大米粉中鎘標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制

李夢(mèng)怡 胡 越 董 喆 李云鳳 曹 進(jìn)

(中國(guó)食品藥品檢定研究院，北京 100050)

重金屬進(jìn)入環(huán)境后，經(jīng)食物鏈傳遞?？稍谏矬w富集、吸收，并在體內(nèi)沉積。長(zhǎng)期從食物中攝取含鎘物質(zhì)，或可引起“骨痛病”。大米是我國(guó)重要的傳統(tǒng)主食之一。2013年的“鎘大米”事件，引起了公眾對(duì)大米中鎘金屬殘留的廣泛關(guān)注。

CNAS—GL29《標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)/標(biāo)準(zhǔn)樣品定值的一般原則和統(tǒng)計(jì)方法》定義的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)/標(biāo)準(zhǔn)樣品(RM)，是一種或多種規(guī)定特性足夠均勻和穩(wěn)定的材料，已被確定其符合測(cè)量過(guò)程的預(yù)期用途的。上述用途可包括測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)、測(cè)量程序評(píng)估、給其他材料賦值和質(zhì)量控制。在分析質(zhì)量控制領(lǐng)域起到了舉足輕重的作用。食品安全國(guó)家抽檢工作中，承檢機(jī)構(gòu)被要求每一次檢驗(yàn)均隨行檢測(cè)相應(yīng)基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，作為內(nèi)部質(zhì)量控制，以保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

而基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均一、穩(wěn)定的特性，注定了它們的研制周期長(zhǎng)，無(wú)法量產(chǎn)。市場(chǎng)上出售的食品基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的種類(lèi)暫且無(wú)法滿(mǎn)足檢驗(yàn)需求。且產(chǎn)品售罄后，補(bǔ)貨需要重新制備、定值、評(píng)估、申報(bào)，供貨周期不穩(wěn)定。食品基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)市場(chǎng)長(zhǎng)期處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。已有有能力的實(shí)驗(yàn)室，按照標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)生產(chǎn)流程，自制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)使用。

食品基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)按檢測(cè)對(duì)象可分為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)基質(zhì)標(biāo)物和污染物基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為食物本身固有的成分，可直接將食物處理混勻后定值。如水稻粉中的粗蛋白、粗淀粉及多種氨基酸[1]；西紅花中的西紅花苷Ⅰ、西紅花苷Ⅱ[2]；三七總皂苷中的三七皂苷Rg1、Rb1等多種三七皂苷[3]。污染物基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的生產(chǎn)工藝則更加復(fù)雜，需自行制備匹配的食品基質(zhì)，然后另行添加污染物,混勻的方式生產(chǎn)。丁藝等[4]調(diào)研了減肥類(lèi)保健食品的常用基質(zhì)，自行制備了有代表性的保健食品基質(zhì)后添加減肥類(lèi)非法添加藥物。最終經(jīng)過(guò)均勻性、穩(wěn)定性考察，多加單位協(xié)作定值，制成了減肥類(lèi)保健食品中多種非法添加藥物的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。時(shí)文春等[5]采用飼喂的方式，給鯉魚(yú)食用添加了氯霉素的飼料，制成氯霉素陽(yáng)性鯉魚(yú)肉樣品。之后對(duì)生產(chǎn)的魚(yú)肉樣品考察合格后定值。

本研究采用含鎘大米的陽(yáng)性樣品，借鑒了食品中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)較簡(jiǎn)單的生產(chǎn)方式，研制了大米中污染物鎘元素的食品基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。為大米中重金屬鎘的日常檢測(cè)和質(zhì)量控制提供參考。

1 儀器與材料

1.1 儀器

iCap-Q電感耦合等離子體-質(zhì)譜儀，MARS-express微波消解儀。

1.2 試劑

鎘單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(CGCD1， 1 000 mg/L)、銠單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(CGGHN1， 1 000 mg/L)、硝酸(優(yōu)級(jí)純)；水為超純水。

1.3 材料

大米粉為實(shí)驗(yàn)室自制，采用鎘元素陽(yáng)性大米制成，無(wú)需另行添加。

將大米研磨后過(guò)18目篩，放入烘箱70 ℃烘干。以過(guò)篩的方式將整批大米粉混合6次，控制操作間相對(duì)濕度低于60%?；旌虾?，分裝入棕色玻璃瓶，每瓶10 g。

2 方法與結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)部分

2.1.1 對(duì)照品溶液的制備

精密移取鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL至100 mL容量瓶，以5%硝酸溶液定容至刻度，為標(biāo)準(zhǔn)溶液儲(chǔ)備液。將鎘儲(chǔ)備液用5%硝酸溶液逐級(jí)稀釋?zhuān)渲瞥珊k1.00、5.00、10.0、50.0、100 μg/L的五個(gè)濃度梯度對(duì)照品溶液。

