ICP-MS法测定胶囊重金属的不确定度分析模型及其建立方法与流程

本发明涉及电感耦合等离子质谱仪法检测技术领域，特别是涉及一种icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度分析模型及其建立方法。

背景技术：

明胶空心胶囊由药用明胶制成，可容纳各种固体、液体等，易于吞服，并迅速溶解。我国的药品管理法规定，用于胶囊生产的明胶不得使用工业明胶。但近年部分不法厂商使用工业明胶生产药用胶囊，其中部分产品中铬元素超标90多倍。铬元素是一种对人体有害的重金属元素，尤其六价铬具有损伤肝、肾的毒性效应。《中国药典(2015年版)》二部规定，明胶空心胶囊含铬不得过百万分之二。

目前明胶空心胶囊中铬的测定方法有《中国药典(2015年版)》四部0406通则原子吸收分光光度法以及《中国药典(2015年版)》四部0412电感耦合等离子体质谱法。

但是，由于目前评定icp-ms测定明胶空心胶囊中铬含量的文献较评定原子吸收分光光度法的少，且该方法的样品前处理过程以及测定过程较为复杂，受影响的因素较多，因此，亟需基于测量系统分析和误差溯源，对测量系统进行不确定度评定，以反映测量结果的准确性，为判断检测结果的准确性提供科学依据。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度分析模型的建立方法，采用该方法建立得到的不确定度分析模型，能够将影响检测结果的各因素进行分析后加强对主要影响因素的控制，从而减少测量的不稳定性，保障测量结果的可靠性。

一种icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度分析模型的建立方法，包括以下步骤：

数据获取：设计回收率试验，以icp-ms法测定明胶空心胶囊回收率试验中重金属元素的含量，并收集数据；

模型建立：根据重金属元素含量计算公式，分析不确定度来源、建立测量模型，评定和计算不确定度。

本发明人在长期试验经验的基础上，对icp-ms法测定胶囊重金属试验过程进行分析后认为，该检测过程的主要步骤包括样品称量、样品消化、稀释定容、仪器分析等。其中样品消化的不确定度最为复杂，选择不同的前处理方式如微波消解和湿法消解，获得的不确定度分量也有所不同，故可以通过回收率试验来评估。

在此基础上，上述方法通过设计回收率试验，再建立测量模型，评定和计算不确定度，icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度分析模型，对以icp-ms法测定胶囊重金属含量试验中能够影响检测结果的各因素进行分析，随后可加强对主要影响因素的控制，从而减少测量的不稳定性，保障测量结果的可靠性。

在其中一个实施例中，所述数据获取步骤中，所述icp-ms法测定的方法包括：

供试品溶液的制备：称取明胶空心胶囊样品mg，以微波消解或湿法消解的方式进行前处理，定容至vml，得到供试品溶液，并同时制备空白对照溶液，定容至vml；

标准曲线溶液的制备：取待测重金属标准品，配置系列浓度的标准品溶液；

上机检测：将所述供试品溶液、空白对照溶液和标准曲线溶液导入icp-ms检测，得到供试品溶液中重金属浓度c，空白对照溶液中重金属浓度c0；

重金属含量计算：按照下式计算重金属含量x，

式中，x：样品中重金属的含量；c：供试品溶液中重金属的浓度；c0：空白对照溶液中重金属的浓度；v：定容体积；m：称取的样品量；n：转换倍数。

当上述x的单位为mg/kg，c的单位为μg/l；c0的单位为μg/l；v的单位为ml；m的单位为g；则n为1000。

在其中一个实施例中，所述以微波消解的方式进行前处理的具体步骤为：称取经粉碎的样品于微波消解罐中，加入标准品进行加标回收率试验，同时做空白对照，加入硝酸，于石墨消解仪上90-110℃预消解25-35min，后于微波消解仪内消解，结束后将微波消解罐放石墨消解仪上赶酸1.5-2.5h，用水冲洗并转入离心管中，定容；

所述以湿法消解的方式进行前处理的具体步骤为：称取经粉碎的样品于消解管中，加入标准品进行加标回收率试验，同时做空白对照，加入硝酸，于石墨消解仪上80-100℃预消解25-35min，后升温至125-145℃消解0.5-1.5h，之后继续升温至150-180℃，直至消解至1～2ml，定容。

