石墨爐原子吸收光譜法和膠體金快速定量法測(cè)定糧食中鉛的對(duì)比研究

劉美辰

（北京市糧油食品檢驗(yàn)所，北京100162）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及城市化、工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，環(huán)境污染的問(wèn)題正在不斷加劇，從而導(dǎo)致糧食重金屬污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重[1-2]。鉛對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼造血機(jī)能、消化系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)等均有危害[3-4]，已被世界各國(guó)列為優(yōu)先關(guān)注的污染物，并作為強(qiáng)制性檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)[5]，我國(guó)GB 2762-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》也明確規(guī)定了糧食中鉛的限量要求。

目前糧食中鉛的測(cè)定普遍采用的是GB 5009.12-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛的測(cè)定》石墨爐原子吸收光譜法（graphite furnace atomic absorption spectroscopy，GFAAS），該方法操作簡(jiǎn)單，靈敏度高，但對(duì)實(shí)驗(yàn)條件和操作人員有較高要求，適合在大型實(shí)驗(yàn)室使用[6]。而近年新興的膠體金快速定量法[7-9]則具有簡(jiǎn)便、高效、低成本的特點(diǎn)，適合糧食收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)的快速檢測(cè)。為系統(tǒng)分析兩種方法的適用性，對(duì)GFAAS 和膠體金快速定量法測(cè)定糧食中鉛的檢出限、定量限、準(zhǔn)確性、重復(fù)性和檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，為糧食中鉛的檢測(cè)方法的選擇提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

重金屬鉛快速定量檢測(cè)試紙條：北京華安麥科生物技術(shù)有限公司（產(chǎn)品批次20180525，規(guī)格16 條/盒），盒內(nèi)配有實(shí)驗(yàn)所需的樣品提取液、萃取劑、反萃取劑、稀釋液和螯合劑，未標(biāo)注明確成分。

小麥有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（編號(hào)GBW（E）100379），玉米有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（編號(hào)GBW（E）100381）。

1.2 儀器與設(shè)備

原子吸收光譜儀（PinAAcle 900T）：Perkinelmer 公司；分析天平（PL-602E）：梅特勒-托利多、膠體金讀數(shù)儀（BMZ 6000）：北京美正生物科技有限公司；干式加熱器（HMG-GS）、計(jì)時(shí)器：北京華安麥科生物技術(shù)有限公司；移液器（200 μL）：賽多利斯（上海）貿(mào)易有限公司；離心管（20 mL 和50 mL）：潔特；離心機(jī)（DM0412）：大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器（北京）有限公司；渦旋混合器（TZL-5013）：蘇州珀西瓦爾實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 測(cè)試方法

GFAAS 按照國(guó)標(biāo)GB 5009.12-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛的測(cè)定》第一法“石墨爐原子吸收光譜法”執(zhí)行。

膠體金快速定量法按照重金屬鉛快速定量檢測(cè)試紙條盒內(nèi)附帶的操作說(shuō)明進(jìn)行：稱(chēng)?。?.0±0.02）g 均質(zhì)（過(guò)20 目篩網(wǎng)）樣本于50 mL 離心管中，加入6 mL樣品提取液和4 mL 萃取劑，具塞，充分振蕩5 min 后，4 000 r/min 離心5 min；取1 mL 上清，加入2 mL 反萃取劑，振蕩3 min，4 000 r/min 離心3 min；棄上清，取500 μL 下清，立即加入2 mL 稀釋液（5 min 內(nèi)），振蕩混勻；取250 μL 該混合液，加入200 μL 螯合劑，振蕩均勻，1 min 內(nèi)待檢。

1.4 測(cè)試樣品

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公告，2012年我國(guó)稻谷、小麥和玉米三大作物的總產(chǎn)量占整個(gè)糧食總產(chǎn)量的90.4%，確定本測(cè)試糧種為大米/糙米、小麥和玉米。測(cè)試采用陽(yáng)性樣品、陰性樣品和陽(yáng)-陰定量混配樣品進(jìn)行。

