光谱类食品安全快速检测仪空白扣除原理

张冠文+倪树标+陈云+曾成柱

0.引言

食品安全是建设小康社会的重要指标，《国家十三五规划纲要》将食品安全列为国家战略，党中央和国家高层直接推动，近几年已经出台了大量政策和法规。

光谱类食品安全快速检测仪被广泛使用，已经大规模布局到全国的基层食品药品监管所、农检站、蔬菜生产基地、农贸市场、超市、食堂等单位，仪器在用数量远远超过传统实验室分光光度计。此类仪器需要研究快速、简便，同时不影响实验结果准确度的实验方法。

然而光谱类食品安全快速检测所参考的国家相关标准规定过于简洁，无论是对于基层实验操作人员还是缺乏应用基础的相关仪器厂商均起不到具体指引作用，如《GB 5009.33-2010食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》规定“以零管调节零点，于波长538nm处测吸光度，绘制标准曲线比较。同时做试剂空白”，再如农业行业标准《NY 5172-2002无公害食品水发产品》甲醛检测一节规定“以空白为参比，与波长435nm处，以1cm比色杯进行比色，测定吸光度，查标准曲线计算结果”。

食品安全快检仪器实际应用过程中存在如下情况：

（1）快检方法常常简化样品前处理步骤，引起干扰种类增多，例如样品处理液带有颜色或浑浊，加上仪器基本是单波长和单光束仪器，没参比通道扣除空白，只一个“以零管调零”的操作难以满足需求，会导致实验结果误差较大。

（2）基層用户不会每天重做标准曲线，需要有对存储的标准曲线进行校正后判断其质量的指标。

（3）基层用户不能自行做复杂数据处理，需要“一键测量”后直接输出样品检测含量和实时打印原始记录。

如何应对这些情况，下文从标准曲线建立和空白扣除的角度进行论述。

1.校准曲线

校准曲线包括工作曲线和标准曲线两类，食品安全快检没有消解等复杂前处理，实际使用的是标准曲线，建立此类标准曲线有几个要点：

（1）标准曲线需要5个数据点，数据点选取时最高吸光度不适宜超过1ABS，且待测物的国家限量值应包含在数据点中。

（2）标准曲线截距与零做T检验后去除，包先金分析了标准曲线不去除截距时，样品测量信号扣除空白后直接代入标准曲线计算会引起误差。

（3）参与标准曲线计算的数据点和进行实际样品含量计算的数据点均需要是扣除空白的纯反应信号。

上述要点（2）、（3）满足了基层用户一键检测直接输出检测结果的需求，免除样品测量信号和空白信号分别代入标准曲线计算的烦琐。仪器厂出厂预置标准曲线时，除了考察线性相关系数，标准曲线截距需要与零做T检验，无显著差异时去除截距，有显著差异时应找出原因修正。但基层用户做标准曲线校正时T检验过于复杂，可直接用截距的数值大小做基本判定。这点也决定了参与标准曲线计算的数据点需要是扣除空白的纯反应信号，否则截距的数值大小没法作为标准曲线质量的判据。

2.空白扣除获取纯反应信号原理

下面讨论食品安全快速检测中用到的几个吸光度，本应用的溶剂均是水。

（1）基质吸光度：即装纯净水的比色皿放入仪器中时的吸光度值，该吸光度值包含了两个来源：比色皿吸光度、水吸光度。

Abs基质=Abs比色皿+Abs水 （1）

（2）零值空白检测吸光度：即以零值空白标液（即纯净水）加入检测试剂后的吸光度值，该吸光度值包含了3个来源：比色皿吸光度、水吸光度、试剂本底吸光度（试剂本底颜色或浑浊带来的吸光度）。

Abs零值空白=Abs比色皿+Abs水+Abs试剂本底 （2）

（3）标样检测吸光度：即标准样品加入检测试剂后的吸光度值，该吸光度值包含了4个来源：比色皿吸光度、水吸光度、试剂本底吸光度、纯反应吸光度（即试剂与待测物反应产生的颜色带来的吸光度）。

