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【摘要】 通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）对化妆品中汞含量的不确定度进行了评定。方法：对化妆品中汞检测过程中样品称量，微波消解，定容，标准溶液配制，标准曲线拟合，样品检测等过程引入的不确定度进行评定。结果：对各不确定度分量合成和扩展，得到化妆品中汞含量为（0.11±0.0086）mg·kg-1（k=2，置信区间95%）。
【关键词】 电感耦合等离子体质谱法;化妆品;不确定度
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.025
Uncertainty Evaluation for the Determination of Hg in Cosmetics by ICP-MS
YUAN Yue1，CHENG Hong-xin1，WANG Qing2
（1.Liaoning Institute for Drug Control，Shenyang 110036，China;
2.Dalian University of Technology，Dalian 116024，China）
Abstract： To evaluate the uncertainty in the determination of Hg in cosmetics by inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS） for the first time.Methods：Sample weighing， microwave digestion，constant volume，standards preparation，standardcurve fitting，sample measurement as the sources of thecombined uncertainty of Hg determination in cosmetics. Results：The combined and expanded uncertainties of Hg in cosmetics were calculated. The content of Hg was （0.11±0.096） mg·kg-1（k=2，confidence intervalp=95%）.
Key words： ICP-MS;cosmetics;uncertainty
随着我们生活水平的不断提高，化妆品已成为大多数人们尤其是女性不可或缺的必备品，在生活中起的作用越来越重要。为此，人们对化妆品的质量要求也越来越高[1]。相关研究表明汞能杀死黑色素细胞，从而起到让皮肤变白的作用，因而其被称为“黑色素细胞的毒药”。所以有些美白产品，为了使其的美白效果显著，便添加了这种“黑色素细胞的毒药”，可一旦停止使用，其副作用便显现出来，如皮肤会泛黄起斑发黑，同时长期使用汞超标化妆品，容易引起慢性中毒甚至肾衰竭、尿毒症[2]。因此《化妆品安全技术规范》中明确规定禁止在皮肤类产品中添加汞及其化合物，作为杂质允许残留的汞限值≤1 mg/kg[3]，测量不确定度是评定测量水平的指标，是表征合理地赋予被测量值的分散性与测量结果相关联的参数量[4]。在给出测量结果时，同时附有不确定度的实验数据才是完整并有意义的，此次试验通过ICP-MS法测定化妆品中Hg含量的不确定度，并研究影响不确定度的主要来源，为化妆品中的Hg的准确评价和检测结果的使用提供理论支持。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
Agilent 7700x ICP-MS（美国Agilent公司）;美国CEM MARS 微波消解仪;Millipore Mill-Q超纯水机，美国Millipore公司。Hg元素标准溶液购自国家有色金属及电子材料分析测试中心，浓度为1000mg/L;Re、Rh元素内标溶液购自国家标准物质研究中心研制，浓度均为1000 mg/L：质谱调谐液：1 ?g/L（Agilent Technologies Inc.）。硝酸购自德国默克股份公司，30%过氧化氢（国药集团），水为经MilliporeMilli-Q处理后的去离子水。
1.2 仪器工作条件
用质谱调谐液（1 ?g/L）调试仪器至最佳状态。ICP-MS工作参数为：射频功率：1500 W，采样深度：5.00 mm，载气流速：0.8 L.min-1，等离子气流量：14.0 L.min-1，雾化室温度：2.70 ℃，氦碰撞模式：He气流量3.59 mL.min-1，蠕动泵：0.3 r.s-1，重复次数：3。
