X 射線熒光光譜法快速測定小麥(粉)中鎘含量

路輝麗，尹成華*，高敬銘，秦祎芳，耿麗娜，李 敏

1.河南省糧油飼料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，河南 鄭州 450004 2.開封市糧食質(zhì)量檢驗監(jiān)測中心，河南 開封 475000 3.鄭州市糧食科學(xué)研究所，河南 鄭州 450003

鎘是一種環(huán)境重金屬污染物，通常通過廢氣、廢水、廢渣排入環(huán)境中。隨著環(huán)境污染的加劇，灌溉水及土壤中鎘含量不斷增加，通過生物的遷移累積，農(nóng)作物中鎘含量逐漸升高，導(dǎo)致糧食中鎘含量超標[1-3]。長期食用遭到鎘污染的食物，可能導(dǎo)致“痛痛病”，積聚過量的鎘會損壞腎小管功能，造成體內(nèi)蛋白質(zhì)從尿中流失，久而久之形成軟骨癥和自發(fā)性骨折。人體過量攝入鎘不僅會致癌，還會產(chǎn)生強烈的致畸作用[4-5]。

我國對小麥中鎘含量的安全標準制定極為嚴格[6],現(xiàn)行的食品安全國家標準《食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中規(guī)定小麥(粉)中鎘的限量為0.1 mg/kg。鎘元素的檢測方法主要有原子熒光光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、高效液相色譜法、分光光度法、電化學(xué)法等[7-9]，其中《食品安全國家標準食品中鎘的測定》(GB 5009.15—2014)中規(guī)定的檢測方法為石墨爐原子吸收光譜測定法。羅原能等[10-11]用石墨爐原子吸收光譜檢測稻谷、面粉中鎘含量。國標規(guī)定的檢測方法穩(wěn)定可靠、靈敏度高，但樣品前處理操作復(fù)雜，周期較長，并且受到設(shè)備、人員和環(huán)境的制約，不適合基層人員的掌握和推廣[12]。目前，X射線熒光光譜法是實驗室和工業(yè)界公認的方法，因為該方法本質(zhì)上無破壞性，是一種快速的物質(zhì)測定方法[13-14]，相關(guān)部門也出臺了相應(yīng)的行業(yè)標準，如LS/T 6115—2016《糧油檢驗稻谷中鎘含量快速測定X射線熒光光譜法》，李梅等[15-16]采用X射線熒光光譜儀快速檢測大米中鎘含量，羅志浩等[17]利用X射線熒光光譜儀檢測糧食中鎘、鉛、砷。但采用 X射線熒光測定小麥中重金屬含量的報道較少，尤其是采用該方法測定小麥中重金屬鎘的報道幾乎沒有。

因此，開發(fā)出一種準確、可靠、簡便、快捷的小麥中鎘含量的分析方法，不僅可以滿足日常的風(fēng)險監(jiān)測需求，還能廣泛應(yīng)用于基層糧庫的現(xiàn)場收糧的快速檢測[17]。作者采用X射線熒光光譜法快速測定小麥(粉)中鎘含量，分別驗證評價了方法的檢出限、定量限、準確度以及精密度，得出該檢測方法的準確性和可靠性。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

4組天然不同鎘(Cd)含量陽性小麥(粉)樣品、20個鎘空白小麥(粉)樣品：實驗室制備。硝酸(HNO3， UP級)：蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司；過氧化氫(H2O2)：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；鹽酸(HCl)、高氯酸(HClO4)：GR級。

1.2 儀器和設(shè)備

JYF-1/8分樣器：無錫穗邦科技有限公司；CHOPINMR10L混樣儀：法國肖邦技術(shù)公司；FM200超離心研磨儀：北京格瑞德曼儀器設(shè)備有限公司；SYH-5三維運動混合機：常州市東南干燥設(shè)備有限公司；PinAAcle 900T原子吸收光譜儀：PerkinElmer；861L96、861L13 X射線熒光光譜儀：蘇州三值精密儀器有限公司；01A、04A X射線熒光光譜儀：江蘇天瑞儀器股份有限公司；201488、201489 X射線熒光光譜儀：鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司。