以上述方式进行前处理，具有较好的检测效果。

在其中一个实施例中，所述标准曲线溶液的制备步骤中，所述系列浓度为0-30μg/l。将检测浓度控制在上述范围内，能够获得较好的检测效果。

在其中一个实施例中，所述重金属为铬，所述上机检测步骤中，所述icp-ms检测条件如下所示。

以上述条件检测铬，具有较好的测效果。

在其中一个实施例中，所述模型建立步骤中，所述测量模型为：

y＝f(x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7)

式中，y：icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度；x1：使用标准品引入的不确定度；x2：使用天平引入的不确定度；x3：使用量具引入的不确定度；x4：使用icp-ms引入的不确定度；x5：标准曲线拟合引入的不确定度；x6：样品消解引入的不确定度；x7：试剂空白引入的不确定度；

表示为如下公式：

式中，urel(x)：icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度；urel(cs)：使用标准品引入的不确定度；urel(m)：使用天平引入的不确定度；urel(v)：使用量具引入的不确定度；urel(仪)：使用icp-ms引入的不确定度；urel(c)：标准曲线拟合引入的不确定度；urel(前处理)：样品消解引入的不确定度；urel(空白)：试剂空白引入的不确定度。

以上述模型分析不确定度，具有多因素溯源，便于综合评定影响因素，深入比较分析不同消解方式，便于控制关键影响因素的优点。本发明人通过对icp-ms法测定胶囊重金属试验过程进行分析和摸索后发现，本实验的不确定度主要来源于上述方面，以上述来源的不确定度对icp-ms法测定胶囊重金属试验进行分析评定，能够全面、客观反映影响检测结果的各因素。

在其中一个实施例中，所述使用天平引入的不确定度包括：天平的校准引入的不确定度和称量重复性引入的不确定度；

所述使用量具引入的不确定度包括：样品定容体积产生的不确定度和标准曲线引入的不确定度；所述样品定容体积产生的不确定度包括：容量瓶体积的引入的不确定度、定容至刻度的变动性产生的不确定度和温度差异产生的不确定度；所述标准曲线引入的不确定度包括：标准使用液引入的不确定度和标准系列配制引入的不确定度。

在其中一个实施例中，所述使用电感耦合等离子质谱仪引入的不确定度包括：仪器的校准引入的不确定度和样品重复测量引入的不确定度。

对不确定度来源的进一步细化和完善，可更加全面、客观反映影响检测结果的各种因素。

在其中一个实施例中，以微波消解或湿法消解的方式对明胶空心胶囊样品进行前处理，分别对微波消解法和湿法消解法下的不确定度进行合成，分别得到微波消解法和湿法消解法下的合成相对标准不确定度，并分析得到微波消解法的扩展不确定度和湿法消解法的扩展不确定度。通过上述分析，可以根据结果选择更佳适合的前处理方式，以提高检测结果的准确性和可靠性。

本发明还公开了上述的方法建立得到的icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度分析模型。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度分析模型的建立方法，通过设计回收率试验，再建立测量模型，评定和计算不确定度，icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度分析模型，对以icp-ms法测定胶囊重金属含量试验中能够影响检测结果的各因素进行分析，随后可加强对主要影响因素的控制，从而减少测量的不稳定性，保障测量结果的可靠性。

附图说明

图1为实施例中不确定度来源分析鱼骨图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

以下实施例中所用仪器和试剂如下：

仪器：电感耦合等离子体质谱仪agilenticp-ms7800；miniport超纯水机；ethosone微波消解仪；(5-50)μl/mz34895可调移液器；(20-200)μl/nz45999可调移液器；(100-1000)μl/nz53342可调移液器；石墨消解仪ds-360；微波消解仪。

试剂：硝酸；过氧化氢为优级纯，gbw08614铬单元素标准物质溶液：1000mg/l，中国计量科学研究院；明胶空心胶囊由广州市某药业工厂提供。水为gb/t6682规定的一级水。

实施例

一种icp-ms法测定胶囊重金属(铬)的不确定度分析模型，按照下述方法建立：

一、数据获取。

1测量方法。

1.1供试品溶液的制备。

1.1.1微波消解。

称取经粉碎的均匀明胶空心胶囊样品0.2500g于聚四氟乙烯内罐中，同时做两份空白对照，加入5ml硝酸，于石墨消解仪上100℃预消解30min，后于微波消解仪内消解，结束后将聚四氟乙烯内罐放石墨消解仪上赶酸2h，用一级水三次冲洗并转入25ml离心管中，冷却，定容，待导入icp-ms检测。

