结合CMA能力验证稻谷中镉金属含量的检测分析实验结果的影响因素及控制方法
 
 摘要
 
稻谷中镉含量的准确测定是保障粮食质量安全的重要技术支撑。本文以某次CMA能力验证中稻谷镉金属含量检测结果的过程为基础，依据国家标准GB 5009.15-2014《食品安全国家标准 食品中镉的测定》，采用石墨炉原子吸收光谱法对能力验证样品进行检测分析。从检测人员、检测设备、检测材料三个主体维度，以及人、机、料、法、环五个系统维度，系统剖析了实验过程中的影响因素及其作用机理，提出了涵盖人员培训、设备维护、材料管控、方法优化与环境监控的全流程质量控制策略。研究表明，能力验证是检验实验室检测能力的有效手段，影响检测结果准确性的关键因素包括样品前处理操作的规范性、仪器参数设置的合理性以及标准溶液配制的准确性。通过建立系统性质量控制体系，可有效提升稻谷中镉含量检测的准确性和可靠性。本文为完善实验室检验质量控制体系、提升检测结果的准确性和有效性提供了实践参考。
 
关键词：CMA能力验证；稻谷；镉；石墨炉原子吸收光谱法；影响因素；质量控制
 
 
 1 引言
 
镉是一种具有显著生物毒性的重金属元素，在土壤中具有较高的迁移性和生物有效性。水稻作为一种镉富集作物，容易在水稻籽粒中积累大量镉，镉污染大米已成为人体摄入镉的主要来源之一。稻谷中镉含量的精准检测，是落实食品安全国家标准GB 2762-2022《食品安全国家标准 食品中污染物限量》的技术保障，也是各级粮食质量安全监测机构的重要职责。
 
能力验证（Proficiency Testing）是利用实验室间比对来确定和评价实验室检测能力的重要手段。通过参加能力验证计划，实验室可以客观评估自身在特定检测项目上的技术水平和质量管理能力，识别潜在的系统性偏差和随机性误差。2025年，某实验室参加了一场由省级市场监管部门组织的CMA（检验检测机构资质认定）能力验证，考核参数为稻谷中镉金属含量。本次能力验证采用“盲样测试”模式，要求实验室在规定时间内完成样品检测并上报结果。
 
本文以此次CMA能力验证稻谷中镉金属含量检测结果的过程为基础，从检测人员、检测设备、检测材料三个核心部分，以及人、机、料、法、环五个维度，系统分析影响实验结果的主要因素及质量控制方法。信息化建设在实验室质量管理中发挥着日益重要的作用——通过实验室信息管理系统（LIMS）实现检测流程的数字化管控、数据的自动采集与溯源，可有效降低人为差错率，提升检测结果的可靠性与管理效率。
 
 2 材料与方法
 
 2.1 仪器与试剂
 
主要仪器设备包括：石墨炉原子吸收光谱仪（配备自动进样器和镉空心阴极灯）、微波消解仪、电子天平（感量0.1 mg）、超纯水机、可调温电热板。所有玻璃器皿使用前均经15%硝酸溶液浸泡24小时以上，并用超纯水彻底冲洗。
 
主要试剂包括：硝酸（优级纯）、过氧化氢（优级纯）、镉标准储备液（1000 μg/mL，国家标准物质中心）、磷酸二氢铵基体改进剂、超纯水（电阻率≥18.2 MΩ·cm）。实验中使用的所有试剂均符合国家标准要求，标准溶液均在有效期内使用。
 
 2.2 样品前处理
 
能力验证样品为稻谷粉末（盲样），采用微波消解法进行前处理。准确称取样品0.5 g（精确至0.1 mg）置于微波消解罐中，加入5 mL硝酸和2 mL过氧化氢，加盖密封后放入微波消解仪。消解程序为：室温升至120℃保持5 min，120℃升至160℃保持5 min，160℃升至190℃保持20 min。消解完成后，将消解罐置于电热板上于140℃赶酸至近干，用2%硝酸溶液转移定容至25 mL容量瓶中，摇匀待测。同时制备试剂空白和质控样品。
 
 2.3 仪器分析条件
 
石墨炉原子吸收光谱法测定镉含量的仪器工作条件如下：波长228.8 nm，狭缝宽度0.5 nm，灯电流4 mA。石墨炉升温程序采用优化后的干燥、灰化和原子化三步法：干燥步骤从室温升至120℃，保持30 s；灰化步骤从120℃升至500℃，保持20 s；原子化步骤升温至1800℃，保持4 s。进样量为20 μL，同时加入5 μL磷酸二氢铵基体改进剂（1%）。标准曲线系列浓度为0.80~4.00 ng/mL，线性相关系数r≥0.999。每个样品平行测定两次，取算术平均值作为最终结果。
 
