食品接触材料中高锰酸钾消耗量检测能力验证实施及应用评价

董 静, 杨昭颖, 余丽波, 戴丽雪, 卜丹丹, 雷思佳, 陈冬东, 彭 涛

（中国检验检疫科学研究院, 北京 100176）

高锰酸钾消耗量作为食品接触材料及制品卫生和安全性的重要考察指标之一, 反映了食品接触材料中可迁移到浸泡液中并被高锰酸钾氧化的水溶性有机物的总和[1-5］。多种因素均可导致高锰酸钾消耗量超标, 如溶剂残留、表层油墨印刷残留、粘合剂、稳定剂、塑料的添加剂游离析出物等[6］。这些有机物溶出转移至食品中可能对人体健康造成危害, 导致内分泌系统失调, 影响生殖、发育等机能。因此, 实验室检测食品接触材料时高锰酸钾的消耗量对于保障消费者的健康安全有至关重要的参考作用。目前, 我国食品安全国家标准已对食品接触用的多种材料的高锰酸钾消耗量做出了限定要求, GB 4806. 6-2016[7］中规定食品接触用塑料树脂的限值为10 mg/kg, GB 4806. 7-2016[8］中规定食品接触用塑料材料及制品的限值为10 mg/kg, GB 4806. 8-2016[9］规定食品接触用纸和纸板材料及制品的限值为40 mg/kg。国外标准对于食品接触材料的高锰酸钾消耗量也有类似规定, 如韩国食品器具、容器、包装标准与规范[10］, 日本食品卫生法规[11］（Japan Food Sanitation Law）, 美国食品药品管理局[12］（Food and Drug Administration）对此均有规定。面对日趋完善的食品接触材料卫生标准体系, 掌握高锰酸钾消耗量测定的技术要求, 做好合规性判定, 是检测实验室能力的重要工作。

能力验证是指利用实验室间比对, 按照预先制定的相关准则评价参加者的能力[13］, 是识别实验室存在的问题, 促进实验室质量管理体系维护与改进的重要技术手段[14］。因此, 为帮助实验室持续完善和提高对食品接触用塑料材料及制品中高锰酸钾消耗量的检测能力和技术水平, 识别和掌握在仪器设备自动化程度快速发展时代检测人员的基本能力, 中国检验检疫科学研究院测试评价中心组织了相关能力验证活动, 并对此次能力验证活动的实施及应用评价进行分析汇总, 以期为推动相关检测能力提升, 发挥能力验证在检验检测机构技术能力监督及监管部门规范检验检测市场方面提供有效技术支持与参考。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

VC III ECO鼓风干燥箱（艾利特生命科学（上海）有限公司）；HWS-26型电热恒温水浴锅（上海一恒科学仪器有限公司）；DL-1封闭电炉（上海本亭仪器有限公司）；10 mL滴定管（北京玻璃集团公司）；250 mL锥形瓶（北京玻璃集团公司）。

硫酸、高锰酸钾（分析纯, 国药集团化学试剂有限公司）；高锰酸钾标准滴定溶液（c（1/5KMnO4）=0. 01 mol/L, 上海安谱实验科技股份有限公司）；草酸标准溶液（c（1/2H2C2O4）=0. 01 mol/L, 坛墨质检科技股份有限公司）。

棕色塑料包装瓶样品通过联系供应商与厂家进行定制生产, 规格为250 mL, 共制备500个。

1.2 实验方法

1.2.1 迁移实验样品采样方法、试样的清洗及试样的迁移实验预处理方法参照国家标准GB 5009. 156-2016[15］进行操作。按参试指导书要求, 取预期接触食品的接触面作为测试面, 无需清洗, 采用灌装法加入包装容量要求的液体量（250 mL）, 70℃浸泡液（蒸馏水）浸泡样品, 于70℃下浸泡6 h, 进行一次迁移实验。

