.000 5g计算公式0.005 30.000 5 3×2.50.0005 3×50.0005 3×100.0005 3×250.0005 3×50计算结果0.289%0.011 6%0.005 78%0.002 89%0.001 16%0.000 578%表示符号urel(a)urel(b)urel(c)urel(d)urel(e)urel(f)
逐级稀释过程引入的不确定度为：
urel(S)2=
2.3.4.3 合成相对标准不确定度urel(S)
由标准物质和逐级稀释等分量合成的标准溶液配制的相对标准不确定度为：
2.3.5 ICP-MS标准曲线拟合引入的不确定度urel(F)
配制5份(0、5、10、20、50 μg/kg)标准工作液，仪器检测并读数，得到相应的质谱强度(counts per second，CPS)，与内标质谱强度CPS共同计算，得到比率Y(CPSPb/CPSBi)。以标准工作液浓度为横坐标，以比率Y为纵坐标，最小二乘法拟合得到线性回归方程Y=aX+b(a为斜率，b为截距)和方程线性系数，见表4。
表4 标准曲线拟合
Table 4 Results of standard curves fitting
质谱强度及比率标准工作液质量浓度/(μg·kg-1)05102050CPSPb36 621.260222 148.923403 584.673738 090.1131 683 057.807CPSBi4 679 176.734 761 084.834 693 256.124 483 748.974 158 927.96比率Y0.007 830.046 660.085 990.164 610.404 69回归方程Y=0.007 9x+0.007 8,相关系数R=0.999
根据CNAS—CL06：2006《化学分析中不确定度的评估指南》[22]，标准曲线拟合引入的标准不确定度u(F)利用公式(4)～公式(6)进行计算:
(4)
(5)
=0.118 58
(6)
式中：Xsi，标准曲线各点质量分数，
标准曲线各点质量分数平均值，μg/kg；a，标准曲线斜率，0.007 9；b，标准曲线截距，0.007 8；n，标准溶液总测定次数，5；Sxx，标准曲线的残余标准差(残差的标准差)；
待测样品浓度的平均值，14.949 μg/kg(见表1)；Yi，各浓度标准溶液比率，p，被测样品的测量次数，3。
结合以上计算，标准曲线拟合引入的相对标准不确定度为：
2.3.6 测量重复性引入的不确定度urel(r)
按照1.2前处理方法，平行制备9份待测样品溶液，属于A类评定，故测量重复性的不确定度，等于测量结果平均值的标准偏差[23-24]。测量数据及计算结果见表5。
表5 样品溶液重复性测量结果
Table 5 Results for the determination repeatability of samples
测定值/(μg·kg-1)平均值/(μg·kg-1)标准偏差14.62715.01314.76414.82914.68614.87714.97114.95814.59314.8130.146
将数据代入公式(1)和公式(2)计算，测量重复性引入的相对标准不确定度为：
2.3.7 合成标准不确定度评定urel(W)
各个标准不确定度分量量值和贡献度见表6。
合成相对标准不确定度为:
表6 ICP-MS测定白酒中铅的不确定度量值和贡献度
Table 6 Component values and contribution of uncertainty of lead in Baijiu by ICP-MS
不确定度来源不确定度分量相对标准不确定度量值/%贡献度/%样品称量urel(m)0.014 40.94样品前处理urel(R)0.0110.72定容urel(M)0.001 450.09标准溶液配制urel(S)0.38224.97标准曲线拟合urel(F)0.79351.84测量重复性urel(r)0.32821.44
2.3.8 扩展不确定度评定
取置信水平95%，则k=2(按正态分布评定)，酒样中铅含量测定的相对扩展不确定度为：
U95(W)=k×urel(W) =2×0.94%=1.88%
3 不确定度报告
通过对ICP-MS测定白酒中铅的不确定度评定，当白酒中铅检测结果为14.949 μg/kg时，不确定度表示为：
X =(14.949±0.28) μg/kg，k =2，P=95%
4 结论与讨论
通过评定，ICP-MS测定白酒中铅含量方法的测量不确定度主要来源于标准系列溶液测定以及曲线拟合过程，其次为标准溶液配制过程中移液器的使用。
本研究采用烘干法结合ICP-MS法测定白酒中的铅，并评定该方法的不确定度，与GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》规定的微波消解-ICP-MS法相比，在保证检测结果准确的前提下，该法步骤简单，有效缩短了检测时间，提高了检测效率。杜德贤等[16]采用微波消解-ICP-MS法检测白酒中的铅并评定不确定度，明确了标准曲线拟合和标准溶液配制是不确定度贡献度的主要分量，这与本次不确定度评定结果一致，如图2及图3所示。同时，本次评定各个不确定度量值均低于文献报道，尤其是样品前处理的贡献度显著低于文献报道，这表明前处理过程采用烘干法、标准溶液配制过程采用重量法，可明显减少不确定度的引入。
图2 本研究与文献报道的不确定度量值对比
Fig.2 Comparison of component values in this study and literature
a-本研究；b-文献报道
图3 本研究与文献报道的不确定度分量贡献度
Fig.3 Comparison of contribution of uncertainty in this study and literature
为最大程度地减少检测过程引入的不确定度，仪器管理人员和使用人员应按照仪器操作规程定期维护仪器，确保仪器工作稳定性。同时，通过增加标准系列溶液的测定次数、增加仪器的扫描次数、坚持就近原则选择合适的同位素和内部元素建立仪器检测方法等，能在较大程度上减少标准曲线拟合引入的不确定度。配制标准溶液时，操作人员应确认移液枪、天平等量器是否定期维护和检定，具体操作应严格按照操作指导书进行，减少标准工作液的误差。本实验中，标准溶液配制的不确定度主要由1 mL 移液器移取标准母液时引入，为减少该部分不确定度，可选择更加准确的量器和方法。本方法采用了重量法配制标准溶液，相比体积法，准确度有所提高，且在一定程度上可减少污染。也可选择全自动标液配制设备，这也将成为未来本实验室尝试的一个方向。与此同时，定期有效地执行质控活动可有效地确保整个检测过程准确、稳定。
[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. JJF 1059.1—2012 测量不确定度评定与表示[S].北京:中国标准出版社, 2013.
