石家源 楊會寧 趙越超 張月 徐振斌 張建橋

摘要：食品安全國家標準是基層檢驗工作者的工作依據(jù)，GB 5009.17—2021相對于2014版在第一篇中增加了直接進樣測汞法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法。文章針對標準中總汞的測定第一法（原子熒光光譜法）和第二法（直接進樣測汞法）在糧食檢測當中的應用進行分析和比較，對檢驗過程中應注意的問題和各自的優(yōu)缺點進行探討，得出以下結(jié)論：在進行大批量檢測任務(wù)時，直接進樣測汞法在節(jié)省人力和試劑成本方面表現(xiàn)更優(yōu)，而原子熒光光譜法在日檢測數(shù)量方面更優(yōu)。

關(guān)鍵詞：食品；重金屬；汞含量；測定標準；糧食檢測；應用

中圖分類號：TS210.7 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20220423

Application of GB 5009.17—2021 Determination of Total Mercury in Food in Grain Detection

Shi Jiayuan， Yang Huining， Zhao Yuechao， Zhang Yue， Xu Zhenbin， Zhang Jianqiao

（ Jilin Province Grain and Oil Health Inspection and Monitoring Station， Changchun， Jilin 130033 ）

Abstract： The national food safety standard is the basis for the work of grass-roots inspection workers. Compared with the 2014 version， the national standard GB 5009.17—2021 adds direct injection mercury measurement method and inductively coupled plasma mass spectrometry in the first food. This paper analyzes and compares the application of the first method and the second method of total mercury determination in the standard in food detection. The problems that should be paid attention to in the inspection process and their respective advantages and disadvantages were discussed， and the following conclusions were drawn： when carrying out large-scale inspection tasks， the direct injection mercury measurement method is better in saving labor and reagent costs， while atomic fluorescence is better in the number of detection per day.

Key words： food， heavy metals， mercury content， determination standard， food testing， application

汞在常溫下呈液態(tài)，是唯一主要以氣態(tài)單質(zhì)存在于大氣中的重金屬[1]。它有復雜的遷移運動機制，當汞發(fā)生甲基化作用后會對人體產(chǎn)生更加嚴重的生理和神經(jīng)毒性，并且汞具有富集性，很難在環(huán)境中降解[2]。重金屬污染與其他有機化合物的污染不同，不少有機化合物可以通過自然界本身物理的、化學的或生物的凈化使有害性降低或解除。而這些重金屬元素在谷物中分布廣泛，會對人體造成嚴重危害[3]，所以重金屬污染問題日益受到人們的重視。保證糧食重金屬含量不超過相關(guān)限量標準對保障人們健康具有重要的意義[4]。

1 檢驗中使用到的方法

GB 5009.17—2021與GB 5009.17—2014的第一篇食品中總汞的測定相比，主要變化為修改第一法的名稱為原子熒光光譜法，修改了試樣消解和附錄的相關(guān)內(nèi)容；增加直接進樣測汞法作為第二法，增加電感耦合等離子體質(zhì)譜法作為第三法；修改冷原子吸收光譜法作為第四法。由于在工作中一直使用的是第一法和第二法，所以本文只針對標準中的第一法和第二法進行分析和比較。

（1）原子熒光光譜法：試樣經(jīng)酸熱消解后，在酸性介質(zhì)中，試樣中的汞被硼氫化鉀或硼氫化鈉還原成原子態(tài)，由載氣（氬氣） 帶入原子化器中，在汞元素燈照射下，基態(tài)汞原子被激發(fā)至高能態(tài)，其由高能態(tài)回到基態(tài)時，會發(fā)射出特征波長的熒光，該熒光強度與汞含量呈正比；外標法定量。

應用的儀器：LC-AFS 6500型原子熒光光度計（北京海光儀器有限公司）、MARS 6型微波消解儀（美國CEM公司）、AC200型酸蒸逆流清洗器（美國Amerlab公司）。所使用試劑均為優(yōu)級純試劑，使用的汞單元素溶液標準物質(zhì)為中國計量科學研究院生產(chǎn)，編號為GBW08617。

（2）直接進樣測汞法：樣品經(jīng)高溫灼燒及催化熱解后，汞被還原成汞單質(zhì)，用金汞齊富集或直接通過載氣帶入檢測器，在253.7 nm 波長處測量汞的原子吸收信號，或由汞燈激發(fā)檢測汞的原子熒光信號；外標法定量。

