石家源 杨会宁 赵越超 张月 徐振斌 张建桥
摘要：食品安全国家标准是基层检验工作者的工作依据，GB 5009.17—2021相对于2014版在第一篇中增加了直接进样测汞法和电感耦合等离子体质谱法。文章针对标准中总汞的测定第一法（原子荧光光谱法）和第二法（直接进样测汞法）在粮食检测当中的应用进行分析和比较，对检验过程中应注意的问题和各自的优缺点进行探讨，得出以下结论：在进行大批量检测任务时，直接进样测汞法在节省人力和试剂成本方面表现更优，而原子荧光光谱法在日检测数量方面更优。
关键词：食品；
重金属；
汞含量；
测定标准；
粮食检测；
应用
中图分类号：TS210.7 文献标识码：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
汞在常温下呈液态，是唯一主要以气态单质存在于大气中的重金属[1]。它有复杂的迁移运动机制，当汞发生甲基化作用后会对人体产生更加严重的生理和神经毒性，并且汞具有富集性，很难在环境中降解[2]。重金属污染与其他有机化合物的污染不同，不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化使有害性降低或解除。而这些重金属元素在谷物中分布广泛，会对人体造成严重危害[3]，所以重金属污染问题日益受到人们的重视。保证粮食重金属含量不超过相关限量标准对保障人们健康具有重要的意义[4]。
1 检验中使用到的方法
GB 5009.17—2021与GB 5009.17—2014的第一篇食品中总汞的测定相比，主要变化为修改第一法的名稱为原子荧光光谱法，修改了试样消解和附录的相关内容；
增加直接进样测汞法作为第二法，增加电感耦合等离子体质谱法作为第三法；
修改冷原子吸收光谱法作为第四法。由于在工作中一直使用的是第一法和第二法，所以本文只针对标准中的第一法和第二法进行分析和比较。
（1）原子荧光光谱法：试样经酸热消解后，在酸性介质中，试样中的汞被硼氢化钾或硼氢化钠还原成原子态，由载气（氩气） 带入原子化器中，在汞元素灯照射下，基态汞原子被激发至高能态，其由高能态回到基态时，会发射出特征波长的荧光，该荧光强度与汞含量呈正比；
外标法定量。
应用的仪器：LC-AFS 6500型原子荧光光度计（北京海光仪器有限公司）、MARS 6型微波消解仪（美国CEM公司）、AC200型酸蒸逆流清洗器（美国Amerlab公司）。所使用试剂均为优级纯试剂，使用的汞单元素溶液标准物质为中国计量科学研究院生产，编号为GBW08617。
（2）直接进样测汞法：样品经高温灼烧及催化热解后，汞被还原成汞单质，用金汞齐富集或直接通过载气带入检测器，在253.7 nm 波长处测量汞的原子吸收信号，或由汞灯激发检测汞的原子荧光信号；
外标法定量。
应用的仪器：DMA-80型直接进样测汞仪（意大利Milestone公司）。所使用的试剂均为优级纯试剂，使用的汞单元素溶液标准物质是中国计量科学研究院生产，编号为GBW08617。
2 检验方法比较
原粮检验应用原子荧光光谱法时，需将样品粉碎均匀，粒径达425 μm以下（相当于40目以上）。样品预处理用微波消解法，称取试样0.2 ～ 0.5 g（精确到0.001 g），置于消解罐中，加入5 ～ 8 mL硝酸，加盖放置1 h，对于难消解的样品再加入0.5 ～ 1 mL过氧化氢，旋紧罐盖，按照微波消解仪的标准操作步骤进行消解（微波消解参数为仪器厂家推荐参数，见表1）。冷却后取出，缓慢打开罐盖排气，用少量水冲洗内盖，将消解罐放在控温电热板上或超声水浴箱中，80 ℃下加热或超声脱气3 ～ 6 min 赶去棕色气体，取出消解罐，将消化液转移至25 mL容量瓶中，用少量水分3 次洗涤内罐，洗涤液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用，同时做空白试验。设置好原子荧光的各项参数至仪器性能最佳（根据厂家推荐的仪器参数，见表2），机器预热完成后先制作标准曲线再测定样品。