2.1.2 供試品溶液的制備

稱(chēng)取試樣約0.5 g于聚四氟乙烯內(nèi)罐，加硝酸5 mL，置于趕酸器上100 ℃預(yù)消解30 min。冷卻后蓋好內(nèi)蓋，旋緊塞子，放入微波消解儀中。室溫～180 ℃保持30 min，冷卻。用超純水將消解液洗入25 mL容量瓶中，少量多次洗滌罐，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混勻備用。同時(shí)做試劑空白。

2.1.3 儀器檢測(cè)

采用電感耦合等離子體-質(zhì)譜檢測(cè)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ICP-MS)。儀器條件：射頻功率：1 550 W；等離子體氬氣流速：14 L/min；霧化器氬氣流速：1 mL/min；采樣深度：5 mm；霧化器：Barbinton；霧化室溫度：4 ℃；采樣錐與截取錐類(lèi)型：鎳錐；掃描模式：碰撞反應(yīng)模式。

將2.1.1、2.1.2中溶液依次引入ICP-MS進(jìn)行檢測(cè)。鎘定量同位素m/z為111。采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，內(nèi)標(biāo)溶液為10 μg/L銠(103 Rh)溶液。

2.2 均勻性檢驗(yàn)及結(jié)果

從樣品分裝的最小包裝樣品中，各隨機(jī)抽取15份樣品進(jìn)行檢測(cè)。每個(gè)樣品采用2.1中方法平行制備兩個(gè)樣品溶液，并對(duì)其進(jìn)行含量測(cè)定。每個(gè)平行樣品溶液檢測(cè)2次取平均值。

采用單因素方差分析方法對(duì)樣品測(cè)定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[6]。樣品的F0.05(14,15)值均小于查表值。表明樣品均勻性良好。具體鎘含量測(cè)定結(jié)果如表1所示，F(xiàn)檢驗(yàn)分析結(jié)果如表2所示。

表1 米粉樣品中鎘含量測(cè)定結(jié)果

表2 米粉樣品中鎘含量測(cè)定方差分析結(jié)果

2.3 長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢驗(yàn)及結(jié)果

將樣品室溫密封放置6、12、22個(gè)月。各從分裝到最小包裝的樣品中隨機(jī)抽取3份樣品。每個(gè)樣品按照2.1中方法平行制備兩個(gè)樣品溶液，每個(gè)平行樣品檢測(cè)兩次。

將樣品均勻性檢驗(yàn)結(jié)果作為穩(wěn)定性0月(見(jiàn)表1)，與穩(wěn)定性3個(gè)月次的檢測(cè)結(jié)果(見(jiàn)表3)以時(shí)間-濃度做線性擬合，并做回歸方差分析[6]。在95%的置信水平，斜率的P值>0.05，說(shuō)明樣品在考察期限內(nèi)穩(wěn)定性良好，結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)結(jié)果

表4 長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)回歸方差分析

2.4 協(xié)作定值[7-9]

2.4.1 定值的過(guò)程

發(fā)放樣品至另7家具有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行協(xié)作定值。其中2家為國(guó)家級(jí)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，3家為省級(jí)食品藥品監(jiān)管系統(tǒng)的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室，2家為地市級(jí)食品藥品監(jiān)管系統(tǒng)的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室，均具有CNAS實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可。每家單位共發(fā)放8批待測(cè)樣品，要求每批樣品平行測(cè)定兩次，計(jì)算樣品的平均含量。各實(shí)驗(yàn)室可任選常規(guī)檢測(cè)方法，并提供結(jié)果報(bào)告和實(shí)驗(yàn)原始記錄。

2.4.2 檢測(cè)結(jié)果分析

采用格拉布斯(Grubb’s)檢驗(yàn)，對(duì)8個(gè)定值單位(7家協(xié)作定值單位，和樣品制備方)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行離群值檢驗(yàn)。采用狄克森(Dixon)檢驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室間檢驗(yàn)結(jié)果的一致性進(jìn)行評(píng)價(jià)[2，3]。在95%的置信水平，均無(wú)離群值。計(jì)算各協(xié)作定值單位結(jié)果的中位值，并對(duì)各協(xié)作定值單位中位值結(jié)果做二次中位值計(jì)算，作為指定值。最終協(xié)作定值結(jié)果為0.241 mg/kg。

2.5 定值不確定度的計(jì)算

2.5.1 指定值的不確定度計(jì)算

計(jì)算各協(xié)作定值單位結(jié)果的中位值，記為Ni。以這些中位值的中位值作為指定值，記為X。計(jì)算N1，N2…Ni于X之差的絕對(duì)值，記為Qi。Q1，Q2…Qi的中位值記為MAD。各定值實(shí)驗(yàn)室結(jié)果及統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。協(xié)作定值的不確定度按式(1)計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 大米粉中鎘協(xié)作定值結(jié)果計(jì)算

(1)

