《谷物及其制品中镉含量的快速定量测定 电化学阳极溶出伏安法》编制说明

安徽省地方标准编制说明标准名称谷物及其制品中镉含量的快速定量测定电化学阳极溶出伏安法任务来源（项目计划号）2023-3-29第一起草单位（盖章）安徽省产品质量监督检验研究院单位地址安徽省合肥市包河工业园延安路13号参与起草单位合肥工业大学食品与生物工程学院、安徽大学生命科学学院、合肥海关技术中心、池州市质量监督检验研究院、安徽联河股份有限公司标准起草人序号姓名单位职务职称电话编制情况1、编制过程简介2023年3月申报地方标准《谷物及其制品中镉含量的快速定量测定电化学阳极溶出伏安法》，并在之前研究基础上进一步开展检测方法研究。本标准由安徽省产品质量监督检验研究院作为第一起草单位，合肥工业大学食品与生物工程学院、安徽大学生命科学学院、合肥海关技术中心、池州市质量监督检验研究院、安徽联河股份有限公司等5家单位共同参与起草，经过多次讨论和修改，于2024年2月形成了征求意见稿，并向省级有关行政主管部门，各专业标准化技术委员会，各直属机构以及社会公众征求意见。本标准按GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》给出的规则起草。在制定过程中，得到了行业专家、主管部门和生产企业的大力支持，并对标准提出了很多具体意见，使标准逐渐完善、科学和更具有可操作性。2、制定标准的必要性和意义2.1必要性：镉是人体非必需元素，在自然界中常以化合物状态存在，一般含量很低，但镉的毒性较大，被镉污染的食物对人体危害严重，且在人体内代谢较慢。当人们误食镉含量超标的食物后，会出现恶心、呕吐、腹痛、腹泻等症状，严重者伴有眩晕、大汗、虚脱、上肢感觉迟钝、抽搐、休克，甚至会导致肾脏受损乃至威胁生命安全。谷物中镉超标问题是近年来粮食加工品抽检中的主要问题，这主要由于灌溉水和土壤中镉含量超标，进而导致了谷物及其制品中重金属镉超标。目前我国现行的谷物及其制品中镉检验国家标准主要为GB5009.15-2014《食品安全国家标准食品中镉的测定》和GB5009.268-2016《食品安全国家标准食品中多元素的测定》。虽然这两种检测方法精度高且检出限低，能基本满足检测需求，但是需要较为复杂的前处理过程，而且仪器价格昂贵、检测周期长。因此，开发出一种快速、简便的镉含量检测方法迫在眉睫。2.2意义：本标准从低成本、易操作、便携式等特性出发，建立了一种可以现场快速检测谷物及其制品中镉含量的电化学阳极溶出伏安法。该方法成本低、检测速度快、前处理过程较为简单，可以满足谷物及其制品实时和现场监控的实际需求，大大提高了市场监督和检测的效率，进一步完善了谷物及其制品中镉含量检测的标准体系，为食品安全监管提供了技术支撑力量。3、制定标准的原则和依据，与现行法律法规、标准的关系3.1制定标准的原则（1）适用性原则。本标准是对安徽省地方标准制修订工作的流程、管理等方面提供的指南，标准总体上从标准制定的全流程工作进行了规范，明确步骤、时间节点、工作内容，能够非常有效地指导行政主管部门、标准起草单位开展地方标准制修订工作。（2）规范性原则。严格按照GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的要求和规定编写本标准的内容，保证标准的编写质量。3.2制定标准的依据本标准制定的依据是2018年实施的《中华人民共和国标准化法》，2019年实施的《安徽省地方标准管理办法》，2020年实施的《地方标准管理办法》、DB34/T2800-2020《地方标准制修订工作指南》。3.3现行法律法规、标准的关系本标准符合国家相关法规和标准的有关规定。4、主要条款的说明，主要技术指标、参数、试验验证的论述（详细说明）4.1主要条款：本标准的章节由：范围、规范性引用文件、原理、试剂和材料、仪器和设备、分析步骤、分析结果的表达、精密度、其他等部分组成。其中“试剂和材料”、“仪器和设备”和“分析步骤”是本标准的主要技术内容。本标准规定了谷物及其制品中镉含量的快速定量测定-电化学阳极溶出伏安法的测定方法，本标准适用于用大米、糙米、玉米、小麦等谷物及其制品中镉含量的快速定量测定。4.2主要技术指标、参数：4.2.1分析步骤试样处理样品粉碎经60目筛网过筛后，准确称取1g样品于10mL离心管中，加入5%硝酸（4.2.1）5mL，剧烈涡旋震荡5min以提取镉离子，再以9000r/min的转速离心10min将待测液与基质分离，得到的上清液即为待测液。仪器的参考条件（1）电极活化程序：-0.4V，180s。