1.2.2 样品测定方法实验用锥形瓶的处理及迁移浸泡液的滴定依据GB 31604. 2-2016[16］《食品安全国家标准 食品接触材料及制品 高锰酸钾消耗量的测定》进行, 取100 mL水放入250 mL锥形瓶中, 加入5 mL硫酸（硫酸∶水的体积比为1∶2, 下同）、0. 04%高锰酸钾溶液5 mL, 煮沸5 min, 倒去, 用水冲洗锥形瓶备用。准确吸取100 mL水浸泡液（可根据实际情况调整取样量）于处理过的250 mL锥形瓶中, 加5 mL硫酸及10. 0 mL高锰酸钾标准滴定溶液（0. 01 mol/L）, 再加玻璃珠2粒, 准确煮沸5 min后, 趁热加入10. 0 mL草酸标准滴定溶液（0. 01 mol/L）, 再以高锰酸钾标准滴定溶液（0. 01 mol/L）滴定至微红色, 并在0. 5 min内不褪色, 记录最后的高锰酸钾标准滴定溶液的滴定量。另取100 mL水做试剂空白实验。

1.2.3 计算公式为保证能力验证参与实验室在相同且唯一的检测条件下进行实验, 减少计算误差, 检测项目不折算面积, 统一按能力验证预先设定公式（1）计算：

式中X（mg/L）为试样的高锰酸钾消耗量；V1（mL）为试样浸泡液滴定时消耗高锰酸钾溶液的体积；V2（mL）为试剂空白滴定时消耗的高锰酸钾溶液的体积；V3（mL）为测定用浸泡液的体积；c（mol/L）为高锰酸钾标准滴定溶液的实际浓度；31. 6（mg）为与1. 00 mL的高锰酸钾标准滴定溶液[c（1/5KMnO4）=1. 000 mol/L］相当的高锰酸钾的质量。

1.2.4 均匀性及稳定性检验均匀性检验判定依据JJF 1343-2012[17］《标准物质定值的通用原则及统计学原理》中瓶间均匀性评估法, 从分装好的样品中随机抽取30份样品, 依据GB 31604. 2-2016[16］食品接触材料及制品中高锰酸钾消耗量项目进行检测, 对样品的均匀性进行评估。

依据CNAS-GL003：2018[18］《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》, 通过将各批次的6份样品分别送往海南以及黑龙江再运回模拟样品的运输条件, 进行运输稳定性实验, 通过t检验法对样品的运输稳定性进行检验。通过能力验证实施期间的均匀性、运输稳定性检验数据和结果回收后的数据统计情况, 按准则进行长期稳定性检验。

2 能力验证实施

2.1 样品发放

本计划制备了Ⅰ、Ⅱ共2组水平的样品, 样品用气泡袋包装, 放入快递纸箱中。样品标识贴于气泡包装袋上, 编号为“21-Wxxx”, 每个样品标识的“xxx”均不同, 为3个随机数字, 且均具有唯一性。样品常温运输, 到达实验室后, 常温保存。能力验证样品采用分发的方式, 快递发放到各实验室。包装清单含4个棕色塑料食品包装瓶及参试指导书1份。

根据模型结果和上述分析发现，三大城市群因不同影响因素的作用，呈现出不同的居民生活用电模式。产业结构对京津冀城市群城镇生活用电更明显，呈现出“产业结构主导型”城镇居民用电模式;人口因素对长三角城市群城镇居民生活用电更重要，呈现出明显的“人口主导型”城镇居民用电模式;可支配收入对珠三角城市群城镇居民生活用电的影响更突出，呈现出“收入主导型”城镇居民用电模式。

2.2 保密及防数据串通措施

每个参加实验室赋予一个唯一性代码, 在能力验证实施过程中, 凡说明参加者的检测结果和能力评价时均以代码表示, 避免泄露实验室数据及信息。能力验证采用两组水平样品, 对各实验室单浓度随机发放, 防止实施过程中的数据串通。

2.3 结果评价原则

参加者的能力验证结果, 按下式计算z比分数（z值）进行评价：

式中, x为参加者能力验证结果；X为指定值；σ为能力评定标准差。以下列准则评价参加者的结果：∣z∣≤2. 0表明“满意”, 无需采取进一步措施；2. 0＜∣z∣＜3. 0表明结果“可疑”, 产生警戒信号；∣z∣≥3. 0表明“不满意”, 产生措施信号。