General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People′s Republic of China.JJF 1059.1—2012 Evaluation and expression of uncertainty in measurement[S].Beijing:Standards Press of China, 2012.
[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. JJF 1135—2005 化学分析测量不确定度评定[S].北京:中国标准出版社, 2005.
General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China.JJF 1135—2005 Evaluation of uncertainty in chemical analysis measurement[S].Beijing:Standards Press of China, 2005.
[3] 中国合格评定国家认可委员会. CNAS—CL01—G003:2018 测量不确定度的要求[S].北京:中国标准出版社, 2018.
China National Accreditation Service for Conformity Assessment.CNAS—CL01—G003:2018 Requirement for measurement uncertainty[S].Beijing:Standards Press of China, 2018.
[4] 谭秀慧, 杨洪生, 任娣, 等.GFAAS法和ICP-MS法测定水产品中铅含量的不确定度评定[J].食品研究与开发,2020, 41(7):182-187.
TAN X H, YANG H S, REN D, et al.Uncertainty evaluation for determination of lead in aquatic products by GFAAS and ICP-MS[J].Food Research and Development, 2020, 41(7):182-187.
[5] 中国合格评定国家认可委员会. ISO/IEC 17025:2017—CNAS—CL01:2018 检测和校准实验室能力认可准则[S].北京:中国标准出版社, 2018.
China National Accreditation Service for Conformity Assessment.ISO/IEC 17025:2017—CNAS—CL01:2018 Accreditation criteria for the competence of testing and calibration laboratories[S].Beijing:Standards Press of China, 2018.
[6] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局. GB 2762—2017 食品安全国家标准 食品中污染物限量[S].北京:中国标准出版社, 2017.
National Health and Family Planning Commission of the People′s Republic of China， China Food and Drug Administration.GB 2762—2017 National food safety standard limits of contaminants in food[S].Beijing:Standards Press of China, 2017.
[7] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局.GB 5009.12—2017 食品安全国家标准 食品中铅的测定[S].北京:中国标准出版社, 2017.
National Health and Family Planning Commission of the People′s Republic of China， China Food and Drug Administration.GB 5009.12—2017 National food safety standard determination of lead in food[S].Beijing:Standards Press of China, 2017.
[8] 欧嘉杰, 巫广华, 李循媛.电感耦合等离子体质谱法测定红茶中镉含量的不确定度评定[J].食品安全导刊, 2019(18):56-59.
OU J J, WU G H, LI X Y.Evaluation of uncertainty in the determination of cadmium in black tea by inductively coupled plasma mass spectrometry[J].China Food Safety Magazine, 2019(18):56-59.
[9] 税丕容. 原子吸收测定白酒中铅含量不确定度的评定[J].食品安全导刊, 2019(33):62.
SHUI P R.Evaluation of uncertainty in determination of lead in Baijiu by atomic absorption spectrometry [J].China Food Safety Magazine, 2019(33):62.
[10] 蒋益中. 无火焰原子吸收光谱法测定白酒中铅含量的不确定度评定[J].工业计量, 2011(2):194-196.
JIANG Y Z.Evaluation of uncertainty in determination of lead in Baijiu by flameless atomic absorption spectrometry[J].Industrial Metrology, 2011(2):194-196.
[11] 刘杨, 王超.浅谈石墨炉原子吸收光谱法检测白酒中铅含量的不确定度[J].酿酒, 2018, 45(5):66-68.
LIU Y, WANG C.Discussion on uncertainty in determination of lead in liquor by graphite furnace atomic absorption spectrometry[J].Liquor Making, 2018, 45(5):66-68.