應用的儀器：DMA-80型直接進樣測汞儀（意大利Milestone公司）。所使用的試劑均為優(yōu)級純試劑，使用的汞單元素溶液標準物質(zhì)是中國計量科學研究院生產(chǎn)，編號為GBW08617。

2 檢驗方法比較

原糧檢驗應用原子熒光光譜法時，需將樣品粉碎均勻，粒徑達425 μm以下（相當于40目以上）。樣品預處理用微波消解法，稱取試樣0.2 ～ 0.5 g（精確到0.001 g），置于消解罐中，加入5 ～ 8 mL硝酸，加蓋放置1 h，對于難消解的樣品再加入0.5 ～ 1 mL過氧化氫，旋緊罐蓋，按照微波消解儀的標準操作步驟進行消解（微波消解參數(shù)為儀器廠家推薦參數(shù)，見表1）。冷卻后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解罐放在控溫電熱板上或超聲水浴箱中，80 ℃下加熱或超聲脫氣3 ～ 6 min 趕去棕色氣體，取出消解罐，將消化液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，用少量水分3 次洗滌內(nèi)罐，洗滌液合并于容量瓶中并定容至刻度，混勻備用，同時做空白試驗。設(shè)置好原子熒光的各項參數(shù)至儀器性能最佳（根據(jù)廠家推薦的儀器參數(shù)，見表2），機器預熱完成后先制作標準曲線再測定樣品。國標中汞標準系列溶液：汞質(zhì)量濃度為0.00、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 μg/L。這個標準序列中濃度數(shù)值比較高，根據(jù)GB 2762—2017中的要求，谷物當中汞的限定含量是0.02 mg/kg。在實際檢驗中稱樣量為0.500 g，用微波溶解方法處理樣品，將待測液定容至25 mL，假設(shè)樣品汞含量為 0.02 mg/kg，那么待測液的汞質(zhì)量濃度為0.4 μg/L。這一數(shù)值雖然在標準序列范圍內(nèi)，但是國標中使用的標準序列濃度比較大。在實際檢驗過程中，對于無污染或者汞含量較低的糧食產(chǎn)品的適用性不是很強。所以在原糧的檢驗中使用低濃度的標準序列溶液：汞質(zhì)量濃度為0.00、0.05、0.10、 0.20、0.30、0.40、0.50 μg/L。另外，此方法檢出限為0.003 mg/kg，定量限為0.01 mg/kg，實際檢驗中糧食中的汞含量大部分都低于定量限，甚至低于檢出限，這樣結(jié)果很難精準。

原糧檢驗應用直接進樣測汞法時，只需將樣品粉碎均勻，粒徑達425 μm以下（相當于40目以上）即可上機測量。將直接測汞儀性能調(diào)至最佳狀態(tài)（根據(jù)廠家推薦的儀器參數(shù)，見表3），稱取0.1 g（精確到0.000 1 g）固體樣品于專用鎳舟，然后將樣品舟直接放入自動進樣盤即可開始檢測，空白試驗也按照此步驟進行。當稱樣量為0.1 g時，方法檢出限為0.000 2 mg/kg，方法定量限為0.000 5 mg/kg。靈敏度和精確度都優(yōu)于原子熒光光譜法。

3 檢驗過程中應注意的問題

3.1 原子熒光光譜法測汞空白值的探討

應用原子熒光光譜法，要注意剛開機時汞燈隨著電流加熱時間增加，空白熒光值會隨之升高，數(shù)據(jù)漂移嚴重，穩(wěn)定性差，要增加機器預熱時間至空白熒光值穩(wěn)定后再測定樣品[5]。另外測汞空白值高是應用原子熒光分析的常見問題，造成汞空白值高的原因較多，比如可能是儀器硬件問題所造成的，包括儀器設(shè)計問題、汞燈的問題或者儀器參數(shù)設(shè)置不合理的問題；也可能是實驗所用試劑純度的問題；再者可能是實驗用的器皿和儀器管路被污染造成的。這在實際工作的過程中很難快速判斷出造成汞空白高的原因，所以要一步一步分析原因，用排除法一項一項排除可能會造成汞空白高的因素。這里，筆者針對工作中遇到的和資料查閱中發(fā)現(xiàn)的可能造成汞空白值高的因素逐一進行分析。