（2）富集时间：120s。（3）溶出电压范围：-1.2~-0.4V。标准曲线的制作（1）活化：待电极组装完成后，取900μL商业化缓冲液（4.1.2）于样品池中，将电极完全浸没到缓冲液中，使用计时电流法（i-t）对电极进行初步活化。（2）富集：向样品池中加入镉标准溶液（4.3.1），使得待测镉浓度为5μg/L、10μg/L、20μg/L、30μg/L、50μg/L，搅拌10s，在-1.3V恒电位下运行富集程序。（3）溶出并制作标准曲线：富集结束后静置10s，使用方波伏安法（SWV）运行程序，得到的电流强度作为纵坐标，浓度为横坐标绘制标准工作曲线。试样溶液的测定（1）活化：待电极组装完成后，取900μL商业化缓冲液（4.1.2）于样品池中，将电极完全浸没到缓冲液中，使用计时电流法（i-t）对电极进行初步活化。（2）富集：取200μL待测液（6.1）加入到样品池中，搅拌10s，在-1.3V恒电位下运行富集程序。（3）溶出：富集结束后静置10s，使用SWV运行溶出程序，测得电流强度，同时做空白试验。4.2.2分析结果的表达试样中镉含量按式（1）进行计算：QUOTEω=（c-c0）ω—试样中镉的含量，单位为mg/kg；c—从标准工作曲线上查出的试样溶液中金属的浓度，单位为微克每升（μg/L）；c0—测得的样品空白浓度，单位为微克每升（μg/L）；v—样品处理后的待测液体积，单位为毫升；m—称取的样品质量，单位为克（g）。以重复性条件下获得的两次独立测定结果的算术平均值表示，结果保留小数点后三位。4.3试验验证：4.3.1方法的原理本方法采用电化学阳极溶出伏安法原理。试样经稀酸提取后，采用丝网印刷电极（SPCE）作为三电极体系，工作电极和对电极均为石墨碳电极，参比电极为Ag/AgCl，经过阴极恒电位沉积过程和阳极溶出过程，溶出电流值与重金属镉含量成正比，从而实现对样品中镉的定量分析。4.3.2实验参数优化（1）浸提液浓度的优化本方法对各种基质前处理方法相同，均选择硝酸作为浸提液，因此选择一种基质作为代表进行浸提液浓度的优化试验，本次优化试验选择大米基质，研究比对镉含量为0.1mg/kg、0.2mg/kg、0.4mg/kg三个梯度浓度的大米基质在2%硝酸、5%硝酸、8%硝酸、10%硝酸浸提液提取后的检测结果，检测结果见表1，结果发现，随着硝酸浓度的增加，镉的提取效率增加，但大于5%硝酸浓度后，镉的提取效率趋于稳定，综合考虑提取效率选择5%硝酸作为镉快速检测的浸提液。表1浸提液浓度的优化试验结果浸提液浓度大米镉含量0.1mg/kg0.2mg/kg0.4mg/kg2%硝酸0.0420.1350.3135%硝酸0.0910.1820.3628%硝酸0.0940.1840.36510%硝酸0.1010.1900.371浸提时间的优化本方法对各种基质前处理方法相同，因此选择一种基质作为代表进行浸提时间的优化试验，本次优化试验选择小麦粉基质，研究比对镉含量为0.1mg/kg、0.2mg/kg、0.4mg/kg三个梯度浓度的小麦粉基质在5%硝酸浸提液分别浸提2分钟、5分钟、8分钟、10分钟后的检测结果，检测结果见表2，结果发现，随着浸提时间的增加，镉的提取效率增加，但大于5分钟浸提后，镉的提取效率趋于稳定，综合考虑提取效率和工作时间选择5分钟作为镉快速检测的浸提时间。表2浸提时间的优化试验结果浸提时间小麦粉镉含量0.1mg/kg0.2mg/kg0.4mg/kg2分钟0.0520.1340.3125分钟0.0910.1820.3628分钟0.0950.1870.37110分钟0.1030.1900.374线性范围的验证使用镉标准品溶液（1000mg/L）配制系列标准溶液，浓度分别为5μg/L、10μg/L、20μg/L、30μg/L、50μg/L，通过活化、富集程序进行检测，得到的电流强度作为纵坐标，浓度为横坐标绘制标准工作曲线，线性方程为：Y=0.01121X-0.04779，线性相关系数r=0.992,说明在5μg/L至50μg/L镉的浓度范围内具有良好线性。表3线性范围的验证镉的浓度（μg/L）0510203050电流强度μA0.001320.008260.064310.176410.288510.51271检出限和定量限的验证选择大米、小麦粉和玉米三种基质作为检测对象，向空白基质样品中加入镉标准溶液，空白、0.5倍检测限（0.01mg/kg）、1倍检测限（0.02mg/kg）和1.5倍检测限（0.03mg/kg）。