田 巍， 葉 金， 何若銘， 張潔瓊， 楊永壇， 王松雪

(國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院1，北京 100037) (浙江省糧食物資干部學(xué)校2，杭州 310000)

鎘(Cadmium, Cd)和鉛(Lead, Pb)是大米中常見的重金屬污染物，在我國(guó)尤其是大米主產(chǎn)區(qū)，居民習(xí)慣將大米作為一日三餐必不可少的主食之一，增加了鉛鎘暴露的風(fēng)險(xiǎn)[1,2]。鉛鎘半衰期較長(zhǎng)，在人體內(nèi)的半衰期可達(dá)15～30年[3]。如果攝入過多會(huì)蓄積在體內(nèi)，對(duì)人體造成潛在危害，如鉛會(huì)損害人體神經(jīng)系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)等，對(duì)兒童還有可能引起智力低下、行為發(fā)育遲緩等不可逆?zhèn)4,5]；鎘會(huì)導(dǎo)致腎臟、肝臟、骨骼等器官組織的損傷，引起“痛痛病”等疾病[6,7]。我國(guó)非常重視糧食重金屬的防控，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2761—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》[8]中規(guī)定了大米中鉛、鎘的限量均為0.2 mg/kg。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)糧食安全問題越來(lái)越重視，逐步將檢測(cè)防控的關(guān)口前移，對(duì)收儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)的快速檢測(cè)能力和檢測(cè)水平提出更嚴(yán)格的要求[9]。

隨著社會(huì)需求的增加，大米中重金屬鉛和鎘的快速檢測(cè)方法發(fā)展迅速，主要有以陽(yáng)極溶出伏安法為原理的電化學(xué)檢測(cè)方法[10-12]和以抗原抗體反應(yīng)為原理的免疫學(xué)檢測(cè)方法[13-15]。其中，電化學(xué)檢測(cè)方法是通過施加一定電壓使鉛鎘離子在絲網(wǎng)印刷電極上進(jìn)行沉積和電離從而產(chǎn)生與濃度成正相關(guān)的電流信號(hào)來(lái)計(jì)算鉛鎘含量[16]?；诿庖邔W(xué)的檢測(cè)方法主要有膠體金試紙條法和微芯片法，膠體金試紙條法是通過抗原抗體的特異性識(shí)別，并利用膠體金呈現(xiàn)顏色反應(yīng)的深淺來(lái)判斷鉛鎘含量[17]；微芯片法是將抗原固化在微芯片板上，通過抗原抗體的直接競(jìng)爭(zhēng)來(lái)促使顯色劑發(fā)生顏色反應(yīng)，由于酶催化效率高，故而大大提高了方法的靈敏度[18]。重金屬的速檢測(cè)方法在現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)領(lǐng)域擁有傳統(tǒng)的電感耦合等離子體質(zhì)譜法(Inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)、原子吸收光譜法(Atomic absorption spectroscopy, AAS)等常規(guī)檢測(cè)方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，具有操作簡(jiǎn)單、體積小、便攜性高、人員要求低的特點(diǎn)[19-21]，有良好的發(fā)展?jié)摿屯茝V應(yīng)用前景。

目前市面上出現(xiàn)的重金屬的快速檢測(cè)方法和品牌越來(lái)越多，形式多樣化，但產(chǎn)品和配套的試劑盒的檢測(cè)質(zhì)量還沒有形成完整的檢驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，存在產(chǎn)品良莠不齊、評(píng)價(jià)體系相對(duì)混亂的情況[22,23]。為了更加全面了解市面上常見的鉛鎘快檢產(chǎn)品器的性能情況，本文從糧食重金屬快速檢測(cè)產(chǎn)品的準(zhǔn)確度、精密度及產(chǎn)品的綜合性能等方面設(shè)計(jì)了評(píng)價(jià)方案，并選取了市場(chǎng)上主要的10個(gè)快檢品牌產(chǎn)品進(jìn)行了系統(tǒng)客觀公正的評(píng)價(jià)，其中品牌A～G是電化學(xué)法，品牌H～J是膠體金或免疫法，希望通過本次評(píng)價(jià)為糧食重金屬檢測(cè)人員提供選擇依據(jù)，為企業(yè)提高產(chǎn)品性能提供解決思路，為糧食行業(yè)科技工作者提供參考方向，促進(jìn)快檢產(chǎn)品在糧食重金屬元素基層檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Sartorius BS224S 電子天平，MX-F 多功能旋渦混勻器；鹽酸(優(yōu)級(jí)純)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與質(zhì)控品

選擇自然污染重金屬有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和質(zhì)控樣品作為評(píng)價(jià)用樣品，樣品基質(zhì)為：大米，重金屬種類為：鉛、鎘。所有評(píng)價(jià)用樣品的均勻性和穩(wěn)定性均根據(jù)JJF1343—2012《標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的通用原則及統(tǒng)計(jì)學(xué)原理》[24]規(guī)定，滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)要求，且樣品量值采用多家聯(lián)合定值的方式確定，方法參照GB 5009.268—2016[25]進(jìn)行。質(zhì)控樣品編號(hào)：ZK015、ZK016、ZK017、ZK018、ZK019、ZK020，有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)：GBW(E)100377、 GBW(E)100378，均由國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院研制。