 3 结果与讨论
 
 3.1 能力验证结果分析
 
本次CMA能力验证共有来自全省的32家检验检测机构参加，检测参数为稻谷中镉含量。样品采用单因子方差分析验证均匀性，结果显示样品间的均匀性满足能力验证要求。本实验室上报的检测结果为0.125 mg/kg，与能力验证指定值的相对偏差为3.1%，Z比分数绝对值为0.8，评价结论为“满意”。
 
从全国范围看，类似能力验证活动的统计分析结果表明，检测结果（含补测）满意的实验室比例可达88.9%，表明多数实验室在稻谷镉含量检测方面具备良好的技术能力。然而，仍有部分实验室的检测结果存在偏差，分析其原因主要集中于样品前处理、仪器性能确认以及标准曲线质量控制等方面。能力验证结果不仅是对实验室检测能力的检验，更是发现系统性问题、持续改进质量管理体系的重要契机。
 
 3.2 检测人员因素及控制措施
 
检测人员是实验操作的主体，其专业素质和技术水平直接影响检测结果的准确性。本次能力验证过程中，人员因素主要体现在以下几个方面：
 
操作熟练度直接影响实验结果的精密度。样品称量、消解罐的密封操作、定容操作的规范性等环节，若操作不当均可能引入误差。研究表明，在同一实验室条件下，不同检测人员对同一样品的测定结果可能存在显著差异，人员比对是评价实验室内部质量控制水平的有效手段。
 
经验判断能力在异常情况处理中尤为关键。当仪器出现基线漂移、背景值异常等情况时，有经验的操作人员能够及时识别并采取纠正措施。
 
质量意识与责任意识是保障检测质量的内在驱动力。能力验证中，检测人员应充分认识到结果的严肃性，严格按照标准操作程序执行每一步操作，杜绝随意简化流程或忽视质量控制环节的行为。
 
针对人员因素，应建立系统的培训与考核机制，包括定期开展标准方法培训、操作技能考核和能力验证专项培训。同时，应建立人员档案，记录每位检测人员的培训经历、考核结果和参加能力验证的历史数据，为人员能力的持续提升提供依据。
 
 3.3 检测设备因素及控制措施
 
设备状态是影响检测结果可靠性的关键变量。本次实验涉及的主要设备包括石墨炉原子吸收光谱仪、微波消解仪、电子天平等。
 
石墨炉原子吸收光谱仪的性能状态直接影响检测灵敏度和准确性。石墨管的使用寿命、自动进样器的进样精度、空心阴极灯的稳定性和基线漂移等因素均可能引入测量误差。石墨管在反复高温使用后会出现老化现象，导致灵敏度下降和信号波动增大。
 
微波消解仪的温控精度和压力控制能力直接影响样品消解的完全程度。消解不完全可能导致镉元素残留在残渣中，造成检测结果偏低。
 
电子天平的称量精度直接影响最终结果的准确性。称量误差会直接传递至最终浓度计算，尤其在样品量较小的情况下影响更为显著。
 
对设备因素的控制应建立完善的设备管理体系，包括定期校准与期间核查、关键设备的预防性维护、设备使用记录与状态标识，以及及时的设备更新与升级。本实验室的石墨炉原子吸收光谱仪每年由法定计量机构进行校准，校准结果均符合技术要求。每次实验前均进行仪器性能确认，包括基线稳定性测试和灵敏度检查。
 
 3.4 检测材料因素及控制措施
 
检测材料的质量是保障检测结果准确性的物质基础。本次实验涉及的关键材料包括标准溶液、消解用酸、基体改进剂和实验用水。
 
标准溶液的配制是影响检测结果准确性的核心环节。研究表明，标准工作溶液配制过程引入的不确定度是影响测量结果的主要因素之一。标准溶液浓度偏差、稀释误差、储存条件不当等均可能导致标准曲线偏离真实值。
 
消解用酸的纯度直接影响样品空白值。酸中若含有痕量镉杂质，将引入正偏差。
 
基体改进剂能够有效消除基体干扰，提高灰化温度和原子化效率。基体改进剂的质量和添加量对检测结果的准确性有显著影响。
 
实验用水的纯度是保障检测质量的基础条件。使用电阻率低于18.2 MΩ·cm的超纯水可能导致空白值升高。
 
对材料因素的控制应建立严格的材料验收与管理制度，包括标准物质的有证追溯、试剂耗材的验收与质量记录、关键材料的批次管理和有效期监控。本次实验中使用的镉标准溶液为国家标准物质中心生产的有证标准物质，均在有效期内使用。
 
 3.5 方法因素及控制措施
 
检测方法的选择和执行是影响结果准确性的核心环节。本次实验依据GB 5009.15-2014《食品安全国家标准 食品中镉的测定》中的石墨炉原子吸收光谱法进行。该方法准确性高、灵敏度强，但对操作要求严格，适用于专业检验机构。
 
