譚秀慧，吳蓓琦*，楊洪生，殷悅，鄭偉，劉暢，張秋云，夏莉萍

(1. 江蘇省淡水水產(chǎn)研究所， 江蘇 南京 210017； 2. 江蘇省水產(chǎn)質(zhì)量檢測中心， 江蘇 南京 210017； 3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部漁業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(南京)， 江蘇 南京 210017； 4.江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 南京 210007)

鎘是一種具有高度生物活性的重金屬，其毒性強、難降解、具有致癌、致畸和致突變作用[1-3]。鎘被生物體攝入后，會導(dǎo)致肝臟、腎臟、骨骼、生殖器官的損傷，引起機體急慢性中毒[4-6]，因此一直是環(huán)境保護與人體健康領(lǐng)域關(guān)注的重點[7-9]。研究表明，部分地區(qū)魚類等水生生物生長環(huán)境存在鎘污染現(xiàn)象，李嘉明等[10]發(fā)現(xiàn)蝦塘生態(tài)系統(tǒng)中底泥Cd的生態(tài)風(fēng)險最高；趙漢取等[11]調(diào)查發(fā)現(xiàn)浙北地區(qū)魚類養(yǎng)殖池塘表層沉積物中鎘的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)較高；代靜等[12]研究發(fā)現(xiàn)大明湖表層沉積物中重金屬鎘偏中度污染。由于鎘具有生物累積性[13-15]，養(yǎng)殖環(huán)境中的鎘通過食物鏈傳遞在動植物體累積，導(dǎo)致水產(chǎn)品存在一定程度的鎘污染問題。食用鎘含量超標(biāo)的水產(chǎn)品，將直接危害人體健康，因此，鎘是水產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要檢測指標(biāo)之一。

測量結(jié)果的不確定度評定是檢測機構(gòu)的實驗室內(nèi)部質(zhì)量控制所用的一種重要手段，隨著實驗室檢測/校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性要求越來越高，不確定度評定越來越受到重視，CNAS-GL009:2018 《材料理化檢驗測量不確定度評估指南及實例》規(guī)定檢測實驗室應(yīng)有能力對每一項有數(shù)值要求的測量結(jié)果進行測量不確定度評定。測量不確定度評定方法主要有Bottom-up(自下而上)和Top-down(自上而下)法，Bottom-up法又稱GUM法，是一種傳統(tǒng)的且目前應(yīng)用較多的方法[16-18]，該方法的優(yōu)點是可分析并量化影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素，并針對性地提出減少不確定度的相應(yīng)措施，但由于該方法需要考慮測量過程中所涉及的所有不確定分量，計算過程復(fù)雜，對評定人員具有較高的要求，難以在實驗室中廣泛開展。Top-down法于1995年由英國皇家化學(xué)學(xué)會分析方法委員會(Analytical Methods Committee，AMC)首次提出，在確保實驗室測量系統(tǒng)處于統(tǒng)計受控狀態(tài)的前提下，通過一段時期內(nèi)精密度測量統(tǒng)計下的質(zhì)控數(shù)據(jù)直接進行測量不確定的評定，主要有精密度法、控制圖法、線性擬合法、經(jīng)驗?zāi)Ｐ头ǖ?。目前，Top-down法已應(yīng)用于環(huán)境檢測[19-20]、理化分析[21-22]的不確定度評定，并被證實具有良好的推廣價值。

本實驗室在前期工作中，已經(jīng)使用傳統(tǒng)GUM法對水產(chǎn)品中鎘含量測定進行了不確定評定[23]，確定了不確定度主要來源為標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、測量結(jié)果的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制和方法回收率，稱量過程和定容體積引入的不確定度可忽略。本研究擬對GUM法進行進一步簡化和延伸，利用Top-down質(zhì)控圖法進行不確定度評定，依據(jù)測量系統(tǒng)的統(tǒng)計規(guī)律，評估實驗室內(nèi)各因素對測量不確定度的綜合影響，通過離群值檢驗、數(shù)據(jù)正態(tài)性和獨立性檢驗、偏倚估計的檢驗，判斷檢測過程是否處于受控狀態(tài)，對實驗室質(zhì)控進行有效性評價，從而使實驗室能夠及時提高檢測水平。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液(100 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)；大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10050：鎘的參考值為(0.039±0.002)mg/kg；硝酸鎂(試劑級，美國Sigma-Aldrich)；磷酸二氫銨(優(yōu)級純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；硝酸(優(yōu)級純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；過氧化氫(優(yōu)級純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)。

Agilent 280 DUO原子吸收光譜儀(美國Agilent公司)；BSA224S電子天平(德國Sartorius公司)；Milli-Q Integral 5超純水儀(美國Millipore公司)；ETHOS ONE微波消解儀(意大利Milestone公司)；EH20A plus趕酸儀(美國LabTech公司)。

1.2 實驗方法

參照GB 5009.15—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測定》[24]，用天平稱取0.5 g大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(精確至0.000 1g)于微波消解罐內(nèi)，加入5 mL硝酸、1 mL過氧化氫和2 mL超純水，放置1 h后，按照儀器條件進行微波消解。消解結(jié)束后，取出消解罐，置于趕酸儀中于100 ℃趕酸濃縮至1～2 mL，用超純水定容至25 mL，采用石墨爐原子吸收光譜法進行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)采集

