食品無機成份檢測量值傳遞與溯源體系研究

李海峰，劉 軍

（中國計量科學研究院，化學計量與分析科學研究所，北京100013）

食品無機成份檢測量值傳遞與溯源體系研究

李海峰，劉 軍

（中國計量科學研究院，化學計量與分析科學研究所，北京100013）

由于食品安全等問題的凸顯，食品類標準物質及溯源體系日益在食品工業和科技中受到重視。對食品無機成分檢測溯源體系的組成、過程、存在相關問題等進行了闡述，在此基礎上對近年來的研究進展，如聚類分析在能力驗證、國際比對中的應用，分析方法如光譜、質譜儀器漂移校正方法等進行了論述，闡述了食品溯源體系建設的必要性和迫切性。關鍵詞：分析，計量，標準物質，元素

食品檢測是食品安全得以實現的一個重要途徑。無機成分分析是食品安全［1］與檢測的重要內容之一。實現不同實驗室檢測結果的準確一致、可靠可比是食品相關法制計量的核心要求。食品類標準物質及溯源體系是食品工業和食品科學研究的必要內容［2-3］，是相關生產和質量標準體系的有機組成之一。近年來，隨著民生計量、環境計量等概念的提出，涉及人民群眾身心健康的檢測項目，日益受到不同行業和領域的關注。食品檢測比較復雜，表現在污染物類型眾多，基體多種多樣，前處理和檢測方法各異，食品包裝材料［4］不同等方面。不同研究者可能會得出不同的結論［5-7］。對于決策機構，獲取可靠的數據是正確判斷和科學決策的前提。因此，建立量值溯源體系，實現測量結果的準確、可靠和有效，是十分必要和迫切的。量值溯源體系在關系國計民生的許多領域都是研究的熱點和方向之一［8-12］。食品領域的溯源性研究不少，主要是管理學上針對食品原料和產地的追溯體系［2］。同一產地的產品由于生產過程、環境條件的差異等原因，質量可能差別較大，其質量優劣最終仍需通過檢測判斷其是否合乎國家標準。本文所述量值傳遞與溯源體系是針對檢測項目和內容，同時可以為其他的溯源體系（如產地標識溯源等）提供技術支持和有效性證明，研究意義重大，但相關報道很少［14-15］。

1 食品量傳溯源體系

食品量傳溯源體系是食品領域重要的體系之一，是量值溯源和傳遞體系在食品檢測領域的具體體現和應用。量值溯源體系主要由標準體系及其量值傳遞和溯源過程組成（見圖1），量值傳遞是由SI國際單位向具體測量的物理或化學特性量值逐級進行賦值的過程。溯源的過程與此相反，主要是各實驗室通過標準體系、標準方法等直接或間接通過標準裝置、基準裝置進行量值驗證，證明其測量有效性的過程。標準體系包括標準物質、標準方法、標準裝置。量值傳遞的物質基礎是標準物質，其具體過程一般是通過能力驗證或其他比對溯源到國家基準或標準，國家基準或標準通過國際比對實現等效一致或溯源到SI單位。對于某些領域測試所采用的儀器設備，按計量法的要求，一般需要依據相應規程通過檢定、校準等進行驗證，需要由各級計量機構來實施。國家計量院負責對其基準和標準裝置進行維護，實現量值的有效傳遞和溯源，對過程和方法進行研究和完善，并實現校準測試能力的國際互認（Calibration Measurement Capability，CMC）。

2 溯源體系與統計方法

能力驗證和國際比對是實現量值溯源，并對實驗室測量水平正確評估的有效途徑。總體上，我國實驗室操作人員素質有所提高，但對溯源和測量結果的認識仍有待提升。食品檢測機構配套設備不斷完善，問題仍然不少。例如，2008年，中國計量科學研究院化學計量與分析科學研究所受中國合格評定國家認可委員會委托，組織了針對小麥粉中重金屬Pb和Cd含量測定的能力驗證CNAS T0402［1］，全國共有70家實驗室參加，涉及到質檢、衛生、檢測機構、科研院所等眾多行業和領域。數據統計顯示，個別實驗室測量結果與中位值差別較大。某些實驗室采用無有效證書的溶液作為標準，對溯源的認識仍有待提高。目前，國際計量局BIPM組織的食品相關國際關鍵比對18項，主要以無機成分為主的有16項，中國計量科學院參加的國際關鍵比對有7項（見表1）。