Abs标样检测=Abs比色皿+Abs水+Abs试剂本底+Abs纯反应 （3）

（4）建立标准曲线用的纯反应吸光度用下列公式计算：

Abs曲线计算=Abs标样检测-Abs零值空白=Abs纯反应 （4）

（5）样品空白吸光度：食品安全快速检测通常不会采用复杂的前处理方法，样品处理液带有颜色或浑浊是常见现象，由此导致“样品空白吸光度”，该吸光度值包含了3个来源：比色皿吸光度、水吸光度、样液本底吸光度（样品处理液本底颜色或浑浊带来的吸光度）。

Abs样品空白=Abs比色皿+Abs水=Abs样液本底 （5）

（6）样品检测吸光度：即样品处理液加入检测试剂后的吸光度值，该吸光度值包含了5个来源：比色皿吸光度、水吸光度、试剂本底吸光度、样液本底吸光度、纯反应吸光度（即试剂与待测物反应产生的颜色带来的吸光度）。

Abs样品检测=Abs比色皿+Abs水+Abs样液本底+Abs试剂本底+Abs纯反应（6）

（7）由上公式（6）可见，为获得用于计算样品待测物含量的纯反应吸光度，除了要扣除样品空白吸光度（Abs比色皿+Abs水+Abs样液本底），还要扣除试剂本底空白吸光度。理论上当然也可以采用先扣除零值空白吸光度，再扣除样液本底吸光度的方法获取计算样品待测物含量的纯反应吸光度，但这种处理会导致实际的实验步骤过于复杂，不予采用。试剂本底空白吸光度计算如下：

Abs试剂本底空白=Abs零值空白+Abs基质+Abs试剂本底 （7）

（8）用于计算样品待测物含量的纯反应吸光度用如下公式计算：

Abs样品计算=Abs样品检测-Abs样品空白-Abs试剂本底空白=Abs纯反应 （8）

3.空白扣除获取纯反应信号实验步骤设计

（1）依据上文公式（4）建立标准曲线

（a）以零值空白标液（即纯净水）加入试剂反应，放入仪器中，进行空白测量（仪器厂商可设计“空白测量”按钮），获得零值空白检测吸光度值——Abs零值空白。

（b）各浓度标液依次加入试剂反应，放入仪器中，进行测量（仪器厂商可设计“测量”按钮），获得各浓度标样检测吸光度值——Abs标样检测。

（c）仪器软件用各浓度标样检测吸光度扣除零值空白吸光度，获得建立标准曲线用的纯反应吸光度值——Abs曲线计算，然后与对应的浓度系列拟合建立标准曲线。

（2）依据公式（7）进行试剂本底空白测量

（a）将装零值空白标液（即纯净水）的比色皿放入仪器中，进行调零。这一步骤相当于在下一测量步骤中扣除基质吸光度——Abs基质。

（b）在上述比色皿中加入试剂反应后，放入仪器原通道中，进行空白测量，获得的吸光度值為试剂本底空白吸光度——Abs试剂本底空白。

（3）依据上文公式（8）进行样品测量

（a）将样品处理液放入比色皿后，放入仪器中，进行调零。这一步实际相当于在下一测量步骤中扣除样品空白——Abs样品空白。

（b）向比色皿中加入试剂反应后，分别放入仪器原通道中，进行测量。

（c）步骤（a）相当于扣除了样品空白，仪器软件计算时还需要再减去试剂本底空白——Abs试剂本底空白，才能得到样品中待测物的纯反应吸光度值——Abs样品计算，用此纯反应吸光度值代入标准曲线中即可获得样品处理液中待测物质含量，用此样品处理液中待测物质含量结合样品处理过程中带来的换算关系，即可计算出样品中待测物质含量。

结语

使用掩蔽剂，使用双光束、双波长分光光度计对扣除样液浑浊等空白干扰有效果，但已经被大量采购和使用的光谱类食品安全快速检测仪不具备这些硬件条件，需要用最小的代价更好地发挥这些仪器的效用，本文从标准曲线建立和空白扣除的角度，进行了完整的原理设计和实验步骤设计，简单易行，存在不足之处，供同行参考。

参考文献

[1]十二届全国人大四次会议，中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要，新华网，2016[Z].

[2] GB 5009.33-2010，食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定[S].

[3] NY 5172-2002，无公害食品水发产品[S].

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