国标中汞标准系列溶液：汞质量浓度为0.00、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 μg/L。这个标准序列中浓度数值比较高，根据GB 2762—2017中的要求，谷物当中汞的限定含量是0.02 mg/kg。在实际检验中称样量为0.500 g，用微波溶解方法处理样品，将待测液定容至25 mL，假设样品汞含量为 0.02 mg/kg，那么待测液的汞质量浓度为0.4 μg/L。这一数值虽然在标准序列范围内，但是国标中使用的标准序列浓度比较大。在实际检验过程中，对于无污染或者汞含量较低的粮食产品的适用性不是很强。所以在原粮的检验中使用低浓度的标准序列溶液：汞质量浓度为0.00、0.05、0.10、 0.20、0.30、0.40、0.50 μg/L。另外，此方法检出限为0.003 mg/kg，定量限为0.01 mg/kg，实际检验中粮食中的汞含量大部分都低于定量限，甚至低于检出限，这样结果很难精准。
原粮检验应用直接进样测汞法时，只需将样品粉碎均匀，粒径达425 μm以下（相当于40目以上）即可上机测量。将直接测汞仪性能调至最佳状态（根据厂家推荐的仪器参数，见表3），称取0.1 g（精确到0.000 1 g）固体样品于专用镍舟，然后将样品舟直接放入自动进样盘即可开始检测，空白试验也按照此步骤进行。当称样量为0.1 g时，方法检出限为0.000 2 mg/kg，方法定量限为0.000 5 mg/kg。灵敏度和精确度都优于原子荧光光谱法。
3 检验过程中应注意的问题
3.1 原子荧光光谱法测汞空白值的探讨
应用原子荧光光谱法，要注意刚开机时汞灯随着电流加热时间增加，空白荧光值会随之升高，数据漂移严重，稳定性差，要增加机器预热时间至空白荧光值稳定后再测定样品[5]。另外测汞空白值高是应用原子荧光分析的常见问题，造成汞空白值高的原因较多，比如可能是仪器硬件问题所造成的，包括仪器设计问题、汞灯的问题或者仪器参数设置不合理的问题；
也可能是实验所用试剂纯度的问题；
再者可能是实验用的器皿和仪器管路被污染造成的。这在实际工作的过程中很难快速判断出造成汞空白高的原因，所以要一步一步分析原因，用排除法一项一项排除可能会造成汞空白高的因素。这里，笔者针对工作中遇到的和资料查阅中发现的可能造成汞空白值高的因素逐一进行分析。
3.1.1 仪器硬件问题
光源问题是最为普遍的造成原子荧光光谱法测汞时空白高的原因。目前原子荧光仪常用的光源为空心阴极灯，但是汞灯是阳极灯[6]，其中心极是阳极，并不是空心阴极，阴极在灯内的侧面，而且中心阳极靠近石英窗，汞灯点亮时空心阴极放电，在常温下电流激发灯内呈蒸汽状态的汞原子能级跃迁，使其产生信号。正因为这样的设计所以汞灯存在光斑发散不集中的问题，发散的光斑照射到原子化器及原子化室反射到检测器进而导致空白值增高。针对这个问题研究人员[7]通过把汞元素灯从灯架上往后拉动改变汞元素灯和聚光透镜的位置来减小汞元素灯的光斑，进而减少反射光进入检测器，降低了仪器的空白荧光响应值。笔者发现改变汞元素灯和光透镜的位置使汞元素灯的光斑变得集中，可以减少杂散光进入原子荧光检测器，降低了汞元素的仪器空白响应值，该法简单有效，在使用原子荧光光谱法测汞元素时可以采取这种方法。
3.1.2 仪器参数设置问题
原子荧光仪器的灯电流和负高压两个参数对原子荧光仪器空白荧光强度值和灵敏度的影响较大。灯电流控制仪器元素灯激发的光强，灯电流越大仪器的激发光强越强，原子荧光仪器的荧光响应值也越高；
负高压控制检测器的灵敏度，负高压越高原子荧光检测器的灵敏度就越高[8]。负高压和灯电流越大相应的灵敏度及空白荧光强度值也会越高，仪器的重现性及稳定性也会随之下降，笔者在实际工作中通过调整负高压和灯电流这两个参数找到的最佳值是灯电流为30 mA、负高压为280 V，该条件可以使标准曲线中汞质量浓度为0.05 μg/L的最低点的荧光强度值控制在既保证了仪器灵敏度又降低了仪器的空白荧光强度值的范围，仪器的稳定性也有所提升。在使用原子荧光光谱法测汞元素时要先找到仪器的最佳参数，这样才能测得既稳定又准确的数据。
