羅志浩 宋硙 王晶晶 劉海虹* 王日慶

（1.廣東省食品檢驗(yàn)所（廣東省酒類(lèi)檢測(cè)中心） 廣東 廣州 510000；2.西安佳譜電子科技有限公司）

1 前言

人類(lèi)活動(dòng)如礦山開(kāi)采、金屬冶煉、工業(yè)廢水排放、農(nóng)田污灌、污泥農(nóng)用以及肥料和殺蟲(chóng)劑的施用，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到農(nóng)作物的生長(zhǎng)[1]，其中鎘、鉛、砷被認(rèn)為是主要重金屬污染物。重金屬經(jīng)食物鏈逐步沉積，最后進(jìn)入人體，并在人體內(nèi)與蛋白質(zhì)和酶發(fā)生作用，使它們失去活性，從而產(chǎn)生致癌致畸等毒性作用，甚至危害生命[2-4]。重金屬污染物中鎘、鉛、砷均是蓄積性毒物，對(duì)人類(lèi)健康有巨大毒害作用[5-7]。相關(guān)研究表明鉛、砷還可能是一種致癌物質(zhì)[8-9]。近年來(lái)，糧食中重金屬超標(biāo)事件時(shí)有發(fā)生，造成群眾恐慌，影響社會(huì)穩(wěn)定。加強(qiáng)對(duì)大米、小麥等糧食中重金屬的快速檢測(cè)能力，能有效防止被重金屬污染的糧食流入口糧市場(chǎng)，對(duì)保障食品安全具有重大的社會(huì)意義。

糧食中重金屬污染一直是糧食食品安全檢測(cè)的重點(diǎn)，本方法采用的電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICPMS）是目前通用的國(guó)標(biāo)參比方法，適用范圍較廣[10-13]，但是該方法適用于配備有大型設(shè)備的中心實(shí)驗(yàn)室使用，難以應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。因此需要現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的場(chǎng)合，急需快速篩查重金屬的方法。

目前重金屬快檢方法主要有X射線熒光光譜法、電化學(xué)陽(yáng)極溶出伏安法、時(shí)間分辨免疫層析定量法等。X射線熒光光譜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含量而變化來(lái)定性或定量測(cè)定樣品中成分的方法[14-21]，楊學(xué)文等[22]對(duì)X射線熒光光譜法與石墨爐原子吸收光譜法進(jìn)行比較，得出該方法可滿足現(xiàn)場(chǎng)糧食收購(gòu)要求。但該方法只針對(duì)稻谷中的鎘，不能同時(shí)測(cè)定多種基質(zhì)的多種重金屬。電化學(xué)陽(yáng)極溶出伏安法是一種通過(guò)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(guò)程中所得到的伏安曲線來(lái)進(jìn)行定量分析的方法[23-28]。時(shí)間分辨免疫層析定量法是待測(cè)溶液中的重金屬離子與特異性抗體結(jié)合后，抑制了層析過(guò)程中抗體與硝酸纖維膜檢測(cè)線上待測(cè)金屬——牛血清白蛋白偶聯(lián)物的免疫反應(yīng)，使檢測(cè)線上T信號(hào)值熒光強(qiáng)度降低，通過(guò)檢測(cè)線T信號(hào)值與質(zhì)控線C信號(hào)值熒光強(qiáng)度變化來(lái)計(jì)算待測(cè)樣品中元素的含量[29-30]。

本文采用單色聚焦X射線熒光光譜法測(cè)定糧食中鎘、鉛、砷，在X射線熒光光譜法基礎(chǔ)上增強(qiáng)了入射光強(qiáng)度等參數(shù)，對(duì)目標(biāo)元素的檢測(cè)下限更低，檢測(cè)時(shí)間更短，能夠更快更準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)不同樣品基質(zhì)中鎘、砷、鉛的同時(shí)檢測(cè)。

2 材料與方法

2.1 材料與儀器

大米基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）100360（鎘認(rèn)定值0.22±0.02 mg/kg；鉛認(rèn)定值0.049±0.007 mg/kg、砷認(rèn)定值0.12±0.02 mg/kg）、GBW（E）100349a（鎘認(rèn)定值0.44±0.02 mg/kg、鉛認(rèn)定值0.21±0.02 mg/kg、砷認(rèn)定值0.20±0.02 mg/kg）、GBW（E）100349（鎘認(rèn)定值0.41±0.02 mg/kg；砷認(rèn)定值0.25±0.03 mg/kg）、GBW（E）100356（鉛認(rèn)定值0.25±0.02 mg/kg）；玉米基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）100498（鎘認(rèn)定值0.11±0.01 mg/kg）；小麥基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）100496（鎘認(rèn)定值0.10±0.01 mg/kg）（鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司）。

單色聚焦X射線熒光光譜儀E-max（HDXRF）（西安佳譜科技有限公司）；臼式研磨儀萊馳RM200、自動(dòng)分樣儀Retsch PT100（弗爾德（上海）儀器設(shè)備有限公司）；Agilent 7800 ICP-MS（安捷倫科技（中國(guó)）有限公司）。