3 结果与讨论

3.1 迁移条件设定

考虑到GB 4806. 7-2016[8］《食品安全国家标准 食品接触用塑料材料及制品》标准要求的60℃水浸泡2 h, 与本次能力验证样品预期使用条件不一致, 不能满足GB 31604. 1-2015[19］《食品安全国家标准 食品接触材料及制品迁移试验通则》“3. 4”中“迁移试验条件应尽可能反映实际使用条件, 在可预见的使用情形下应选择最严苛的试验条件（如最高使用温度和/或最长使用时间）；在尚无法确定使用时间和温度的情形下应选择有科学证据支持的最严苛的测试温度和时间”的要求。结合日常检测工作中的实际样品情况及本次能力验证样品预期最极端接触温度条件和迁移试验温度条件要求, 对检测项目迁移浸泡液获取方式进行统一规定, 选择70℃下浸泡6 h为固定迁移条件进行一次迁移实验, 以便于数据的回收统计及比较。

3.2 均匀性与稳定性实验

3.2.1 样品均匀性评估一般情况下, 能力验证样品的制备多采用F检验进行均匀性判定, 其为样品间方差与样品内方差的比较, 涉及重复性。考虑到该项目检测要求一次使用整个样品, 无法在同一样品内进行重复测定, 因此选择评价样品的瓶间均匀性。依据JJF 1343-2012[17］“4. 3. 5瓶间均匀性评估方法”, 将抽样样品的方差与测量方法的精密度进行比较。若抽样样品的方差小于测量方法的精密度, 则表明样品间无显著性差异, 样品是均匀的, 可以进行样品发送。依据GB 31604. 2-2016[16］, 精密度应满足在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不超过算术平均值的20%。样品均匀性结果见表1。

表1 均匀性检验结果Table 1 The results of homogeneity test

3.2.2 样品稳定性评估依据t检验法[18］进行模拟运输条件下稳定性数据评估, 公式如下：

式中, x1为均匀性检验结果的总平均值；x2为运输稳定性检验结果的总平均值；S1为均匀性检验结果的标准偏差；S2为运输稳定性检验结果的标准偏差；n1为均匀性检验测量的测量次数；n2为运输稳定性检验测量的测量次数。1～6为寄往海南样品, 7～12为寄往黑龙江样品。若t＜显著性水平α（通常α=0. 05）自由度为n1+n2-2的临界值tα(n1+n2-2), 则两个平均值之间无显著性差异。样品稳定性检验结果如表2所示。

表2 稳定性检验结果Table 2 The results of stable test

3.3 能力验证结果

3.3.1 参加者范围该次能力验证共有30个省（自治区）、直辖市的192家实验室参加（表3）。主要包括各省市海关技术中心、市场监管实验室（中心或所）、疾病预防控制中心以及第三方检测机构（表4）。

表3 参加实验室地域分布情况Table 3 Geographical distribution of participating laboratories

表4 参与机构类型分布Table 4 Types of participating institutions

图1 实验室结果分布情况Fig. 1 Distribution of laboratory results

采用稳健（Robust）统计技术算法A确定指定值和能力评定标准差, 即采用稳健统计的稳健平均值作为指定值, 稳健标准差作为能力评定标准差。指定值的不确定度计算公式为：

式中, S*为能力评定标准差；p为参加实验室的数量。有关统计量的意义及相关计算方法参见CNAS-GL002：2018[21］《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》。表5给出了检测结果统计量汇总情况。

表5 检测结果统计量汇总Table 5 Summary of test results statistics

3.3.3 回收数据的总体情况分析按照z比分数进行结果评价, 192家实验室中有179家获得满意结果, 满意率为93. 2%；12家实验室结果为不满意, 占6. 3%；1家实验室结果为可疑, 占0. 5%。

