粮油检验 粮食中镉快速检测-阳极溶出伏安法-编制说明

粮油检验 粮食中镉的测定 阳极溶出伏安法编制说明镉，化学符号Cd，熔点320.9 ，沸点765，在元素周期表中名列第48位，能引起人体中毒，包括致癌、肾脏衰竭、骨痛病等。镉在人体积蓄潜伏期可长达10年-30年，并且会影响下一代的健康。镉是联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)公布的对人体毒性最强的 3种重金属之一。1972年FDA  /WTO把镉确定为第 3位优先研究的食品污染物， 1974年联合国环境规划署提出具有全球意义的12种危险化合物中，镉被列在了首位。我国国家标准GB 2762-2012 （食品中污染物限量）规定，大米镉含量0.2 mg/kg、面粉镉含量0.1 mg/kg、肉鱼镉含量0.1 mg/kg、蛋类镉含量0.05 mg/kg等。现有技术中，对粮食中镉元素的检测手段主要是原子吸收光谱检测法。然而该方法并不能满足对粮食中的重金属镉元素的现场快速分析要求，主要表现在：前处理时间较长，操作复杂，仪器便携性差，对环境要求较高，不适合现场分析使用；而且仪器价格较高，不适合基层使用。阳极溶出伏安法因仪器设备简单、价廉、检测灵敏度高，在重金属检测方面的应用越来越广泛。传统的原子吸收光谱检测法一般需要先对粮食进行前处理，使得粮食中的镉元素转化为镉离子溶液，采用的主要方法是微波消解或湿法消解。该前处理所用酸浓度高、操作复杂、处理周期较长，不符合快速检测的要求，因此，建立简单快速的样品前处理方法，结合阳极溶出伏安法仪器设备简单、价廉、检测灵敏度高的优势，将是一种比较有推广前景的重金属快速检测方法，可在基层大力推广。本项目采用稀酸浸提的方式对粮食样品进行前处理，使粮食中的镉元素转化为镉离子进入溶液中，再使用阳极溶出伏安法对溶液中的镉离子进行定量检测，最终得到粮食中镉的含量。该方法前处理较简单、耗时较短、所用酸浓度较低、检测仪器小巧、操作方便、检测结果准确，是一种理想的粮食中重金属快速检测方法。本标准有助于提高粮食样品检测效率，降低成本，为“镉大米”等镉污染粮食的有效监管提供有力的技术手段。1 工作简况1.1 任务来源及起草单位2013 年 9 月、2014 年 2 月国家粮食局标准质量中心先后两次在湖南省粮油产品质量监测中心(湖南省粮油科学研究设计院 )组织对粮食中镉含量快速测定方法进行适用性测试验证，并对验证结果进行了专家评审。此两次验证中有 4 家公司采用阳极溶出伏安法，且检测结果表明其准确性、重复性等指标均能满足标准方法的要求，说明阳极溶出伏安法是一种准确、可靠的粮食中镉含量检测方法。 但这四家公司测试时所采用的样品前处理方法仍为传统的湿法消解，不能满足快速检测的要求。同时，此两次验证中有公司采用稀酸浸提法进行样品前处理，再使用传统的原子吸收光谱法进行检测，验证结果表明，稀酸浸提与湿法消解的检测结果一致度很高，稀酸浸提是一种可靠的、快速的样品前处理方法。结合稀酸浸提和阳极溶出法的优点，湖南省粮油产品质量监测中心与厦门斯坦道科学仪器有限公司进行了大量研究，建立了稀酸浸提-阳极溶出伏安法测定粮食中镉含量的方法，本行业标准就是在此基础上提出并立项的。2015 年 10 月国家粮食局标准质量中心在广东省国家粮食质量监测中心再次组织了对该方法的适用性测试验证。根据【2015】26 号文件粮油行业标准制定计划的要求，由湖南省粮油产品质量监测中心（湖南省粮油科学研究设计院）牵头负责粮油检验 粮食中镉的测定 阳极溶出伏安法起草工作。起草单位成立的标准起草组负责进行本标准的各项工作。1.2 标准研制主要工作过程（1）根据该标准的特点，2015 年 2 月，查询了国内外资料，对相关检测机构、粮库、粮食加工企业进行了调研，并在湖南省长沙市召开了第一次专家研讨会，与会专家针对标准文本草案和编制说明等提出了修改意见和建议。（2）2015 年 10 月，在广州参加由国家粮食局标准质量中心在广东省国家粮食质量监测中心组织对粮食中镉含量快速测定方法进行适用性测试验证，并通过专家评审。