圖1 食品檢測方法量值溯源圖

表1 食品相關國際關鍵比對內容

針對能力驗證和國際比對的統計分析方法也是溯源體系的重要組成。目前，分析統計方法不斷完善和提高。在能力驗證CNAS T0402中，除了采用穩健統計分析方法、Z比分數進行分析外，還首次將聚類分析應用于能力驗證［16］。通過聚類分析，將不同實驗室按照測試結果進行分類和分組，也可實現對離群實驗室的判定和劃分，為進一步對系統偏差的分析提供了前提，可彌補穩健統計層次不足，信息量低的缺陷，便于對問題的查找和解決。除此以外，還首次將聚類分析應用于海水樣品中Na+，Mg2+，Sr2+，Cl-，SO的國際比對［17］。通過聚類分析，可以更清楚地看到不同國家計量實驗室測量結果的相似程度和分組情況，有利于對比對結果的科學解釋和正確分析。

3 世界主要標準物質生產機構及特點

3.1 美國食品類標準物質

NIST（ National Institute of Standards and Technology）國家標準和技術研究院，1901年根據美國國會成立，主要負責計量基礎和標準物質研究，其研究水平和綜合實力是相對較強的機構之一。目前，該機構所研究標準物質主要有三類：其一，標準物質SRMs（Standard Reference Materials）是使用國家標準和技術研究院（NIST）商標的有證標準物質。該商標因為使用權威的化學成分和物理性質的測量方法和技術而聞名。SRMs系列標準物質是早期NIST提供化學成分測試質量保證和溯源到國家標準的主要方式。其二，RM（Reference Materials）是一種或幾種性質比較均勻，可以用來校準儀器，方法或將量值傳遞的物質。其三，NTRM（NIST Traceable Reference Materials）是商業化產生的標準物質，與現存的國家標準物質之間有很好的溯源性聯系。這種聯系是通過NIST確定的標準和草案達到化學計量要求的。美國擁有大約300種食品類標準物質。

3.2 歐盟食品類標準物質

IRMM（the Institute for Reference Materials and Measurements）是歐洲聯合研究中心（JRC，the Joint Research Centre）7個研究所之一。1957年根據羅馬協議成立，其前身為原子核測量中央委員會（Central Bureau for Nuclear Measurements，CBNM），主要目標是解決從食品到環境污染的相關測量問題。歐盟現有大約360種食品類標準物質，略高于美國的標準物質數目。其產品分別用BCR?，ERM?，IRMM等進行標識。其中，BCR?類標準物質主要是針對歐盟領域對計量測試需求，推動歐盟成員國測試一致性和標準化進程。ERM?類標準物質是后來IRMM聯合德國BAM和英國LGC實驗室，推出的一類標準物質，數量較少。歐盟成員國通過國際比對或能力驗證實現測量結果的統一和互認，相關分析技術比較成熟。

3.3 日本食品類標準物質

1973年日本測試委員會（Weights and Measures Council）建議國際貿易和工業部加緊發展標準物質。隨后，日本化學品檢測院（the Chemicals Inspection and Testing Institute，CITI）在1974年成立檢測系統，包括了許多研究機構，如國家物質和化學研究院（National Institute of Materials and Chemical research，NIMC）（即以前的化學工業實驗室）、國家計量研究實驗室（National Research Laboratory of Metrology，NRLM）以及國家技術和測評院（National Institute of Technology and Evaluation，NITE）（前國際貿易和工業監察院）。上述三個機構都負責國家標準的建立和維護，日本化學品檢測院負責檢查標準物質的量值和不確定度傳遞到工作標準。日本自1992修訂計量法后，在日本建立了一個強制的校準體系，使得國家的測量在國家計量院的建議和指導下進行。近年來，日本采取了加強標準物質研發的戰略。1998年，日本研究機構開始意識到標準物質的重要作用，和歐美等國家相比，其所擁有的標準物質數量偏少。近年來，該國采取了積極的措施，包括鼓勵私人企業，大力發展濃標，加強國際比對等措施。目前，日本和食品相關的標準物質有所增加，但總體數量還是不多。

