一种检测大米中镉含量的标准物质及其制备方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种检测大米中镉含量的标准物质及其制备方法。

背景技术

镉是一种自然界广泛存在的重金属有害元素，由于镉元素的摄入会对人体造成极大影响，因此食品领域中对于镉元素的检测尤为重视。农作物中，水稻富集镉元素的能力较强，因此大米是常见粮食中含镉元素较多的种类，经调查显示，大米中镉含量超标的频率较高。

目前，对于大米中镉元素含量的检测主要是将大米磨成粉，随后采用石墨炉原子吸收光谱法(GB 5009.15-2014)、电感耦合等离子体质谱法和电感耦合等离子体发射光谱法(GB 5009.268-2016)等进行检测，而检测过程中仪器校准、分析方法评价、测量过程质量控制及能力验证所需要的标样基本来自于天然种植的含镉阳性大米样品制备的镉基体标准物质。然而这些天然种植的标样存在着较大的随机性，其镉元素含量的预期浓度难以保障，不同批次种植的样品之间浓度差异较大，在应用时不仅难以满足定制化要求，同时也存在均匀性和稳定性不佳的问题。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了检测大米中镉含量的标准物质的制备方法，该方法以新鲜大米为直接原料，通过破碎、加标及冻干的手段引入目标量的隔元素并使其有效固定在大米粉末中，制备的产品不仅可实现镉元素含量的定制化，同时该产品具有优异的均匀性和稳定性，可直接应用在大米镉元素定量检测过程中仪器校准、分析方法评价、测量过程质量控制及能力验证当中。

一种检测大米中镉含量的标准物质的制备方法，包括以下步骤：

(1)将新鲜大米粉碎、过筛、干燥后，得大米粉；

(2)将大米粉与标液混合均匀，得加标混合液；所述标液包括还原剂和设计量的含镉物质，所述还原剂为β-巯基乙醇、二硫苏糖醇、巯基乙酸中的至少一种，浓度为1～10mmol/L；

(3)将加标混合液冷冻干燥后，经破碎、过筛、干燥处理至含水率≤5wt％后混匀、灭菌，即得所述检测大米中镉含量的标准物质。

现有技术中，含镉大米标样主要为种植原生大米为主，而本发明技术方案为了确保标样的均匀性和稳定性，以新鲜的正常大米为原料，通过后期加标的方式制备产品。研究发现，稻米中的镉主要以含巯基的镉结合蛋白形式存在，然而由于大米粉中的这些巯基化学功能团并不稳定，极易被氧化生产二硫键等，尤其是在大米被粉碎后，大量蛋白质巯基被氧化，从而造成含镉物质无法和大米粉稳定的结合，导致直接加标法制备大米粉中镉标准物质的均匀性和稳定性较差。因此，本发明技术方案通过将设计量的含镉物质稀释后，在稀释液中加入特定种类及含量还原剂可有效将大米粉中已经生成的二硫键还原成巯基功能团，随后通过快速的冷冻干燥法干燥半成品，确保最终产品的均匀性和稳定性。

优选地，所述步骤(1)中新鲜大米的镉含量≤0.05mg/kg。

优选地，所述步骤(1)中过筛时筛网的目数为20～200目。

优选地，所述步骤(1)中大米粉的含水量≤5wt％。

在于标液混合前，通过降低大米粉中的含水量可有效保障还原剂的充分作用及含镉物质的充分负载。

优选地，所述含镉物质为镉溶液标准物质。

优选地，所述步骤(2)中，标液与大米粉的质量比为(0.5～1.8)：1。

更优选地，所述标液与大米粉的质量比为(1～1.5)：1。

优选地，所述还原剂为β-巯基乙醇，在标液中的浓度为4～6mmol/L。

进一步地，发明人发现，采用β-巯基乙醇作为还原剂的效果最佳，可保障大米粉中的二硫键有效被还原成巯基，有利于镉和含巯基蛋白结合。

优选地，所述步骤(2)中大米粉与标液在混合时采用搅拌混合，搅拌的时间为5～30min，更优选为8～15min。

优选地，所述步骤(3)中，冷冻干燥依次包括与冷冻干燥和升华干燥，所述预冻干燥时的温度为-10～-70℃，干燥时间为8～40h；所述升华干燥时的温度为10～40℃，干燥时间为8～40h。

在所述冻干处理手段下，大米粉可充分与含镉物质结合且不会发生氧化，而如果以其他手段对混合物进行干燥处理，将会导致结合程度降低，甚至出现大米粉氧化严重的问题。

优选地，所述步骤(3)中过筛时筛网的目数为20～200目。

优选地，所述步骤(3)中混匀时的温度为18～25℃，相对湿度≤40％，混匀时间为10～60h。

优选地，所述步骤(3)中灭菌采用辐射进行，所述辐射的剂量为8～12kGy，辐射的时间为0.5～1.5h。

本发明的另一目的在于提供所述制备方法制备得到的检测大米中镉含量的标准物质。

本发明所述检测大米中镉含量的标准物质均匀性和稳定性好，其含有的镉元素含量设计可控，可用于粮食及其制品等相似基体样品中镉含量测定所用的仪器校准、分析方法评价、测量过程质量控制和能力验证等，尤其是用于检测精度验证方面，本发明所述产品可针对在检测精度验证时想要重点考察的某些浓度点进行定制化。