1.3 试验方法
1.3.1 样品制备
称取0.5 g（精确至0.0001 g）样品， 置于聚四氟乙烯消解罐内。加10 mL硝酸和2.0 mL过氧化氢（30%），盖塞后进行微波消解。微波消解条件：先由室温升至110 ℃，110 ℃维持10 min，升温时间10 min之后升至155 ℃，升温时间10 min，保持10 min之后升至185 ℃，升温时间10 min，保持30 min。等消解完毕，取出冷却，开罐，驱除样品中多余的氮氧化物，冷却至室温，用高纯水将消解液移至25 mL容量瓶，并定容至刻度，5000 r/min離心5 min后备用，同时做试剂空白。在线引入内标，按照设定方法，依次将试剂空白、混合标准系列、样品溶液引入仪器进行分析，测定待测元素的信号强度CPS，从标准曲线或回归方程查得样品管中测定元素的质量浓度。
1.3.2 标准曲线的绘制
精密量取Hg标准溶液（1000 mg/L）0.05 mL至于50 mL容量瓶中，用0.5 mol/L硝酸溶液稀释定容至刻度，混匀得混合标准溶液①。在精密量取混合标准溶液①1.0 mL至于50 mL容量瓶中，用0.5 mol/L硝酸溶液稀释并定容至刻度，混匀得混合标准溶液②。精密量取混标②0、0.01、0.25、0.5、1.0、1.5、2.5 mL置于10 mL容量瓶中，用0.5 mol/L硝酸溶液稀释定容至刻度，得到Hg浓度范围为0、0.02、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 μg/L，选择Rh、Re作为元素内标，用0.5 mol/L硝酸溶液稀释内标贮备液，逐级稀释至质量浓度为20 ng/L。 2 结果与讨论
建立数学模型和不确定来源分析
[X（元素）=（c1-c0）×Vm×1000]
式中：X——试样中待測元素的质量分数，mg·kg-1;
[c1]——测试溶液中待测元素的质量浓度，μg·L-1;
[c0]——空白溶液中待测元素的质量浓度，μg·L-1;
V——试样消化液总体积，mL;
m——样品取样量，g;
1000——单位换算系数。
2.2 不确定度各分量评定
本方法中汞含量测定的不确定度来源主要有：样品称量;样品中加标回收率;样品定容;标准溶液配制;校准曲线以及样品含量测定结果均值估计该产品中汞元素含量平均值等所产生的不确定度。
2.2.1 样品称量引入的不确定度
本方法称取样品的量为0.5 g，测定使用电子分析天平准确至0.0001 g，根据电子分析天平校准证书，其最大允许误差是±0.0001 g（±0.5e），按均匀分布则：
天平引起的相对不确定度为：
2.2.2 样品中加标回收率引起的不确定度
样品在消解及其消解液转移过程中不可避免的存在损失和污染的情况，将使化妆品中Hg元素不能完全进入到测试液中，本文选择通过加标回收率的不确定度来表征[5]。准确称取6份空白样品，按1.3.2方法对样品进行处理及测定，此方法汞的回收率为（%）96.4、97.7、98.1、100.3、101.5、99.6。汞元素加标回收率平均值[x]=96.6%。回收率的标准偏差为[Srec]=0.02;加标回收率不确定度[ufrec=Srec6=0.0082]，加标回收率相对不确定度[urelfrec=u（frec）x=0.0085]。
2.2.3 样品定容体积引入的不确定度
该方法样品的定容体积是25 mL A级容量瓶，根据JJG 196-2006《常用玻璃量器》规定[6]，在20 ℃时25 mL A级单标线容量瓶的容量允差为±0.03 mL，取均匀分布，其引入的不确定度为：
该方法是用去离子水来定容，根据JJG 196-2006《常用玻璃量器》规定，实验室温度（20±5） ℃，水的膨胀系数为2.1×10-4 ℃，设温度变化为均匀分布，则温度引起的不确定度为：
2.2.4 标准物质引入的不确定度
汞标准溶液GSB 04-1729-2004国家标准样品证书上注明其不确定度为0.7%，取置信水平为95%，k=[3]，浓度为1000 μg·mL-1，按均匀分布计算，相对标准不确定度：
同理按照2.2.3方法计算，各量具校准不确定度见表1，各标准溶液配制引入的不确定度见表2。
所以，标准溶液配制引入的相对标准不确定度为：
标准物质引入的相对不确定度
2.2.5 校准曲线引入的不确定度
对标准溶液系列中的每一个浓度测定3次，得到相应的响应值，用最小二乘法拟合得到数据列于表3。
剩余标准偏差：
式中：[sy]峰面积的剩余标准偏差;[sy=140.35];[yi]各个标准溶液浓度对应的仪器响应值;a校准曲线的截距;b校准曲线的斜率;n曲线点数，每个点测量3遍，n=3×6=18;[ci]校准曲线系列标准工作溶液的浓度。
将样品重复测定6次，得到相应的峰面积及浓度值，数据见表4。
