乳粉中铅、铬、汞、砷含量测定的实验室间比对分析

段建华，王秀君，赵 静，李翠枝，吕志勇

（1.内蒙古伊利实业集团股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 010110；2.中农孚德检测技术（北京）有限公司，北京 100000）

随着工业化的迅速发展，铅、铬、汞、砷等重金属污染问题日趋严重，土壤、水源等被污染后，使重金属进入食物链， 长期食用被重金属污染的食物，会对人体造成致命危害［1-3］。 铅对人体的危害主要表现为神经毒性，造成认知能力低下、智力水平降低［4-6］； 六价铬的长期摄入会引起扁平上皮癌、腺癌、肺癌等疾病［7-8］；汞及其化合物主要损害神经系统，引起语言和听觉障碍［9-10］；砷对机体健康的影响包括急、慢性毒性作用，可对酶和基因产生影响，增加人体对多种疾病的易感性［11-12］。 由此可见，重金属污染对人体健康造成不可逆的损害。乳及乳制品是人们生活中重要的食物来源， 尤其是乳粉作为婴幼儿的主要食物， 其重金属含量一直是各国政府及消费者关注的焦点。我国在《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）中规定了乳及乳制品、婴幼儿配方食品中重金属的限量。 乳制品企业必须对重金属含量进行严格的监控，保障乳制品质量安全。

目前我国的能力验证机构每年会定期发布能力验证计划，但是由于参加成本高的原因，并非所有的企业实验室都会参加能力验证或参加频次较低。此外，有些检测项目浓度水平高于国家规定的限量值，无法满足企业质量控制的需求。实验室间比对是能力验证活动的有效补充， 其按照预先规定的条件，由2 个或多个实验室组织、实施针对相同或类似被检测物品的检测和评价活动， 可以发现实验室之间检测能力的偏差和差异， 从而有效确保实验室检测结果的准确性［13-15］。 通过组织内部实验室间比对活动， 一方面根据企业的检测工作质量控制需求， 定制不同浓度水平的质量控制样品，全面探查集团化实验室检测能力，帮助实验室识别风险及异常，促进实验室整体能力提高，另一方面也为集团化实验室节约质量控制费用提供了途径，因此，对于完善企业实验室的质量控制工作具有重要意义。

笔者通过分析2021 年度集团化实验室参加能力验证情况并结合重金属项目的风险评估结果，策划实验室间比对活动；采用自主研制的多浓度水平的铅、铬、汞、砷质量控制样品，经均匀性、稳定性检验，采用稳健（Robust）统计技术的算法A［16］确定指定值和能力评定标准差，对实验室检测结果进行评价， 以掌握集团化实验室检测能力水平， 为提升集团化实验室检测技术能力和质量控制水平提供参考。

1 材料与方法

1.1 质量控制样品制备

采用喷雾干燥法制备3 个批次（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）不同浓度水平的乳粉基质铅、铬、汞、砷质量控制样品， 制备好的样品充分混匀后， 分装成小包装样品，每袋样品20 g（共500 袋），用铝箔袋真空包装，粘贴样品标识，在室温条件下保存。

1.2 均匀性检验

均匀性检验方法参照CNAS-GL003：2018《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》，从分装样品中随机抽取10 包，每包样品重复测试2 次。铅、铬、汞、砷含量的检测采用电感耦合等离子体质谱法，运用Minitab 软件的方差分析判断样品的均匀性。

1.3 稳定性检验

稳定性检验方法参照CNAS-GL003：2018《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》，考查样品在运输条件和保存时间下的稳定性。 运输条件稳定性模拟样品运输的温度和时间（50 ℃，5 d）进行试验。保存时间稳定性试验设定3 个时间点，样品发放前、 实验室结果回收后以及实验室间比对报告发布前，涵盖整个计划实施周期。每个设定条件下，从分装样品中随机抽取3 份样品，每份样品重复测定2 次。铅、铬、汞、砷含量的检测方法为电感耦合等离子体质谱法， 采用t 检验法评价样品的稳定性。

1.4 样品发放

每个样品贴有唯一性标识， 每个参试实验室（共31 个实验室参与，铅、铬、砷3 个项目共31 个实验室返回结果，30 个实验室反馈了汞的检测结果）发送2 份样品。 样品常温运输，到达实验室后在室温下保存，开封后尽快完成测试，避免样品因吸潮或变质而影响检测结果。

1.5 检测方法

本次能力验证不限定检测方法， 建议参加者优先选择日常检测方法。可能涉及的方法为《食品安全国家标准 食品中铅的测定》（GB 5009.12—2017）、《食品安全国家标准 食品中铬的测定》（GB 5009.123—2014）、《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》（GB 5009.17—2014）、《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》（GB 5009.11—2014）、《食品安全国家标准食品中多元素的测定》（GB 5009.268—2016）。

1.6 分析及评价方法

依据CNAS-GL002：2018《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》，首先对于明显错误的结果，如单位错误、小数点错误、计算错误，应从数据集中剔除，单独处理；其次进行正态性检验，数据为正态或近似正态分布时， 采用稳健统计方法算法A， 以参加实验室报告结果的稳健平均值作为指定值，以稳健标准差作为能力评定标准差，以Z比分数作为评判依据：Z≤2 时为满意，2＜Z＜3 时为可疑，Z≥3 时为不满意。 计算公式如下：