3.4 我國食品類標準物質

中國計量科學研究院化學計量與分析科學研究所（原國家標準物質研究中心NRCCRM）在我國進行了標準物質及其分析技術、化學量值國際比對和國際互認等研究，在食品、地質、材料、監測等領域研制了國家急需的大量一級和二級標準物質。根據2007年統計數據，我國現有三十余家標準物質生產單位，約700余種食品類相關標準物質，無機成分分析標準物質僅占小部分，其中基體類標準物質又占無機成分標準物質的小部分。總體分析，我國標準物質的數目和種類仍然偏少，無法滿足實驗室的需求。這主要表現在基體種類偏少，待測組分含量范圍太窄，定值元素或組分偏少等。如何利用有限的資源合理分布標準物質種類和數量，最大限度的發揮標準物質的作用，實現有效溯源，值得深入研究。

除上述國家外，加拿大國家研究委員會NRC，國際原子能機構 IAEA、澳大利亞國家測量研究院NMIA等也是標準物質研究和生產的重要機構。

4 食品檢測方法

食品檢測方法包括樣品采集、樣品前處理、測試和數據處理等過程（見圖2），大量研究集中在樣品前處理和測定條件的優化。目前大量測試，甚至包括標準物質的定值，都采用相對分析方法。絕對分析方法如同位素稀釋質譜法、重量法、庫侖法等在復雜基體定值的情況還是比較少，限制了標準物質的使用和量值傳遞。今后，開展絕對分析方法在食品分析方面的應用研究，有必要深入進行。相對分析方法相關研究也是重點之一，包括原子吸收法，等離子體發射光譜法，離子色譜法，等離子體質譜法等，許多國標方法都是建立在相對分析方法之上的。在方法學上，也進行了大量的研究，例如針對電感耦合等離子體光譜漂移校正［18］、質譜漂移校正方法［19］，樣品前處理方法［20］，極差法對儀器檢定的快速評價［21］以及快速分析檢測方法等。

5 展望

食品營養元素以及重金屬檢測技術是一個重要的研究領域，如何利用現有計量資源實現無機成分特性量的準確測量是一個重要的研究方向，需要計量學科、分析化學、統計學科等的共同努力。建立一個持久、有效的量值溯源體系，并最大限度的發揮該體系的作用，實現對人民群眾食品安全的有效檢測和監督，需要從宏觀、微觀尺度進行大量研究工作，需要廣泛的支持和合作。

圖2 食物樣品檢測流程圖

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［6］吳達莘，榮飚.2004～2005年廈門市食品污染狀況監測與分析［J］.預防醫學情報雜志，2007，23（6）：745-748.

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［13］秦玉青，耿全強，晏紹慶.基于食品鏈的食品溯源系統解析［J］.現代食品科技，2007，23（11）：85-88.

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［18］李海峰.ICP-OES信號漂移的時間函數校正研究［J］.中國測試，2009，35（2）：11-13.

［19］李海峰.基于自動進樣的ICP-MS漂移及假漂移校正方法及其應用［J］.福建分析測試，2009，18（3）：1-4.

［20］王全林，袁偉，沈堅，等.干灰化法制樣—ICP-AES測定食品中鋁含量［J］.現代儀器，2008，14（3）：71-72.

［21］李海峰.極差法在發射光譜儀儀器性能方面的快速評價方法研究［J］.現代農業科技，2009，22：358-359.

A study about traceability system for determination of inorganic components from foodstuff

LI Hai-feng，LIU Jun
（Chemical Metrology and analysis Institute，National Institute of Metrology，Beijing 100013，China）

The importance of certified reference materials and traceability system was accepted widely due to serious problems about food safety.Components，process and problems were discussed on determination of inorganic components in foodstuff.Proceeding was introduced about traceability system，including application of Cluster Analysis（CA）in Proficiency Tes（tPT）and international comparison，drift correction method for lCP-OES and lCPMS.Necessary and urgency of traceability and transferring system was analyzed and discussed.

analysis；metrology；certified reference material；element

TS201.1

A

1002-0306（2010）11-0321-04

2009-08-18

李海峰（1976-），男，博士，副研究員，主要從事食品及環境領域化學計量分析研究。

中國計量科學研究院基金（AKY0818）；國家質量監督檢驗檢疫總局食品安全專項（ASAPQ0908）。