3.1.3 试剂问题
目前市面上的原子荧光光度计都是采用硼氢化物—酸还原体系的蒸汽发生技术来测汞元素。该技术的原理是在酸性条件下，以硼氢化钾或者硼氢化钠做为还原剂，将二价的汞还原成单质汞，再由载气（氩气）帶入石英炉原子化器，在汞元素灯发射光的照射下产生原子荧光[9]。在反应中用到的试剂有酸和还原剂，根据 GB 5009.17—2021《食品国家安全标准 食品中总汞及有机汞的测定》的第一篇中第一法的规定，要用到硝酸、氢氧化钾和硼氢化钾等试剂，并且规定所用试剂均为优级纯，在实际的测定过程中也主要是实验用的酸和还原剂会影响到仪器的空白响应值[10]。微波消解过程中会用到硝酸，不同的硝酸里面的杂质不一样，笔者使用的进口硝酸（麦克林试剂）和国产硝酸（国药试剂），效果都不错，试剂空白都在可以接受的范围。当然也可以选择纯度更高的硝酸，但是考虑到性价比，选择优级纯的硝酸即可。仪器上机用的载流盐酸和还原剂硼氢化钾、氢氧化钾使用优级纯即可，有条件的使用纯度更高的试剂效果会更好。另外，汞元素不是一定要在高温条件下才能原子化，在酸性条件下和还原剂反应也可以直接生成汞原子蒸汽，所以原子荧光光度计在测汞时可以不生成氢火焰，那么在所测样品汞含量很低或者现有试剂的纯度不高时可以使用低浓度的还原剂进行试验，这样仪器的荧光响应值会随之降低，仪器的误差也会随之降低，仪器测得的结果才会相对准确[11]。原子荧光光谱法测汞的还原剂的配置是用氢氧化钾或氢氧化钠溶液溶解硼氢化钾或者硼氢化钠，需要现用现配，这是因为在碱性条件下保存能抑制硼氢化钾或者硼氢化钠分解，并且有试验[12]结果显示当氢氧化钾或氢氧化钠溶液的质量浓度为5 g/L时稳定性较好，当硼氢化钾或者硼氢化钠的质量浓度为0.1 g/L时测汞的荧光强度好，空白荧光强度值大小合适，同时仪器的灵敏度高、稳定性好、又能节约试剂；
当硼氢化钾或者硼氢化钠的浓度太低时，反应不充分，仪器的灵敏度和稳定性都会下降；
当硼氢化钾或者硼氢化钠的浓度太高时则反应产生的氢气过多，导致反应产生的氢化物被稀释，而且气流过大减少停留时间的同时仪器灵敏度也会降低，最主要的是仪器的空白响应值较高且仪器的稳定性也较差。
3.1.4 器皿和仪器管路存在被污染的问题
汞元素的吸附性很强，所以实验中用到的器皿存在较大的汞残留问题，因此保证实验中反复使用的器皿不受污染很重要[13]。单纯使用纯水清洗，无法去除汞残留，酸缸浸泡法需要通过足够的酸和时间进行浸泡清洗，才能确保器皿被清洗干净，而且酸缸中的硝酸要经常更换[14]，浪费试剂且操作危险性大，不推荐使用。现在市面上有很多酸清洗产品，美国Amerlab公司生产的AC200型酸蒸逆流清洗器可以自动进行酸洗、清洗和干燥，操作简单、安全还节省时间和试剂，最重要的是清洗效果比酸缸浸泡的要好很多，推荐使用。另外，仪器的汞吸附、残留现象也比较明显，批量样品测定完成或测定了汞含量较大的样品后要及时清洗机器管路。所以，当测定汞含量比较高的样品需要配制大浓度标准序列溶液时，建议最高的质量浓度为4 ng/mL[15]。
3.2 原子荧光光谱法测汞标准曲线的选择
在实际工作中检测的原粮样品汞含量都很低，且大部分都低于国标方法的定量限，远小于GB 2762中对谷物当中汞的限定含量值0.02 mg/kg。国标中汞标准系列溶液：汞质量浓度为0.00、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 μg/L，而待测液的浓度比标准序列的最低点还低，致使测定结果会出现较大的偏差。对此可以在合理的范围内增加样品的称样量，减小待测液的定容体积来增大待测液中汞的浓度[16]，但是，由于样品中汞含量很小，所以这样做效果改善不大。也可以选用小浓度的标准序列：汞质量浓度为0.00、0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 μg/L；
同时选取合适的称样量以及定容体积，使待测液浓度位于标准序列范畴。