3.1.1 儀器硬件問題

光源問題是最為普遍的造成原子熒光光譜法測汞時空白高的原因。目前原子熒光儀常用的光源為空心陰極燈，但是汞燈是陽極燈[6]，其中心極是陽極，并不是空心陰極，陰極在燈內(nèi)的側(cè)面，而且中心陽極靠近石英窗，汞燈點亮時空心陰極放電，在常溫下電流激發(fā)燈內(nèi)呈蒸汽狀態(tài)的汞原子能級躍遷，使其產(chǎn)生信號。正因為這樣的設(shè)計所以汞燈存在光斑發(fā)散不集中的問題，發(fā)散的光斑照射到原子化器及原子化室反射到檢測器進而導致空白值增高。針對這個問題研究人員[7]通過把汞元素燈從燈架上往后拉動改變汞元素燈和聚光透鏡的位置來減小汞元素燈的光斑，進而減少反射光進入檢測器，降低了儀器的空白熒光響應值。筆者發(fā)現(xiàn)改變汞元素燈和光透鏡的位置使汞元素燈的光斑變得集中，可以減少雜散光進入原子熒光檢測器，降低了汞元素的儀器空白響應值，該法簡單有效，在使用原子熒光光譜法測汞元素時可以采取這種方法。

3.1.2 儀器參數(shù)設(shè)置問題

原子熒光儀器的燈電流和負高壓兩個參數(shù)對原子熒光儀器空白熒光強度值和靈敏度的影響較大。燈電流控制儀器元素燈激發(fā)的光強，燈電流越大儀器的激發(fā)光強越強，原子熒光儀器的熒光響應值也越高；負高壓控制檢測器的靈敏度，負高壓越高原子熒光檢測器的靈敏度就越高[8]。負高壓和燈電流越大相應的靈敏度及空白熒光強度值也會越高，儀器的重現(xiàn)性及穩(wěn)定性也會隨之下降，筆者在實際工作中通過調(diào)整負高壓和燈電流這兩個參數(shù)找到的最佳值是燈電流為30 mA、負高壓為280 V，該條件可以使標準曲線中汞質(zhì)量濃度為0.05 μg/L的最低點的熒光強度值控制在既保證了儀器靈敏度又降低了儀器的空白熒光強度值的范圍，儀器的穩(wěn)定性也有所提升。在使用原子熒光光譜法測汞元素時要先找到儀器的最佳參數(shù)，這樣才能測得既穩(wěn)定又準確的數(shù)據(jù)。

3.1.3 試劑問題

目前市面上的原子熒光光度計都是采用硼氫化物—酸還原體系的蒸汽發(fā)生技術(shù)來測汞元素。該技術(shù)的原理是在酸性條件下，以硼氫化鉀或者硼氫化鈉做為還原劑，將二價的汞還原成單質(zhì)汞，再由載氣（氬氣）帶入石英爐原子化器，在汞元素燈發(fā)射光的照射下產(chǎn)生原子熒光[9]。在反應中用到的試劑有酸和還原劑，根據(jù) GB 5009.17—2021《食品國家安全標準 食品中總汞及有機汞的測定》的第一篇中第一法的規(guī)定，要用到硝酸、氫氧化鉀和硼氫化鉀等試劑，并且規(guī)定所用試劑均為優(yōu)級純，在實際的測定過程中也主要是實驗用的酸和還原劑會影響到儀器的空白響應值[10]。微波消解過程中會用到硝酸，不同的硝酸里面的雜質(zhì)不一樣，筆者使用的進口硝酸（麥克林試劑）和國產(chǎn)硝酸（國藥試劑），效果都不錯，試劑空白都在可以接受的范圍。當然也可以選擇純度更高的硝酸，但是考慮到性價比，選擇優(yōu)級純的硝酸即可。儀器上機用的載流鹽酸和還原劑硼氫化鉀、氫氧化鉀使用優(yōu)級純即可，有條件的使用純度更高的試劑效果會更好。另外，汞元素不是一定要在高溫條件下才能原子化，在酸性條件下和還原劑反應也可以直接生成汞原子蒸汽，所以原子熒光光度計在測汞時可以不生成氫火焰，那么在所測樣品汞含量很低或者現(xiàn)有試劑的純度不高時可以使用低濃度的還原劑進行試驗，這樣儀器的熒光響應值會隨之降低，儀器的誤差也會隨之降低，儀器測得的結(jié)果才會相對準確[11]。原子熒光光譜法測汞的還原劑的配置是用氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液溶解硼氫化鉀或者硼氫化鈉，需要現(xiàn)用現(xiàn)配，這是因為在堿性條件下保存能抑制硼氫化鉀或者硼氫化鈉分解，并且有試驗[12]結(jié)果顯示當氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為5 g/L時穩(wěn)定性較好，當硼氫化鉀或者硼氫化鈉的質(zhì)量濃度為0.1 g/L時測汞的熒光強度好，空白熒光強度值大小合適，同時儀器的靈敏度高、穩(wěn)定性好、又能節(jié)約試劑；當硼氫化鉀或者硼氫化鈉的濃度太低時，反應不充分，儀器的靈敏度和穩(wěn)定性都會下降；當硼氫化鉀或者硼氫化鈉的濃度太高時則反應產(chǎn)生的氫氣過多，導致反應產(chǎn)生的氫化物被稀釋，而且氣流過大減少停留時間的同時儀器靈敏度也會降低，最主要的是儀器的空白響應值較高且儀器的穩(wěn)定性也較差。