校准曲线拟合的相对标准不确定度为：
[ux=syb1p+1m+（x-c0）2i=1n（c0i-c0）2]
其中，m=n×重复次数（n为标准系列点数6，重复次数3次）;p为待测样品的重复测定次数，p=6;[x]为待测样品浓度的平均值2.00ng.mL-1;[c0]为标准系列各点浓度的平均值（1.92ng.mL-1）;[c0i]为各标准液浓度测定值，ng.mL-1;根据以上数据，由式（1）计算得[sy]=140.35，由式（2）计算得标准曲线拟合引入的标准不确定度为[ux=0.011]。
由标准曲线拟合引入的相对标准不确定度为：
[urel（x）=0.011/2.00=0.0055]
2.2.6 测量重复性引入的不确定度
影响测定结果的随机因素包括化妆品样品的均匀性、称样、微波消解、转移定容和仪器进样量等，由于整个过程较为复杂，单个因素进行不确定度评定较为困难。在选定条件下，样品同时测量6次，测得汞的质量分数分别为：0.11，0.11，0.12，0.12，0.11，0.10 mg·kg-1，通过计算标准偏差[s0=0.000753]，[x=0.11] mg·kg-1，样品重复性引入的不确定度：
[u（p）=s0n=0.00307] mg·kg-1
样品重复性引入的相对不确定度：
[urelp=u（p）x=0.0279]
2.2.7 不确定度的合成
将各项不确定度的分量进行合成，结果计算公式为：
2.3 扩展不确定度
该测量误差分布属正态分布，在95%置信水平，包含因子k=2，则汞的扩展不确定度[U=k×u（x）=2×0.043=0.0086]。
3 结论
实验过程中分析了各个不确定度对实验结果的影响，通过以上数据可以分析出标准物质、校准曲线、加标回收和样品重复性对结果影响比较大。因此在实验过程中要充分考虑其对实验结果的影响，从而提高检测结果的准确性。
【参考文献】
[1] 魏蓉，沈其萍.云南省2005年市售化妆品汞含量检测分析[J].职业与健康，2006（2）：1983.
[2] 魏文霞，王广喜，王晓玉，等.原子荧光光谱法测定化妆品中汞的不确定度评定[J].环境科学与管理，2013（4）：135-138.
[3] 原国家食品药品监督管理总局.化妆品安全技术规范[S].2015.
[4] 测量不确定度评定与评定表示指南：JJF 1059-1999[S].
[5] 占永革，龚剑，黄湘燕.关于化学分析回收率不确定度评估公式的思考[J].广州大学学报（自然科学版），2014（3）：40-46.
[6] 国家计量检定规程常用玻璃量器：JJG 196-2006[S].
【作者简介】
袁月（1987-），女，主管药师，硕士，研究方向为药品化妆品理化分析。
程红新（1966-），女，高级工程师，学士，研究方向为食品化妆品检测。
汪晴（1965-），男，博士生导师，教授，研究方向为经皮给药系统研究与评价。
【关键词】 电感耦合等离子体质谱法;化妆品;不确定度
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.025
Uncertainty Evaluation for the Determination of Hg in Cosmetics by ICP-MS
YUAN Yue1，CHENG Hong-xin1，WANG Qing2
（1.Liaoning Institute for Drug Control，Shenyang 110036，China;
2.Dalian University of Technology，Dalian 116024，China）
Abstract： To evaluate the uncertainty in the determination of Hg in cosmetics by inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS） for the first time.Methods：Sample weighing， microwave digestion，constant volume，standards preparation，standardcurve fitting，sample measurement as the sources of thecombined uncertainty of Hg determination in cosmetics. Results：The combined and expanded uncertainties of Hg in cosmetics were calculated. The content of Hg was （0.11±0.096） mg·kg-1（k=2，confidence intervalp=95%）.