式中：uchar為協(xié)作標(biāo)定的不確定度；n為協(xié)作標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)室個(gè)數(shù)；MADe為正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，其值為MADe =MAD/0.674。

協(xié)作定值的相對(duì)不確定度按式(2)計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表6。

(2)

式中：μchar，rel為協(xié)作標(biāo)定的相對(duì)不確定度；uchar為協(xié)作標(biāo)定的不確定度；X為各實(shí)驗(yàn)室中位值的中位值。

2.5.2 均勻性的不確定度計(jì)算

均勻性的不確定度及相對(duì)不確定度分別按式(3)、式(4)計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表6。

(3)

式中：ubb為均勻性的不確定度值；n為每個(gè)樣品平行測(cè)定的次數(shù)；MSwithin為組內(nèi)的均方差；υmswithin為組內(nèi)的自由度。

(4)

式中：ubb,rel為均勻性的相對(duì)不確定度值；ubb為均勻性的不確定度值；m為均勻性實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值。

2.5.3 長(zhǎng)期穩(wěn)定性的不確定度計(jì)算

將穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果按時(shí)間-濃度做線性擬合，計(jì)算擬合直線殘差為斜率不確定度，如式(5)。按式(6)、式(7)分別計(jì)算長(zhǎng)期穩(wěn)定性的不確定度和相對(duì)不確定度，結(jié)果見(jiàn)表6。

(5)

式中：S(b1)為斜率b1的不確定度；S為回歸直線殘留平均標(biāo)準(zhǔn)偏差。

ults=S(b1)·t

(6)

式中：ults為穩(wěn)定性的不確定度；S(b1)為穩(wěn)定性考察各點(diǎn)直線擬合斜率的不確定度；t為質(zhì)控樣的有效期。

(7)

式中：ults，rel為穩(wěn)定性的相對(duì)不確定度；ults為穩(wěn)定性的不確定度；m為所有穩(wěn)定性結(jié)果平均值。

2.5.4 合成不確定度計(jì)算

以定值、均勻性、穩(wěn)定性不確定度合成標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的合成相對(duì)不確定度，按式(7)計(jì)算。按式(8)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的合成不確定度，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不確定度計(jì)算結(jié)果

(7)

uCRM=uCRM,rel×X

(8)

式中：X為協(xié)作定值的指定值。

按95%的置信區(qū)間，取k=2，按式(9)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的擴(kuò)展不確定度，結(jié)果為0.044。

UCRM=k×uCRM

(9)

式中：uCRM為樣品的不確定度；UCRM為樣品的擴(kuò)展不確定度；k為包含因子。

2.6 大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值結(jié)果

經(jīng)過(guò)均勻性檢驗(yàn)，22個(gè)月內(nèi)的3個(gè)月次的長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢驗(yàn)和8家實(shí)驗(yàn)室協(xié)作定值，最終確定大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鎘的定值結(jié)果為(0.241±0.044) mg/kg。

3 討論

本次制備的大米粉中鎘標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均勻性良好，在22個(gè)月內(nèi)穩(wěn)定，共有8家實(shí)驗(yàn)室參與協(xié)作定值工作，并對(duì)定值不確定度進(jìn)行評(píng)估。本標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)具備做大米中鎘檢測(cè)基體參考物質(zhì)的使用條件。

為使標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值符合日常檢測(cè)的需要，本次協(xié)作定值要求參加實(shí)驗(yàn)室采用日常檢測(cè)方法檢測(cè)，而非特定的檢測(cè)方法檢測(cè)。參與本次定值的8家實(shí)驗(yàn)室，3家采用原子吸收分光光度法，4家采用電感耦合等離子體-質(zhì)譜法，1家采用同位素稀釋質(zhì)譜法進(jìn)行檢測(cè)。涵蓋了目前通用的元素檢測(cè)方法。從結(jié)果來(lái)看，各實(shí)驗(yàn)室結(jié)果組間并無(wú)顯著性差異。根據(jù)多家機(jī)構(gòu)組織的歷次能力驗(yàn)證活動(dòng)結(jié)果來(lái)看[10]，上述3種元素的儀器檢驗(yàn)方法所得結(jié)果亦無(wú)顯著性差異。本次定值樣品可供日常檢測(cè)方法的內(nèi)控使用。

4 結(jié)論

本研究采用陽(yáng)性樣品研磨混勻的方式制備出了大米粉中鎘標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。然后采用微波消解-電感耦合等離子體-質(zhì)譜法對(duì)樣品中鎘含量進(jìn)行檢測(cè)，并評(píng)價(jià)其均勻性和穩(wěn)定性。結(jié)果樣品的均勻性和穩(wěn)定性滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)制備的要求。經(jīng)8家實(shí)驗(yàn)室協(xié)作定值和定值的不確定度評(píng)估，最終確定該樣品中鎘含量結(jié)果為(0.241±0.044) mg/kg。