《Analytica》：Development and Certification of CPP-23: A Multi-Element Certified Reference Material for Cereal Plant Tissue from Semi-Arid Regions
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谷物植物组织中宏量元素和微量元素的可靠测定对于农艺管理、环境监测和实验室间数据可比性至关重要。然而，大多数现有植物有证标准物质（CRMs）来源于温带地区基质，不能充分代表在半干旱条件下栽培的谷物，在这些条件下，矿物组成的差异可能导致基质相关的分析偏差。在本研究
谷物植物组织中宏量元素和微量元素的可靠测定对于农艺管理、环境监测和实验室间数据可比性至关重要。然而，大多数现有植物有证标准物质（CRMs）来源于温带地区基质，不能充分代表在半干旱条件下栽培的谷物，在这些条件下，矿物组成的差异可能导致基质相关的分析偏差。在本研究中，研究人员开发了一种新的多元素植物标准物质——谷物植物粉末2023（CPP-23），该物质由从摩洛哥主要农业生态区收集的复合小麦（Triticum aestivum和T. durum）样品制备而成。研究人员根据ISO 33405:2024对材料进行了加工、均质化和均匀性及稳定性评估，未观察到显著的短期或长期变异。元素表征采用微波辅助酸消解后结合电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定主量和微量元素，而总氮采用凯氏定氮法（Kjeldahl法）测定。方法验证显示出令人满意的线性度（R2 > 0.995）、精密度和准确度（与已建立的标准物质对照）。研究人员通过涉及8个ISO/IEC 17025认可实验室的实验室间比对，使用稳健统计估计量（ISO 13528:2022）分配了认定值。所有分析物的扩展不确定度（k = 2）低于15%。虽然这些结果表明内部一致性可接受，但参与实验室数量相对有限以及缺乏独立的分析验证技术是重要的限制因素。CPP-23提供了一种适用于半干旱农业系统中质量控制和方法验证的基质代表性物质。然而，其相对于现有CRMs减少分析偏差的能力及其对特定应用场景的适用性需要进一步的实验验证。
**论文解读：CPP-23——半干旱地区谷物植物组织多元素有证标准物质的开发与认证**
**研究背景、问题与意义**
在农业与环境监测中，准确测定谷物植物组织中的宏量元素（如氮N、磷P、钾K）和微量元素（如铁Fe、锌Zn、锰Mn、铜Cu、硼B）对于评估作物营养状况、指导施肥管理及保障食品安全至关重要。然而，现有的大多数植物有证标准物质（CRMs，Certified Reference Materials）主要源自温带地区的基质，例如美国的NIST SRM 1573a（番茄叶）、欧洲的BCR-402（白三叶草）和WEPAL-IPE系列。这些材料不能充分代表在半干旱气候条件下（如摩洛哥、北非及地中海盆地）生长的谷物植物组织。半干旱地区特有的钙质土壤（pH 7.5–8.5）和水分亏缺条件显著降低了微量元素的植物有效性，导致Fe和Mn浓度通常比温带植物材料低30–70%。这种基质不匹配可能在基于电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）或电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）的分析中引入系统偏差，影响校准曲线的准确性和测量结果的准确度。因此，缺乏区域特异性的CRMs成为土壤-植物元素转移研究、肥料管理优化和环境监测的一个关键限制因素。该研究旨在开发一种针对半干旱地区谷物植物组织的多元素CRM，以评估其是否能够提高多元素分析中的计量一致性。论文发表在《Analytica》。
**主要技术方法**
研究人员首先从摩洛哥13个主要谷物产区（包括Tadla、Haouz、Chaouia、Doukkala、Gharb、Loukkos、Abda、Sa?ss、Zemmour-Za?r及中间阿特拉斯山麓）采集了881份小麦（Triticum aestivum和T. durum）和大麦（Hordeum vulgare）植株样品，采用分层抽样确保统计代表性。样品经65°C通风干燥、不锈钢刀片磨碎至0.5 mm粒径，并通过Y型混合器均质化后分装为600瓶（每瓶40 g）。关键方法包括：微波辅助酸消解结合ICP-OES（Agilent 5110）测定K、Ca、Mg、Na、Cu、Mn、Fe、Zn、B和P；凯氏定氮法（BUCHI K-375系统）测定总氮。方法验证依据ISO 33405:2024和ISO 13528:2022，通过8个ISO/IEC 17025认可实验室的实验室间比对（ILCE）进行稳健统计（Algorithm A）分配认定值，并评估了均匀性、短期/长期稳定性。
**研究结果**
**3.1 方法验证及检测限与定量限**
研究通过评估选择性、线性度（R2 > 0.995）、检测限（LODs，宏量元素0.005–0.015%，微量元素0.54–7.2 mg·kg?1）和定量限（LOQs，宏量元素0.02–0.05%，微量元素1.8–8 mg·kg?1），确认了微波消解ICP-OES和凯氏定氮法的灵敏度与可靠性。
