稻谷鎘含量的兩種快檢方法與國家標(biāo)準(zhǔn)方法比較研究

駱謙 李發(fā)啟 彭燦等

[摘要]本研究主要用電化學(xué)陽極溶出伏安法、X射線熒光光譜法、原子吸收分光光度計石墨爐法檢測同一批稻谷樣品，對3種檢測方法所得結(jié)果進(jìn)行基于Duncan法的oneway-ANOVA分析，表明三者間不存在顯著差異。計算3組數(shù)據(jù)的皮爾森相關(guān)系數(shù)，可知電化學(xué)陽極溶出伏安法、x射線熒光光譜法檢測結(jié)果與原子吸收分光光度計石墨爐法均有較高的相關(guān)度，建立了二者相對于原子吸收分光光度計石墨爐法結(jié)果的線性回歸方程。通過計算兩種方法的合適檢測范圍，證明電化學(xué)陽極溶出伏安法和X射線熒光光譜法均能滿足收獲稻谷鎘含量快速檢測的定性需要。

[關(guān)鍵詞]稻谷鎘含量；電化學(xué)陽極溶出伏安法；X射線熒光光譜法；oneway-ANOVA分析；皮爾森相關(guān)系數(shù)

中圖分類號：TS207.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20180813

稻谷是我國主糧之一，我國對稻谷鎘含量（Cd）的安全標(biāo)準(zhǔn)制定極為嚴(yán)格，根據(jù)GB 2762-2017，稻谷重金屬鎘含量市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)為0.2mg/kg，僅為歐盟標(biāo)準(zhǔn)的一半。對于一些稻谷主產(chǎn)區(qū)，鎘的污染是一個不可忽視的問題。鎘污染物滯留在土壤中，不易遷移，不能被土壤微生物分解，在土壤中長期累積，最終富集在稻谷中，食用鎘含量高的谷物將危害人體健康。稻谷鎘含量水平也是影響糧食質(zhì)量安全的重要因素。過去由于在糧食收儲的入庫環(huán)節(jié)從未設(shè)置區(qū)分稻谷鎘含量的檢測要求，少數(shù)鎘含量超標(biāo)的稻谷與大部分合格稻谷混合入庫，優(yōu)劣互混，降低了入庫糧食質(zhì)量的整體水平。因此，建立符合實際的糧食收購入庫現(xiàn)場稻谷鎘含量快速檢測方法，有效分選鎘含量不同的稻谷分別入庫，是控制入庫糧食質(zhì)量的有效手段。

國家標(biāo)準(zhǔn)鎘含量檢測方法——原子吸收分光光度計石墨爐法（以下簡稱原吸法）雖然較為準(zhǔn)確，但是操作復(fù)雜，涉時較長，一般為36h左右，對操作場地、人員技術(shù)要求都極為苛刻，無法作為現(xiàn)場檢測方法使用。為滿足糧食收購入庫現(xiàn)場稻谷快速檢測需求，選擇推廣電化學(xué)陽極溶出伏安法（以下簡稱電化學(xué)法）與X射線熒光光譜法（以下簡稱X射線法）兩種快檢方法。電化學(xué)法是一種通過預(yù)電解將被測物質(zhì)電沉積到電極上，然后施加反向電壓使富集在電極上的物質(zhì)重新溶出，根據(jù)溶出過程中所得到的伏安曲線來進(jìn)行定量分析的方法。X射線法是一種利用樣品對X射線的吸收隨樣品中的成分及其多少而變化來定性或定量測定樣品中成分的方法。與原吸法相比，兩種方法都存在試樣制備簡單、分析速度快、操作簡單、成本低等特點。

為進(jìn)一步比較兩種快速檢測方法相對于原吸法檢測結(jié)果的一致性，明確兩種快速檢測方法各自的優(yōu)越性與局限性，本研究對三種方法針對同一批稻谷樣本的檢測結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計學(xué)上的初步分析，計算了三種方法之間的差異程度與相關(guān)性水平，探討了兩種快速檢測方法的實際應(yīng)用效果與使用范圍，以期對糧食收儲先檢后收工作提供幫助。

1材料與方法

1.1儀器與試劑

原吸法所用儀器：原子分光光度計AA 7000型，日本島津公司；電化學(xué)法所用儀器：糧食重金屬快速檢測儀STD 9300型，廈門斯坦道科學(xué)儀器股份有限公司；X射線法所用儀器：食品重金屬檢測儀EDX3200 SPLUS型，江蘇天瑞儀器股份有限公司。

鎘標(biāo)準(zhǔn)液GSB G-62040-90：濃度1000μg/mL，國家鋼鐵材料測試中心；大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）100377（鎘含量0.261mg/kg、GBW（E）100360（鎘含量0.22mg/kg）：湖南省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測中心。