本发明的有益效果在于，本发明提供了一种检测大米中镉含量的标准物质及其制备方法，该方法以新鲜大米为直接原料，通过破碎、加标及冻干的手段引入目标量的隔元素并使其有效固定在大米粉末中，由于特定的加标还原剂的使用，制备的产品不仅可实现镉元素含量的定制化，同时该产品具有优异的均匀性和稳定性，可直接应用在大米镉元素定量检测过程中仪器校准、分析方法评价、测量过程质量控制及能力验证当中。

附图说明

图1为本发明实施例1中产品的标准物质标液标准曲线图。

图2为本发明实施例1中产品的长期稳定性监测趋势图。

图3为本发明实施例1中产品的短期稳定性监测趋势图。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施所涉及的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。

本发明具体实施方式中采用以下仪器进行标样的制备及验证：

电感耦合等离子体质谱仪(美国安捷伦公司)；石墨炉原子吸收光谱仪(美国安捷伦公司)；微波消解仪(意大利麦尔斯通公司)；电热鼓风干燥箱(上海一恒公司)；冷冻干燥机(永合创信公司)；高效混合机(广州德工机械设备公司)；电子天平(美国梅特勒公司)；卡尔费休水分仪(美国梅特勒公司)；超纯水系统(美国密里博公司)。上述仪器、设备均为市售产品，本领域技术人员能够根据实际需要选购适合仪器、设备，此处不再一一列举具体产品型号。

实施例1

本发明所述检测大米中镉含量的标准物质及其制备方法的一种实施例，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将新鲜大米(市售镉含量≤5mg/kg大米)使用打粉机粉碎、过50目筛、干燥至含水量≤5wt％后，得大米粉；

(2)将大米粉与标液按照质量比1:1.2混合搅拌10min至均匀，得加标混合液；所述标液包括还原剂和设计量的镉溶液标准物质(镉溶液标准物质使用国家计量行政部门批准颁布的有证标准物质)，所述标液首先将镉溶液标准物质用水稀释，随后加入还原剂β-巯基乙醇配制成标液，标液中β-巯基乙醇浓度为5mmol/L；

(3)将软糊状的加标混合液制成10mm样品，随后先在-50℃下预冻干燥24h，再在0.001Pa真空度下25℃升华干燥24h，经破碎、过50目筛、干燥处理至含水率≤5wt％后在20℃，相对湿度40％环境下混匀48、将样品采用钴辐射装置在辐射剂量10kGy下辐射1h灭菌，即得所述检测大米中镉含量的标准物质。

对该产品进行验证：

(a)称取制备的固体样品0.3g(精确至0.001g)于微波消解内罐中，加入5mL硝酸，加盖放置1h后，再加入5mL一级水，旋紧罐盖，按照微波消解仪标准操作步骤进行消解。冷却后取出，缓慢打开罐盖排气,用少量水冲洗内盖，用水定容至50mL容量瓶，混匀备用，同时做空白试验；

微波消解条件：程序升温，3min升温至80℃，在9min内持续升温至190℃，并维持温度消解25min；

(b)分别准确移取0.05mL的1000mg/L标准溶液于500mL容量瓶中，配制成0.1μg/mL中间标准储备液，再依次取中间储备液0.10、0.25，0.50、1.0、2.5、5.00mL至50ml容量瓶中，依次配制成0.2、0.5、1、2、5、10μg/L的工作曲线溶液，用ICP-MS分析；

电感耦合等离子体质谱：采集模式：He模式，检测方法：自动，物化室温度：2℃，采样深度：10mm，射频功率：1550w，辅助气流量：1.00L/min，雾化气流量：1.00L/min，蠕动泵：0.1rps，等离子体气体流量：15.0L/min；

根据标准溶液和每秒计数值(CPS)制作标准曲线如图1所示，线性范围为0.2～10μg/L，线性方程：y＝903.59x+39.17，大米称样量按0.3g计算，则大米粉中镉含量的线性范围为：0.03mg/kg～1.67mg/kg，相关系数为R

(c)连续测量10次空白样品，计算空白样品的平均值和标准偏差SD，检出限为3倍的SD，定量限为10倍的SD。

方法检出限和定量限结果见表1，测量10次空白样品(未加标的大米粉)，计算得到空白样品平均值为0.026μg/L和标准偏差0.0035μg/L，得到最低检出限为3×SD＝3×0.0035μg/L＝0.0105μg/L，定量限为10×SD＝10×0.0035μg/L＝0.035μg/L。试样定容体积为50mL，样品量按0.3g计算。则样品的检出限为0.0105μg/L×50mL/0.3g＝0.0018mg/kg，定量限0.035μg/L×50mL/0.3g＝0.0058mg/kg。