2.2 測(cè)定方法

2.2.1 國(guó)家參比方法

《GB 5009.268—2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》稱取固體樣品0.4 g（精確至0.00 g），加入10 mL硝酸過(guò)夜，按照微波消解儀標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行消解，冷卻后取出排氣，趕酸，用水定容至25 mL，混勻備用，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

2.2.2 單色聚焦X射線熒光光譜法

將試樣粉碎至過(guò)40目篩，混合均勻。先將儀器預(yù)熱30 min，稱取0.7～1.0 g樣品于樣品杯，用樣品頂桿旋轉(zhuǎn)推入樣品杯內(nèi)，把樣品口（膜面）放在裝樣壓槽上，推緊頂桿，至膜面平整。將裝好樣品的裝樣杯正確放置到檢測(cè)艙中測(cè)試，待600 s后在液晶屏上讀取測(cè)定結(jié)果。

風(fēng)機(jī)每時(shí)段的發(fā)電量是由風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸處每時(shí)段的平均風(fēng)速及風(fēng)機(jī)的出力特性決定的,其輸出功率可根據(jù)風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家提供的網(wǎng)側(cè)輸出功率曲線經(jīng)過(guò)多項(xiàng)式擬合得到,具體公式[11-12]為

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

根據(jù)不同元素的熒光X射線具有各自的特定波長(zhǎng)，通過(guò)特征X射線波長(zhǎng)進(jìn)行定性，通過(guò)光管的原始譜和探測(cè)器的探測(cè)效率進(jìn)行理論數(shù)據(jù)擬合，然后再收集大量實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)樣品的光譜數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的微調(diào)，再根據(jù)樣品測(cè)試結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)的算法方式，建立儀器內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3 結(jié)果與分析

3.1 樣品前處理粒徑研究

國(guó)家參比方法分別對(duì)實(shí)驗(yàn)室鎘元素陽(yáng)性樣品用自動(dòng)分樣儀進(jìn)行分樣，取樣研磨，分別過(guò)不同粒徑樣品篩。參比方法對(duì)樣品結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，參照CNASGL 032006《能力驗(yàn)證樣品均勻性和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指南》中均勻性檢驗(yàn)單因子方差分析，對(duì)樣品均一性進(jìn)行評(píng)估，采用F檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，判定樣品是否均勻。

單色聚焦X射線熒光光譜法對(duì)確認(rèn)均勻性后的不同粒徑代表性樣品進(jìn)行測(cè)試，按照GB5009.268規(guī)定，該方法測(cè)定的穩(wěn)定性精密度是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法中規(guī)定的來(lái)考察設(shè)備穩(wěn)定性。選取最優(yōu)粒徑作為樣品粒徑驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

選取實(shí)驗(yàn)室鎘元素不合格留樣，使用自動(dòng)分樣儀進(jìn)行分樣，取樣研磨，分別過(guò)18目（粒徑880μm）、40目（粒徑380μm）、80目（粒徑180μm）、100目（粒徑150μm）篩，各取7份樣品，進(jìn)行平行測(cè)試。樣品均勻性測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 樣品均勻性測(cè)定（濃度單位：mg/kg）

參照CNAS-GL 032006《能力驗(yàn)證樣品均勻性和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指南》中均勻性檢驗(yàn)單因子方差分析，對(duì)樣品均一性進(jìn)行評(píng)估，采用F檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，通過(guò)組間變動(dòng)性和組內(nèi)變動(dòng)性的比較來(lái)判斷各組測(cè)量值之間有無(wú)系統(tǒng)誤差，二者的比值小于統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的臨界值Fa（3.866，查表可知），則認(rèn)為樣品是均勻的。從測(cè)試數(shù)據(jù)可知，該樣品均勻性符合驗(yàn)證需求。

取不同粒徑的代表性樣品A、B、C、D，各取7份樣品，分別用HDXRF進(jìn)行平行測(cè)試，每份樣品測(cè)試3次，測(cè)試時(shí)間為600s，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 樣品粒徑對(duì)HDXRF精密度的影響（濃度單位：mg/kg）

通過(guò)不同顆粒度的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，精密度隨顆粒增大而增大，當(dāng)粒徑>380μm時(shí)，精密度>10%，測(cè)試結(jié)果偏差較大，粒徑<380μm時(shí)，精密度為8.35%，粒徑<180μm時(shí)，精密度為2.37%，精密度均<10%，因此樣品粒徑<380μm，即粉碎到過(guò)40目篩即可。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法的確立

選擇對(duì)應(yīng)元素限量附近濃度水平的質(zhì)控樣進(jìn)行驗(yàn)證，分別進(jìn)行20次平行測(cè)定，檢測(cè)限的計(jì)算方式為所得測(cè)試平均值所對(duì)應(yīng)濃度值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 檢測(cè)限驗(yàn)證數(shù)據(jù)（濃度單位：mg/kg）