Key words： ICP-MS;cosmetics;uncertainty
随着我们生活水平的不断提高，化妆品已成为大多数人们尤其是女性不可或缺的必备品，在生活中起的作用越来越重要。为此，人们对化妆品的质量要求也越来越高[1]。相关研究表明汞能杀死黑色素细胞，从而起到让皮肤变白的作用，因而其被称为“黑色素细胞的毒药”。所以有些美白产品，为了使其的美白效果显著，便添加了这种“黑色素细胞的毒药”，可一旦停止使用，其副作用便显现出来，如皮肤会泛黄起斑发黑，同时长期使用汞超标化妆品，容易引起慢性中毒甚至肾衰竭、尿毒症[2]。因此《化妆品安全技术规范》中明确规定禁止在皮肤类产品中添加汞及其化合物，作为杂质允许残留的汞限值≤1 mg/kg[3]，测量不确定度是评定测量水平的指标，是表征合理地赋予被测量值的分散性与测量结果相关联的参数量[4]。在给出测量结果时，同时附有不确定度的实验数据才是完整并有意义的，此次试验通过ICP-MS法测定化妆品中Hg含量的不确定度，并研究影响不确定度的主要来源，为化妆品中的Hg的准确评价和检测结果的使用提供理论支持。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
Agilent 7700x ICP-MS（美国Agilent公司）;美国CEM MARS 微波消解仪;Millipore Mill-Q超纯水机，美国Millipore公司。Hg元素标准溶液购自国家有色金属及电子材料分析测试中心，浓度为1000mg/L;Re、Rh元素内标溶液购自国家标准物质研究中心研制，浓度均为1000 mg/L：质谱调谐液：1 ?g/L（Agilent Technologies Inc.）。硝酸购自德国默克股份公司，30%过氧化氢（国药集团），水为经MilliporeMilli-Q处理后的去离子水。
1.2 仪器工作条件
用质谱调谐液（1 ?g/L）调试仪器至最佳状态。ICP-MS工作参数为：射频功率：1500 W，采样深度：5.00 mm，载气流速：0.8 L.min-1，等离子气流量：14.0 L.min-1，雾化室温度：2.70 ℃，氦碰撞模式：He气流量3.59 mL.min-1，蠕动泵：0.3 r.s-1，重复次数：3。
1.3 试验方法
1.3.1 样品制备
称取0.5 g（精确至0.0001 g）样品， 置于聚四氟乙烯消解罐内。加10 mL硝酸和2.0 mL过氧化氢（30%），盖塞后进行微波消解。微波消解条件：先由室温升至110 ℃，110 ℃维持10 min，升温时间10 min之后升至155 ℃，升温时间10 min，保持10 min之后升至185 ℃，升温时间10 min，保持30 min。等消解完毕，取出冷却，开罐，驱除样品中多余的氮氧化物，冷却至室温，用高纯水将消解液移至25 mL容量瓶，并定容至刻度，5000 r/min離心5 min后备用，同时做试剂空白。在线引入内标，按照设定方法，依次将试剂空白、混合标准系列、样品溶液引入仪器进行分析，测定待测元素的信号强度CPS，从标准曲线或回归方程查得样品管中测定元素的质量浓度。
1.3.2 标准曲线的绘制
精密量取Hg标准溶液（1000 mg/L）0.05 mL至于50 mL容量瓶中，用0.5 mol/L硝酸溶液稀释定容至刻度，混匀得混合标准溶液①。在精密量取混合标准溶液①1.0 mL至于50 mL容量瓶中，用0.5 mol/L硝酸溶液稀释并定容至刻度，混匀得混合标准溶液②。精密量取混标②0、0.01、0.25、0.5、1.0、1.5、2.5 mL置于10 mL容量瓶中，用0.5 mol/L硝酸溶液稀释定容至刻度，得到Hg浓度范围为0、0.02、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 μg/L，选择Rh、Re作为元素内标，用0.5 mol/L硝酸溶液稀释内标贮备液，逐级稀释至质量浓度为20 ng/L。 2 结果与讨论
建立数学模型和不确定来源分析
[X（元素）=（c1-c0）×Vm×1000]
式中：X——试样中待測元素的质量分数，mg·kg-1;
[c1]——测试溶液中待测元素的质量浓度，μg·L-1;
[c0]——空白溶液中待测元素的质量浓度，μg·L-1;
V——试样消化液总体积，mL;
m——样品取样量，g;
1000——单位换算系数。
2.2 不确定度各分量评定
本方法中汞含量测定的不确定度来源主要有：样品称量;样品中加标回收率;样品定容;标准溶液配制;校准曲线以及样品含量测定结果均值估计该产品中汞元素含量平均值等所产生的不确定度。
2.2.1 样品称量引入的不确定度
本方法称取样品的量为0.5 g，测定使用电子分析天平准确至0.0001 g，根据电子分析天平校准证书，其最大允许误差是±0.0001 g（±0.5e），按均匀分布则：
天平引起的相对不确定度为：
2.2.2 样品中加标回收率引起的不确定度