1.2實驗材料

對湖南省常德市各縣市區(qū)農(nóng)戶家中收獲的早秈稻谷隨機(jī)抽樣140份，每個樣品以四分法分出約50g稻谷，用礱谷脫殼，經(jīng)過旋風(fēng)磨磨成米粉至40目篩水平。經(jīng)過原吸法全部檢測后取其中16份含鎘樣本進(jìn)行試驗。

1.3實驗方法

1.3.1電化學(xué)法

以GBW（E）100360為陽性對照，每個米粉樣品稱取0.4g于50mL離心管中，加入1mL檢測底液、1mL去純水、4滴提取液混勻，震蕩反應(yīng)5min。反應(yīng)結(jié)束后每個離心管加入18mL純水，混勻靜置1min后取上清液15mL，用0.45nm過濾嘴過濾后上機(jī)檢測。以絲網(wǎng)印刷電極為工作電極體系，將電極連接儀器置于鍍汞液中進(jìn)行鍍汞膜修飾，再將修飾電極置于待測液中，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法定量。

1.3.2 X射線法

在食品重金屬檢測儀開機(jī)預(yù)熱20min之后，用銀片對儀器進(jìn)行初始化。對大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）100377進(jìn)行12次檢測以確定儀器準(zhǔn)確性與重復(fù)性。檢測完成后用試樣杯稱取每個米粉樣品約10.5g。按照LS/T 6115-2016對每個樣品進(jìn)行2次獨立重復(fù)檢測，取其均值為檢測結(jié)果。

1.3.3原吸法

稱取標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW（E）100360）與每份待測樣品各0.35g，同時設(shè)置空白對照與陽性對照（GBW（E）100360）各一個。每個樣品加入5mL硝酸、1mL過氧化氫進(jìn)行微波消解1h，消解液置于電熱板上加熱過夜。待消解液揮發(fā)近干，以1%硝酸溶液洗滌消解罐3次，將溶液轉(zhuǎn)移至25mL玻璃試管中，用1%硝酸溶液定容至25mL。按照GB 5009.15-2017設(shè)置儀器檢測條件，上機(jī)檢測，根據(jù)Cd標(biāo)準(zhǔn)液GSB G-62040-90配置標(biāo)準(zhǔn)曲線獲得定量結(jié)果。

1.4數(shù)據(jù)處理

用SPSS 19.0軟件對三種方法檢測結(jié)果以Duncan法進(jìn)行oneway-ANOVA分析，比較3組結(jié)果是否存在顯著差異。無顯著差異則繼續(xù)進(jìn)行3組樣本問相關(guān)性分析，檢驗兩種快檢法檢測結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)方法的相關(guān)程度，比較何者相關(guān)性更好。以原吸法結(jié)果為自變量建立兩種快檢法對于原吸法結(jié)果的線性回歸方程，確定快檢法與原吸法契合程度較高的檢測范圍。

2結(jié)果與分析

2.1三種檢測儀器的準(zhǔn)確性檢定

2.1.1電化學(xué)法

采用儀器自帶鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液對電化學(xué)法進(jìn)行準(zhǔn)確性檢定，測得峰電位為-785mV，鎘含量為0.327mg/kg，符合儀器預(yù)設(shè)范圍。

2.1.2 X射線法

用X射線檢測儀對大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）100377進(jìn)行12次檢測以檢定其準(zhǔn)確性，結(jié)果見表1。

12次測定結(jié)果偏差均處于標(biāo)準(zhǔn)值-20%～+20%，符合LS/T 6115-2016中關(guān)于X射線檢測儀器校準(zhǔn)與測量準(zhǔn)確度的要求。

2.1.3原吸法

使用鎘標(biāo)準(zhǔn)液GSB G-62040-90按照島津原子分光光度儀設(shè)定程序建立鎘含量與吸光度關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸系數(shù)R²=0.9987，大于0.995，可以用于檢測。陽性對照GBW（E）100360檢測結(jié)果為0.201mg/kg，符合GB 5009.15-2017關(guān)于儀器準(zhǔn)確度的要求。

2.2稻谷鎘含量檢測結(jié)果

隨機(jī)抽取16份稻谷樣品脫殼磨粉后用三種方法分別檢測鎘含量，以原吸法檢測鎘含量水平，從低到高編號，結(jié)果見表2。

2.3三種檢測方法結(jié)果的顯著性差異分析

用SPSS 19.0對三組檢測值的進(jìn)行oneway-ANOVA分析，顯著性水平設(shè)定為0.05。檢定三種檢測方法所得結(jié)果是否存在顯著差異。比較結(jié)果見表3。