表1

(d)准确称取空白大米粉0.3g(精确到0.0001g)，置于微波管中，加入适量的镉标准溶液，使其浓度为0.10mg/kg，混匀后按照步骤(a)进行分析。重复测量7次。精密度测量结果见表2，计算得到其相对标准偏差RSD为0.74％，符合定值要求。

表2

(e)准确称取空白大米粉0.3g(精确到0.0001g)，置于微波管中，加入适量的镉标准溶液，使其浓度为0.10mg/kg和0.20mg/kg，混匀后按照(a)进行分析。测得样品的加标回收率，以加标回收率来评估测量结果的准确度，结果见表3所示，大米粉中镉的加标回收率为99.5％～106.2％，在80％～110％之间，符合定值要求。

表3

(f)均匀性检测：根据JJF1343《标准物质的定值及均匀性、稳定性评估》的相关要求，随机抽取11瓶样品进行均匀性检验。每个样品单元重复测量3次，采用以下测量方案，使用单因素方差分析法检验样品均匀性。

重复次数1：1-3-5-7-9-11-2-4-6-8-10；

重复次数2：11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-1；

重复次数3：2-4-6-8-10-1-3-5-7-9-11；

产品的均匀性检验结果参见表4，采用单因素方差分析法统计分析，得到F

表4

(g)稳定性检测：

长期稳定性：将产品置于室温避光的条件下，分别在第0、1、2、4、6个月随机抽取2个单元，每个单元平行测3次来进行长期稳定检验。

长期稳定性采用经典稳定性评估方案，统计数据结果如表5和图2所示，基于β

表5

短期稳定性：将产品置于50℃恒温箱中(模拟极限运输条件)保存，分别在第0、1、3、5、7天进行稳定性检测。

短期稳定性采用同步稳定性评估方案，统计数据结果如表6和图3所示，检验方法和长期稳定性相同，检验结果|β

表6

(h)采用电感耦合等离子体质谱和石墨炉原子吸收光谱法两种不同原理方法对产品中镉含量进行定值，分别采用F检验和t检验对两种不同原理定值方法的结果进行等精度检验和平均值一致性检验。结果如表7所示。

表7

F检验结果如下：

且f

t检验结果如下：

且t

采用电感耦合等离子体质谱法和石墨炉原子吸收光谱法为定值方法，经检验两组定值数据均无明显差异，因此两种方法等精度。定值的结果取两种不同原理方法测量结果的平均值，结果如下：

综上所述，产品中镉标准物质定值结果为0.2205mg/kg。

(i)进一步地，对产品的镉标准物质不确定度进行评估：

根据技术规范要求，采用单因素方差分析法进行均匀性评估，因为s

式中：s

根据表4数据可得出均匀性引入的不确定度为：

u

根据表5的数据，有效期为6个月的长期稳定性引入的不确定度u

u

根据表6的数据，短期稳定性引入的不确定度u

u

定值引入的不确定度包括A类不确定度u

两种不同方法定值值引入的不确定度包括A引入的A类不确定度为

定值引入的B类不确定度主要由以下四部分组成，标准溶液配制、样品称量和标准曲线拟合，定值过程引入的B类标准不确定度分量见表8。

表8

由表8数据合成得到B类标准不确定度为：

因此定值引入的标准不确定度为：

大米粉中镉标准物质的合成不确定度为：

取包含银子k＝2，扩展不确定度为：

U

综上所述，本实施例所述产品的镉标准物质不确定度合格。

实施例2

本发明所述检测大米中镉含量的标准物质及其制备方法的一种实施例，与实施例1的差别仅在于，所述还原剂为二硫苏糖醇。

对本实施例产品进行实施例1相同的检测及验证，实验结果与实施例1接近。

实施例3

本发明所述检测大米中镉含量的标准物质及其制备方法的一种实施例，与实施例1的差别仅在于，所述还原剂为巯基乙酸。

对本实施例产品进行实施例1相同的检测及验证，实验结果与实施例1接近。

对比例1

一种检测大米中镉含量的标准物质及其制备方法，与实施例1的差别仅在于，所述标液中不含还原剂。

其均匀性检验结果见表9，采用单因素方差分析法统计分析，得到F＞F

表9

对比例2

一种检测大米中镉含量的标准物质及其制备方法，与实施例1的差别仅在于，所述标液中还原剂为二硫赤藓糖醇。

其均匀性检验结果见表10，采用单因素方差分析法统计分析，得到F

长期稳定性检验结果如表11，用t检验进行判断：检验结果∣β

表10

表11

对比例3

一种检测大米中镉含量的标准物质及其制备方法，与实施例1的差别仅在于，所述标液中还原剂的浓度与为15mmol/L。

其均匀性检验结果见表12，采用单因素方差分析法统计分析，得到F＞F

表12

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。