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(jì)石墨爐法檢測(cè)同一批稻谷樣品，對(duì)3種檢測(cè)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(jì)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(cè)結(jié)果與原子吸收分光光度計(jì)石墨爐法均有較高的相關(guān)度，建立了二者相對(duì)于原子吸收分光光度計(jì)石墨爐法結(jié)果的線性回歸方程。通過計(jì)算兩種方法的合適檢測(cè)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(cè)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(hào)：TS207.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20180813

稻谷是我國(guó)主糧之一，我國(guó)對(duì)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(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)為0.2mg/kg，僅為歐盟標(biāo)準(zhǔn)的一半。對(duì)于一些稻谷主產(chǎn)區(qū)，鎘的污染是一個(gè)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(zhǎng)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(chǔ)的入庫環(huán)節(jié)從未設(shè)置區(qū)分稻谷鎘含量的檢測(cè)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(shí)際的糧食收購入庫現(xiàn)場(chǎng)稻谷鎘含量快速檢測(cè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鎘含量檢測(cè)方法——原子吸收分光光度計(jì)石墨爐法（以下簡(jiǎn)稱原吸法）雖然較為準(zhǔn)確，但是操作復(fù)雜，涉時(shí)較長(zhǎng)，一般為36h左右，對(duì)操作場(chǎng)地、人員技術(shù)要求都極為苛刻，無法作為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法使用。為滿足糧食收購入庫現(xiàn)場(chǎng)稻谷快速檢測(cè)需求，選擇推廣電化學(xué)陽極溶出伏安法（以下簡(jiǎn)稱電化學(xué)法）與X射線熒光光譜法（以下簡(jiǎn)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(cè)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(duì)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(cè)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(jiǎn)單、分析速度快、操作簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。

為進(jìn)一步比較兩種快速檢測(cè)方法相對(duì)于原吸法檢測(cè)結(jié)果的一致性，明確兩種快速檢測(cè)方法各自的優(yōu)越性與局限性，本研究對(duì)三種方法針對(duì)同一批稻谷樣本的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)上的初步分析，計(jì)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(cè)方法的實(shí)際應(yīng)用效果與使用范圍，以期對(duì)糧食收儲(chǔ)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(jì)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(cè)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(cè)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(guó)家鋼鐵材料測(cè)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(cè)中心。

1.2實(shí)驗(yàn)材料

對(duì)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(gè)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(cè)后取其中16份含鎘樣本進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1電化學(xué)法

以GBW（E）100360為陽性對(duì)照，每個(gè)米粉樣品稱取0.4g于50mL離心管中，加入1mL檢測(cè)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(gè)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(cè)。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(cè)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(cè)儀開機(jī)預(yù)熱20min之后，用銀片對(duì)儀器進(jìn)行初始化。對(duì)大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）100377進(jìn)行12次檢測(cè)以確定儀器準(zhǔn)確性與重復(fù)性。檢測(cè)完成后用試樣杯稱取每個(gè)米粉樣品約10.5g。按照LS/T 6115-2016對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行2次獨(dú)立重復(fù)檢測(cè)，取其均值為檢測(cè)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(cè)樣品各0.35g，同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照與陽性對(duì)照（GBW（E）100360）各一個(gè)。每個(gè)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(cè)條件，上機(jī)檢測(cè)，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(duì)三種方法檢測(cè)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(yàn)兩種快檢法檢測(cè)結(jié)果與國(guó)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(duì)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(cè)范圍。

2結(jié)果與分析

2.1三種檢測(cè)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(duì)電化學(xué)法進(jìn)行準(zhǔn)確性檢定，測(cè)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(cè)儀對(duì)大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）100377進(jìn)行12次檢測(cè)以檢定其準(zhǔn)確性，結(jié)果見表1。

12次測(cè)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(cè)儀器校準(zhǔn)與測(cè)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(cè)。陽性對(duì)照GBW（E）100360檢測(cè)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(cè)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(cè)鎘含量，以原吸法檢測(cè)鎘含量水平，從低到高編號(hào)，結(jié)果見表2。

2.3三種檢測(cè)方法結(jié)果的顯著性差異分析

用SPSS 19.0對(duì)三組檢測(cè)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(cè)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(cè)方法所得結(jié)果無顯著差異。

2.4 3種檢測(cè)方法結(jié)果的相關(guān)系數(shù)分析

對(duì)3組檢測(cè)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(cè)結(jié)果與原吸法檢測(cè)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(duì)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(cè)結(jié)果回歸方程的建立

為探索兩種檢測(cè)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(jì)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(cè)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(cè)結(jié)果為自變量，原吸法檢測(cè)結(jié)果為因變量進(jìn)行回歸分析，建立了兩個(gè)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(cè)值為X、Z，因變量原吸法檢測(cè)值為Y。根據(jù)回歸分析結(jié)果可知X射線法預(yù)測(cè)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(cè)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(duì)原吸法擬合程度均較好。

對(duì)兩個(gè)一元線性回歸方程進(jìn)行驗(yàn)證。用X射線法測(cè)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(jì)算測(cè)量值為0.299mg/kg，實(shí)際12次檢測(cè)均值為0.289mg/kg；用電化學(xué)法測(cè)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(jì)算測(cè)量值為1.901mg/kg，實(shí)際檢測(cè)值為1.877mg/kg。

由以上驗(yàn)證可知，所建立回歸方程預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果接近，有一定的預(yù)測(cè)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(jì)算方程自變量對(duì)因變量之差的絕對(duì)值小于20%時(shí)因變量的定義域范圍。令0.8Y所以，當(dāng)X射線法的檢測(cè)結(jié)果在0.045～1.37mg/kg，與預(yù)測(cè)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(cè)范圍；當(dāng)電化學(xué)法的檢測(cè)結(jié)果在0.162～0.494mg/kg，與預(yù)測(cè)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(cè)范圍。

3結(jié)論

經(jīng)過對(duì)X射線法、電化學(xué)法與原吸法三種方法檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)。可知兩種快檢法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)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(jì)算出與原吸法結(jié)果較為接近的合適檢測(cè)范圍（偏差低于原吸法預(yù)測(cè)結(jié)果的20%）。兩種方法的合適檢測(cè)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(cè)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(cè)的定性需要。X射線檢測(cè)法雖然操作簡(jiǎn)便，但對(duì)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(dòng)，更適合在條件較好、有固定封閉實(shí)驗(yàn)室的場(chǎng)所使用；電化學(xué)法檢測(cè)法操作較復(fù)雜，但儀器輕便易于攜帶，對(duì)環(huán)境要求不高，可以適用于各種條件比較簡(jiǎn)陋的場(chǎng)所。實(shí)際應(yīng)用這兩種方法要結(jié)合實(shí)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(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，進(jìn)行完善。