3.1.4 器皿和儀器管路存在被污染的問題

汞元素的吸附性很強，所以實驗中用到的器皿存在較大的汞殘留問題，因此保證實驗中反復使用的器皿不受污染很重要[13]。單純使用純水清洗，無法去除汞殘留，酸缸浸泡法需要通過足夠的酸和時間進行浸泡清洗，才能確保器皿被清洗干凈，而且酸缸中的硝酸要經(jīng)常更換[14]，浪費試劑且操作危險性大，不推薦使用?，F(xiàn)在市面上有很多酸清洗產(chǎn)品，美國Amerlab公司生產(chǎn)的AC200型酸蒸逆流清洗器可以自動進行酸洗、清洗和干燥，操作簡單、安全還節(jié)省時間和試劑，最重要的是清洗效果比酸缸浸泡的要好很多，推薦使用。另外，儀器的汞吸附、殘留現(xiàn)象也比較明顯，批量樣品測定完成或測定了汞含量較大的樣品后要及時清洗機器管路。所以，當測定汞含量比較高的樣品需要配制大濃度標準序列溶液時，建議最高的質(zhì)量濃度為4 ng/mL[15]。

3.2 原子熒光光譜法測汞標準曲線的選擇

在實際工作中檢測的原糧樣品汞含量都很低，且大部分都低于國標方法的定量限，遠小于GB 2762中對谷物當中汞的限定含量值0.02 mg/kg。國標中汞標準系列溶液：汞質(zhì)量濃度為0.00、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 μg/L，而待測液的濃度比標準序列的最低點還低，致使測定結(jié)果會出現(xiàn)較大的偏差。對此可以在合理的范圍內(nèi)增加樣品的稱樣量，減小待測液的定容體積來增大待測液中汞的濃度[16]，但是，由于樣品中汞含量很小，所以這樣做效果改善不大。也可以選用小濃度的標準序列：汞質(zhì)量濃度為0.00、0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 μg/L；同時選取合適的稱樣量以及定容體積，使待測液濃度位于標準序列范疇。

同理，當檢測的樣品汞含量較高時，可以在合理的范圍內(nèi)減少樣品的稱樣量，增大待測液的定容體積來減小待測液中汞的濃度，但是對于汞含量很高的樣品可以選用大濃度的標準序列，由于前文提到儀器管路的汞吸附、殘留現(xiàn)象比較明顯，當測定汞含量比較高的樣品需配制大濃度標準序列溶液時，建議最高的質(zhì)量濃度為4 ng/mL。所以在選用大濃度的標準序列的同時也要選取合適的稱樣量以及定容體積，使待測液濃度在標準序列范疇內(nèi)[17]。