（2）2015 年 11 月，编写了粮油检验 粮食中镉的测定 阳极溶出伏安法标准草案，并在湖南长沙召开了第 2 次起草小组讨论会，标准起草单位对所拟标准草案和编制说明作编写介绍，并对其说明进行了详细审校和充分讨论。（3）2015 年 12 月至 2016 年 6 月，采用两个厂家的阳极溶出伏安法检测仪在 6 个粮油标准研究验证实验室进行了方法验证。（4）2016 年 8 月，形成标准的征求意见稿。2 标准的编制原则和标准的主要内容2.1 标准编制原则本标准是根据 GB/T1.1-2009标准化工作导则第 1 部分：标准的结构与编写规则、GB/T 20001.4-2001标准编写规则第 4 部分：化学分析方法 的规定进行编制的。2.2 确定标准主要内容2.2.1 标准的适用范围本标准适用于粮食及制品中镉含量的测定。2.2.2 标准研制的总体思路鉴于目前经过国家粮食局标准质量中心组织通过验证的稀酸浸提-阳极溶出伏安法的公司只有厦门斯坦道科学仪器有限公司，因此本标准的具体操作方法和步骤参照该公司的（STD-9300 粮食重金属快速检测仪）的具体操作方法作为模版，按照国际标准的惯例，标注“厦门斯坦道科学仪器有限公司的（STD-9300 粮食重金属快速检测仪）是通过粮食行业验证的产品，提供此信息仅为了方便本标准的使用者，而并不是对该公司产品的认可。任何满足附录 A 要求的产品均可使用”的说明，确保对其它厂家生产的产品也能同样适用于此标准。2.2.3 标准主要内容本标准规定了用阳极溶出伏安法测定粮食中镉含量测定方法的原理、试剂与材料、仪器与设备、样品制备、分析步骤与分析结果表述。2.2.4 测定原理在一定的支持电解质溶液中，以修饰电极作为工作电极，以银-氯化银电极作参比电极，以铂丝电极作对电极，在一定的预电解电位下，样品中重金属离子被还原富集于工作电极上。然后，静止一段时间后，工作电极上电位按一定速率从负向正扫描，使其自电极溶出，得到溶出过程的电流一电位曲线。根据其溶出峰电位和峰高，用标准加入法定量计算被测物的含量。2.2.5 关于样品制备的要求理论上讲样品颗粒的大小与样品的均匀性对样品镉的提取效率有关，当样品细度不足 40 目时，镉元素的提取效率较低，因此本标准要求样品粉碎细度能 90%以上过 40 目筛。具体试验数据见附录 A 表 A.1。2.2.6 提取溶液的选择选择不同浓度的硝酸、双氧水、高氯酸作为提取溶液，测试大米国家标准样品，通过比较测试结果的相对误差，确定高氯酸溶液（5%）为最佳提取溶液，高氯酸能有效破坏镉元素与样品之间的结合力，提高镉元素的提取效率，具体结果见附录 A 表 A.2。2.2.7 提取时间的选择选择高氯酸溶液（5%）作为提取溶液，按照说明书操作流程，变换提取时间，测试大米国家标准样品，通过比较测试结果的相对误差，确定 20min 为最佳浸提时间，具体结果见附录 A 表A.3。2.2.7 方法线性范围与检出限以溶液中镉离子的浓度（微克每千克，gkg -1）为横坐标，镉的溶出峰电流为纵坐标（微安，A），计算溶液中镉离子的线性范围：0.3gkg -120 gkg-1（13 点），线性回归方程为 y =0.4436x-0.0927，相关系数为 0.9998。具体结果见图 1。图 1 标准曲线取 1 个空白样品的 20 次测定结果进行计算，所计谱峰信号平均值的标准偏差所对应的浓度值的 3 倍作为检出限（LOD）， 10 倍作为定量限（LOQ ）。测试结果表明，该方法的 LOD 为0.065g/kg，LOQ 为 0.22g/kg，具体结果见表 1。表 1 检出限和定量限数据 上表中的 LOD 和 LOQ 为检测液中镉的浓度；由于该方法是称取 0.50g 的样品于提取杯中，使用5%高氯酸溶液定容至 10mL，摇匀，静置提取 20 min, 取上清液待测。测定时，准确移取 8 mL 的电解质溶液置于电解池中，再准确加入 2 mL 待测溶液，搅拌均匀，进行检测。因此，以样品中镉含量表示的 LOD 和 LOQ 分别为 0.0065mg/kg 和 0.022mg/kg。2.2.8 方法精密度本标准制订过程中，由 6 个实验室分别对 6 个水平的含镉稻米样品进行测定，每个实验室对每个水平的镉按 GB/T 6379.1 规定的重复性条件测定 6 次。