石墨爐原子吸收光譜法和膠體金快速定量法測定糧食中鉛的對比研究

劉美辰

（北京市糧油食品檢驗所，北京100162）

隨著社會經濟的快速發展，以及城市化、工業化和現代化進程的推進，環境污染的問題正在不斷加劇，從而導致糧食重金屬污染問題也日趨嚴重[1-2]。鉛對人體的神經系統、骨骼造血機能、消化系統和生殖系統等均有危害[3-4]，已被世界各國列為優先關注的污染物，并作為強制性檢測項目進行檢測[5]，我國GB 2762-2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》也明確規定了糧食中鉛的限量要求。

目前糧食中鉛的測定普遍采用的是GB 5009.12-2017《食品安全國家標準食品中鉛的測定》石墨爐原子吸收光譜法（graphite furnace atomic absorption spectroscopy，GFAAS），該方法操作簡單，靈敏度高，但對實驗條件和操作人員有較高要求，適合在大型實驗室使用[6]。而近年新興的膠體金快速定量法[7-9]則具有簡便、高效、低成本的特點，適合糧食收購現場的快速檢測。為系統分析兩種方法的適用性，對GFAAS 和膠體金快速定量法測定糧食中鉛的檢出限、定量限、準確性、重復性和檢測時長等參數進行了測試，為糧食中鉛的檢測方法的選擇提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

重金屬鉛快速定量檢測試紙條：北京華安麥科生物技術有限公司（產品批次20180525，規格16 條/盒），盒內配有實驗所需的樣品提取液、萃取劑、反萃取劑、稀釋液和螯合劑，未標注明確成分。

小麥有證標準物質（編號GBW（E）100379），玉米有證標準物質（編號GBW（E）100381）。

1.2 儀器與設備

原子吸收光譜儀（PinAAcle 900T）：Perkinelmer 公司；分析天平（PL-602E）：梅特勒-托利多、膠體金讀數儀（BMZ 6000）：北京美正生物科技有限公司；干式加熱器（HMG-GS）、計時器：北京華安麥科生物技術有限公司；移液器（200 μL）：賽多利斯（上海）貿易有限公司；離心管（20 mL 和50 mL）：潔特；離心機（DM0412）：大龍興創實驗儀器（北京）有限公司；渦旋混合器（TZL-5013）：蘇州珀西瓦爾實驗設備有限公司。

1.3 測試方法

GFAAS 按照國標GB 5009.12-2017《食品安全國家標準食品中鉛的測定》第一法“石墨爐原子吸收光譜法”執行。

膠體金快速定量法按照重金屬鉛快速定量檢測試紙條盒內附帶的操作說明進行：稱取（2.0±0.02）g 均質（過20 目篩網）樣本于50 mL 離心管中，加入6 mL樣品提取液和4 mL 萃取劑，具塞，充分振蕩5 min 后，4 000 r/min 離心5 min；取1 mL 上清，加入2 mL 反萃取劑，振蕩3 min，4 000 r/min 離心3 min；棄上清，取500 μL 下清，立即加入2 mL 稀釋液（5 min 內），振蕩混勻；取250 μL 該混合液，加入200 μL 螯合劑，振蕩均勻，1 min 內待檢。

1.4 測試樣品

據國家統計局公告，2012年我國稻谷、小麥和玉米三大作物的總產量占整個糧食總產量的90.4%，確定本測試糧種為大米/糙米、小麥和玉米。測試采用陽性樣品、陰性樣品和陽-陰定量混配樣品進行。

根據GB 2762-2017 《食品安全國家標準食品中污染物限量》中大米/糙米、小麥和玉米中鉛限量值均為200 μg/kg 和實際樣品的污染情況，選取50 μg/kg～100 μg/kg、200 μg/kg～250 μg/kg 和300 μg/kg～350 μg/kg 3 個濃度水平的大米/糙米樣品；選取50μg/kg～100μg/kg、100 μg/kg～200 μg/kg 和200 μg/kg～300 μg/kg 3 個濃度水平的玉米和小麥樣品進行測試。大米/糙米、小麥和玉米的陰性樣品各20 份，大米/糙米的天然陽性樣品3 份，小麥的有證標準物質1 份，小麥的陽-陰定量混配樣品2 份，玉米的有證標準物質1 份，玉米的陽-陰定量混配樣品2 份，共計69 份樣品。