3.4 可能影响检测结果的原因分析

参加实验室均采用GB 31604. 2-2016[16］方法进行检测。其中结果不满意实验室应开展自查自纠, 包括实验操作、样品处理、标准品和仪器设备等方面。结果可疑实验室内可能存在质量管理体系漏洞, 应引起足够重视, 及时采取弥补措施。通过仔细分析检测方法的实验过程及各实验室提交的原始记录, 发现有如下几个方面因素可能影响实验结果。

3.4.1 实验设备、器皿的影响由于实验室是在酸性条件下对食品接触材料及制品中迁移出的能被氧化的水溶性有机物的含量进行测定, 因此实验过程涉及的器皿需按GB 31604. 2-2016[16］检测标准进行处理, 避免器皿表面可能附着的还原性污染物干扰实验过程及结果。实验过程均需使用检定校准过的设备、器皿。

3.4.2 标准物质的影响应使用性状稳定、在有效期限内, 浓度满足要求的有证标准溶液或准确标定的标准溶液, 超过有效期限的标准溶液需进行验证后使用。标准溶液制备时的温度变化会导致其浓度变化, 所以在不同的环境温度下制备标准溶液时, 需按照相关标准进行补正。

3.4.3 迁移条件的影响准确量取预先升温至70℃的浸泡液进行迁移实验, 避免浸泡液升温过程较长带来的迁移量误差；准确控制迁移温度, 待温度达到要求后开始计时（6 h）。温度、时间对可溶出有机物质迁移量的结果影响较大, 迁移量可随时间、温度的减少而降低, 反之迁移量增大[22］。

3.4.4 加热时间、温度的影响煮沸过程应先在较高温度下使样液反应彻底并尽快沸腾, 控制蒸发损失, 避免高锰酸钾加热导致分解；随后转低温使其保持微沸状态, 降低沸腾损失, 严格控制加热时间, 保证准确煮沸5 min。

3.4.5 滴定过程的影响滴定前, 加入草酸标准溶液时, 应保证反应过程高锰酸钾为过量加入, 试样液体为紫色, 否则需对浸泡液进行稀释处理。草酸标准溶液易挥发分解, 加入时温度过高, 可能会造成检测结果偏低；而温度过低时加入, 可能导致草酸标准溶液与高锰酸钾标准溶液反应不充分, 造成检测结果偏低。实验过程需趁热进行滴定, 在防止草酸标准溶液分解的同时控制合适的时间、温度, 有效保证氧化还原反应进行。达到滴定终点时溶液温度不应低于50℃。高锰酸钾标准溶液滴定时的终点较不稳定, 样品溶液0. 5 min内不褪色可认为完成滴定[23］。

滴定开始时速度不宜过快, 在保证样液内高锰酸钾紫色褪去后再继续滴加, 滴定中期可稍快滴加, 但应避免滴定过快导致未充分反应的高锰酸钾标准溶液产生分解。临近终点, 应逐滴加入, 滴定至终点后, 应等待1～2 min, 使附着在内壁的滴定液流下后再读数。高锰酸钾标准溶液颜色较深, 凹液面最低点不便读取, 进行滴定管读数时应该注意眼睛的位置与液面最高处在同一水平面上, 避免误差。

3.4.6 空白的影响需进行空白实验, 且检测用纯水需与实验用水为同批新纯水, 实验条件、试剂及实验时间应保持一致, 同时空白和样品滴定终点淡红色应一致[24］, 避免实验误差。

3.4.7 其 它影响检测结果准确性的因素还有检测人员、仪器设备及其条件设置、环境条件、试剂材料等, 实验室在检测过程中应进行核查, 以确保这些因素得到合理有效的控制。最后, 实验室应注意对参试指导书的解读, 按要求反馈检测结果。

4 结 论

本次能力验证的实施能在一定程度上反映目前相关领域实验室对食品接触材料中高锰酸钾消耗量项目的检测水平, 参加实验室的结果满意率为93. 2%, 总体结果较好, 能够为监管部门规范检验检测市场提供有效的技术支持。个别实验室出现的不满意结果也可通过本次能力验证进行分析核查, 加强相关领域的检测能力, 提升及把控检验检测机构技术水平。本研究充分发挥了能力验证在检验检测机构技术能力监督和质量提升中的作用。