1.3 方法

制備20個鎘空白小麥(粉)樣品:由同一實驗室采用不同X射線熒光光譜法測定鎘含量小于0.02 mg/kg的樣品。

制備粉碎均勻的4組不同鎘含量梯度的小麥(粉)樣品(A樣、B樣、C樣、D樣)，由12個實驗室分別使用石墨爐原子吸收光譜法與X射線熒光光譜法進行雙試驗測試驗證。

1.3.1 石墨爐原子吸收光譜法

將小麥(粉)樣品混合均勻，用超離心研磨儀(篩網(wǎng)孔徑為0.5 mm)粉碎備用。前處理參照GB 5009.15—2014,使用干法灰化消化，稱取粉碎均勻的樣品0.5 g置于瓷坩堝中，在可調(diào)式電爐上炭化至無煙，移入馬弗爐500 ℃灰化6～8 h，冷卻。加入1%硝酸溶液將灰分溶解，轉(zhuǎn)移并定容至10 mL容量瓶，均勻備用；同時做試劑空白試驗。上機采用石墨爐原子吸收光譜法測定小麥(粉)中的鎘含量。

1.3.2 X射線熒光光譜儀法

按照產(chǎn)品說明書要求，分別設(shè)定6臺儀器的測試參數(shù)。儀器預(yù)熱20～30 min，然后進行初始化校正，隨后開始試驗。每個儀器生產(chǎn)廠家的校準方法可能會略有差異，應(yīng)按照產(chǎn)品使用說明的規(guī)定進行操作，確保數(shù)據(jù)的準確性。

小麥(粉)樣品混合均勻，用超離心研磨儀(篩網(wǎng)孔徑為0.5 mm)粉碎備用。用勺子取混合均勻的足量樣品并倒入樣品杯中，蓋上蓋子并壓實、壓平，放置在樣品測試孔中，關(guān)閉進樣口蓋，調(diào)用儀器內(nèi)置校準曲線，按“測量”鍵開始測量，測試時間不得少于1 000 s。當X射線管自動關(guān)閉，進入待機狀態(tài)，測試結(jié)束，測試界面會出現(xiàn)測定值，打印測試結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007和DPS 13.5分析軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法檢出限和定量限

對20個獨立的空白樣品分別使用6個不同的X射線熒光光譜儀進行鎘含量測定，計算檢出限(20個空白樣品的檢測結(jié)果平均值加上3倍標準偏差)和定量限(20個空白樣品的檢測結(jié)果平均值加上10倍標準偏差),結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，該方法的檢出限為0.021 9～0.034 0 mg/kg，定量限為0.030 3～0.068 6 mg/kg，完全可以滿足日常檢測和方法標準要求。

表1 不同X射線熒光光譜儀測試的檢出限和定量限Table 1 Detection limit and quantitation limit of different X-ray fluorescent spectrometer tests

2.2 方法準確性

根據(jù)LS/T 6402—2017[18]中6.2.2的要求，12家實驗室對4組陽性小麥(粉)樣品(A樣、B樣、C樣、D樣)進行雙試驗檢測，利用原子吸收光譜法(GB 5009.15—2014)(Ⅰ法)和X射線熒光光譜法(Ⅱ法)檢測，結(jié)果見表2。兩種方法的檢測結(jié)果分析采用配對t-檢驗法，對比是否存在顯著性差異。由表3可知，td=1.165

表2 鎘含量兩種檢測方法原始數(shù)據(jù)Table 2 Original data of two cadmium content detection methods

表3 鎘含量兩種檢測方法配對t-檢驗結(jié)果Table 3 Paired t-test results of two cadmium content detection methods

2.3 X射線熒光光譜法精密度試驗分析

參照GB/T 6379.2—2004的計算過程，12個實驗室采用X射線熒光光譜法(Ⅱ法)檢測的鎘含量均值結(jié)果見表4，分別使用柯克倫檢驗、格魯布斯檢驗剔除離群值(經(jīng)檢驗，實驗室8檢測的C樣為離群值，予以剔除)后，再次用柯克倫檢驗、格魯布斯檢驗對剩余數(shù)據(jù)進行檢驗分析，無離群值后，確定上述試驗測量方法的精密度。

2.3.1 一致性和離群值的檢查

對表4中的數(shù)據(jù)進行柯克倫檢驗，結(jié)果見表5。對于A、B、D 樣品，測試實驗室有12個，鎘含量檢測數(shù)據(jù)的柯克倫檢驗統(tǒng)計量均小于5%臨界值(0.541)；對于C樣品，測試實驗室有11個(已剔除實驗室8檢測數(shù)據(jù))，鎘含量檢測數(shù)據(jù)的柯克倫檢驗統(tǒng)計量小于5%臨界值(0.570)，所以均為正確值。

表4 12個實驗室小麥(粉)中鎘含量的平均值Table 4 Average cadmium content of wheat (flour) from 12 laboratories mg/kg