三組數(shù)據(jù)通過oneway-ANOVA分析得P=0.506>0.05，屬于同一子集?？芍N檢測方法所得結(jié)果無顯著差異。

2.4 3種檢測方法結(jié)果的相關(guān)系數(shù)分析

對3組檢測值的皮爾森相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析，觀察兩種快檢方法檢測結(jié)果與原吸法檢測結(jié)果的相關(guān)性水平，并比較兩種方法哪種相關(guān)程度更高，結(jié)果見表4。

對三種方法的皮爾森相關(guān)系數(shù)分析可得，兩種快檢方法與原吸法比較顯著性（Sig值）=0<0.01，說明顯著相關(guān)。電化學(xué)法與原吸法的相關(guān)系數(shù)為0.965。X射線法與原吸法的相關(guān)系數(shù)為0.963。兩種方法與原吸法的相關(guān)程度都較高且無明顯區(qū)別。

2.5兩種快檢方法檢測結(jié)果回歸方程的建立

為探索兩種檢測方法是否存在最適使用范圍，更好地建立快檢法與原吸法的統(tǒng)計學(xué)聯(lián)系。在確認(rèn)兩種快檢法結(jié)果與原吸法結(jié)果無顯著差異且高度相關(guān)后，假設(shè)兩種快檢法檢測結(jié)果與樣本鎘含量存在線性正相關(guān)。以樣本的快檢法檢測結(jié)果為自變量，原吸法檢測結(jié)果為因變量進(jìn)行回歸分析，建立了兩個一元線性回歸方程，結(jié)果見表5、表6。

分別設(shè)X射線法、電化學(xué)法檢測值為X、Z，因變量原吸法檢測值為Y。根據(jù)回歸分析結(jié)果可知X射線法預(yù)測原吸法結(jié)果的回歸方程為：

Y=0.806X+0.02擬合度，R²=0.927 （1）

電化學(xué)法預(yù)測原吸法結(jié)果的回歸方程為：

Y=0.631Z+0.1擬合度，R²=0.930 （2）

兩種方法對原吸法擬合程度均較好。

對兩個一元線性回歸方程進(jìn)行驗證。用X射線法測試大米標(biāo)準(zhǔn)品GBW（E）100377，將標(biāo)準(zhǔn)值代入回歸方程（1）計算測量值為0.299mg/kg，實際12次檢測均值為0.289mg/kg；用電化學(xué)法測試大米標(biāo)準(zhǔn)品GBW（E）100360，將標(biāo)準(zhǔn)值代入回歸方程（2）計算測量值為1.901mg/kg，實際檢測值為1.877mg/kg。

由以上驗證可知，所建立回歸方程預(yù)測結(jié)果與實際結(jié)果接近，有一定的預(yù)測意義。由標(biāo)準(zhǔn)LS/T61 15-2016可知，快檢結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差應(yīng)控制在-20%～+20%。

根據(jù)回歸方程計算方程自變量對因變量之差的絕對值小于20%時因變量的定義域范圍。令0.8Y所以，當(dāng)X射線法的檢測結(jié)果在0.045～1.37mg/kg，與預(yù)測的原吸法結(jié)果偏差小于20%。則此區(qū)間為最適合X射線法的檢測范圍；當(dāng)電化學(xué)法的檢測結(jié)果在0.162～0.494mg/kg，與預(yù)測的原吸法結(jié)果偏差小于20%。則此區(qū)間為最適合電化學(xué)法的檢測范圍。

3結(jié)論

經(jīng)過對X射線法、電化學(xué)法與原吸法三種方法檢測結(jié)果的統(tǒng)計學(xué)檢驗?？芍獌煞N快檢法與國家標(biāo)準(zhǔn)方法檢測結(jié)果無顯著差異且有較高相關(guān)性，建立了兩種快檢方法關(guān)于原吸法結(jié)果的一元線性回歸方程。根據(jù)回歸方程初步計算出與原吸法結(jié)果較為接近的合適檢測范圍（偏差低于原吸法預(yù)測結(jié)果的20%）。兩種方法的合適檢測范圍都覆蓋了稻谷鎘含量的標(biāo)準(zhǔn)限（0.2mg/kg），X射線法有效檢測范圍比電化學(xué)法更廣，二者均可以滿足收獲稻谷鎘含量快速檢測的定性需要。X射線檢測法雖然操作簡便，但對于環(huán)境溫濕度、電壓、粉塵的要求較為苛刻，且儀器設(shè)備較大不易移動，更適合在條件較好、有固定封閉實驗室的場所使用；電化學(xué)法檢測法操作較復(fù)雜，但儀器輕便易于攜帶，對環(huán)境要求不高，可以適用于各種條件比較簡陋的場所。實際應(yīng)用這兩種方法要結(jié)合實際情況，因地制宜。由于條件限制，未能準(zhǔn)確給出本研究中2.5線性相關(guān)假設(shè)成立的適用范圍。因此，回歸方程還需與實踐應(yīng)用相結(jié)合，進(jìn)行完善。