李海峰，刘 军

（中国计量科学研究院，化学计量与分析科学研究所，北京100013）

食品无机成份检测量值传递与溯源体系研究

李海峰，刘 军

（中国计量科学研究院，化学计量与分析科学研究所，北京100013）

由于食品安全等问题的凸显，食品类标准物质及溯源体系日益在食品工业和科技中受到重视。对食品无机成分检测溯源体系的组成、过程、存在相关问题等进行了阐述，在此基础上对近年来的研究进展，如聚类分析在能力验证、国际比对中的应用，分析方法如光谱、质谱仪器漂移校正方法等进行了论述，阐述了食品溯源体系建设的必要性和迫切性。关键词：分析，计量，标准物质，元素

食品检测是食品安全得以实现的一个重要途径。无机成分分析是食品安全［1］与检测的重要内容之一。实现不同实验室检测结果的准确一致、可靠可比是食品相关法制计量的核心要求。食品类标准物质及溯源体系是食品工业和食品科学研究的必要内容［2-3］，是相关生产和质量标准体系的有机组成之一。近年来，随着民生计量、环境计量等概念的提出，涉及人民群众身心健康的检测项目，日益受到不同行业和领域的关注。食品检测比较复杂，表现在污染物类型众多，基体多种多样，前处理和检测方法各异，食品包装材料［4］不同等方面。不同研究者可能会得出不同的结论［5-7］。对于决策机构，获取可靠的数据是正确判断和科学决策的前提。因此，建立量值溯源体系，实现测量结果的准确、可靠和有效，是十分必要和迫切的。量值溯源体系在关系国计民生的许多领域都是研究的热点和方向之一［8-12］。食品领域的溯源性研究不少，主要是管理学上针对食品原料和产地的追溯体系［2］。同一产地的产品由于生产过程、环境条件的差异等原因，质量可能差别较大，其质量优劣最终仍需通过检测判断其是否合乎国家标准。本文所述量值传递与溯源体系是针对检测项目和内容，同时可以为其他的溯源体系（如产地标识溯源等）提供技术支持和有效性证明，研究意义重大，但相关报道很少［14-15］。

1 食品量传溯源体系

食品量传溯源体系是食品领域重要的体系之一，是量值溯源和传递体系在食品检测领域的具体体现和应用。量值溯源体系主要由标准体系及其量值传递和溯源过程组成（见图1），量值传递是由SI国际单位向具体测量的物理或化学特性量值逐级进行赋值的过程。溯源的过程与此相反，主要是各实验室通过标准体系、标准方法等直接或间接通过标准装置、基准装置进行量值验证，证明其测量有效性的过程。标准体系包括标准物质、标准方法、标准装置。量值传递的物质基础是标准物质，其具体过程一般是通过能力验证或其他比对溯源到国家基准或标准，国家基准或标准通过国际比对实现等效一致或溯源到SI单位。对于某些领域测试所采用的仪器设备，按计量法的要求，一般需要依据相应规程通过检定、校准等进行验证，需要由各级计量机构来实施。国家计量院负责对其基准和标准装置进行维护，实现量值的有效传递和溯源，对过程和方法进行研究和完善，并实现校准测试能力的国际互认（Calibration Measurement Capability，CMC）。

2 溯源体系与统计方法

能力验证和国际比对是实现量值溯源，并对实验室测量水平正确评估的有效途径。总体上，我国实验室操作人员素质有所提高，但对溯源和测量结果的认识仍有待提升。食品检测机构配套设备不断完善，问题仍然不少。例如，2008年，中国计量科学研究院化学计量与分析科学研究所受中国合格评定国家认可委员会委托，组织了针对小麦粉中重金属Pb和Cd含量测定的能力验证CNAS T0402［1］，全国共有70家实验室参加，涉及到质检、卫生、检测机构、科研院所等众多行业和领域。数据统计显示，个别实验室测量结果与中位值差别较大。某些实验室采用无有效证书的溶液作为标准，对溯源的认识仍有待提高。目前，国际计量局BIPM组织的食品相关国际关键比对18项，主要以无机成分为主的有16项，中国计量科学院参加的国际关键比对有7项（见表1）。

