基于胶体金试纸条定量快速检测系统的粮食中重金属铅检测和验证

邢常瑞　王曦如　陆晨浩　赵小旭　张彦明　袁建

[摘要]本研究结合胶体金快速定量法，研发了重金属离子铅快速检测及监测分析系统。通过全国11家检验检测机构利用该系统测定粮食中铅，证明其适用于大米、糙米、玉米、小麦等粮食中铅的快速定量检测，对结果进行统计分析，验证方法的重复性和再现性。测定大米/糙米中重金属铅的检出限为12.36μg/kg，定量限为35.38μg/kg;测定小麦中重金属铅的检出限为11.89μg/kg，定量限为35.28μg/kg;测定玉米中重金属铅的检出限为12.26μg/kg，定量限为36.34μg/kg。其能够满足国标检测要求。通过对不同粮食中重金属铅进行实验室协作测试，重复性的变异系数小于10%，再现性变异系数小于15%，说明该系统可以实现粮食中重金属铅的检测。

[关键词]铅定量检测快速检测系统;实验室验证;统计分析

中图分类号：TS201.6 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201909

铅是对人类健康有巨大毒害作用的金属元素之一，可以通过食物、饮水和空气进入人体[1]。当人体中铅含量升高时，会破坏血红蛋白的合成，造成贫血、肾损伤，导致孕妇流产，破坏人体的神经中枢、影响脑发育[2]。环境中铅含量绝大部分是来自含铅汽油的使用、煤炭的燃烧、工业生产、固体废弃物燃烧等[3]。

由于铅在环境中的蓄积增加了粮食产区小麦、稻谷和玉米铅的暴露风险，因此开发能够现场、快速、便携的定量检测系统迫在眉睫。目前的仪器检测方法对铅的检测灵敏度差、本底值高，同时仪器法价格昂贵，不适合进行现场快速检测[4]。在之前的研究中，笔者所在团队已经开发了重金属离子镉快速检测及监测分析系统，系统小巧轻便、操作简单、检测结果可以追溯，适用于粮库筛查和监测[5-8]。在此基础上，开发了粮食中铅定量检测快速检测及监测分析系统，并进行了实际样品的测试和实验室检测协作验证工作。

目前利用胶体金免疫层析法系统检测检测粮食中重金属离子铅并进行实验室验证的工作较少，而仪器检测方法的验证工作已经很多[9-10]。因此文章基于胶体金免疫层析技术，分析铅定量检测快速检测及监测分析系统的性能，对于粮库和粮食收购企业来说具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

HMG001系列粮食质量安全快速检测及监测分析系统：北京美正生物科技有限公司。

超纯水、硝酸、硫酸、EDTA、乙酸乙酯、甲醇、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、氯化钠等。选择的测试粮食样本覆盖大米/糙米，小麦和玉米，重金属铅浓度在国标限量范围上下（93.6～320.1μg/kg），样品经过定值，部分有证标准物质。

1.2 样品的分发

样品分发前，对样品的均匀性、稳定性、操作指导书等进行审议，通过随机的方式发放样品，除了第五个实验室没有小麦和玉米样品，其他10个实验室测定样品分别为1个糙米、2个大米、1个玉米和1个小麦。样品与操作指导书和检测系统邮寄给参加能力验证的实验室。

1.3 检测过程和方法

基于免疫学原理和分析系统的原理，具体检测过程和方法参考之前的报道[8]。

1.4 实验室验证和结果统计分析

本方法选取行业内外11家实验室验证。在这个试验中，要求操作员按照步骤进行准确操作，进行重复性实验，记录原始数据，并将测量结果保留到小数点后两位。邮寄原始数据，并进行统计分析。对收集的定量检测结果，按照《测量方法与结果的准确度 第2部分：确定标准测量方法重复性与再现性的基本方法》（GB/T 6379.2-2004）[11]和《利用重复性、再现性和正确度的估计值评估测量不确定度的指南》（GB/Z 22553-2010）[12]分析数据，对统计分析中出现的可疑结果和异常值，需要结合专家评议方式来判定是否采用。

2 结果和分析

对11个实验室的检测结果根据国标GB/T 6379.2-2004[11]和GB/Z 22553-2010[12]，采用柯克伦检验和格拉布斯检验剔除离群值，计算重复性、再现性以及变异系数，评价检测和监测系统的性能。

2.1 原始数据统计

收集到的11个实验室检测结果和单元平均值分别见图1和表1，5个不同水平的样品标记为糙米A、大米B、大米C、小麦D和玉米E。可知，对于糙米A检测最低值为83.63μg/kg，最高值为112.73，平均值为96.94μg/kg。大米B测定的最低值为180.42μg/kg， 最高值为243.19μg/kg，平均值为217.028μg/kg。对于大米C测定的最低值为286.15，最高值为363.33μg/kg，平均值为326.755μg/kg。对于小麦D测定最低值为183.21μg/kg，最高值为223.20μg/kg，平均值为216.613μg/kg。对于玉米E测定最低值为178.55μg/kg，最高值为243.85μg/kg，平均值为233.196μg/kg。