結(jié)合實驗室日常檢測任務(wù)，按照實驗方法對大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鎘含量進行測定，每個月測定3～4次，連續(xù)測定12個月，共得到42組測量結(jié)果。

2.2 離群值檢驗

將測量結(jié)果Yi按照時間排序，用Grubbs檢驗法對測量數(shù)據(jù)進行離群值檢驗，Grubbs統(tǒng)計量按式(1)計算:

式(1)

2.3 數(shù)據(jù)正態(tài)性和獨立性檢驗

將非離群測量結(jié)果按升序排列后，記為xi，其標(biāo)準(zhǔn)化值wi按式(2)計算:

式(2)

利用Excel軟件中的NORMDIST函數(shù)將wi轉(zhuǎn)化為正態(tài)概率pi值，計算A2值和A2*值，計算公式如下：

式(3)

式(4)

式中，A2*為正態(tài)統(tǒng)計量，A2的修正值；按s計算時表示為A2*(s)，按MR計算時表示為A2*(MR)；n為測量次數(shù)。

由計算可知，顯著性水平α=0.05時，臨界值A(chǔ)2*(0.05)=0.752，A2*(s)<0.752，且A2*(MR)<0.752，故接受表1數(shù)據(jù)在95%包含概率下的正態(tài)性和獨立性的假定。

表1 GBW10050鎘含量測量結(jié)果的統(tǒng)計Tab.1 Statistical results of cadmium contents in GBW10050

2.4 控制圖的建立

測量系統(tǒng)經(jīng)檢驗符合正態(tài)性和獨立性假設(shè)后，需建立平均值控制圖和移動極差控制圖，以判定采集數(shù)據(jù)分布是否存在異常。同時，由于系統(tǒng)偏移量較小，平均值控制圖還需疊加指數(shù)加權(quán)移動平均值。

2.4.1 平均值控制圖(I圖)與指數(shù)加權(quán)移動平均值(EWMA)疊加

平均值控制圖的上行動限UCL和下行動限LCL計算公式為：

式(5)

式(6)

指數(shù)加權(quán)移動平均值控制圖相關(guān)計算公式如下，λ取值0.4。

EWMA0=x0

式(7)

EWMAi=(1-λ)EWMAi-1+λxi

式(8)

EWMAi疊加值的上行動限UCLλ和下行動限LCLλ分別計算如下：

式(9)

式(10)

從圖1可以看出，所有測量值均未超出行動限，不存在趨勢現(xiàn)象。

圖1 I圖與EWMA疊加Fig.1 I control chart and EWMA control chart

2.4.2 移動極差控制圖(MR圖)

移動極差控制圖的行動上限UCLMR計算如下：

式(11)

由圖2可知，MR值均處于控制線內(nèi)，表明系統(tǒng)處于統(tǒng)計受控狀態(tài)。

圖2 移動極差控制圖Fig.2 MR control chart

結(jié)合圖1、圖2，根據(jù)GB/T 27411—2012《檢測實驗室中常用不確定度評定方法與表示》失控準(zhǔn)則，所采集數(shù)據(jù)分布不存在異常，測量系統(tǒng)處于統(tǒng)計受控狀態(tài)，該系統(tǒng)僅受隨機效應(yīng)影響成立。

2.5 偏倚估計的t-檢驗

檢驗過程中使用的大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鎘的參考量值RQV為0.039 mg/kg，按照公式(12)和(13)對測量系統(tǒng)進行偏倚估計的t-檢驗。經(jīng)計算比較，t=1.673 7，tMR=1.686 1。查閱t分布臨界值表t0.975(41)=2.019 5，t0.975(20)=2.086 0，故t

式(12)

式(13)

2.6 不確定度的評定

測量系統(tǒng)僅受隨機效應(yīng)的影響，期間精密度標(biāo)準(zhǔn)差sR'可作為標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度uc，則擴展不確定度U=k×uc，擴展因子k=2，計算可知，石墨爐原子吸收光譜法測定大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鎘含量測定結(jié)果不確定度為0.001 8 mg/kg。

大蝦成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鎘含量測定結(jié)果可表示為(0.039 2±0.001 8) mg/kg，其標(biāo)示的參考值(0.039±0.002) mg/kg，可認為用Top-down控制圖法得到的不確定度與參考值給出的不確定度結(jié)果一致，說明使用Top-down控制圖法對水產(chǎn)品中鎘含量測定進行不確定度評定，具有統(tǒng)計學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，同時避免了傳統(tǒng)GUM法復(fù)雜分量的計算，結(jié)果客觀、準(zhǔn)確、可靠。

但是，與傳統(tǒng)GUM法相比，Top-down控制圖法也存在一定的局限性，無法分析并量化影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素，因而更適合在使用傳統(tǒng)GUM法確定不確定度來源后，對實驗室質(zhì)控水平進行長期評定。

3 結(jié)論

本實驗采用Top-down控制圖法對水產(chǎn)品中鎘含量測定進行不確定度評定，測定結(jié)果為(0.039 2±0.001 8) mg/kg，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。對于已經(jīng)確定測量不確定度來源的實驗室，推薦使用Top-down控制圖法進行實驗室質(zhì)控水平的長期評定，使得測量系統(tǒng)達到統(tǒng)計受控。