检测结果见下表1：表4大米方法检出限和定量限检测项目镉（Cd）加标浓度（mg/kg）空白0.010.020.03原子吸收法检测结果（mg/kg）0.00230.0100.0210.032伏安法检测结果（mg/kg）0.0100.0210.0180.031相对偏差RD（%）62.6结论：当大米样品中添加镉浓度大于0.02mg/kg时，标准偏差为7.7%、1.6%，小于10%，确定检出限0.02mg/kg，定量限为3倍检出限，定量限为0.06mg/kg。表5小麦粉方法检出限和定量限检测项目镉（Cd）加标浓度（mg/kg）空白0.010.020.03原子吸收法检测结果（mg/kg）0.001020.0110.0220.032伏安法检测结果（mg/kg）0.0100.0150.0180.028相对偏差RD（%）81.5结论：当小麦粉样品中添加镉浓度大于0.02mg/kg时，标准偏差为7.3%、6.7%，小于10%，确定检出限0.02mg/kg，定量限为3倍检出限，定量限为0.06mg/kg。表6玉米方法检出限和定量限检测项目镉（Cd）加标浓度（mg/kg）空白0.010.020.03原子吸收法检测结果（mg/kg）0.00130.0100.0210.028伏安法检测结果（mg/kg）0.0180.0160.0190.024相对偏差RD（%）86.523.15.07.7结论：当玉米样品中添加镉浓度大于0.02mg/kg时，标准偏差为5.0%、7.7%，小于10%，确定检出限0.02mg/kg，定量限为3倍检出限，定量限为0.06mg/kg。不同基质的验证测试选择大米、小麦粉和玉米三种基质作为检测对象，按照GB2762-2022不同限量值要求，加标不同梯度浓度，按原子吸收法进行检测，然后按伏安法进行检测比较分析。5.1基质——大米（Cd限量为0.2mg/kg）Cd评价数据评价人1评价人2评价人3评价浓度1（低0.116mg/kg）0.1160.1150.1110.1110.1090.1030.1240.1090.1110.1050.1150.1090.1060.1300.1070.1100.1280.1120.1160.1160.112评价浓度2（中0.200mg/kg）0.2000.1980.1910.2180.1800.2180.2140.1860.1810.2100.1830.1910.2140.1920.2060.2100.1870.1830.1820.1810.195评价浓度3（高0.410mg/kg）0.3880.4180.4400.3910.4360.4460.4070.4240.4480.3870.4010.4110.3760.4480.3920.4180.4400.4220.4040.4270.423评价结果平均值RSD两种方法相对偏差RD（%）0.1136.2%1.310.1966.9%1.010.4175.3%0.855.2基质——小麦（Cd限量为0.1mg/kg）Cd评价数据评价人1评价人2评价人3评价浓度1（低0.054mg/kg）0.0480.0500.0550.0550.0480.0520.0590.0550.0520.0580.0540.0570.0620.0570.0500.0580.0510.0560.0560.0590.063评价浓度2（中0.110mg/kg）0.1000.1070.1110.1110.1090.1090.1190.1130.1020.1090.1190.1150.1050.1070.1200.1120.1050.1140.1040.1100.115评价浓度3（高0.217mg/kg）0.2120.2230.2090.2150.2340.2140.2080.2200.2070.2320.2190.2030.2090.2190.2110.2220.2320.2190.2160.2110.210评价结果平均值RSD两种方法相对偏差RD（%）0.0557.7%0.920.1105.0%00.2164.0%0.235.3基质——玉米（Cd限量为0.1mg/kg）Pb评价数据评价人1评价人2评价人3评价浓度1（低0.110mg/kg）0.0890.1110.0990.1040.1030.1070.1060.1100.1050.1010.1070.1140.0980.1260.1180.1020.1050.1200.1070.1060.109评价浓度2（中0.218mg/kg）0.2200.2270.2310.2120.2230.2250.2340.2120.2190.2170.2140.2110.2