[12] 占永革, 龚剑, 黄湘燕, 等.原子荧光法检验小白菜中砷制样均匀性不确定度的评定[J].食品与发酵工业, 2011, 37(12):137-140.
ZHAN Y G, GONG J, HUANG X Y, et al.Evaluation on the uncertainty of samples homogeneity in detecting as in pakchoi by atomic fluorescent method[J].Food and Fermentation Industries, 2011, 37(12):137-140.
[13] 兰建丽, 徐风云, 兰建敏.原子荧光法测定水中砷的不确定度评定[J].食品与发酵工业, 2005, 31(7):114-116.
LAN J L, XU F Y, LAN J M.Evaluating study on measuring uncertainty of arsenic determination in water with atomic fluorescence[J].Food and Fermentation Industries, 2005, 31(7):114-116.
[14] 占永革, 龚剑, 马道明, 等.重铬酸钾容量法测定啤酒厂污泥中有机质的不确定度评定[J].食品与发酵工业, 2012, 38(6):177-181.
ZHAN Y G, GONG J, MA D M, et al.Evaluation of uncertainty in detecting organic in the sludge of brewery factory by potassium dichromate[J].Food and Fermentation Industries, 2012, 38(6):177-181.
[15] 王江蓉, 胡飞俊, 梅广, 等.微波消解-石墨炉原子吸收法测定粮食中铅含量的测量不确定度评定[J].食品与发酵工业, 2013, 39(9):189-194.
WANG J R, HU F J, MEI G, et al.Evaluation of measurement uncertainty of lead in grain by microwave digestion-graphite furnace atomic absorption spectrometry[J].Food and Fermentation Industries, 2013, 39(9):189-194.
[16] 杜德贤, 林晓君.ICP-MS法测定白酒中铅及其不确定度评定[J].食品与发酵科技, 2016, 52(3):77-80.
DU D X, LIN X J.Determination of lead in white spirit by ICP-MS and evaluation of uncertainty[J].Food and Fermentation Sciences & Technology, 2016, 52(3):77-80.
[17] 国家卫生和计划生育委员会,国家食品药品监督管理总局. GB 5009.268—2016 食品安全国家标准 食品中多元素的测定[S].北京:中国标准出版社, 2016.
National Health and Family Planning Commission of the People′s Republic of China， China Food and Drug Administration.GB 5009.268—2016 National food safety standard determination of multiple elements in food[S].Beijing:Standards Press of China, 2016.
[18] 中国合格评定国家认可委员会. CNAS—CL07:2011 测量不确定度的要求[S].北京:中国标准出版社, 2011.
China National Accreditation Service for Conformity Assessment.CNAS—CL07:2011 Requirements for measurement uncertainty[S].Beijing:Standards Press of China, 2011.
[19] 中国合格评定国家认可委员会. CNAS—GL05:2011 测量不确定度要求的实施指南[S].北京:中国标准出版社, 2011.
China National Accreditation Service for Conformity Assessment.CNAS—GL05:2011 Guidance on the application of the requirements for measurement uncertainty[S].Beijing:Standards Press of China, 2011.
[20] 张建辉, 张继红, 张丽, 等.ICP-MS法和石墨炉原子吸收法测定大米中镉含量不确定度评估的比较[J].食品科学, 2016, 37(18):185-189.
ZHANG J H, ZHANG J H, ZHANG L, et al.Comparative study of uncertainty evaluation for the determination of cadmium content in rice by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) and graphite furnace atomic absorption spectrometry[J].Food Science, 2016, 37(18):185-189.
[21] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. JJG 646—2006 移液器[S].北京:中国标准出版社, 2006.
General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People′s Republic of China.JJG 646—2006 Locomotive pipette[S].Beijing:Standards Press of China, 2006.
[22] 中国合格评定国家认可委员会. CNAS—GL06:2006 化学分析中不确定度的评估指南[S].北京:中国标准出版社, 2006.
China National Accreditation Service for Conformity Assessment.CNAS—GL06:2006 Guidance on evaluating the uncertainty in chemical analysis[S].Beijing:Standards Press of China, 2006.
[23] 杨铭. 石油石化领域理化检测测量不确定度的评估指南用实例[M].北京:中国计量出版社, 2010.
YANG M. Guidance and Illustration on Uncertainty Estimation in Physical and Chemical Testing in the Field of Petroleum and Petrochemicals[M].Beijing:China Metrology Press, 2010.
[24] 都芸, 王开宇, 左惠君, 等.分光光度法测定白酒中氰化物含量的不确定度评定[J].食品与发酵工业, 2020, 46(8):273-279.
DU Y, WANG K Y, ZUO H J, et al.Evaluation of uncertainty in determination of cyanide in liquor by spectrophotometry[J].Food and Fermentation Industries, 2020, 46(8):273-279.