根据共同实验结果按照国标方法计算的重复性限 r，再现性限 R 见表 3。表 2 本标准的精密度测试数据Cd 含量/mgkg -1 精密度/mgkg-1（快速筛查）试样认可值 测定值 重复性限 r 再现性限 R1 0.09 0.09 0.0178 0.03362 0.16 0.17 0.0331 0.042测定值测定次数峰位 mv 峰高 A平均值 标准偏差 检出限 g/kg检出限mg/kg转化成样品定量限g/kg定量限mg/kg转化成样品1 -670 0.0062 -695 0.0063 -675 0.014 -680 0.0085 -680 0.0066 -675 0.0057 -680 0.0078 -690 0.0039 -690 0.00910 -695 0.00611 -695 0.00312 -670 0.00813 -680 0.0114 -695 0.0115 -685 0.00616 -680 0.00917 -685 0.00718 -695 0.01119 -675 0.00920 -690 0.0060.007316 0.002268 0.065 0.0065 0.22 0.0223 0.25 0.24 0.0457 0.0564 0.40 0.41 0.0658 0.08965 0.51 0.50 0.0588 0.10366 0.74 0.74 0.0648 0.1456表 2 中共同实验结果按 GB/T 6379. 2 进行统计分析，计算方法的精密度见表 3。表 3 精密度元素 水平范围（mg/kg） 重复性限 再现性限Cd 0.032 r=0.06849w+0.02313 R=0.1758w+0.01539式中，w 是重复测定值的平均值(浓度) 。2.2.9 方法准确性与定值样品的参考值比较采用阳极溶出伏安法（ASV）对 3 组样品进行检测，每个样品检测 6 次，与通过石墨炉原子吸收光谱标准方法（GFAAS）定值的参考值进行配对 t 检验法检验，以考察该阳极溶出伏安法的检测结果与参考值之间是否存在显著性差异。经计算，t D=0.62，查 t 分布表，t 0.05,17=2.11，t D=0.62< t0.05,17=2.11，说明 ASV 测定值与 GFAAS 参考值之间无显著差异（见表 4）。表 4 准确性 t-检验表浓度单位：mg/kg序号 GFAAS检测值 ASV 测试值 差值 di 均值 d 标准偏差 sd td t0.05,171 0.15 0.13785 -0.012152 0.15 0.13957 -0.010433 0.15 0.14069 -0.009314 0.15 0.15934 0.009345 0.15 0.16258 0.012586 0.15 0.16269 0.012697 0.3 0.28963 -0.010378 0.3 0.28463 -0.015379 0.3 0.29037 -0.0096310 0.3 0.27563 -0.0243711 0.3 0.30159 0.0015912 0.3 0.28634 -0.0136613 0.5 0.52934 0.0293414 0.5 0.53148 0.031480.002488 0.016986082 0.62 2.1115 0.5 0.51893 0.0189316 0.5 0.49531 -0.0046917 0.5 0.52496 0.0249618 0.5 0.51386 0.013862.2.10 应用验证2015 年 10 月参加了国家粮食局标准质量中心在广东省国家粮食质量监测中心组织对粮食中镉含量快速测定方法进行适用性测试验证，验证主要参数包括准确性、台间差、重复性。1）准确性采用阳极溶出伏安法对 5 份稻谷样品和一个国家有证标准物质（GBW10045）进行检测，每个样品检测 2 次，采用配对 t 检验法进行检验。