样品在消解及其消解液转移过程中不可避免的存在损失和污染的情况，将使化妆品中Hg元素不能完全进入到测试液中，本文选择通过加标回收率的不确定度来表征[5]。准确称取6份空白样品，按1.3.2方法对样品进行处理及测定，此方法汞的回收率为（%）96.4、97.7、98.1、100.3、101.5、99.6。汞元素加标回收率平均值[x]=96.6%。回收率的标准偏差为[Srec]=0.02;加标回收率不确定度[ufrec=Srec6=0.0082]，加标回收率相对不确定度[urelfrec=u（frec）x=0.0085]。
2.2.3 样品定容体积引入的不确定度
该方法样品的定容体积是25 mL A级容量瓶，根据JJG 196-2006《常用玻璃量器》规定[6]，在20 ℃时25 mL A级单标线容量瓶的容量允差为±0.03 mL，取均匀分布，其引入的不确定度为：
该方法是用去离子水来定容，根据JJG 196-2006《常用玻璃量器》规定，实验室温度（20±5） ℃，水的膨胀系数为2.1×10-4 ℃，设温度变化为均匀分布，则温度引起的不确定度为：
2.2.4 标准物质引入的不确定度
汞标准溶液GSB 04-1729-2004国家标准样品证书上注明其不确定度为0.7%，取置信水平为95%，k=[3]，浓度为1000 μg·mL-1，按均匀分布计算，相对标准不确定度：
同理按照2.2.3方法计算，各量具校准不确定度见表1，各标准溶液配制引入的不确定度见表2。
所以，标准溶液配制引入的相对标准不确定度为：
标准物质引入的相对不确定度
2.2.5 校准曲线引入的不确定度
对标准溶液系列中的每一个浓度测定3次，得到相应的响应值，用最小二乘法拟合得到数据列于表3。
剩余标准偏差：
式中：[sy]峰面积的剩余标准偏差;[sy=140.35];[yi]各个标准溶液浓度对应的仪器响应值;a校准曲线的截距;b校准曲线的斜率;n曲线点数，每个点测量3遍，n=3×6=18;[ci]校准曲线系列标准工作溶液的浓度。
将样品重复测定6次，得到相应的峰面积及浓度值，数据见表4。
校准曲线拟合的相对标准不确定度为：
[ux=syb1p+1m+（x-c0）2i=1n（c0i-c0）2]
其中，m=n×重复次数（n为标准系列点数6，重复次数3次）;p为待测样品的重复测定次数，p=6;[x]为待测样品浓度的平均值2.00ng.mL-1;[c0]为标准系列各点浓度的平均值（1.92ng.mL-1）;[c0i]为各标准液浓度测定值，ng.mL-1;根据以上数据，由式（1）计算得[sy]=140.35，由式（2）计算得标准曲线拟合引入的标准不确定度为[ux=0.011]。
由标准曲线拟合引入的相对标准不确定度为：
[urel（x）=0.011/2.00=0.0055]
2.2.6 测量重复性引入的不确定度
影响测定结果的随机因素包括化妆品样品的均匀性、称样、微波消解、转移定容和仪器进样量等，由于整个过程较为复杂，单个因素进行不确定度评定较为困难。在选定条件下，样品同时测量6次，测得汞的质量分数分别为：0.11，0.11，0.12，0.12，0.11，0.10 mg·kg-1，通过计算标准偏差[s0=0.000753]，[x=0.11] mg·kg-1，样品重复性引入的不确定度：
[u（p）=s0n=0.00307] mg·kg-1
样品重复性引入的相对不确定度：
[urelp=u（p）x=0.0279]
2.2.7 不确定度的合成
将各项不确定度的分量进行合成，结果计算公式为：
2.3 扩展不确定度
该测量误差分布属正态分布，在95%置信水平，包含因子k=2，则汞的扩展不确定度[U=k×u（x）=2×0.043=0.0086]。
3 结论
实验过程中分析了各个不确定度对实验结果的影响，通过以上数据可以分析出标准物质、校准曲线、加标回收和样品重复性对结果影响比较大。因此在实验过程中要充分考虑其对实验结果的影响，从而提高检测结果的准确性。
【参考文献】
[1] 魏蓉，沈其萍.云南省2005年市售化妆品汞含量检测分析[J].职业与健康，2006（2）：1983.
[2] 魏文霞，王广喜，王晓玉，等.原子荧光光谱法测定化妆品中汞的不确定度评定[J].环境科学与管理，2013（4）：135-138.
[3] 原国家食品药品监督管理总局.化妆品安全技术规范[S].2015.
[4] 测量不确定度评定与评定表示指南：JJF 1059-1999[S].
[5] 占永革，龚剑，黄湘燕.关于化学分析回收率不确定度评估公式的思考[J].广州大学学报（自然科学版），2014（3）：40-46.
[6] 国家计量检定规程常用玻璃量器：JJG 196-2006[S].
【作者简介】
袁月（1987-），女，主管药师，硕士，研究方向为药品化妆品理化分析。
程红新（1966-），女，高级工程师，学士，研究方向为食品化妆品检测。
汪晴（1965-），男，博士生导师，教授，研究方向为经皮给药系统研究与评价。