**3.2 选择性、线性度及方法准确度评估**
利用CRM WEPAL IPE-182进行回收率实验，宏量元素回收率98.6–101.8%，微量元素回收率98.9–104.2%。所有|ζ|-分数均低于2，表明实测值与认定值之间无显著差异，验证了方法的准确度。
**3.3 均匀性评估**
依据ISO 33405:2024，通过单因素方差分析（ANOVA）评估瓶间和瓶内均匀性。所有分析物的计算F值均小于临界值F_crit = 2.3928（α = 0.05），表明无显著统计差异，材料均匀性符合要求。
**3.4 长期稳定性研究（储存）**
在24个月（每6个月检测一次）的储存期内，对每种分析物的浓度数据进行线性回归分析。所有回归斜率的95%置信区间包含零，表明无显著时间趋势，材料在常温条件下长期稳定。
**3.5 短期稳定性研究（运输）**
在50°C条件下模拟运输24天，线性回归分析结果显示所有分析物的p值均大于0.05，t值低于临界值2.571，表明在模拟运输条件下无显著变化，材料稳定性良好。
**3.6 实验室间比对及分析性能评估**
8个参与实验室报告的z分数均满足|z| ≤ 2（ISO 13528:2022），热图显示各分析物实验室间变异在可接受范围内，表明实验室间结果一致，无系统偏差，CPP-23适用于质量控制与能力验证。
**3.7 候选标准物质表征**
通过稳健统计获得的认定值及其相对标准不确定度范围为0.84%–3.31%。宏量元素（N、P、K）的不确定度较低，微量元素（如Na为3.31%）略高，但总体控制在可接受范围内，满足CRM认证要求。
**3.8 认定值及不确定度分配**
组合标准不确定度包含均匀性（u_bb）、表征（u_char）、短期稳定性（u_sts）和长期稳定性（u_lts）分量，采用平方和根法合成，扩展不确定度（k=2）低于12%。认定值如下：N = 1.89 ± 0.22% m/m，P = 0.22 ± 0.02% m/m，K = 1.73 ± 0.13% m/m，Ca = 0.35 ± 0.03% m/m，Mg = 0.13 ± 0.01% m/m，Na = 1474 ± 128 mg·kg?1，Cu = 4.99 ± 0.33 mg·kg?1，Mn = 39.15 ± 2.91 mg·kg?1，Fe = 82.83 ± 8.29 mg·kg?1，Zn = 28.17 ± 2.92 mg·kg?1，B = 4.95 ± 0.46 mg·kg?1。
**3.9 农学背景及基质代表性**
与现有国际CRMs（如NIST SRM 1573a、WEPAL IPE 182、BCR-402）比较，CPP-23的Fe（82.83 mg·kg?1）和Mn（39.15 mg·kg?1）浓度显著更低，反映了半干旱钙质土壤中这些元素的低植物有效性。Zn（28.17 mg·kg?1）处于生物强化目标范围（20–40 mg·kg?1），Cu（4.95 mg·kg?1）远低于植物毒性阈值（20 mg·kg?1）。该基质代表性可减少基质不匹配导致的偏差，适用于土壤肥力监测、施肥灌溉项目、植物修复评估及食品安全检测。
**3.10 局限性**
主要局限性包括：参与ILCE的实验室数量较少（p=8），虽然满足ISO 13528最低要求，但比国家计量机构通常使用的15–30个实验室少，导致表征不确定度（u_char）较高。此外，当前认证仅覆盖11种元素，未涵盖Cd、Pb、As等环境与食品安全相关元素，限制了其应用范围。
**讨论与结论**
讨论部分指出，CPP-23的认定值反映了半干旱谷物组织的典型组成，与温带CRMs相比具有明显差异，有助于减少基质偏差。未来工作应优先扩展实验室网络（特别是地中海和撒哈拉以南非洲地区）以降低u_char，并增加更多痕量元素（如Cd、Pb、As）的认证，以及评估其在激光剥蚀ICP-MS（LA-ICP-MS）和激光诱导击穿光谱（LIBS）等新兴微分析技术中的适用性。
**研究结论部分翻译**：据研究人员所知，CPP-23是首个专门针对半干旱和干旱条件下栽培的谷物植物组织多元素分析设计的有证标准物质。该材料的开发遵循了严格的ISO 17034:2016要求，包括均匀性确认（F_calc < F_crit，α = 0.05）、24个月内无显著趋势的稳定性验证（|t| < t_crit），以及通过8个实验室的实验室间比对（采用ISO 13528:2022稳健统计处理）进行的值分配。11种元素（N、P、K、Ca、Mg、Na、Cu、Mn、Fe、Zn、B）的认定值携带扩展不确定度U（k = 2）低于12%，确保了其适用于ICP-OES/MS方法验证、ISO/IEC 17025实验室认可及能力验证。CPP-23的元素组成反映了真实的半干旱谷物地球化学特征：中等水平的宏量元素（N 1.89%，P 0.22%，K 1.73%）和特征性较低的痕量金属浓度（Fe 82.83 mg·kg?1，Mn 39.15 mg·kg?1，Zn 28.17 mg·kg?1），与温带植物CRMs相比，这种基质代表性最大限度地减少了半干旱地区土壤肥力监测、施肥灌溉、植物修复评估和食品安全检测中的分析偏差。未来工作应优先考虑三个方向：（i）扩大实验室间认证网络，纳入国际参与者以降低表征不确定度；（ii）将认证扩展至与环境及食品安全风险评估相关的其他痕量元素（Cd、Pb、As）；（iii）评估CPP-23在精准农业诊断中的新兴微分析技术（如LA-ICP-MS和LIBS）中的适用性。