每份測試樣品均從大樣經粗碎與連續多次用四分法縮減至0.5 kg～1 kg，粉碎至80%以上過20 目篩，篩上物和篩下物混勻。

2 結果與分析

2.1 檢出限及定量限

檢出限是分析測試的重要指標，對于儀器性能的評價和方法的建立都是重要的基本參數之一。在日常檢測過程中，檢出限為具體量度指標，對于分析方法的選擇具有重要意義。

石墨爐原子吸收光譜法：GB 5009.12-2017 中規定的GFAAS 測定糧食中鉛的方法檢出限和定量限為：當稱樣量為0.5 g，定容體積為10 mL 時，方法的檢出限為20 μg/kg，定量限為40 μg/kg。在實際操作中，選取大米、小麥和玉米樣品的陰性樣品，各稱取0.5 g，采用微波消解法進行前處理，定容到10 mL，對不同糧食樣品的空白溶液連續測定20 次，根據LOD=3SA/k×V/m，LOQ=10SA/k×V/m（式中：LOD 為檢出限；LOQ 為定量限；SA為空白樣品多次測得吸光度值的標準偏差；k 為標準曲線在低濃度范圍內的斜率；V 為樣品消化液定容體積，mL；m 為樣品質量，g）[10]，計算該方法測定糧食中鉛的檢出限和定量限。

膠體金快速定量法：根據“檢出限=陰性樣品測定平均值+3 倍標準偏差、定量限=陰性樣品測定平均值+10 倍標準偏差”[11]，使用膠體金快速定量法連續獨立測定20 個陰性樣品，計算該方法測定糧食中鉛的檢出限和定量限。

兩種方法的檢出限和定量限結果見表1。

表1 兩種方法的檢出限和定量限Table 1 The test result of limit of detection and limit of quantitation of two methods

由于不同種類的糧食基質不同，背景校正的效果不同，對方法檢出限的影響也不同。由表1可知，GFAAS 和膠體金快速定量法均為測定小麥時檢出限最低、玉米次之，大米最高，兩種方法的檢出限和定量限均滿足糧食中鉛測定的質量控制要求。

2.2 準確性

使用石墨爐原子吸收光譜法和膠體金快速定量法分別對大米/糙米、小麥和玉米樣品各3 份進行雙實驗檢測，結果見表2。

表2 兩種方法配對t檢驗表Table 2 Paired-samples T test of two methods

采用配對t 檢驗法比較兩種方法的檢測結果是否存在顯著性差異。使用EXCEL 函數計算兩種方法檢測結果的差值Di、D 均值、SD和tD，具體數據見表2。查t 分布表可知，t0.05，8=2.306，tD=1.04＜t0.05，8，tD未超過查表值說明兩種方法的測定結果之間無顯著差異。

2.3 重復性

GB 5009.12-2017 規定重復性條件下GFAAS 測定糧食中鉛兩次獨立測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的20%。使用膠體金快速定量法分別對中等濃度水平的大米/糙米、小麥和玉米樣品進行6 次重復測定，采用χ2檢驗法判斷該方法重復性測定標準差是否超過GB 5009.12-2017 中規定的重復性要求，同時采用6 次測定極差與GB 5009.12-2017 中規定的6次測定重復性臨界極差進行對照，考察該方法的重復性。大米/糙米、小麥和玉米樣品的重復性實驗結果見表3，具體計算如下：

1）大米/糙米樣品：測定次數n=6，平均值209.76 μg/kg，標準偏差S=19.23 μg/kg，極差=58.86 μg/kg；GB 5009.12-2017 規定重復性條件下，兩次獨立測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的20%，則大米樣品兩次測定絕對差（即重復性限r）≤41.95，GB 5009.12-2017 規定的重復性標準差Sr=r/2.8=14.98，6次測定的重復性臨界極差CrR95（6）=f（6）×Sr=59.92，重復性標準差χ2=（n-1）S2/Sr2=8.24。顯著性水平α=0.05情況下，查表得 χ20.95(5)=11.07，χ2=8.24＜χ20.95(5)，且極差58.86＜重復性臨界極差CrR95（6），說明該方法測定大米/糙米樣品中重金屬鉛的重復性標準差和極差均不超過國家標準方法中規定的重復性要求。

