基于膠體金試紙條定量快速檢測(cè)系統(tǒng)的糧食中重金屬鉛檢測(cè)和驗(yàn)證

邢常瑞　王曦如　陸晨浩　趙小旭　張彥明　袁建

[摘要]本研究結(jié)合膠體金快速定量法，研發(fā)了重金屬離子鉛快速檢測(cè)及監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。通過(guò)全國(guó)11家檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)利用該系統(tǒng)測(cè)定糧食中鉛，證明其適用于大米、糙米、玉米、小麥等糧食中鉛的快速定量檢測(cè)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，驗(yàn)證方法的重復(fù)性和再現(xiàn)性。測(cè)定大米/糙米中重金屬鉛的檢出限為12.36μg/kg，定量限為35.38μg/kg;測(cè)定小麥中重金屬鉛的檢出限為11.89μg/kg，定量限為35.28μg/kg;測(cè)定玉米中重金屬鉛的檢出限為12.26μg/kg，定量限為36.34μg/kg。其能夠滿足國(guó)標(biāo)檢測(cè)要求。通過(guò)對(duì)不同糧食中重金屬鉛進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室協(xié)作測(cè)試，重復(fù)性的變異系數(shù)小于10%，再現(xiàn)性變異系數(shù)小于15%，說(shuō)明該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)糧食中重金屬鉛的檢測(cè)。

[關(guān)鍵詞]鉛定量檢測(cè)快速檢測(cè)系統(tǒng);實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證;統(tǒng)計(jì)分析

中圖分類號(hào)：TS201.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201909

鉛是對(duì)人類健康有巨大毒害作用的金屬元素之一，可以通過(guò)食物、飲水和空氣進(jìn)入人體[1]。當(dāng)人體中鉛含量升高時(shí)，會(huì)破壞血紅蛋白的合成，造成貧血、腎損傷，導(dǎo)致孕婦流產(chǎn)，破壞人體的神經(jīng)中樞、影響腦發(fā)育[2]。環(huán)境中鉛含量絕大部分是來(lái)自含鉛汽油的使用、煤炭的燃燒、工業(yè)生產(chǎn)、固體廢棄物燃燒等[3]。

由于鉛在環(huán)境中的蓄積增加了糧食產(chǎn)區(qū)小麥、稻谷和玉米鉛的暴露風(fēng)險(xiǎn)，因此開發(fā)能夠現(xiàn)場(chǎng)、快速、便攜的定量檢測(cè)系統(tǒng)迫在眉睫。目前的儀器檢測(cè)方法對(duì)鉛的檢測(cè)靈敏度差、本底值高，同時(shí)儀器法價(jià)格昂貴，不適合進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)[4]。在之前的研究中，筆者所在團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)了重金屬離子鎘快速檢測(cè)及監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，系統(tǒng)小巧輕便、操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)結(jié)果可以追溯，適用于糧庫(kù)篩查和監(jiān)測(cè)[5-8]。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了糧食中鉛定量檢測(cè)快速檢測(cè)及監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)際樣品的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)協(xié)作驗(yàn)證工作。

目前利用膠體金免疫層析法系統(tǒng)檢測(cè)檢測(cè)糧食中重金屬離子鉛并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證的工作較少，而儀器檢測(cè)方法的驗(yàn)證工作已經(jīng)很多[9-10]。因此文章基于膠體金免疫層析技術(shù)，分析鉛定量檢測(cè)快速檢測(cè)及監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的性能，對(duì)于糧庫(kù)和糧食收購(gòu)企業(yè)來(lái)說(shuō)具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

HMG001系列糧食質(zhì)量安全快速檢測(cè)及監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)：北京美正生物科技有限公司。

超純水、硝酸、硫酸、EDTA、乙酸乙酯、甲醇、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氯化鈉等。選擇的測(cè)試糧食樣本覆蓋大米/糙米，小麥和玉米，重金屬鉛濃度在國(guó)標(biāo)限量范圍上下（93.6～320.1μg/kg），樣品經(jīng)過(guò)定值，部分有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

1.2 樣品的分發(fā)

樣品分發(fā)前，對(duì)樣品的均勻性、穩(wěn)定性、操作指導(dǎo)書等進(jìn)行審議，通過(guò)隨機(jī)的方式發(fā)放樣品，除了第五個(gè)實(shí)驗(yàn)室沒有小麥和玉米樣品，其他10個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定樣品分別為1個(gè)糙米、2個(gè)大米、1個(gè)玉米和1個(gè)小麥。樣品與操作指導(dǎo)書和檢測(cè)系統(tǒng)郵寄給參加能力驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)室。

