光譜類食品安全快速檢測儀空白扣除原理

張冠文+倪樹標+陳云+曾成柱

0.引言

食品安全是建設小康社會的重要指標，《國家十三五規劃綱要》將食品安全列為國家戰略，黨中央和國家高層直接推動，近幾年已經出臺了大量政策和法規。

光譜類食品安全快速檢測儀被廣泛使用，已經大規模布局到全國的基層食品藥品監管所、農檢站、蔬菜生產基地、農貿市場、超市、食堂等單位，儀器在用數量遠遠超過傳統實驗室分光光度計。此類儀器需要研究快速、簡便，同時不影響實驗結果準確度的實驗方法。

然而光譜類食品安全快速檢測所參考的國家相關標準規定過于簡潔，無論是對于基層實驗操作人員還是缺乏應用基礎的相關儀器廠商均起不到具體指引作用，如《GB 5009.33-2010食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》規定“以零管調節零點，于波長538nm處測吸光度，繪制標準曲線比較。同時做試劑空白”，再如農業行業標準《NY 5172-2002無公害食品水發產品》甲醛檢測一節規定“以空白為參比，與波長435nm處，以1cm比色杯進行比色，測定吸光度，查標準曲線計算結果”。

食品安全快檢儀器實際應用過程中存在如下情況：

（1）快檢方法常常簡化樣品前處理步驟，引起干擾種類增多，例如樣品處理液帶有顏色或渾濁，加上儀器基本是單波長和單光束儀器，沒參比通道扣除空白，只一個“以零管調零”的操作難以滿足需求，會導致實驗結果誤差較大。

（2）基層用戶不會每天重做標準曲線，需要有對存儲的標準曲線進行校正后判斷其質量的指標。

（3）基層用戶不能自行做復雜數據處理，需要“一鍵測量”后直接輸出樣品檢測含量和實時打印原始記錄。

如何應對這些情況，下文從標準曲線建立和空白扣除的角度進行論述。

1.校準曲線

校準曲線包括工作曲線和標準曲線兩類，食品安全快檢沒有消解等復雜前處理，實際使用的是標準曲線，建立此類標準曲線有幾個要點：

（1）標準曲線需要5個數據點，數據點選取時最高吸光度不適宜超過1ABS，且待測物的國家限量值應包含在數據點中。

（2）標準曲線截距與零做T檢驗后去除，包先金分析了標準曲線不去除截距時，樣品測量信號扣除空白后直接代入標準曲線計算會引起誤差。

（3）參與標準曲線計算的數據點和進行實際樣品含量計算的數據點均需要是扣除空白的純反應信號。

上述要點（2）、（3）滿足了基層用戶一鍵檢測直接輸出檢測結果的需求，免除樣品測量信號和空白信號分別代入標準曲線計算的煩瑣。儀器廠出廠預置標準曲線時，除了考察線性相關系數，標準曲線截距需要與零做T檢驗，無顯著差異時去除截距，有顯著差異時應找出原因修正。但基層用戶做標準曲線校正時T檢驗過于復雜，可直接用截距的數值大小做基本判定。這點也決定了參與標準曲線計算的數據點需要是扣除空白的純反應信號，否則截距的數值大小沒法作為標準曲線質量的判據。

2.空白扣除獲取純反應信號原理

下面討論食品安全快速檢測中用到的幾個吸光度，本應用的溶劑均是水。

（1）基質吸光度：即裝純凈水的比色皿放入儀器中時的吸光度值，該吸光度值包含了兩個來源：比色皿吸光度、水吸光度。

Abs基質=Abs比色皿+Abs水 （1）

（2）零值空白檢測吸光度：即以零值空白標液（即純凈水）加入檢測試劑后的吸光度值，該吸光度值包含了3個來源：比色皿吸光度、水吸光度、試劑本底吸光度（試劑本底顏色或渾濁帶來的吸光度）。

Abs零值空白=Abs比色皿+Abs水+Abs試劑本底 （2）

（3）標樣檢測吸光度：即標準樣品加入檢測試劑后的吸光度值，該吸光度值包含了4個來源：比色皿吸光度、水吸光度、試劑本底吸光度、純反應吸光度（即試劑與待測物反應產生的顏色帶來的吸光度）。