為進一步發(fā)現(xiàn)可能存在的離群值，對表4數(shù)據(jù)進行了格魯布斯檢驗[19]。驗證中，首先對每組數(shù)據(jù)的一個最大值、一個最小值進行格魯布斯檢驗運算，無離群值時再對每組數(shù)據(jù)的兩個最大值、兩個最小值進行格魯布斯檢驗運算，結(jié)果見表6。由表6可以看出，在4組樣品中，12個驗證單位的單個高值和單個低值的最大格魯布斯檢驗統(tǒng)計量為2.258 1，小于測試次數(shù)n=12時95%置信區(qū)間的格魯布斯檢驗臨界值(2.412)。因此，可以判定所有驗證實驗室每組數(shù)據(jù)的單個高值和單個低值沒有歧離值或離群值。對12個驗證單位的兩個高值和兩個低值的格魯布斯檢驗中，A樣的兩個高值為實驗室10和11，格魯布斯檢驗統(tǒng)計量(0.178 3)小于測試次數(shù)n=12時95%置信區(qū)間的格魯布斯檢驗臨界值(0.253 7)，因此判定最高測試結(jié)果為歧離值，后面的數(shù)據(jù)分析中保留這些歧離值。

表5 12個實驗室小麥(粉)中鎘含量的柯克倫檢驗統(tǒng)計Table 5 Cochran test statistics of cadmium content in wheat (flour) from 12 laboratories

表6 12個實驗室測試數(shù)據(jù)平均值的格魯布斯檢驗統(tǒng)計Table 6 Grubbs test statistics of mean values of test data from 12 laboratories

2.3.2 方法精密度

表7 小麥(粉)中鎘含量的和SRjTable and SRj values of cadmium in wheat (flour)

由表7可知，隨著鎘含量(m)的增大，Sr和SR也在增加，可以建立m與Sr和SR之間的函數(shù)關(guān)系。擬合它們函數(shù)關(guān)系的實際計算方法參考GB/T 6379.2—2004，得出擬合函數(shù)關(guān)系式。通常選擇3種類型的關(guān)系式[20]：

①通過原點的直線，Srj/SRj=bm；

②截距為正的直線，Srj/SRj=a+bm；

③對數(shù)或指數(shù)關(guān)系，lg (Srj/SRj)=lgc+dlgm或Srj/SRj=cmd,d≤1。

式中：a、b、c、d均為常數(shù)。

圖1 Srj和SRj與的擬合關(guān)系Fig.1 Fitting relationship of Srj, SRj and

由圖1可知，對于重復(fù)性而言，線性擬合與乘冪擬合的線性決定系數(shù)R2相近；對于再現(xiàn)性而言，線性擬合的線性決定系數(shù)R2大于乘冪擬合的，表明線性擬合好于乘冪擬合。因此，選擇線性擬合關(guān)系，當小麥(粉)鎘含量在0.054～0.414 mg/kg時，測量方法精密度(以mg/kg表示)最終值關(guān)系式表示如下：

重復(fù)性標準差Sr=0.031m+0.002；

再現(xiàn)性標準差SR=0.026m+0.003。

3 結(jié)論

采用X射線熒光光譜儀對小麥(粉)中鎘含量進行快速檢測，分別驗證評價了方法的檢出限、定量限、準確度和精密度。結(jié)果顯示，該方法的檢出限為0.021 9～0.034 0 mg/kg，定量限為0.030 3～0.068 6 mg/kg，能夠滿足方法標準要求。為了更好地驗證測試方法的準確性，按照相關(guān)標準規(guī)定，對X射線熒光光譜儀法進行了實驗室內(nèi)和實驗室間驗證。經(jīng)驗證，該方法與石墨爐原子吸收光譜測定法采用配對t-檢驗法，兩種方法的測定結(jié)果不存在顯著性差異；通過12家實驗室間X射線熒光光譜法驗證分析，當小麥(粉)鎘含量在0.054～0.414 mg/kg時，建立方法重復(fù)性標準差Sr和再現(xiàn)性標準差SR與鎘含量m的關(guān)系式，得出測量方法精密度關(guān)系式：重復(fù)性標準差Sr=0.031m+0.002；再現(xiàn)性標準差SR=0.026m+0.003，所得結(jié)果均能滿足相關(guān)數(shù)理統(tǒng)計要求。因此，本方法的流程和參數(shù)合理，檢測時間短，檢測效率高，樣品前處理簡單，無試劑消耗，檢測成本較低，綠色環(huán)保，可以廣泛推廣用于小麥(粉)鎘含量的快速檢測。