1.3 檢測(cè)過(guò)程和方法

基于免疫學(xué)原理和分析系統(tǒng)的原理，具體檢測(cè)過(guò)程和方法參考之前的報(bào)道[8]。

1.4 實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證和結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

本方法選取行業(yè)內(nèi)外11家實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。在這個(gè)試驗(yàn)中，要求操作員按照步驟進(jìn)行準(zhǔn)確操作，進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，記錄原始數(shù)據(jù)，并將測(cè)量結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位。郵寄原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)收集的定量檢測(cè)結(jié)果，按照《測(cè)量方法與結(jié)果的準(zhǔn)確度 第2部分：確定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法重復(fù)性與再現(xiàn)性的基本方法》（GB/T 6379.2-2004）[11]和《利用重復(fù)性、再現(xiàn)性和正確度的估計(jì)值評(píng)估測(cè)量不確定度的指南》（GB/Z 22553-2010）[12]分析數(shù)據(jù)，對(duì)統(tǒng)計(jì)分析中出現(xiàn)的可疑結(jié)果和異常值，需要結(jié)合專家評(píng)議方式來(lái)判定是否采用。

2 結(jié)果和分析

對(duì)11個(gè)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)結(jié)果根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 6379.2-2004[11]和GB/Z 22553-2010[12]，采用柯克倫檢驗(yàn)和格拉布斯檢驗(yàn)剔除離群值，計(jì)算重復(fù)性、再現(xiàn)性以及變異系數(shù)，評(píng)價(jià)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能。

2.1 原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

收集到的11個(gè)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果和單元平均值分別見圖1和表1，5個(gè)不同水平的樣品標(biāo)記為糙米A、大米B、大米C、小麥D和玉米E?？芍?，對(duì)于糙米A檢測(cè)最低值為83.63μg/kg，最高值為112.73，平均值為96.94μg/kg。大米B測(cè)定的最低值為180.42μg/kg， 最高值為243.19μg/kg，平均值為217.028μg/kg。對(duì)于大米C測(cè)定的最低值為286.15，最高值為363.33μg/kg，平均值為326.755μg/kg。對(duì)于小麥D測(cè)定最低值為183.21μg/kg，最高值為223.20μg/kg，平均值為216.613μg/kg。對(duì)于玉米E測(cè)定最低值為178.55μg/kg，最高值為243.85μg/kg，平均值為233.196μg/kg。

2.2 原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

2.2.1 精密度

精密度指的是在規(guī)定條件下，獨(dú)立測(cè)試結(jié)果間的一致程度，精密度越低，標(biāo)準(zhǔn)差越大。標(biāo)準(zhǔn)差，在概率統(tǒng)計(jì)中最常使用作為統(tǒng)計(jì)分布程度上的測(cè)量，反映組內(nèi)個(gè)體間的離散程度。

由表2可知，對(duì)于糙米A檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差最大為2號(hào)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果為11.158，最低為8號(hào)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果為2.588。對(duì)于大米B檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差最大為7號(hào)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果為14.185，最低為1號(hào)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果為3.207。對(duì)于大米C檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差最大為3號(hào)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果為18.291，最低為5號(hào)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果為2.890。對(duì)于小麥D檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差最大為2號(hào)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果為17.514，最低為7號(hào)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果為1.137。對(duì)于玉米E檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差最大為11號(hào)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果為12.728，最低為7號(hào)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果為1.651。

2.2.2 一致性和離群值的檢查

對(duì)統(tǒng)計(jì)的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行一致性和離群值的檢查。離群值是指樣本中的一個(gè)或幾個(gè)觀測(cè)值，它們離開其他觀測(cè)值較遠(yuǎn)，暗示它們可能來(lái)自不同的總體。根據(jù)樣品（n）的數(shù)量和實(shí)驗(yàn)室（p）的個(gè)數(shù)，按照規(guī)定進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

①n=3，p=11，柯克倫檢驗(yàn)5%臨界值為0.417;1%臨界值為0.504。

對(duì)水平1，實(shí)驗(yàn)室2的s最大：

∑S=544.331;柯克倫檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量值=0.229? ? ? ? ?（1）

對(duì)水平2，實(shí)驗(yàn)室7的s最大：

∑S=981.826;柯克倫檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量值=0.205? ? ? ? ?（2）

對(duì)水平3，實(shí)驗(yàn)室3的s最大：

∑S=1724.375;柯克倫檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量值=0.194? ? ? ? ? ?（3）

水平1，水平2和水平3的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量小于或等于5%臨界值，表明被檢驗(yàn)項(xiàng)目為正確值。

②n=3，p=10，柯克倫檢驗(yàn)5%臨界值為0.445;1%臨界值為0.536。

對(duì)水平4，實(shí)驗(yàn)室2的s最大：

∑S=491.847;柯克倫檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量值=0.624? ? ? ? ? ?（4）