经计算， tD=0.25，查 t 分布表，t0.05,9=2.262，t D=0.25< t0.05,9=2.262，说明 ASV 测定值与参考值之间无显著差异（见表 5）表 5 准确性验证浓度单位：mg/kg序号 参考值 ASV 测试值 差值 di 均值 d 标准偏差 sd td t0.05,91 0.102 0.119 0.0172 0.102 0.12 0.0183 0.2 0.198 -0.0024 0.2 0.182 -0.0185 0.311 0.323 0.0126 0.311 0.3 -0.0117 0.433 0.424 -0.0098 0.433 0.432 -0.0019 0.19 0.184 -0.00610 0.19 0.18 -0.01-0.001 0.012534397 0.252106262 2.2622）台间差采用任意两台阳极溶出伏安法检测仪对 5 份稻谷样品和一个国家有证标准物质（GBW10045）进行检测，每个样品检测 2 次，采用配对 t 检验法进行检验。经计算，t D=0.82，查 t 分布表，t0.05,9=2.262，t D=0.82< t0.05,9=2.262，说明 ASV 测定值与参考值之间无显著差异（见表 6）表 6 台间差验证浓度单位：mg/kg序号 ASV 测试值 1 ASV 测试值 2 差值 di 均值 d 标准偏差 sd td t0.05,91 0.101 0.119 0.017 -0.0035 0.013533908 0.817206676 2.2622 0.105 0.12 0.0183 0.194 0.198 -0.0024 0.185 0.182 -0.0185 0.322 0.323 0.0126 0.315 0.3 -0.0117 0.427 0.424 -0.0098 0.443 0.432 -0.0019 0.204 0.184 -0.00610 0.201 0.18 -0.013）重复性采用阳极溶出伏安法对参考值为 0.2mg/kg 的稻谷样品平行测定 6 次，采用卡方检验法进行检验。稻谷重复性测定的卡方检验 2=2.144168<20.95（5）=11.0705，满足 GB/T 4889 数据的统计处理和解释正态分布均值和方差的估计与检验要求，满足本标准检测产品精密度性能评价要求（表 7）。表 7 重复性验证测定次数 测定值 mg/kg 平均值 标准偏差 2 20.95（5） 极差1 0.22 0.1993 0.1974 0.2035 0.2216 0.2140.206 0.0096 2.144168 11.0705 0.024注：标准规定：相对偏差20%，两次测定绝对差0.0412 ，6 次测定的重复性临界极差 CrR95(6)=f(6)*0.0412/2.8=4.0*0.0412/2.8=0.059，重复性标准差 =0.0412/2.8=0.0147， 2=（n-1）s 2/2，根据 GBT 4889  数据的统计处理和解释正态分布均值和方差的估计与检验，查附录 A 表 A.4 得到 20.95（5）=11.07053 采用国际标准和国外先进标准的情况，以及与国际、国外同类标准水平的对比，或者与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况目前，国际标准中尚未有关于粮食中镉含量的阳极溶出伏安法的相关标准，只有部分文献报道。根据我国粮油检测的实际需求及我国阳极溶出伏安技术及该技术在粮油产品中镉检测的发展水平，制定了本标准。本标准方法检出限为 0.0065 mg/kg，定量限为 0.022 mg/kg，具有较高的精密度、准确性和特异性；同现行国标一致性较好。该方法前处理过程简单，检测时间短，仪器设备小巧，便携性好，方法要求条件低，操作简单。实验结果表明，特别适合于粮食中镉快速检测的要求，易于推广应用。4 与有关的现行法律、法规和强制性国家标准、行 业标准的关系本标准颁布实施，符合国家对于食品安全监控的法律、法规要求。所提供的现场快速检测方法，是对现行国家标准食品安全国家标准 食品中镉的测定 GB 5009.15 这一实验室分析方法的重要补充。5 重大分歧意见的处理经过和依据无。6 按照标准化法的有关规定，提出强制性标准或推荐性标准的建议建议将本标准列为推荐性行业标准。