2.2 原始数据统计和分析

2.2.1 精密度

精密度指的是在规定条件下，独立测试结果间的一致程度，精密度越低，标准差越大。标准差，在概率统计中最常使用作为统计分布程度上的测量，反映组内个体间的离散程度。

由表2可知，对于糙米A检测标准差最大为2号实验室，结果为11.158，最低为8号实验室，结果为2.588。对于大米B检测标准差最大为7号实验室，结果为14.185，最低為1号实验室，结果为3.207。对于大米C检测标准差最大为3号实验室，结果为18.291，最低为5号实验室，结果为2.890。对于小麦D检测标准差最大为2号实验室，结果为17.514，最低为7号实验室，结果为1.137。对于玉米E检测标准差最大为11号实验室，结果为12.728，最低为7号实验室，结果为1.651。

2.2.2 一致性和离群值的检查

对统计的测定结果进行一致性和离群值的检查。离群值是指样本中的一个或几个观测值，它们离开其他观测值较远，暗示它们可能来自不同的总体。根据样品（n）的数量和实验室（p）的个数，按照规定进行分析，结果见表3。

①n=3，p=11，柯克伦检验5%临界值为0.417;1%临界值为0.504。

对水平1，实验室2的s最大：

∑S=544.331;柯克伦检验统计量值=0.229         （1）

对水平2，实验室7的s最大：

∑S=981.826;柯克伦检验统计量值=0.205         （2）

对水平3，实验室3的s最大：

∑S=1724.375;柯克伦检验统计量值=0.194           （3）

水平1，水平2和水平3的检验统计量小于或等于5%临界值，表明被检验项目为正确值。

②n=3，p=10，柯克伦检验5%临界值为0.445;1%临界值为0.536。

对水平4，实验室2的s最大：

∑S=491.847;柯克伦检验统计量值=0.624           （4）

对水平5，实验室11的s最大：

∑S=577.639;柯克伦检验统计量值=0.280           （5）

水平4的检验统计量大于1%临界值，表明被检验项目为统计离群值，且用双星号（**）标出。

水平5的检验统计量小于或等于5%临界值，表明被检验项目为正确值。

水平4中的一个最小单元平均值经检验为离群值，需要将其剔除。对剩余的单元值经过重复检验;检验结果表明没有一个单元均值（极大值）为离群值。对两个离群值进行格拉布斯检验表明没有一个单元均值为离群值。

水平5中的两个最小单元平均值经格拉布斯检验为离群值，需要将最小单元平均值值剔除。对剩余的单元值的两个离群值（极大值）进行格拉布斯检验表明没有一个单元均值为离群值。

2.2.3 平均值（mj）、重复性标准差（Srj）和再现性标准差（SRj）的计算

按照GB/T 6379所定义的诸方差进行计算，结果见表4和表5。将来自11个实验室5组粮食样品的结果进行统计分析，样品包含天然阳性样品，阳-阴定量混配样品，有证标准样品。精密度分析结果见表4。表4中的数据没有显示出它们与m有任何依赖关系。因而可用它们的平均值。检测结果在93.6～320.1μg/kg，重复性标准差（Sr =8.283），再现性标准差（SR=16.051），试验中共测到2个离群值，在分析中予以剔除。重复性的变异系数小于10%，再现性变异系数小于15%，均符合《食品法典委员会程序手册》（第二十版）中关于联合验证的要求。说明本方法在各实验室验证均有很好的重复性和再现性。

3 结 论

本次实验室验证按照计划，共有11家国内检测机构参与，评价了粮食中铅定量检测快速检测系统的性能，并对结果进行了统计分析，部分实验室出现可疑结果，剔除离异值。对结果进行统计分析表明，测定结果的重复性和再现性符合要求。由此可知，该检测快速检测系统适用于粮食收购现场快速检测和监测。

参考文献

[1] 余雅芹.食品中铅污染状况及其健康风险评价研究[D].武汉：武汉轻工大学，2014.

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[3] 赵多勇，魏益民，魏帅，等.基于铅同位素解析技术的土壤铅污染来源研究[J].安全与环境学报，2015，15（6）：329-333.

[4] 张高强，袁建，贾继荣，等.电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定大米中27种元素的含量[J].粮食与饲料工业，2016（11）：14-17+24.

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[8] 郭健，路宏博，赵小旭，等.重金属离子镉快速检测及监测分析系统的评价[J].粮食科技与经济，2018，43（2）：46-48.

[9] 耿颖，陈华，杨化新，等.含量测定类方法可靠性评价研究——理化Ⅰ类测定方法验证的统计指标和评价标准探讨[J].药物分析杂志，2019，39（1）：183-188.

[10] 袁磊，乔荣霞，杨洪，等.2017年食品检验实验室能力验证结果分析[J].食品安全质量检测学报，2018，9（20）：5504-5510.

[11] GB/T 6379.2-2004.测量方法与结果的准确度 第2部分：确定标准测量方法重复性与再现性的基本方法[S].

[12] GB/Z 22553-2010.利用重复性、再现性和正确度的估计值评估测量不确定度的指南[S].

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

基金項目：国家重点研发计划（2017YFD0401404）;南京财经大学2018年度教改课题（JGZ001）。

作者简介：邢常瑞，男，博士，讲师，研究方向为食品安全。

通信作者：袁建，男，本科，教授，研究方向为食品安全。