1.1.2湿法消解。

称取经粉碎的均匀明胶空心胶囊样品0.2500g于消解管中，同时做两份空白对照，加入10ml硝酸，于石墨消解仪上90℃预消解30min，后升温至135℃消解1h，之后继续升温至160℃，直至消解至1～2ml，冷却，用一级水定容至25ml，待导入icp-ms检测。

1.2标准曲线的制备。

使用移液器精确吸取100μl浓度为1000μg/ml的铬单元素标准溶液，用1％硝酸定容于10ml容量瓶中，制成浓度为10μg/ml的铬标准储备液。临用时用移液器精确吸取1ml铬标准储备液，用1％硝酸定容于10ml容量瓶中，制成浓度为1μg/ml的铬标准中间使用液。分别使用移液器精密吸取铬标准中间使用液0μl、10μl、40μl、100μl、150μl、200μl于10ml具塞比色管中，此系列铬标准使用液中铬浓度分别为0μg/l、1μg/l、4μg/l、10μg/l、15μg/l、20μg/l。

1.3上机检测。

将上述供试品溶液、空白对照溶液和标准曲线溶液导入icp-ms检测，得到供试品溶液中重金属浓度c，空白对照溶液中重金属浓度c0。

上机检测条件为如表1所示。

表1icp-ms工作站仪器参数

1.4重金属含量计算。

铬含量的计算公式为：

式中，x：样品中铬的含量，单位mg/kg；c：消化液中铬的浓度，单位μg/l；c0：空白溶液中铬的浓度，单位μg/l；v：定容体积，单位ml；m：称取的试样量，单位g。

二、模型建立。

1、分析、建立模型。

分析测定过程可以看出，上述icp-ms法测定胶囊中铬元素的试验，主要步骤包括样品称量、样品消化、稀释定容、仪器分析等。其中样品消化的不确定度最为复杂，选择不同的前处理方式如微波消解和湿法消解，获得的不确定度分量也有所不同，故可以通过回收率试验来评估。

因此，经分析，本实验的不确定度主要来源于以下几个方面：a、使用标准品引入的不确定度；b、使用天平引入的不确定度；c、使用量具引入的不确定度；d、使用电感耦合等离子质谱仪引入的不确定度；e、标准曲线拟合引入的不确定度；f、样品消解引入的不确定度；g、试剂空白引入的不确定度。不确定度来源分析鱼骨图如图1所示。

建立以下测量模型：

y＝f(x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7)

式中，y：icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度；x1：使用标准品引入的不确定度；x2：使用天平引入的不确定度；x3：使用量具引入的不确定度；x4：使用icp-ms引入的不确定度；x5：标准曲线拟合引入的不确定度；x6：样品消解引入的不确定度；x7：试剂空白引入的不确定度。即可表示为如下公式：

式中，urel(x)：icp-ms法测定胶囊重金属的不确定度；urel(cs)：使用标准品引入的不确定度；urel(m)：使用天平引入的不确定度；urel(v)：使用量具引入的不确定度；urel(仪)：使用icp-ms引入的不确定度；urel(c)：标准曲线拟合引入的不确定度；urel(前处理)：样品消解引入的不确定度；urel(空白)：试剂空白引入的不确定度。

2、不确定度分量的评定。

2.1使用标准品引入的不确定度。

测定使用的铬单元素标准溶液(1000mg/l)，其证书提供的扩展不确定度为2mg/l，置信概率为95％，包含因子k＝2。

因此，标准不确定度为：u(cs)＝2/2＝1mg/l；相对标准不确定度为：urel(cs)＝1/1000＝0.001。

2.2使用天平引入的不确定度。

2.2.1天平的校准引入的不确定度。

使用万分之一的分析天平称取样品0.5000g，天平检定证书给出的示值误差为±0.00005g，服从矩形分布，包含因子为换算成标准不确定度为：相对标准不确定度为uref(m)1＝2.89＝10^-5/0.5＝5.77×10^-5。

2.2.2称量重复性引入的不确定度。

检定证书给出的天平重复性标准差0.1mg，服从矩形分布，包含因子为换算成标准不确定度为：相对标准不确定度为：

urel(m)2＝5.77×10^-5/0.5＝1.15×10^-4。

故使用天平引入的相对标准不确定度为：urel(m)＝1.29×10^-4。

2.3使用量具引入的不确定度。

主要包括使用量具对标准溶液和供试品溶液进行量取、定容时引入的不确定度。

2.3.1样品定容体积产生的不确定度urel(样v)。

2.3.1.1容量瓶体积的引入的a类不确定度。

根据《jjg196-2006常用玻璃量器检定规程》有关规定，20℃时，25mla级容量瓶的容量误差为±0.03ml，按均匀分布计算，包含因子为由此引入的标准不确定度为：