式中：xi为实验室检测结果；X 为指定值；σ 为能力评定标准差。

1.7 指定值标准不确定度的计算

依据《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》（GB/T 28043—2019），当以稳健平均值作为指定值时，指定值的标准不确定度（ux）为：

式中：s* 为能力评定标准差；p 为参加实验室的数量。

当满足以下准则时， 指定值的标准不确定度可忽略：

式中：ux为指定值的标准不确定度；σ 为能力评定标准差；δE 为最大允许测量误差。

2 结果与分析

2.1 均匀性检验

按照“1.2 均匀性检验”项下方法对质量控制样品的均匀性进行评估，用Minitab 软件进行单因子方差分析［17-18］，当F 值小于临界值Fα（f1，f2）时，表明样品内和样品间无显著性差异， 样品是均匀的。 由表1～表4 可以看出自由度f1=9，f2=10，查表可知临界值F0.05（9，10）=3.02，经均匀性方差分析计算得到铅、铬、汞、砷3 批样品的F 值均小于F 临界值，这表明在α=0.05 显著性水平时，样品间没有显著性差异，样品均匀性良好。

表1 质量控制样品中铅含量检测单因子方差分析结果

表2 质量控制样品中铬含量检测单因子方差分析结果

表3 质量控制样品中汞含量检测单因子方差分析结果

表4 质量控制样品中砷含量检测单因子方差分析结果

2.2 稳定性检验

按照“1.3 稳定性检验”项下方法对质量控制样品的稳定性进行评估， 用Minitab 软件双样本t检验［19-20］进行结果分析，稳定性检验的测试方法、检测人员、实验条件与均匀性检验相同，将每个监测条件下的稳定性检验结果与均匀性检验数据进行比较。若t＜临界值tα（n1+n2-2），说明二次平均值之间无显著性差异， 样品在实验室间比对活动过程中稳定性良好。 质量控制样品的稳定性分析结果见表5～表8。

表5 质量控制样品中铅含量检测稳定性分析结果

表7 质量控制样品中汞含量检测稳定性分析结果

查表可知临界值t（0.05，24）=2.064，铅、镉、汞、砷3个批次样品的t 值均小于临界值， 表明样品在运输及保存条件下与均匀性检验结果相比， 二次平均值之间无显著性差异， 样品中目标值含量是稳定的。

2.3 结果统计参数

本次实验室间比对，铅、铬、砷每个项目收到31 家实验室的检测结果， 汞共计30 家实验室反馈结果，结果均呈单峰、近似对称分布。 按照预先设定的统计方法， 采用稳健统计技术的算法A 确定指定值和能力评定标准差， 即采用算法A 统计得出的稳健平均值作为指定值， 稳健标准差作为能力评定标准差，铅、铬、汞、砷项目的指定值标准不确定度ux均小于0.3σ，故其指定值标准不确定度可忽略不计，结果统计参数见表9。

表9 结果统计参数

2.4 稳健统计结果

各实验室的Z 值见表10～表11， 无不满意结果，带“*”的数据表示结果可疑（即2＜｜Z｜＜3）。 结合每个实验室的2 个样品检测结果， 可以看出代码为“5、37、51、49”的实验室检测结果呈系统偏高或系统偏低的趋势，实验室在进行技术分析时，可考虑是否存在系统误差。 代码为“52”的实验室结果无明显趋势，可能由随机误差造成。

表10 铅、铬的稳健统计结果

表11 汞、砷的稳健结果统计表

2.5 稳健统计结果分布

由Z 值分布表（见表12）可以看出，｜Z｜≤2 时，铅、 铬、 汞、 砷的满意率分别为98.4%、98.4%、96.7%、95.2%，实验室对满意结果不需要进一步采取措施；2＜｜Z｜＜3 时，铅、铬、汞、砷的可疑结果占比为1.6%～4.8%，出现可疑结果的实验室应进行技术分析，采取改进措施，预防出现不满意结果；｜Z｜≥3时，未出现不满意结果，说明参试实验室整体检测能力良好。

表12 Z 值分布表

3 讨论

本次实验室间比对产生了可疑结果， 个别实验室的平行样结果超出了检测方法规定的精密度范围，出现这种情况的影响因素有很多，如人员、仪器设备、试剂、方法、环境等［21-22］。 通过分析各参加实验室反馈的信息和原始记录， 原因可能有以下几个方面：①前处理采用微波消解法时，需注意加酸时应将罐壁上的样品冲至罐底， 若罐壁上有残留样品，结果将出现偏差；消解罐放气减压时拧开排气阀速度不宜太快，如果溶液从排气口喷出，可能会导致检测结果偏低。②每次检测前，应将仪器的各项参数调至最优， 保证仪器的灵敏度及稳定性。 ③器皿应现用现洗，清洗后放置时间长，可能会导致响应值偏高且波动较大。 ④器皿上残留的重金属清洗不彻底，会造成空白值偏高，从而影响低含量样品的回收率和精密度。

4 结论

研究表明， 样品的均匀性和稳定性检验结果满足实验室间比对计划要求， 实验室整体检测能力良好。通过组织实验室间比对，了解实验室整体检测能力水平，帮助实验室发现风险及差异，促进实验室整体检测技术能力的提升， 同时为乳制品实验室进行质量控制提供依据。