大米粉中镉标准物质的研制

李梦怡 胡 越 董 喆 李云凤 曹 进

(中国食品药品检定研究院，北京 100050)

重金属进入环境后，经食物链传递。可在生物体富集、吸收，并在体内沉积。长期从食物中摄取含镉物质，或可引起“骨痛病”。大米是我国重要的传统主食之一。2013年的“镉大米”事件，引起了公众对大米中镉金属残留的广泛关注。

CNAS—GL29《标准物质/标准样品定值的一般原则和统计方法》定义的标准物质/标准样品(RM)，是一种或多种规定特性足够均匀和稳定的材料，已被确定其符合测量过程的预期用途的。上述用途可包括测量系统校准、测量程序评估、给其他材料赋值和质量控制。在分析质量控制领域起到了举足轻重的作用。食品安全国家抽检工作中，承检机构被要求每一次检验均随行检测相应基质的标准物质，作为内部质量控制，以保证检测结果的可靠性。

而基质标准物质均一、稳定的特性，注定了它们的研制周期长，无法量产。市场上出售的食品基质标准物质的种类暂且无法满足检验需求。且产品售罄后，补货需要重新制备、定值、评估、申报，供货周期不稳定。食品基质标准物质市场长期处于供不应求的状态。已有有能力的实验室，按照标准物质生产流程，自制标准物质使用。

食品基质标准物质按检测对象可分为营养物质基质标物和污染物基质标准物质。由于营养物质为食物本身固有的成分，可直接将食物处理混匀后定值。如水稻粉中的粗蛋白、粗淀粉及多种氨基酸[1]；西红花中的西红花苷Ⅰ、西红花苷Ⅱ[2]；三七总皂苷中的三七皂苷Rg1、Rb1等多种三七皂苷[3]。污染物基质标准物质的生产工艺则更加复杂，需自行制备匹配的食品基质，然后另行添加污染物,混匀的方式生产。丁艺等[4]调研了减肥类保健食品的常用基质，自行制备了有代表性的保健食品基质后添加减肥类非法添加药物。最终经过均匀性、稳定性考察，多加单位协作定值，制成了减肥类保健食品中多种非法添加药物的标准物质。时文春等[5]采用饲喂的方式，给鲤鱼食用添加了氯霉素的饲料，制成氯霉素阳性鲤鱼肉样品。之后对生产的鱼肉样品考察合格后定值。

本研究采用含镉大米的阳性样品，借鉴了食品中营养物质标准物质较简单的生产方式，研制了大米中污染物镉元素的食品基质标准物质。为大米中重金属镉的日常检测和质量控制提供参考。

1 仪器与材料

1.1 仪器

iCap-Q电感耦合等离子体-质谱仪，MARS-express微波消解仪。

1.2 试剂

镉单元素标准溶液(CGCD1， 1 000 mg/L)、铑单元素标准溶液(CGGHN1， 1 000 mg/L)、硝酸(优级纯)；水为超纯水。

1.3 材料

大米粉为实验室自制，采用镉元素阳性大米制成，无需另行添加。

将大米研磨后过18目筛，放入烘箱70 ℃烘干。以过筛的方式将整批大米粉混合6次，控制操作间相对湿度低于60%。混合后，分装入棕色玻璃瓶，每瓶10 g。

2 方法与结果

2.1 实验部分

2.1.1 对照品溶液的制备

精密移取镉标准溶液1 mL至100 mL容量瓶，以5%硝酸溶液定容至刻度，为标准溶液储备液。将镉储备液用5%硝酸溶液逐级稀释，配制成含镉1.00、5.00、10.0、50.0、100 μg/L的五个浓度梯度对照品溶液。

2.1.2 供试品溶液的制备

称取试样约0.5 g于聚四氟乙烯内罐，加硝酸5 mL，置于赶酸器上100 ℃预消解30 min。冷却后盖好内盖，旋紧塞子，放入微波消解仪中。室温～180 ℃保持30 min，冷却。用超纯水将消解液洗入25 mL容量瓶中，少量多次洗涤罐，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用。同时做试剂空白。

2.1.3 仪器检测

采用电感耦合等离子体-质谱检测(以下简称ICP-MS)。仪器条件：射频功率：1 550 W；等离子体氩气流速：14 L/min；雾化器氩气流速：1 mL/min；采样深度：5 mm；雾化器：Barbinton；雾化室温度：4 ℃；采样锥与截取锥类型：镍锥；扫描模式：碰撞反应模式。

将2.1.1、2.1.2中溶液依次引入ICP-MS进行检测。镉定量同位素m/z为111。采用内标法进行实时校正，内标溶液为10 μg/L铑(103 Rh)溶液。

2.2 均匀性检验及结果

从样品分装的最小包装样品中，各随机抽取15份样品进行检测。每个样品采用2.1中方法平行制备两个样品溶液，并对其进行含量测定。每个平行样品溶液检测2次取平均值。

采用单因素方差分析方法对样品测定结果进行数据统计[6]。样品的F0.05(14,15)值均小于查表值。表明样品均匀性良好。具体镉含量测定结果如表1所示，F检验分析结果如表2所示。