2.3.1.2定容至刻度的变动性产生的b类不确定度。

如表2所示，通过重复称量10次，统计得出urel(样v2)。

表2重复测量10次结果

相对标准不确定度为：

2.3.1.3温度差异产生的a类不确定度。

实验室温度条件为20℃±3℃，水体积的膨胀系数为2.1×10^-4℃^-1，玻璃体积的膨胀系数为2.5×10^-5℃^-1，因此产生的体积变化为：δv＝25×(2.1×10^-4-2.5×10^-5)×3＝0.0139ml，温度效应引入的不确定度为：

由以上三项合成得出样品定容体积产生的相对标准不确定度：urel(样v)＝8.01×10^-4。

2.3.2标准曲线引入的b类不确定度urel(标)。

2.3.2.1标准使用液引入的不确定度urel(使)。

标准储备液配制中用10ml的容量瓶定容，混合标准液配制中，使用(100-1000)μl移液器吸取标准原液0.1ml至10ml的a级容量瓶中并定容，得到铬浓度为c＝10.00mg/l的标准储备液，继续吸取标准储备液0.1ml至10ml的a级容量瓶中并定容，得到铬浓度为c＝0.10mg/l的标准使用液。

①稀释引入的不确定度：使用(20-200)μl移液器吸取铬标液0.1ml，移液器检定证书给出的示值误差为±1％，换算成标准不确定度为：相对标准不确定度为：urel(使1)＝5.77×10^-4/0.1＝5.77×10^-3。

②定容体积产生的不确定度：10mla级容量瓶的最大允差分别为±0.020ml，按矩形分布考虑，标准不确定度分别为：相对标准不确定度为：

urel(使2)＝0.0115/10＝0.00115

③温度波动引入的不确定度：实验过程中环境温度变化±3℃，假设为矩形分布，水的膨胀系数α＝2.1×10^-4℃^-1，玻璃的膨胀系数为2.5×10^-5℃^-1，则10ml容量瓶由温度效应引入的不确定度为：标准储备液引入的相对不确定度：

2.3.2.2标准系列配制引入的不确定度urel(配)。

用移液器精确吸取1ml铬标准储备液，用1％硝酸定容于10ml容量瓶中，制成浓度为1μg/ml的铬标准中间使用液。分别使用移液器精密吸取铬标准中间使用液0μl、40μl、100μl、150μl、200μl于10ml具塞比色管中，用1％硝酸定容至刻度，混匀，此系列铬标准使用液中铬浓度分别为0μg/l、4μg/l、10μg/l、15μg/l、20μg/l；再从10μg/l的标准使用液移取1000μl至10ml具塞比色管中，得到1μg/l的铬标准使用液。

根据《jjg646-2006移液器检定规程》规定，1ml可调移液器吸取1000μl时容量允许误差为±1％，容量允差包括体积校准、人员读数，按均匀分布，则不确定度分量为：

又根据规程，1ml可调移液器吸取1000μl时测量重复性为±0.5％，按均匀分布，则不确定度分量为：

则1ml可调移液器吸取1000μl时带来的合成标准不确定为：

相对标准不确定度为：urel(v1)＝0.00644。

同法可得，配制标准系列过程使用移液器的标准不确定度，见下表3：

表3移液器相对标准不确定度

在标准系列配制过程中，使用了5次a级10ml容量瓶，其校准引入的不确定度为：

5次合并：

温度波动引入的不确定度：实验过程中环境温度变化±3℃，假设为矩形分布，水的膨胀系数α＝2.1×10^–4℃^-1，玻璃的膨胀系数为2.5×10^-5℃^-1，则10ml容量瓶由温度效应引入的不确定度为