1.3 方法

按各品牌廠家的重金屬快速檢測(cè)產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。為保證評(píng)價(jià)的公平公正，由廠家提供1位技術(shù)人員參與驗(yàn)證評(píng)價(jià)工作。

1.4 評(píng)價(jià)規(guī)則

對(duì)不同品牌廠家提供的快檢產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)，按照國(guó)家限量要求的2倍、1倍、1/2倍劃分為高、中、低3個(gè)濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別測(cè)試3個(gè)濃度水平的標(biāo)準(zhǔn)樣品，由3位實(shí)驗(yàn)人員按照所用產(chǎn)品提供的方法分別獨(dú)立測(cè)試每個(gè)濃度水平標(biāo)準(zhǔn)樣品各7個(gè)平行(即“三三七”規(guī)則)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(Relative standard deviation, RSD)和檢測(cè)平均值。

1.4.1 準(zhǔn)確度

用回收率來(lái)表示。

1.4.2 精密度

用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表示。

1.4.3 綜合性能

準(zhǔn)確度、精密度、時(shí)間、檢出限、靈敏度等多種指標(biāo)評(píng)分來(lái)表示(表1)。

表1 評(píng)分表

2 結(jié)果與分析

2.1 準(zhǔn)確度考察

為了評(píng)價(jià)不同品牌產(chǎn)品對(duì)大米中鎘、鉛檢測(cè)的準(zhǔn)確度，按照 “三三七”評(píng)價(jià)原則對(duì)不同品牌產(chǎn)品的回收率進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。對(duì)于鎘元素，品牌A～I(xiàn)對(duì)大米中3個(gè)濃度水平的檢測(cè)回收率均在80%～120%之間，說(shuō)明產(chǎn)品準(zhǔn)確性良好；品牌J對(duì)中濃度水平的鎘檢測(cè)回收率90%左右，但對(duì)低濃度水平的回收率略高(130%)，高濃度水平的回收率略低(78%)，說(shuō)明在實(shí)際應(yīng)用過程中可能存在假陽(yáng)性或者假陰性的現(xiàn)象。對(duì)于鉛元素，品牌A測(cè)低中濃度水平準(zhǔn)確性好，但鉛高濃度水平測(cè)得的回收率偏高(143%)，品牌B對(duì)大米中3個(gè)濃度水平鉛的檢測(cè)回收率均大于120%，為128%～176%，準(zhǔn)確性略差，品牌I對(duì)大米中3個(gè)濃度水平鉛的檢測(cè)回收率為152%～461%，偏高50%以上，準(zhǔn)確性較差，可能是因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)曲線發(fā)生了偏移，缺少定期校準(zhǔn)功能，也有可能是基體造成了干擾。總體來(lái)說(shuō)，10個(gè)品牌中有C～H等6個(gè)品牌準(zhǔn)確性良好，對(duì)大米中鉛、鎘2種元素測(cè)定值基本可靠。

圖1 不同品牌對(duì)大米不同濃度水平的檢測(cè)回收率

2.2 精密度考察

對(duì)“三三七”評(píng)價(jià)原則測(cè)得的每個(gè)濃度下的21個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差如圖2所示，品牌A～I(xiàn)對(duì)鎘元素測(cè)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差基本小于10%，品牌J對(duì)鎘元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于20%，對(duì)于鎘元素的精密度，所有品牌基本可滿足快檢的要求。對(duì)不同品牌測(cè)試鉛元素的精密度的結(jié)果分析，品牌B、I、J的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差大于20%，精密度略差。其中，品牌I的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常范圍，說(shuō)明其測(cè)得的結(jié)果可信度較差，這與品牌I的準(zhǔn)確度較差的結(jié)論相一致。除品牌B、I、J外，其他7個(gè)品牌對(duì)鉛元素測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差基本小于20%，穩(wěn)定性較好。

圖2 不同品牌對(duì)大米不同濃度水平的檢測(cè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

2.3 人員差異的考察

由于實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和對(duì)方法熟練程度的不同，不同實(shí)驗(yàn)人員引入的操作誤差會(huì)對(duì)結(jié)果造成一定的影響[26]。為了判斷不同品牌產(chǎn)品受人員影響程度的大小，評(píng)價(jià)規(guī)則中加入了3人獨(dú)立操作的要求。圖3和圖4中顯示了3位實(shí)驗(yàn)人員對(duì)不同元素、不同濃度水平的大米樣品的回收率結(jié)果和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果。10個(gè)品牌中品牌A～J測(cè)得的低、中、高3個(gè)濃度水平的鎘人員間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差全部小于10%，但是有少數(shù)實(shí)驗(yàn)人員在做7組獨(dú)立平行實(shí)驗(yàn)時(shí)，人員內(nèi)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在10%～15%之間，分別出現(xiàn)在品牌A低水平、品牌A高水平、品牌B高水平、品牌C低水平，但總體比較穩(wěn)定，受人員影響不明顯。10個(gè)品牌在測(cè)鉛元素時(shí)，部分品牌存在回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差差異性較大的問題，少數(shù)品牌受人員差異的影響較為明顯。其中品牌B的實(shí)驗(yàn)人員1號(hào)測(cè)得回收率相對(duì)偏高，從而導(dǎo)致3個(gè)人的平均回收率整體偏高；品牌I的實(shí)驗(yàn)人員2號(hào)同樣存在很高的回收率和較大的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，實(shí)驗(yàn)人員1號(hào)和2號(hào)雖然回收率相對(duì)可以接受，但每位實(shí)驗(yàn)人員的7組平行結(jié)果較差，導(dǎo)致品牌I的測(cè)試結(jié)果不可信。