图1 食品检测方法量值溯源图

表1 食品相关国际关键比对内容

针对能力验证和国际比对的统计分析方法也是溯源体系的重要组成。目前，分析统计方法不断完善和提高。在能力验证CNAS T0402中，除了采用稳健统计分析方法、Z比分数进行分析外，还首次将聚类分析应用于能力验证［16］。通过聚类分析，将不同实验室按照测试结果进行分类和分组，也可实现对离群实验室的判定和划分，为进一步对系统偏差的分析提供了前提，可弥补稳健统计层次不足，信息量低的缺陷，便于对问题的查找和解决。除此以外，还首次将聚类分析应用于海水样品中Na+，Mg2+，Sr2+，Cl-，SO的国际比对［17］。通过聚类分析，可以更清楚地看到不同国家计量实验室测量结果的相似程度和分组情况，有利于对比对结果的科学解释和正确分析。

3 世界主要标准物质生产机构及特点

3.1 美国食品类标准物质

NIST（ National Institute of Standards and Technology）国家标准和技术研究院，1901年根据美国国会成立，主要负责计量基础和标准物质研究，其研究水平和综合实力是相对较强的机构之一。目前，该机构所研究标准物质主要有三类：其一，标准物质SRMs（Standard Reference Materials）是使用国家标准和技术研究院（NIST）商标的有证标准物质。该商标因为使用权威的化学成分和物理性质的测量方法和技术而闻名。SRMs系列标准物质是早期NIST提供化学成分测试质量保证和溯源到国家标准的主要方式。其二，RM（Reference Materials）是一种或几种性质比较均匀，可以用来校准仪器，方法或将量值传递的物质。其三，NTRM（NIST Traceable Reference Materials）是商业化产生的标准物质，与现存的国家标准物质之间有很好的溯源性联系。这种联系是通过NIST确定的标准和草案达到化学计量要求的。美国拥有大约300种食品类标准物质。

3.2 欧盟食品类标准物质

IRMM（the Institute for Reference Materials and Measurements）是欧洲联合研究中心（JRC，the Joint Research Centre）7个研究所之一。1957年根据罗马协议成立，其前身为原子核测量中央委员会（Central Bureau for Nuclear Measurements，CBNM），主要目标是解决从食品到环境污染的相关测量问题。欧盟现有大约360种食品类标准物质，略高于美国的标准物质数目。其产品分别用BCR®，ERM®，IRMM等进行标识。其中，BCR®类标准物质主要是针对欧盟领域对计量测试需求，推动欧盟成员国测试一致性和标准化进程。ERM®类标准物质是后来IRMM联合德国BAM和英国LGC实验室，推出的一类标准物质，数量较少。欧盟成员国通过国际比对或能力验证实现测量结果的统一和互认，相关分析技术比较成熟。

3.3 日本食品类标准物质

1973年日本测试委员会（Weights and Measures Council）建议国际贸易和工业部加紧发展标准物质。随后，日本化学品检测院（the Chemicals Inspection and Testing Institute，CITI）在1974年成立检测系统，包括了许多研究机构，如国家物质和化学研究院（National Institute of Materials and Chemical research，NIMC）（即以前的化学工业实验室）、国家计量研究实验室（National Research Laboratory of Metrology，NRLM）以及国家技术和测评院（National Institute of Technology and Evaluation，NITE）（前国际贸易和工业监察院）。上述三个机构都负责国家标准的建立和维护，日本化学品检测院负责检查标准物质的量值和不确定度传递到工作标准。日本自1992修订计量法后，在日本建立了一个强制的校准体系，使得国家的测量在国家计量院的建议和指导下进行。近年来，日本采取了加强标准物质研发的战略。1998年，日本研究机构开始意识到标准物质的重要作用，和欧美等国家相比，其所拥有的标准物质数量偏少。近年来，该国采取了积极的措施，包括鼓励私人企业，大力发展浓标，加强国际比对等措施。目前，日本和食品相关的标准物质有所增加，但总体数量还是不多。