同理，当检测的样品汞含量较高时，可以在合理的范围内减少样品的称样量，增大待测液的定容体积来减小待测液中汞的浓度，但是对于汞含量很高的样品可以选用大浓度的标准序列，由于前文提到仪器管路的汞吸附、残留现象比较明显，当测定汞含量比较高的样品需配制大浓度标准序列溶液时，建议最高的质量浓度为4 ng/mL。所以在选用大浓度的标准序列的同时也要选取合适的称样量以及定容体积，使待测液浓度在标准序列范畴内[17]。
在实际工作中可以先对样品的待测液进行实验性的测定，根据其荧光响应强度值估算其汞浓度，找到适用于這个样品的标准序列，然后选择合适的称样量以及定容体积，使其浓度在标准序列范畴，最好是使其浓度位于标准序列范畴的平均值，也就是最为有效的线性范畴中，这样可以保证测量值是精确的[18]。不能对待测液进行多倍稀释再上机测定，这样会将实验的误差加大，造成测定的结果出现很大的偏差[19]。
3.3 直接进样测汞法的注意事项
使用直接进样测汞仪测定样品的汞含量时，首先要打开与仪器链接的氧气钢瓶（氧气纯度在99.95%以上，压力0.4 MPa ），然后先运行仪器空白，即不放样品舟，目的是驱除仪器内的汞残留，直到其吸光度小于0.003 0才可以使用。检测样品前需要将样品舟放进800～900 ℃的马弗炉中灼烧5 min以降低空白，检测其吸光度小于0.003 0才可以使用[20]。直接进样测汞仪一般不需要天天制作校准曲线，一般几个月或者仪器的重要部件更换后才重新制做一次校准曲线，所以每次测定时带两个标准溶液，如果它们的测定误差在5 %以下即说明测定结果是可靠的，不需要进行校正[21]。标准溶液测完以后要再次空运行仪器，以驱除前面测定时的汞残留，然后进行样品测试，每个样品建议测定两次，求其平均值。每做完一个样品后再空运行一次仪器，清除汞残留，之后再做下一个样品。以上序列可以保证测定的准确性。测定结束后拿出样品舟，清除舟内样品残留，必要时用水清洗，洗后一定要烘干。测量未知样品时，一般无法知道样品中汞浓度的高低，此时要先用少量样品进行预测量，对一些高浓度的样品（如一些化妆品和中药），推荐样品的重量为10 ～ 50 mg，这样可以避免催化管和齐化管受汞的记忆效应影响，减少使用寿命[22]。
测量参数设置时的注意事项：一是干燥时间的选择。干燥时间与溶液体积有关，为0.7×体积（μL）；
如果是湿的沉积物，与质量数有关，为0.7×0.45×质量（mg）。如是干的无机样品可以使用最少时间（9 s）进行干燥，如果是有机物样品，时间要加长一些，为150 ～ 200 s。二是分解温度和时间的选择。对于无机物，分解时间和温度可以选择160 ～ 240 s和800 ～ 850 ℃；
如是有机物，时间要加长一些，为180 ～ 400 s，分解温度为850 ～ 1 000 ℃。无机物的分解时间还可以按120+0.4×质量（mg）进行估算。
4 结 论
通过对比发现，时间成本上原子荧光上机测定对单个样品的检测时间明显比直接进样法少，直接进样法的日检测数量不如原子荧光光谱法[23]。试剂和人力成本上原子荧光光谱法明显不如直接进样法，原子荧光光谱法需要进行前处理，需要投入一定的人力和试剂。所以，在进行大批量检测任务时，直接进样法在节省人力和试剂成本方面表现更优，而原子荧光光谱法在日检测数量方面更优，若投入专门的前处理人员，日检测数量可以翻倍。通过以上日常的工作经验总结得出，原子荧光光谱法测汞存在汞空白响应值高、测定汞含量较低或者较高含量样品时标准序列的选择存在难点等问题。直接进样法测汞有操作简单，速度快、无需消解、不引入危险化学试剂等优点，并且比原子荧光光谱法在低含量样品的检测上具有更好的准确性，更适合粮食中汞含量的测定，因此，直接进样测汞法是一种值得广泛推广的免化学消解、避免试剂污染、检出限低、精密度准确度均符合要求的快速、高效检测粮食中汞含量，且可明显缓解实验人员的检测压力的方法。
参 考 文 献
[1] 张宏康，王中瑗，许佳璇，等.食品中重金属检测方法研究进展[J].食品安全质量检测学报，2016，7（5）：1 844-1 850.