表1 米粉样品中镉含量测定结果

表2 米粉样品中镉含量测定方差分析结果

2.3 长期稳定性检验及结果

将样品室温密封放置6、12、22个月。各从分装到最小包装的样品中随机抽取3份样品。每个样品按照2.1中方法平行制备两个样品溶液，每个平行样品检测两次。

将样品均匀性检验结果作为稳定性0月(见表1)，与稳定性3个月次的检测结果(见表3)以时间-浓度做线性拟合，并做回归方差分析[6]。在95%的置信水平，斜率的P值>0.05，说明样品在考察期限内稳定性良好，结果见表4。

表3 长期稳定性检测结果

表4 长期稳定性检测回归方差分析

2.4 协作定值[7-9]

2.4.1 定值的过程

发放样品至另7家具有资质的实验室进行协作定值。其中2家为国家级检验机构，3家为省级食品药品监管系统的检验实验室，2家为地市级食品药品监管系统的检验实验室，均具有CNAS实验室认可。每家单位共发放8批待测样品，要求每批样品平行测定两次，计算样品的平均含量。各实验室可任选常规检测方法，并提供结果报告和实验原始记录。

2.4.2 检测结果分析

采用格拉布斯(Grubb’s)检验，对8个定值单位(7家协作定值单位，和样品制备方)的实验室内检测结果进行离群值检验。采用狄克森(Dixon)检验对实验室间检验结果的一致性进行评价[2，3]。在95%的置信水平，均无离群值。计算各协作定值单位结果的中位值，并对各协作定值单位中位值结果做二次中位值计算，作为指定值。最终协作定值结果为0.241 mg/kg。

2.5 定值不确定度的计算

2.5.1 指定值的不确定度计算

计算各协作定值单位结果的中位值，记为Ni。以这些中位值的中位值作为指定值，记为X。计算N1，N2…Ni于X之差的绝对值，记为Qi。Q1，Q2…Qi的中位值记为MAD。各定值实验室结果及统计见表5。协作定值的不确定度按式(1)计算，结果见表6。

表5 大米粉中镉协作定值结果计算

(1)

式中：uchar为协作标定的不确定度；n为协作标定的实验室个数；MADe为正态分布的标准偏差，其值为MADe =MAD/0.674。

协作定值的相对不确定度按式(2)计算，结果见表6。

(2)

式中：μchar，rel为协作标定的相对不确定度；uchar为协作标定的不确定度；X为各实验室中位值的中位值。

2.5.2 均匀性的不确定度计算

均匀性的不确定度及相对不确定度分别按式(3)、式(4)计算，结果见表6。

(3)

式中：ubb为均匀性的不确定度值；n为每个样品平行测定的次数；MSwithin为组内的均方差；υmswithin为组内的自由度。

(4)

式中：ubb,rel为均匀性的相对不确定度值；ubb为均匀性的不确定度值；m为均匀性实验结果的平均值。

2.5.3 长期稳定性的不确定度计算

将稳定性检验结果按时间-浓度做线性拟合，计算拟合直线残差为斜率不确定度，如式(5)。按式(6)、式(7)分别计算长期稳定性的不确定度和相对不确定度，结果见表6。

(5)

式中：S(b1)为斜率b1的不确定度；S为回归直线残留平均标准偏差。

ults=S(b1)·t

(6)

式中：ults为稳定性的不确定度；S(b1)为稳定性考察各点直线拟合斜率的不确定度；t为质控样的有效期。

(7)

式中：ults，rel为稳定性的相对不确定度；ults为稳定性的不确定度；m为所有稳定性结果平均值。

2.5.4 合成不确定度计算

以定值、均匀性、稳定性不确定度合成标准物质的合成相对不确定度，按式(7)计算。按式(8)计算标准物质的合成不确定度，结果见表6。

表6 不确定度计算结果

(7)

uCRM=uCRM,rel×X

(8)

式中：X为协作定值的指定值。

按95%的置信区间，取k=2，按式(9)计算标准物质的扩展不确定度，结果为0.044。

UCRM=k×uCRM

(9)

式中：uCRM为样品的不确定度；UCRM为样品的扩展不确定度；k为包含因子。

2.6 大米粉标准物质的定值结果

经过均匀性检验，22个月内的3个月次的长期稳定性检验和8家实验室协作定值，最终确定大米粉标准物质中镉的定值结果为(0.241±0.044) mg/kg。

3 讨论

本次制备的大米粉中镉标准物质均匀性良好，在22个月内稳定，共有8家实验室参与协作定值工作，并对定值不确定度进行评估。本标准物质具备做大米中镉检测基体参考物质的使用条件。

为使标准物质定值符合日常检测的需要，本次协作定值要求参加实验室采用日常检测方法检测，而非特定的检测方法检测。参与本次定值的8家实验室，3家采用原子吸收分光光度法，4家采用电感耦合等离子体-质谱法，1家采用同位素稀释质谱法进行检测。涵盖了目前通用的元素检测方法。从结果来看，各实验室结果组间并无显著性差异。根据多家机构组织的历次能力验证活动结果来看[10]，上述3种元素的仪器检验方法所得结果亦无显著性差异。本次定值样品可供日常检测方法的内控使用。

4 结论

本研究采用阳性样品研磨混匀的方式制备出了大米粉中镉标准物质。然后采用微波消解-电感耦合等离子体-质谱法对样品中镉含量进行检测，并评价其均匀性和稳定性。结果样品的均匀性和稳定性满足标准物质制备的要求。经8家实验室协作定值和定值的不确定度评估，最终确定该样品中镉含量结果为(0.241±0.044) mg/kg。