3.4 我国食品类标准物质

中国计量科学研究院化学计量与分析科学研究所（原国家标准物质研究中心NRCCRM）在我国进行了标准物质及其分析技术、化学量值国际比对和国际互认等研究，在食品、地质、材料、监测等领域研制了国家急需的大量一级和二级标准物质。根据2007年统计数据，我国现有三十余家标准物质生产单位，约700余种食品类相关标准物质，无机成分分析标准物质仅占小部分，其中基体类标准物质又占无机成分标准物质的小部分。总体分析，我国标准物质的数目和种类仍然偏少，无法满足实验室的需求。这主要表现在基体种类偏少，待测组分含量范围太窄，定值元素或组分偏少等。如何利用有限的资源合理分布标准物质种类和数量，最大限度的发挥标准物质的作用，实现有效溯源，值得深入研究。

除上述国家外，加拿大国家研究委员会NRC，国际原子能机构 IAEA、澳大利亚国家测量研究院NMIA等也是标准物质研究和生产的重要机构。

4 食品检测方法

食品检测方法包括样品采集、样品前处理、测试和数据处理等过程（见图2），大量研究集中在样品前处理和测定条件的优化。目前大量测试，甚至包括标准物质的定值，都采用相对分析方法。绝对分析方法如同位素稀释质谱法、重量法、库仑法等在复杂基体定值的情况还是比较少，限制了标准物质的使用和量值传递。今后，开展绝对分析方法在食品分析方面的应用研究，有必要深入进行。相对分析方法相关研究也是重点之一，包括原子吸收法，等离子体发射光谱法，离子色谱法，等离子体质谱法等，许多国标方法都是建立在相对分析方法之上的。在方法学上，也进行了大量的研究，例如针对电感耦合等离子体光谱漂移校正［18］、质谱漂移校正方法［19］，样品前处理方法［20］，极差法对仪器检定的快速评价［21］以及快速分析检测方法等。

5 展望

食品营养元素以及重金属检测技术是一个重要的研究领域，如何利用现有计量资源实现无机成分特性量的准确测量是一个重要的研究方向，需要计量学科、分析化学、统计学科等的共同努力。建立一个持久、有效的量值溯源体系，并最大限度的发挥该体系的作用，实现对人民群众食品安全的有效检测和监督，需要从宏观、微观尺度进行大量研究工作，需要广泛的支持和合作。

图2 食物样品检测流程图

［1］曾光霞，贺稚非，励建荣.食品安全与系统食品安全观探讨［J］.食品工业科技，2009，30（5）：299-301.

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［8］戴新华，李红梅，齐韬.临床检验量值溯源及其标准物质的研究现状［J］.化学分析计量，2007，16（5）：7-9.

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［19］李海峰.基于自动进样的ICP-MS漂移及假漂移校正方法及其应用［J］.福建分析测试，2009，18（3）：1-4.

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［21］李海峰.极差法在发射光谱仪仪器性能方面的快速评价方法研究［J］.现代农业科技，2009，22：358-359.

A study about traceability system for determination of inorganic components from foodstuff

LI Hai-feng，LIU Jun
（Chemical Metrology and analysis Institute，National Institute of Metrology，Beijing 100013，China）

The importance of certified reference materials and traceability system was accepted widely due to serious problems about food safety.Components，process and problems were discussed on determination of inorganic components in foodstuff.Proceeding was introduced about traceability system，including application of Cluster Analysis（CA）in Proficiency Tes（tPT）and international comparison，drift correction method for lCP-OES and lCPMS.Necessary and urgency of traceability and transferring system was analyzed and discussed.

analysis；metrology；certified reference material；element

TS201.1

A

1002-0306（2010）11-0321-04

2009-08-18

李海峰（1976-），男，博士，副研究员，主要从事食品及环境领域化学计量分析研究。

中国计量科学研究院基金（AKY0818）；国家质量监督检验检疫总局食品安全专项（ASAPQ0908）。