根據(jù)GB 2762-2017 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》中大米/糙米、小麥和玉米中鉛限量值均為200 μg/kg 和實(shí)際樣品的污染情況，選取50 μg/kg～100 μg/kg、200 μg/kg～250 μg/kg 和300 μg/kg～350 μg/kg 3 個(gè)濃度水平的大米/糙米樣品；選取50μg/kg～100μg/kg、100 μg/kg～200 μg/kg 和200 μg/kg～300 μg/kg 3 個(gè)濃度水平的玉米和小麥樣品進(jìn)行測(cè)試。大米/糙米、小麥和玉米的陰性樣品各20 份，大米/糙米的天然陽(yáng)性樣品3 份，小麥的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1 份，小麥的陽(yáng)-陰定量混配樣品2 份，玉米的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1 份，玉米的陽(yáng)-陰定量混配樣品2 份，共計(jì)69 份樣品。

每份測(cè)試樣品均從大樣經(jīng)粗碎與連續(xù)多次用四分法縮減至0.5 kg～1 kg，粉碎至80%以上過(guò)20 目篩，篩上物和篩下物混勻。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢出限及定量限

檢出限是分析測(cè)試的重要指標(biāo)，對(duì)于儀器性能的評(píng)價(jià)和方法的建立都是重要的基本參數(shù)之一。在日常檢測(cè)過(guò)程中，檢出限為具體量度指標(biāo)，對(duì)于分析方法的選擇具有重要意義。

石墨爐原子吸收光譜法：GB 5009.12-2017 中規(guī)定的GFAAS 測(cè)定糧食中鉛的方法檢出限和定量限為：當(dāng)稱(chēng)樣量為0.5 g，定容體積為10 mL 時(shí)，方法的檢出限為20 μg/kg，定量限為40 μg/kg。在實(shí)際操作中，選取大米、小麥和玉米樣品的陰性樣品，各稱(chēng)取0.5 g，采用微波消解法進(jìn)行前處理，定容到10 mL，對(duì)不同糧食樣品的空白溶液連續(xù)測(cè)定20 次，根據(jù)LOD=3SA/k×V/m，LOQ=10SA/k×V/m（式中：LOD 為檢出限；LOQ 為定量限；SA為空白樣品多次測(cè)得吸光度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差；k 為標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)在低濃度范圍內(nèi)的斜率；V 為樣品消化液定容體積，mL；m 為樣品質(zhì)量，g）[10]，計(jì)算該方法測(cè)定糧食中鉛的檢出限和定量限。

膠體金快速定量法：根據(jù)“檢出限=陰性樣品測(cè)定平均值+3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差、定量限=陰性樣品測(cè)定平均值+10 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差”[11]，使用膠體金快速定量法連續(xù)獨(dú)立測(cè)定20 個(gè)陰性樣品，計(jì)算該方法測(cè)定糧食中鉛的檢出限和定量限。

兩種方法的檢出限和定量限結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 兩種方法的檢出限和定量限Table 1 The test result of limit of detection and limit of quantitation of two methods

由于不同種類(lèi)的糧食基質(zhì)不同，背景校正的效果不同，對(duì)方法檢出限的影響也不同。由表1可知，GFAAS 和膠體金快速定量法均為測(cè)定小麥時(shí)檢出限最低、玉米次之，大米最高，兩種方法的檢出限和定量限均滿(mǎn)足糧食中鉛測(cè)定的質(zhì)量控制要求。

2.2 準(zhǔn)確性

使用石墨爐原子吸收光譜法和膠體金快速定量法分別對(duì)大米/糙米、小麥和玉米樣品各3 份進(jìn)行雙實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 兩種方法配對(duì)t檢驗(yàn)表Table 2 Paired-samples T test of two methods