圖4 人員差異對(duì)大米中的鉛測(cè)定的影響

圖5 不同品牌的評(píng)價(jià)得分

2.4 綜合性能的評(píng)價(jià)

為了更直觀地比較不同品牌產(chǎn)品的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性水平，從單一元素角度來(lái)對(duì)每個(gè)品牌的回收率和RSD評(píng)分，評(píng)分規(guī)則對(duì)應(yīng)表1的評(píng)分表進(jìn)行。從圖5中可以看出，品牌C～H對(duì)鉛、鎘2種元素的評(píng)分都比較高，可以用于鉛、鎘兩種元素的快速定量檢測(cè)，品牌A、C、J可適用于鎘元素的測(cè)試，在對(duì)鉛元素檢測(cè)要求不高的情況下，也可用于鉛元素的測(cè)試。品牌I在本次產(chǎn)品器測(cè)評(píng)中得分較低，表現(xiàn)出的結(jié)果顯示無(wú)法應(yīng)用于鉛元素的檢測(cè)。

為了更加全面評(píng)價(jià)產(chǎn)品器性能，從準(zhǔn)確度、精密度、人員差異、時(shí)間、檢出限、價(jià)格等多方面進(jìn)行分析(表2)。品牌A～G是基于陽(yáng)極溶出伏安法原理開發(fā)的電化學(xué)方法，品牌H～J是基于免疫法為基礎(chǔ)的膠體金試紙條法和芯片法。從產(chǎn)品單次檢測(cè)的價(jià)格來(lái)看，電化學(xué)方法價(jià)格普遍低于免疫法。從檢測(cè)時(shí)間來(lái)看，2種原理的方法均可以在40 min內(nèi)完成一批量測(cè)試。相比較而言，電化學(xué)單個(gè)樣品的測(cè)試時(shí)間少，可以實(shí)現(xiàn)鉛和鎘同測(cè)，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)高通量測(cè)試，免疫法可以進(jìn)行高通量測(cè)試，但前處理時(shí)間較長(zhǎng)，且鉛鎘元素需要不同的前處理過程，不能同檢同測(cè)。將10個(gè)品牌的產(chǎn)品從時(shí)間、價(jià)格等5個(gè)緯度進(jìn)行加權(quán)量化，從圖6中可以看出，不同品牌產(chǎn)品性能存在較大差異，品牌I和品牌J在本次測(cè)評(píng)中相對(duì)較差。

表2 10種品牌產(chǎn)品性能比較表

圖6 10種品牌產(chǎn)品性能雷達(dá)圖

3 結(jié)論

本研究基于實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，采用“三三七”原則，評(píng)價(jià)了10個(gè)重金屬快檢品牌產(chǎn)品的性能，涵蓋了準(zhǔn)確性、精密度、檢測(cè)時(shí)間、成本等實(shí)際應(yīng)用評(píng)測(cè)指標(biāo)。從評(píng)價(jià)的結(jié)果來(lái)看，不同品牌快檢方法及產(chǎn)品區(qū)分能力具有較明顯差異，相同品牌不同元素的方法及產(chǎn)品同樣也存在較大差異。10個(gè)品牌對(duì)大米中鎘元素的回收率基本滿意，測(cè)定結(jié)果與樣品標(biāo)準(zhǔn)值無(wú)顯著性差異(P>0.05)，而鉛元素存在品牌質(zhì)量不一的情況，部分品牌測(cè)定結(jié)果與樣品標(biāo)準(zhǔn)值存在顯著性差異(P<0.05)。10個(gè)品牌中有3個(gè)品牌產(chǎn)品器穩(wěn)定性較差，受人員操作影響較大。10個(gè)品牌均可在40 min內(nèi)完成1個(gè)批次檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格合理。本次評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明對(duì)不同品牌的不同元素進(jìn)行科學(xué)、獨(dú)立評(píng)估具有重要意義，可以充分了解和掌握各個(gè)快檢方法和產(chǎn)品的特點(diǎn)，便于使用者選擇合適的快檢方法，同時(shí)也有助于指導(dǎo)和規(guī)范定量快檢方法的開發(fā)和應(yīng)用，倒逼企業(yè)采用新技術(shù)，規(guī)范使用培訓(xùn)，提高產(chǎn)品性能，促進(jìn)快檢產(chǎn)品在糧食重金屬元素基層檢測(cè)中的應(yīng)用。