故使用a级10ml容量瓶定容量为10ml时引入的相对标准不确定度为：

则标准溶液配制及稀释过程中量器校准引入的不确定urel(标)为：

合成使用量具引入的相对标准不确定度为

2.4使用电感耦合等离子体质谱仪引入的不确定度。

2.4.1仪器的校准引入的不确定度：

仪器检定证书给出的测量结果的扩展不确定度为1.2％，包含因子k＝2，则相对标准不确定度为：urel(校)＝0.012/2＝0.006。

2.4.2样品重复测量引入的a类不确定度urel(重)：

对同一样品溶液重复测量5次，结果见表4。

表4重复测量结果

用极差表示，故：

故合成使用电感耦合等离子体质谱仪引入的相对标准不确定度为：

2.5拟合工作曲线引入的标准不确定度。

采用6个浓度的cr标准溶液，各浓度分别测定三次，结果见表5。

表5cr标准溶液的信号响应值与浓度

使用线性最小二乘法拟合标准曲线，得到线性回归方程a＝ac+b，由标准曲线求浓度时产生的标准不确定度u(c)按照以下公式计算：

式中：u(c)为拟合曲线求c时引入的不确定度；s为标准偏差，

p为供试品溶液的测定次数，p＝3；n为标准溶液的测定总次数，n＝18；c为供试品溶液中铬的浓度，c＝6.62μg/l；为标准溶液中铬浓度的测定平均值；ai为标准溶液的信号响应值；a为线性回归方程的斜率，a＝6746.1；b为线性回归方程的截距，b＝-633.92；相关系数r＝0.9996。将表中数据代入上式，求得标准不确定度u(c)＝0.0560μg/l，则相对标准不确定度为：urel(c)＝0.0560/6.62＝0.00846。

2.6样品消解引入的不确定度。

由于样品消解不完全或消解过程中元素损失、污染及消解液损失等，故引入一定的不确定度，此不确定度可通过加标回收试验来评估。

本实验中，微波消解与湿法消解分别做了三次加标回收试验，微波消解的加标回收率分别为96.6％、101％和95.9％，湿法消解的加标回收率分别为94.8％、97.8％、97.2％。用极差表示，r：极差；c：极差系数。故样品微波消解过程引入不确定度：urel(微)＝0.0174；湿法消解过程引入不确定度：urel(湿)＝0.0102。

2.7试剂空白引入的不确定度。

本实验使用的试剂为优级纯。因此，扣除空白后测定铬含量的结果变化微小，故认为产生的影响可忽略。

3、合成相对标准不确定度。

3.1微波消解法下的合成相对标准不确定度。

当前处理方式为微波消解时，icp-ms法测定明胶空心胶囊中铬的不确定度分析列表如表6所示，各个不确定分量互不相关，测定结果合成的相对标准不确定度为：

明胶空心胶囊中铬含量测定结果为0.331mg/kg，其合成标准不确定度为：

u(x1)＝0.0134mg/kg。

表6微波消解法各不确定度分量列表

3.2湿法消解法下的合成相对标准不确定度。

当前处理方式为湿法消解时，icp-ms法测定明胶空心胶囊中铬的不确定度分析列表如表7，各个不确定分量互不相关，测定结果合成的相对标准不确定度为：

明胶空心胶囊中铬含量测定结果为0.331mg/kg，其合成标准不确定度为：

u(x2)＝0.0125mg/kg。

表7湿法消解法各不确定度分量列表

3.3扩展不确定度及测量结果表示。

3.3.1微波消解法下的扩展不确定度。

假设测量结果符合正态分布，在置信概率为95％时选择包含因子k＝2，则微波消解前处理方式下，明胶空心胶囊中铬含量测定结果的扩展不确定度为：

u(x微)＝2×0.0134＝0.027，测定结果可表示为0.331±0.027mg/kg。

3.32湿法消解法下的扩展不确定度。

假设测量结果符合正态分布，在置信概率为95％时选择包含因子k＝2，则微波消解前处理方式下，明胶空心胶囊中铬含量测定结果的扩展不确定度为：

u(x湿)＝2×0.0125＝0.025，测定结果可表示为0.331±0.025mg/kg。

4结果。

通过上述icp-ms法测定胶囊重金属(铬)的不确定度分析模型的不确定度分析的结果可以看出，本实验影响测量结果的不确定度影响因素顺序为使用量具＞使用icp-ms＞样品消解＞标准曲线拟合＞使用标准品＞使用天平。

其中，使用天平引入的不确定度最小，基本可以忽略不计；使用量具引入的不确定度最大，可见合理使用移液器以及选择逐级稀释极其重要；其次，增加平行样测定次数，保持测量重复性的稳定，定期维护仪器，做好期间核查也可减少使用icp-ms的不确定度；样品消解引入的不确定度也不容小觑：其中，湿法消解和微波消解的前处理方式对样品测定值的显著性差异不大，可以依据实验实际需要选择合适的消解方式；再者，依据样品上机浓度选择合适的曲线范围、选择合理储存、有效期内的有证标准品对样品测试的准确度和精密度非常重要。

因此，用icp-ms法测定明胶空心胶囊中铬含量，需要加强对上述主要影响因素的控制，减少测量的不稳定性，保障测量结果的可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。