2）小麥樣品：測定次數n=6，平均值220.47 μg/kg，標 準 偏 差S=17.54 μg/kg，極 差=44.44 μg/kg；GB 5009.12-2017 規定重復性條件下，兩次獨立測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的20%，則小麥樣品兩次測定絕對差（即重復性限r）≤44.09，GB 5009.12-2017 規定的重復性標準差Sr=r/2.8=15.75，6 次測定的重復性臨界極差CrR95（6）=f（6）×Sr=63.00，重復性標準差 χ2=（n-1）S2/Sr2=6.20。顯著性水平 α=0.05 情況下，查表得 χ20.95(5)=11.07，χ2=6.20＜χ20.95(5)，且極差44.44＜重復性臨界極差CrR95（6），說明該方法測定小麥樣品中重金屬鉛的重復性標準差和極差均不超過國家標準方法中規定的重復性要求。

3）玉米樣品：測定次數n=6，平均值233.17 μg/kg，標 準 偏 差S=19.07 μg/kg，極 差=49.40 μg/kg；GB 5009.12-2017 規定重復性條件下，兩次獨立測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的20%，則玉米樣品兩次測定絕對差（即重復性限r）≤46.63，GB 5009.12-2017 規定的重復性標準差Sr=r/2.8=16.65，6 次測定的重復性臨界極差CrR95（6）=f（6）×Sr=66.60，重復性標準差 χ2=（n-1）S2/Sr2=6.56。顯著性水平 α=0.05 情況下，查表得 χ20.95(5)=11.07，χ2=6.56＜χ20.95(5)，且極差49.40＜重復性臨界極差CrR95（6），說明該方法測定玉米樣品中重金屬鉛的重復性標準差和極差均不超過國家標準方法中規定的重復性要求。

綜上可知，用重復性實驗的測試結果表示方法精密度，兩種方法測定糧食中鉛在精密度方面都能滿足國標檢測要求。

表3 重復性實驗數據Table 3 The test result of repeatability

2.4 檢測時長及適用性對比

石墨爐原子吸收光譜法的測試流程為稱樣→前處理（微波消解或濕法消解）→上機檢測，由于前處理需要將樣品進行消解，微波消解需要約12 h，濕法消解需要約24 h，而上機檢測時間僅需3 min，存在樣品前處理復雜耗時和儀器本身檢測快的突出矛盾。另外，GFAAS 需要配備價格高昂的大型儀器設備、專門的實驗室和專門的操作技術人員，消解過程需要消耗大量的強腐蝕性酸和氧化試劑，并且需要150 ℃以上的高溫條件，必須在通風櫥進行，檢測中還需使用鉛標準溶液，檢測廢棄物需要收集處理，因此適合在檢測機構實驗室使用。

膠體金快速定量法的測試流程為稱樣→前處理（萃取→離心→反萃取→稀釋→鰲合）→檢測，單個樣品從稱量到讀取數據，35 min 內即可完成，大大縮短了檢測時間。整套裝置輕便易攜，檢測成本低，操作環境不受戶外條件限制，檢測過程中無需使用標準品及大量有機試劑，操作全程規避人員風險及富集污染源泄露風險，檢測廢棄物無任何污染風險，前處理過程簡單，非專業技術人員略加培訓即可操作，因此適合糧食收購現場和基層實驗室的快速檢測。

3 結論

通過使用膠體金快速定量法測定大米/糙米、小麥和玉米中的鉛，并與石墨爐原子吸收光譜法在檢出限、定量限、準確性、重復性、檢測時長及適用性等方面進行了比較，證實膠體金快速定量法測定糧食中鉛的可行性，且膠體金快速定量法具有前處理過程簡單，檢測速度快，無需使用標準品及大量有機試劑，對人員和環境危害小，測試結果可直接從讀數儀上讀取從而消除了人為誤差，整套裝置輕便易攜檢測成本低等優點，十分適合糧食收購現場和基層實驗室的快速篩查。建議在進一步研究的基礎上，制定膠體金快速定量法測定糧食中鉛的技術規范和檢測方法標準，使該方法能在糧食中鉛檢測中得到推廣應用。