對(duì)水平5，實(shí)驗(yàn)室11的s最大：

∑S=577.639;柯克倫檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量值=0.280? ? ? ? ? ?（5）

水平4的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量大于1%臨界值，表明被檢驗(yàn)項(xiàng)目為統(tǒng)計(jì)離群值，且用雙星號(hào)（**）標(biāo)出。

水平5的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量小于或等于5%臨界值，表明被檢驗(yàn)項(xiàng)目為正確值。

水平4中的一個(gè)最小單元平均值經(jīng)檢驗(yàn)為離群值，需要將其剔除。對(duì)剩余的單元值經(jīng)過(guò)重復(fù)檢驗(yàn);檢驗(yàn)結(jié)果表明沒有一個(gè)單元均值（極大值）為離群值。對(duì)兩個(gè)離群值進(jìn)行格拉布斯檢驗(yàn)表明沒有一個(gè)單元均值為離群值。

水平5中的兩個(gè)最小單元平均值經(jīng)格拉布斯檢驗(yàn)為離群值，需要將最小單元平均值值剔除。對(duì)剩余的單元值的兩個(gè)離群值（極大值）進(jìn)行格拉布斯檢驗(yàn)表明沒有一個(gè)單元均值為離群值。

2.2.3 平均值（mj）、重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差（Srj）和再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差（SRj）的計(jì)算

按照GB/T 6379所定義的諸方差進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表4和表5。將來(lái)自11個(gè)實(shí)驗(yàn)室5組糧食樣品的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，樣品包含天然陽(yáng)性樣品，陽(yáng)-陰定量混配樣品，有證標(biāo)準(zhǔn)樣品。精密度分析結(jié)果見表4。表4中的數(shù)據(jù)沒有顯示出它們與m有任何依賴關(guān)系。因而可用它們的平均值。檢測(cè)結(jié)果在93.6～320.1μg/kg，重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差（Sr =8.283），再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差（SR=16.051），試驗(yàn)中共測(cè)到2個(gè)離群值，在分析中予以剔除。重復(fù)性的變異系數(shù)小于10%，再現(xiàn)性變異系數(shù)小于15%，均符合《食品法典委員會(huì)程序手冊(cè)》（第二十版）中關(guān)于聯(lián)合驗(yàn)證的要求。說(shuō)明本方法在各實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證均有很好的重復(fù)性和再現(xiàn)性。

3 結(jié) 論

本次實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證按照計(jì)劃，共有11家國(guó)內(nèi)檢測(cè)機(jī)構(gòu)參與，評(píng)價(jià)了糧食中鉛定量檢測(cè)快速檢測(cè)系統(tǒng)的性能，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，部分實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)可疑結(jié)果，剔除離異值。對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明，測(cè)定結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性符合要求。由此可知，該檢測(cè)快速檢測(cè)系統(tǒng)適用于糧食收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。

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Colloid Gold Strip Quantitative Detection System Based Lead Detection and Verification in Grain

Xing Changrui1，Lu Chenhao1，Wang Xiru1，Zhao Xiaoxu2， Zhang Yanming2，Yuan Jian1

（1.Nanjing University of Finance and Economics，Jiangsu，Nanjing 210023;

2.Beijing Meizheng Biotech Co.，Ltd.，Beijing 102101）

Abstract： Combined with colloidal gold rapid quantification， this study developed lead rapid detection and monitoring and analysis system. By using the system， 11 detection institutions have determined the concentration of lead in grain， such as rice， brown rice， corn and wheat. The results were through a statistical analysis to obtain the repeatability and reproducibility. The detection limit of heavy metal lead in rice/brown rice was 12.36 μg/kg and the quantitative limit was 35.38 μg/kg. The detection limit of heavy metal lead in wheat was 11.89 μg/kg and the quantitative limit was 35.28 μg/kg. The detection limit of heavy metal lead in corn was 12.26 μg/kg and the quantitative limit is 36.34 μg/kg. The results could meet the national standard testing requirements. Through laboratory collaborative testing of heavy metal lead in different grains， the coefficient of repetitive variability is less than 10%， and the reproducibility variability coefficient is less than 15%， which means the system can be used for the detection of lead in grain.

Key Words：rapid detection system for quantitative testing of lead，laboratory verification，statistical analysis

收稿日期：2019-06-17

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFD0401404）;南京財(cái)經(jīng)大學(xué)2018年度教改課題（JGZ001）。

作者簡(jiǎn)介：邢常瑞，男，博士，講師，研究方向?yàn)槭称钒踩?/p>

通信作者：袁建，男，本科，教授，研究方向?yàn)槭称钒踩?/p>