Abs標樣檢測=Abs比色皿+Abs水+Abs試劑本底+Abs純反應 （3）

（4）建立標準曲線用的純反應吸光度用下列公式計算：

Abs曲線計算=Abs標樣檢測-Abs零值空白=Abs純反應 （4）

（5）樣品空白吸光度：食品安全快速檢測通常不會采用復雜的前處理方法，樣品處理液帶有顏色或渾濁是常見現象，由此導致“樣品空白吸光度”，該吸光度值包含了3個來源：比色皿吸光度、水吸光度、樣液本底吸光度（樣品處理液本底顏色或渾濁帶來的吸光度）。

Abs樣品空白=Abs比色皿+Abs水=Abs樣液本底 （5）

（6）樣品檢測吸光度：即樣品處理液加入檢測試劑后的吸光度值，該吸光度值包含了5個來源：比色皿吸光度、水吸光度、試劑本底吸光度、樣液本底吸光度、純反應吸光度（即試劑與待測物反應產生的顏色帶來的吸光度）。

Abs樣品檢測=Abs比色皿+Abs水+Abs樣液本底+Abs試劑本底+Abs純反應（6）

（7）由上公式（6）可見，為獲得用于計算樣品待測物含量的純反應吸光度，除了要扣除樣品空白吸光度（Abs比色皿+Abs水+Abs樣液本底），還要扣除試劑本底空白吸光度。理論上當然也可以采用先扣除零值空白吸光度，再扣除樣液本底吸光度的方法獲取計算樣品待測物含量的純反應吸光度，但這種處理會導致實際的實驗步驟過于復雜，不予采用。試劑本底空白吸光度計算如下：

Abs試劑本底空白=Abs零值空白+Abs基質+Abs試劑本底 （7）

（8）用于計算樣品待測物含量的純反應吸光度用如下公式計算：

Abs樣品計算=Abs樣品檢測-Abs樣品空白-Abs試劑本底空白=Abs純反應 （8）

3.空白扣除獲取純反應信號實驗步驟設計

（1）依據上文公式（4）建立標準曲線

（a）以零值空白標液（即純凈水）加入試劑反應，放入儀器中，進行空白測量（儀器廠商可設計“空白測量”按鈕），獲得零值空白檢測吸光度值——Abs零值空白。

（b）各濃度標液依次加入試劑反應，放入儀器中，進行測量（儀器廠商可設計“測量”按鈕），獲得各濃度標樣檢測吸光度值——Abs標樣檢測。

（c）儀器軟件用各濃度標樣檢測吸光度扣除零值空白吸光度，獲得建立標準曲線用的純反應吸光度值——Abs曲線計算，然后與對應的濃度系列擬合建立標準曲線。

（2）依據公式（7）進行試劑本底空白測量

（a）將裝零值空白標液（即純凈水）的比色皿放入儀器中，進行調零。這一步驟相當于在下一測量步驟中扣除基質吸光度——Abs基質。

（b）在上述比色皿中加入試劑反應后，放入儀器原通道中，進行空白測量，獲得的吸光度值為試劑本底空白吸光度——Abs試劑本底空白。

（3）依據上文公式（8）進行樣品測量

（a）將樣品處理液放入比色皿后，放入儀器中，進行調零。這一步實際相當于在下一測量步驟中扣除樣品空白——Abs樣品空白。

（b）向比色皿中加入試劑反應后，分別放入儀器原通道中，進行測量。

（c）步驟（a）相當于扣除了樣品空白，儀器軟件計算時還需要再減去試劑本底空白——Abs試劑本底空白，才能得到樣品中待測物的純反應吸光度值——Abs樣品計算，用此純反應吸光度值代入標準曲線中即可獲得樣品處理液中待測物質含量，用此樣品處理液中待測物質含量結合樣品處理過程中帶來的換算關系，即可計算出樣品中待測物質含量。

結語

使用掩蔽劑，使用雙光束、雙波長分光光度計對扣除樣液渾濁等空白干擾有效果，但已經被大量采購和使用的光譜類食品安全快速檢測儀不具備這些硬件條件，需要用最小的代價更好地發揮這些儀器的效用，本文從標準曲線建立和空白扣除的角度，進行了完整的原理設計和實驗步驟設計，簡單易行，存在不足之處，供同行參考。

參考文獻

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