3.2.2準(zhǔn)確性

單色聚焦X射線熒光光譜法與國(guó)家參比方法分別對(duì)糧食實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，使用的軟件為SPSS Statistics 22（美國(guó)IBM公司）配對(duì)t檢驗(yàn)法驗(yàn)證2種方法的檢測(cè)結(jié)果是否存在顯著性差異。檢驗(yàn)結(jié)果如下，T檢驗(yàn)參數(shù)Td＜T0.05.6=2.447，說(shuō)明本法檢驗(yàn)結(jié)果與國(guó)家參比方法結(jié)果間無(wú)顯著性差異，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 方法準(zhǔn)確性測(cè)定（濃度單位：mg/kg）

3.2.3 重復(fù)性

取同一臺(tái)設(shè)備測(cè)試分別含鉛、砷、鎘陽(yáng)性樣品，獲得精密度如表5所示。

表5 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)重復(fù)性測(cè)試結(jié)果（濃度單位：mg/kg）

由表5所示，同一樣品中不同元素平行測(cè)試6次的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較低，重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差和極差均符合GB 5009.268規(guī)定，說(shuō)明該方法檢測(cè)結(jié)果可靠，重現(xiàn)性高。

3.2.4 穩(wěn)定性

采用同一臺(tái)儀器，連續(xù)12 h測(cè)試分別含鉛、砷、鎘陽(yáng)性樣品，獲得精密度如表6所示。

表6 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果（濃度單位：mg/kg）

由表6所示，不同元素連續(xù)測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較低，重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差和極差均符合GB 5009.268規(guī)定，說(shuō)明該方法檢測(cè)結(jié)果可靠，重現(xiàn)性高。

3.2.5 儀器臺(tái)間差

采用2臺(tái)儀器，測(cè)試分別含鉛、砷、鎘陽(yáng)性樣品，t檢驗(yàn)法驗(yàn)證2種方法的檢測(cè)結(jié)果是否存在顯著性差異。檢驗(yàn)結(jié)果如下，T檢驗(yàn)參數(shù)Td＜T0.05.6=2.447，說(shuō)明本法檢驗(yàn)結(jié)果與國(guó)家參比方法結(jié)果間無(wú)顯著性差異，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 方法準(zhǔn)確性測(cè)定（濃度單位：mg/kg）

3.2.6 判定區(qū)間驗(yàn)證結(jié)果分析

由5家實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)對(duì)應(yīng)基質(zhì)的限量附近濃度水平的鉛、砷、鎘樣品進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)水平的樣品分別測(cè)試10個(gè)獨(dú)立樣品，測(cè)試時(shí)間分別為300s、600s。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表8、9，參照GB/T 3358.2《統(tǒng)計(jì)學(xué)詞匯及符號(hào) 第2部分：應(yīng)用統(tǒng)計(jì)》[31]中的定義和CAIA/SH001-2015《稻米 鎘的測(cè)定X射線熒光光譜法》[32]中規(guī)定的篩檢規(guī)則進(jìn)行判定區(qū)間結(jié)果分析。判定區(qū)間研究數(shù)據(jù)見(jiàn)表10，考慮到判定區(qū)間的一致性，最大波動(dòng)區(qū)間范圍設(shè)定為60%～140%。因此設(shè)立判定區(qū)間為當(dāng)結(jié)果（w）＜60%限量或w＞140%限量時(shí)，以300s初測(cè)結(jié)果進(jìn)行結(jié)果判定，當(dāng)結(jié)果為60%限量≤w≤140%限量時(shí)，以600s復(fù)測(cè)結(jié)果平均值進(jìn)行結(jié)果判定。

表8 測(cè)試時(shí)間為300 s的驗(yàn)證結(jié)果（濃度單位：mg/kg）

表9 測(cè)試時(shí)間為600 s的驗(yàn)證結(jié)果（濃度單位：mg/kg）

表10 不同測(cè)試時(shí)間限值濃度水平的波動(dòng)區(qū)間（濃度單位mg/kg）

4 討論

本文采用的單色聚焦X射線熒光光譜法與電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）相比較，結(jié)果表明該方法檢出限、定量限、準(zhǔn)確性、重復(fù)性和穩(wěn)定性均符合要求，前處理簡(jiǎn)單，無(wú)需試劑處理，對(duì)人員操作、環(huán)境要求不高，單個(gè)樣品檢測(cè)時(shí)間縮短至600 s，效率更高，能滿足鎘、鉛、砷元素的同時(shí)測(cè)定，同時(shí)設(shè)立判定區(qū)間為當(dāng)結(jié)果w＜60%限量或w＞140%限量時(shí)，以300 s初測(cè)結(jié)果進(jìn)行結(jié)果判定，當(dāng)結(jié)果為60%限量≤w≤140%限量時(shí)，以600 s復(fù)測(cè)結(jié)果平均值進(jìn)行結(jié)果判定。更有利于糧食類(lèi)食用農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)快速篩查。