采用配對(duì)t 檢驗(yàn)法比較兩種方法的檢測(cè)結(jié)果是否存在顯著性差異。使用EXCEL 函數(shù)計(jì)算兩種方法檢測(cè)結(jié)果的差值Di、D 均值、SD和tD，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。查t 分布表可知，t0.05，8=2.306，tD=1.04＜t0.05，8，tD未超過(guò)查表值說(shuō)明兩種方法的測(cè)定結(jié)果之間無(wú)顯著差異。

2.3 重復(fù)性

GB 5009.12-2017 規(guī)定重復(fù)性條件下GFAAS 測(cè)定糧食中鉛兩次獨(dú)立測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不得超過(guò)算術(shù)平均值的20%。使用膠體金快速定量法分別對(duì)中等濃度水平的大米/糙米、小麥和玉米樣品進(jìn)行6 次重復(fù)測(cè)定，采用χ2檢驗(yàn)法判斷該方法重復(fù)性測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)差是否超過(guò)GB 5009.12-2017 中規(guī)定的重復(fù)性要求，同時(shí)采用6 次測(cè)定極差與GB 5009.12-2017 中規(guī)定的6次測(cè)定重復(fù)性臨界極差進(jìn)行對(duì)照，考察該方法的重復(fù)性。大米/糙米、小麥和玉米樣品的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，具體計(jì)算如下：

1）大米/糙米樣品：測(cè)定次數(shù)n=6，平均值209.76 μg/kg，標(biāo)準(zhǔn)偏差S=19.23 μg/kg，極差=58.86 μg/kg；GB 5009.12-2017 規(guī)定重復(fù)性條件下，兩次獨(dú)立測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不得超過(guò)算術(shù)平均值的20%，則大米樣品兩次測(cè)定絕對(duì)差（即重復(fù)性限r(nóng)）≤41.95，GB 5009.12-2017 規(guī)定的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差Sr=r/2.8=14.98，6次測(cè)定的重復(fù)性臨界極差CrR95（6）=f（6）×Sr=59.92，重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差χ2=（n-1）S2/Sr2=8.24。顯著性水平α=0.05情況下，查表得 χ20.95(5)=11.07，χ2=8.24＜χ20.95(5)，且極差58.86＜重復(fù)性臨界極差CrR95（6），說(shuō)明該方法測(cè)定大米/糙米樣品中重金屬鉛的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差和極差均不超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法中規(guī)定的重復(fù)性要求。

2）小麥樣品：測(cè)定次數(shù)n=6，平均值220.47 μg/kg，標(biāo) 準(zhǔn) 偏 差S=17.54 μg/kg，極 差=44.44 μg/kg；GB 5009.12-2017 規(guī)定重復(fù)性條件下，兩次獨(dú)立測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不得超過(guò)算術(shù)平均值的20%，則小麥樣品兩次測(cè)定絕對(duì)差（即重復(fù)性限r(nóng)）≤44.09，GB 5009.12-2017 規(guī)定的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差Sr=r/2.8=15.75，6 次測(cè)定的重復(fù)性臨界極差CrR95（6）=f（6）×Sr=63.00，重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差 χ2=（n-1）S2/Sr2=6.20。顯著性水平 α=0.05 情況下，查表得 χ20.95(5)=11.07，χ2=6.20＜χ20.95(5)，且極差44.44＜重復(fù)性臨界極差CrR95（6），說(shuō)明該方法測(cè)定小麥樣品中重金屬鉛的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差和極差均不超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法中規(guī)定的重復(fù)性要求。