7 废止现行有关标准的建议无8 其他应予说明的事项无9 参考文献1 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Nakashima, E. Kobayashi, K. Nogawa, T. Kido and R. Honda. Concentration of cadmium in rice and urinary indicators of renal dysfunctionJ. Occupational and environmental medicine, 1997, 54(10): 750-755.6 蔡秋. 食品中镉检测技术研究进展J.  贵州科学, 2008,  26(3): 83-87.7 吕彩云. 重金属检测方法研究综述J.  资源开发与市场 , 2008, 24(10): 887-890.8 王民. 食品中镉的快速检测方法研究D. 第三军医大学, 2002.9 胡敏 , 王菊芳, 李志勇等. 农产品中镉分析方法的研究进展 J. 食品工业科技, 2007, 3(28): 233-236.10 G. Valette, R. Parsons, The renovated silver ring electrode in determination of lead traces by differential pulse anodic stripping voltammetry. J. Electroanal. Chem. 1985 1919: 377-381.11 I. Cesarino, E.T. G. Cavalheiro, C. M. A. Brettb. Simultaneous Determination of Cadmium, Lead, Copper and Mercury Ions Using Organofunctionalized SBA-15 Nanostructured Silica Modified Graphite Polyurethane Composite Electrode, Electroanalysis 2010, 22: 61 68.12 K. B. Wu, S. H. Hu, J. J. Fei, etc. Mercury-free simultaneous determination of cadmium and lead at a glassy carbon electrode modified with multi-wall carbon nanotubes. Analytica Chimica Acta 2003 489: 215221.13 K. B. Wu, S. H. Hu, J. J. Fei, etc. Mercury-free simultaneous determination of cadmium and lead at a glassy carbon electrode modified with multi-wall carbon nanotubes. Analytica Chimica Acta 2003 489: 215221.14 纪明艳等天然水中铜 () 、铅 ( ) 和镉 ( )与碘络合吸附波的示波极谱测定的研究哈尔滨师范大学自然科学学报，1997, 13(1): 778115 高云涛，刘晓海，项朋志等铋膜电极微分电位溶出法测定环境样品中生物可利用镉分析测试学报，2006, 25(3): 707316 杨春海基于表面活性效应下微量镉的电化学测定湖北民族学院学报 (自然科学版)，2003, 21(2): 454817 许艳霞，胡成国，胡胜水纳米氧化铁修饰波碳电极测定痕量镉离子分析测试学报，2012, 31(2): 221-224附录 A表 A.1 样品粉碎粒度对准确度的影响样品编号 粉碎细度/目 GFAAS 检测值 ASV 测试值 相对误差/% 20 0.09 0.06637 -26.26 40 0.09 0.08779 -2.46 60 0.09 0.09236 2.62 1#80 0.09 0.085