[2] 苗利军.汞污染对身体的危害[J].农业工程，2013，3（3）：83-84.
[3] 邵磊.汞污染对食品质量的危害及对人体的伤害[J].现代食品，2016（2）：36-37.
[4] 王振旭，程海芳，赵芳，等.食品中汞含量测定方法的优化研究[J].食品研究与开发，2018，39（6）：159-162.
[5] 王艳兰.微波消解-原子荧光法测定初级农产品大米中的汞[J].当代化工研究，2021（20）：30-32.
[6] 王晶.原子荧光光谱仪同时测定样品中的砷和汞[J].中国环境管理干部学院学报，2013， 23（5）：70-71+94.
[7] 王陈敏.原子荧光测汞空白值的来源探究[J].皮革制做与环保科技，2021， 2（23）：164-165+168.
[8] 霍燕燕，王瑾，刘雪婷.微波消解-原子荧光法测定食品中的砷和汞[J].化学工程师，2021，34（11）：26-29.
[9] 孙立，刘全吉.（HG-AFS）法同时测定饮用水中的微量砷和汞[J].黑龙江科技信息，2002（6）：161.
[10] 张晨，戴慧峰，李红，等.原子荧光光谱法测定大米中汞含量的研究[J].上海农业科技，2020（1）：33+55.
[11] 孙璐.原子荧光光谱检测水样中汞[J].化工管理，2019（36）：
40-41.
[12] 李永华，王学欣.冷原子荧光光谱法测定水中的汞[J].食品工业，2019， 40（4）：311-314.
[13] 李铿.原子荧光法测试汞的漂移对策及标准空白过高的探讨[J].当代化工研究，2021（18）：36-38.
[14] 余波，黄勤.原子荧光法在土壤中痕量砷和汞测定中的应用[J].西部资源，2018（3）：194-195.
[15] 薛海英.原子熒光光度法土壤中总汞的测定[J].黑龙江环境通报，2020，33（1）：9-10+13.
[16] 洪玲，黄力，曾奎杰，等.微波消解-原子荧光光谱法测定粮食中汞的方法探讨[J].粮食与饲料工程，2021（5）：20-22+27.
[17] 怀闪闪，汤有宏，徐小伟，等.原子荧光光谱仪测定粮食中汞含量的不确定性[J]. 酿酒科技，2020（12）：113-117.
[18] 李艳苹，刘小骐，王翠翠，等.原子荧光测定水中汞的不确定度分析[J].盐科学与化工，2019，48（9）：16-18.
[19] 蔡曹盛，张建波.进口大米中痕量汞的测定[J].湖北农业科学，2014，53（3）：669-671.
[20] 王全，石元问，袁小兰，等.直接测汞仪与原子荧光法测定大米中汞的含量[J].现代食品，2021（20）：222-224.
[21] 张鹏.DMA-80直接测汞仪对植物叶片中汞的测定[J].科技创新与应用，2017（14）：66-67.
[22] 胡浩，李咏梅，冯礼，等.直接进样测汞仪测定大米中总汞含量的方法研究[J].湖南农业科学，2020（8）：82-87
[23] 秦祎芳，张红云，高敬铭，等.原子荧光光谱法和快速测汞仪法测定粮食中汞的对比研究[J].食品科技，2020，45（8）：282-285.
猜你喜欢重金属食品应用国外如何进行食品安全监管保健医苑(2022年6期)2022-07-08重金属对膨润土膨胀性的影响矿产综合利用(2020年1期)2020-07-24食品造假必严惩少儿美术(快乐历史地理)(2018年3期)2018-09-25测定不同产地宽筋藤中5种重金属中成药(2018年8期)2018-08-29GM（1，1）白化微分优化方程预测模型建模过程应用分析科技视界(2016年20期)2016-09-29煤矿井下坑道钻机人机工程学应用分析科技视界(2016年20期)2016-09-29气体分离提纯应用变压吸附技术的分析科技视界(2016年20期)2016-09-29会计与统计的比较研究大众理财顾问(2016年8期)2016-09-28竟然被“健康食品”调戏了这么多年Coco薇(2016年7期)2016-06-28ICP-AES、ICP-MS测定水中重金属的对比研究当代化工研究(2016年6期)2016-03-20