在實際工作中可以先對樣品的待測液進行實驗性的測定，根據(jù)其熒光響應強度值估算其汞濃度，找到適用于這個樣品的標準序列，然后選擇合適的稱樣量以及定容體積，使其濃度在標準序列范疇，最好是使其濃度位于標準序列范疇的平均值，也就是最為有效的線性范疇中，這樣可以保證測量值是精確的[18]。不能對待測液進行多倍稀釋再上機測定，這樣會將實驗的誤差加大，造成測定的結(jié)果出現(xiàn)很大的偏差[19]。

3.3 直接進樣測汞法的注意事項

使用直接進樣測汞儀測定樣品的汞含量時，首先要打開與儀器鏈接的氧氣鋼瓶（氧氣純度在99.95%以上，壓力0.4 MPa ），然后先運行儀器空白，即不放樣品舟，目的是驅(qū)除儀器內(nèi)的汞殘留，直到其吸光度小于0.003 0才可以使用。檢測樣品前需要將樣品舟放進800～900 ℃的馬弗爐中灼燒5 min以降低空白，檢測其吸光度小于0.003 0才可以使用[20]。直接進樣測汞儀一般不需要天天制作校準曲線，一般幾個月或者儀器的重要部件更換后才重新制做一次校準曲線，所以每次測定時帶兩個標準溶液，如果它們的測定誤差在5 %以下即說明測定結(jié)果是可靠的，不需要進行校正[21]。標準溶液測完以后要再次空運行儀器，以驅(qū)除前面測定時的汞殘留，然后進行樣品測試，每個樣品建議測定兩次，求其平均值。每做完一個樣品后再空運行一次儀器，清除汞殘留，之后再做下一個樣品。以上序列可以保證測定的準確性。測定結(jié)束后拿出樣品舟，清除舟內(nèi)樣品殘留，必要時用水清洗，洗后一定要烘干。測量未知樣品時，一般無法知道樣品中汞濃度的高低，此時要先用少量樣品進行預測量，對一些高濃度的樣品（如一些化妝品和中藥），推薦樣品的重量為10 ～ 50 mg，這樣可以避免催化管和齊化管受汞的記憶效應影響，減少使用壽命[22]。

測量參數(shù)設(shè)置時的注意事項：一是干燥時間的選擇。干燥時間與溶液體積有關(guān)，為0.7×體積（μL）；如果是濕的沉積物，與質(zhì)量數(shù)有關(guān)，為0.7×0.45×質(zhì)量（mg）。如是干的無機樣品可以使用最少時間（9 s）進行干燥，如果是有機物樣品，時間要加長一些，為150 ～ 200 s。二是分解溫度和時間的選擇。對于無機物，分解時間和溫度可以選擇160 ～ 240 s和800 ～ 850 ℃；如是有機物，時間要加長一些，為180 ～ 400 s，分解溫度為850 ～ 1 000 ℃。無機物的分解時間還可以按120+0.4×質(zhì)量（mg）進行估算。

4 結(jié) 論

通過對比發(fā)現(xiàn)，時間成本上原子熒光上機測定對單個樣品的檢測時間明顯比直接進樣法少，直接進樣法的日檢測數(shù)量不如原子熒光光譜法[23]。試劑和人力成本上原子熒光光譜法明顯不如直接進樣法，原子熒光光譜法需要進行前處理，需要投入一定的人力和試劑。所以，在進行大批量檢測任務(wù)時，直接進樣法在節(jié)省人力和試劑成本方面表現(xiàn)更優(yōu)，而原子熒光光譜法在日檢測數(shù)量方面更優(yōu)，若投入專門的前處理人員，日檢測數(shù)量可以翻倍。通過以上日常的工作經(jīng)驗總結(jié)得出，原子熒光光譜法測汞存在汞空白響應值高、測定汞含量較低或者較高含量樣品時標準序列的選擇存在難點等問題。直接進樣法測汞有操作簡單，速度快、無需消解、不引入危險化學試劑等優(yōu)點，并且比原子熒光光譜法在低含量樣品的檢測上具有更好的準確性，更適合糧食中汞含量的測定，因此，直接進樣測汞法是一種值得廣泛推廣的免化學消解、避免試劑污染、檢出限低、精密度準確度均符合要求的快速、高效檢測糧食中汞含量，且可明顯緩解實驗人員的檢測壓力的方法。

參 考 文 獻

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