样品前处理方法的差异是导致检测结果偏差的重要因素。不同消解方法对镉测定结果存在显著影响。微波消解法的精密度和回收率优于湿法消解法，能够有效减少样品损失和污染风险。本次实验采用微波消解法，具有消解完全、试剂用量少、操作简便等优点。实验结果表明，加标回收率在88%~105%范围内，质控样品的测定结果符合证书要求。
 
仪器分析条件的优化同样至关重要。石墨炉升温程序、基体改进剂的选择和浓度、进样量等参数均需根据仪器状态和样品特性进行优化。通过优化干燥、灰化和原子化温度，可有效提高检测灵敏度和重现性。
 
校准曲线的质量控制直接影响定量结果的准确性。标准曲线线性相关系数r≥0.999是保障定量准确性的基本要求。本次实验标准曲线在0.80~4.00 ng/mL浓度范围内线性关系良好，相关系数r=0.9996。
 
质量控制样品的使用是评价方法有效性的重要手段。每批样品均同时测定试剂空白、质控样品和加标回收样品，以监控整个分析过程的准确性和精密度。本次实验中，质控样品测定值在证书给出的标准值范围内，加标回收率为96.2%，表明方法准确可靠。
 
 3.6 环境因素及控制措施
 
环境条件是影响检测结果稳定性的外部因素。本次实验过程中，环境因素主要体现在以下方面：
 
温湿度变化可能影响仪器电子元件的稳定性和样品的挥发损失。原子吸收光谱仪对实验室环境有明确要求，温度波动过大可能导致基线漂移。实验室应配备空调和除湿设备，将温湿度控制在仪器说明书规定的范围内。
 
空气洁净度直接影响低浓度样品检测的准确性。空气中的颗粒物可能吸附镉元素，引入正偏差。消解和定容操作应在通风橱内进行，且通风橱应定期清洁维护。
 
电磁干扰可能影响仪器信号的稳定性。原子吸收光谱仪应远离大型电机、变频设备等强电磁干扰源。
 
实验用水质量是环境因素的重要组成部分。超纯水机应定期更换滤芯和紫外灯，确保出水电阻率≥18.2 MΩ·cm。
 
针对环境因素的控制，实验室应建立环境监控与记录制度，包括温湿度记录、超纯水水质监测、通风橱使用记录等。实验环境的持续监控是保障检测结果稳定性的基础条件。
 
 4 质量控制体系的系统构建
 
基于上述五个维度的分析，实验室应从以下层面建立系统化的质量控制体系：
 
人员维度：建立检测人员能力确认与持续培训机制，实施内部人员比对和外部培训相结合的培养模式。关键岗位人员应持证上岗，定期参加能力验证或实验室间比对活动。
 
设备维度：建立设备全生命周期管理制度，涵盖采购验收、日常维护、期间核查、定期校准和报废更新各环节。关键设备应建立“一机一档”，完整记录设备使用、维护和校准历史。
 
材料维度：建立供应商评价与材料验收制度，确保标准物质、试剂和耗材的质量符合检测要求。关键材料应实施批次管理和有效期监控。
 
方法维度：建立方法验证与确认制度，对新方法、非标方法进行系统验证后方可投入使用。定期参加能力验证和实验室间比对，持续监控方法有效性。
 
环境维度：建立环境监控与记录制度，确保实验环境持续满足检测方法的要求。对关键环境参数实施持续监控和记录。
 
 5 结语
 
稻谷中镉含量的准确检测是保障粮食质量安全和公众健康的重要技术支撑。本文结合CMA能力验证稻谷中镉金属含量检测的实践经验，从检测人员、设备、材料三个核心部分，以及人、机、料、法、环五个维度，系统分析了影响检测结果的关键因素及相应的质量控制方法。研究表明，样品前处理的规范性、仪器参数设置的合理性、标准溶液配制的准确性是影响检测结果准确性的核心因素。能力验证不仅是检验实验室检测能力的有效手段，更是发现系统性问题、完善质量管理体系的重要途径。
 
实验室检测能力的持续提升，需要将能力验证中发现的问题转化为改进措施，将质量控制从“被动应对”转变为“主动预防”。通过建立覆盖“人、机、料、法、环”全要素的质量控制体系，可有效提升稻谷中镉含量检测的准确性和可靠性。随着信息化建设的深入推进，实验室信息管理系统（LIMS）在样品流转、数据采集、过程监控和结果溯源中的应用日益广泛，为实现检测全流程的数字化、标准化管控提供了技术支撑，有助于构建“预防为主、过程控制、持续改进”的质量管理新模式，为保障粮食质量安全提供更加坚实的技术保障。
 
 
 参考文献
 
[1] 罗戢彬凯. 结合CMA能力验证稻谷中镉金属含量的检测分析实验结果的影响因素及控制方法[J]. 大众标准化, 2026(1).
 
[2] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. 食品安全国家标准 食品中镉的测定: GB 5009.15-2014[S]. 北京: 中国标准出版社, 2015.
 
[3] 大米中镉的测定能力验证[J]. 粮食与饲料工业, 2009(10): 46-48.