3）玉米樣品：測(cè)定次數(shù)n=6，平均值233.17 μg/kg，標(biāo) 準(zhǔn) 偏 差S=19.07 μg/kg，極 差=49.40 μg/kg；GB 5009.12-2017 規(guī)定重復(fù)性條件下，兩次獨(dú)立測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不得超過(guò)算術(shù)平均值的20%，則玉米樣品兩次測(cè)定絕對(duì)差（即重復(fù)性限r(nóng)）≤46.63，GB 5009.12-2017 規(guī)定的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差Sr=r/2.8=16.65，6 次測(cè)定的重復(fù)性臨界極差CrR95（6）=f（6）×Sr=66.60，重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差 χ2=（n-1）S2/Sr2=6.56。顯著性水平 α=0.05 情況下，查表得 χ20.95(5)=11.07，χ2=6.56＜χ20.95(5)，且極差49.40＜重復(fù)性臨界極差CrR95（6），說(shuō)明該方法測(cè)定玉米樣品中重金屬鉛的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差和極差均不超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法中規(guī)定的重復(fù)性要求。

綜上可知，用重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果表示方法精密度，兩種方法測(cè)定糧食中鉛在精密度方面都能滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)檢測(cè)要求。

表3 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 The test result of repeatability

2.4 檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)及適用性對(duì)比

石墨爐原子吸收光譜法的測(cè)試流程為稱(chēng)樣→前處理（微波消解或濕法消解）→上機(jī)檢測(cè)，由于前處理需要將樣品進(jìn)行消解，微波消解需要約12 h，濕法消解需要約24 h，而上機(jī)檢測(cè)時(shí)間僅需3 min，存在樣品前處理復(fù)雜耗時(shí)和儀器本身檢測(cè)快的突出矛盾。另外，GFAAS 需要配備價(jià)格高昂的大型儀器設(shè)備、專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)室和專(zhuān)門(mén)的操作技術(shù)人員，消解過(guò)程需要消耗大量的強(qiáng)腐蝕性酸和氧化試劑，并且需要150 ℃以上的高溫條件，必須在通風(fēng)櫥進(jìn)行，檢測(cè)中還需使用鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液，檢測(cè)廢棄物需要收集處理，因此適合在檢測(cè)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室使用。

膠體金快速定量法的測(cè)試流程為稱(chēng)樣→前處理（萃取→離心→反萃取→稀釋→鰲合）→檢測(cè)，單個(gè)樣品從稱(chēng)量到讀取數(shù)據(jù)，35 min 內(nèi)即可完成，大大縮短了檢測(cè)時(shí)間。整套裝置輕便易攜，檢測(cè)成本低，操作環(huán)境不受戶(hù)外條件限制，檢測(cè)過(guò)程中無(wú)需使用標(biāo)準(zhǔn)品及大量有機(jī)試劑，操作全程規(guī)避人員風(fēng)險(xiǎn)及富集污染源泄露風(fēng)險(xiǎn)，檢測(cè)廢棄物無(wú)任何污染風(fēng)險(xiǎn)，前處理過(guò)程簡(jiǎn)單，非專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員略加培訓(xùn)即可操作，因此適合糧食收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)和基層實(shí)驗(yàn)室的快速檢測(cè)。

3 結(jié)論

通過(guò)使用膠體金快速定量法測(cè)定大米/糙米、小麥和玉米中的鉛，并與石墨爐原子吸收光譜法在檢出限、定量限、準(zhǔn)確性、重復(fù)性、檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)及適用性等方面進(jìn)行了比較，證實(shí)膠體金快速定量法測(cè)定糧食中鉛的可行性，且膠體金快速定量法具有前處理過(guò)程簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，無(wú)需使用標(biāo)準(zhǔn)品及大量有機(jī)試劑，對(duì)人員和環(huán)境危害小，測(cè)試結(jié)果可直接從讀數(shù)儀上讀取從而消除了人為誤差，整套裝置輕便易攜檢測(cè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，十分適合糧食收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)和基層實(shí)驗(yàn)室的快速篩查。建議在進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)上，制定膠體金快速定量法測(cè)定糧食中鉛的技術(shù)規(guī)范和檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，使該方法能在糧食中鉛檢測(cè)中得到推廣應(yīng)用。