牛奶中重金属汞与砷检测方法的改进与探讨

文/贾 涛 方 芳 郑君杰 孙志伟 刘 钧

（北京市饲料监察所）

牛奶中重金属汞与砷检测方法的改进与探讨

文/贾 涛 方 芳 郑君杰 孙志伟 刘 钧

（北京市饲料监察所）

目前原子荧光、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）检测方法已经广泛应用在食品安全检测领域，但是在实际检测工作中仍存在不足之处。针对牛奶中重金属汞与砷的检测方法进行了改进，从基体改进剂与标准曲线的浓度范围进行讨论，建议在国家标准GB 5009.17-2014《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》中增加ICP-MS法，建议在GB 5009.11-2014《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》第二法——氢化物发生原子荧光光谱法的前处理方法中增加微波消解法。

牛奶；汞；砷；检测；改进

乳制品安全受到国家与社会的广泛关注，牛奶中重金属含量是否超标也越来越受到重视，目前原子吸收、原子荧光、ICP-MS检测方法已经广泛地应用在食品安全检测领域，但在实际检测工作中还有一些不太适宜之处，对于检测体系与监督管理体系的建设都是不利的。因此，本文结合食品安全指标限量标准与食品中重金属元素汞与砷的检测标准，并在具备充足的实际工作经验的基础上，对牛奶中重金属元素汞与砷的检测标准进行适当的改进，改进后的检测方法能够结合实际工作需求更为准确有效地测定牛奶中重金属汞与砷元素的含量。

1 试验方法

1.1 方法原理

1.1.1 汞元素

（1）原子荧光法

样品经酸加热消解后，其中的汞被酸性介质硼氢化钠还原成原子态汞，同载气（氩气）带入原子化器中，在汞空心阴极灯照射下，基态汞原子被激发至高能态，再由高能态回到基态时，发射出特定波长的荧光，其荧光强度与汞含量成正比，与标准系列溶液比较定量。

（2） ICP-MS法

样品经微波消解后，溶液经雾化由载气（高纯氩气）送入ICPMS炬管中，经过蒸发、解离、原子化和离子化等过程，转化为带电荷的离子，经离子采集系统进入质谱仪，质谱仪根据质荷比进行分离。对于一定的质荷比，质谱信号强度与进入质谱仪的离子数成正比，即样品浓度与质谱信号强度成正比。通过测量质谱的信号强度对样品溶液中的汞元素进行测定。

1.1.2 砷元素

以原子荧光法测定砷：样品经微波消解后，加入硫脲使五价砷预还原为三价砷，再加入硼氢化钠使其还原成砷化氢，由载气（氩气）载入石英原子化器中分解为原子态砷，在高强度砷空心阴极灯的发射光激发下产生原子荧光，其荧光强度在固定条件下与被测溶液中的砷浓度成正比，与标准系列比较定量。

1.2 试验试剂

本试验所有用水均符合GB/ T6682-2008《分析实验室用水规格和试验方法》中规定的一级水要求。硝酸（光谱纯）；过氧化氢（光谱纯）；硼氢化钠（优级纯）；硫脲（优级纯）；抗坏血酸（优级纯）。

1.2.1 汞标准溶液

汞标准储备溶液（1 000 μg/mL）：国家标准物质中心提供。

汞标准工作曲线溶液：分多步逐级稀释，准确移取1 000 μg/mL汞标准储备溶液1.0 mL，用一级水定容至100 mL容量瓶中，此溶液浓度相当于10 μg/mL；准确移取10 μg/mL铬标准溶液1.0 mL，用一级水定容至100 mL容量瓶中，此溶液浓度相当于100 ng/mL；准确移取100 ng/mL铬标准溶液10 mL，用一级水定容至100 mL容量瓶中，此溶液浓度相当于10 ng/mL。准确移取10 ng/mL汞标液0、0.1、0.5、1、5、10 mL，置于100 mL容量瓶中，以原子荧光法检测时用10%的硝酸溶液分别定容，以ICP-MS检测时用3%的硝酸溶液定容，此标准系列浓度为0、0.01、0.05、0.10、0.05、1.00 ng/mL。

1.2.2 砷测定试剂

砷标准储备溶液（1 000 μg/ mL）：国家标准物质中心提供。

砷标准曲线工作溶液：分多步逐级稀释，准确移取1 000 μg/mL砷标准储备溶液1.0 mL，用一级水定容至100 mL容量瓶中，此溶液浓度相当于10 μg/mL；准确移取10 μg/mL砷标准溶液1.0 mL，用一级水定容至100 mL容量瓶中，此溶液浓度相当于100 ng/mL；准确移取100 ng/mL砷标准溶液0、2.0、5.0、10.0、15.0、20.0 mL，分别置于100 mL容量瓶中，先加入硫脲溶液5.0 mL，再加入盐酸溶液5.0 mL，用一级水分别定容，此标准系列浓度相当于0、2.0、5.0、10.0、15.0、20.0 ng/mL。

1.3 试验设备

电子天平（0.0001 g），微波消解仪（可控温），赶酸仪，原子荧光分光光度计，电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。

2 分析步骤

2.1 汞元素分析

测汞元素时，为避免汞元素的挥发，一般不做赶酸处理，冷却至室温后直接定容至50 mL容量瓶中，此时样品溶液中硝酸的最终浓度为10%，符合GB 5009.17-2014《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》中标准曲线以10%的硝酸定容，样品溶液与曲线溶液硝酸浓度相同。微波消解程序见表1。

2.2 砷元素分析

测砷元素时，同样采用的是微波消解法，准确称取牛奶样品2 g，置于55 mL的微波消解管中，加入硝酸5 mL，充分摇匀，加入双氧水2 mL，再次充分摇匀，这时需要注意至少静置4 h。升温程序，采用4 步阶梯升温，第一步5 min升至100 ℃，保持10 min。第二步5 min，升至120 ℃，保持10 min。第三步5 min升温至150 ℃，保持10 min。第四步5 min升温至170 ℃，保持30 min。微波消解后样品需要赶酸，温度为120 ℃，约需2 h左右，最终以样品溶液剩至2～3 mL为准。用一级水定容至25 mL容量瓶中，上机测定。

3 结果与讨论

3.1 标准曲线的绘制与选择

3.1.1 汞元素

GB 5009.17-2014《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》中规定，用第一法原子荧光光谱分析法测定牛奶中汞元素时，标准曲线范围为：0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、2.5 ng/mL。但这个浓度范围的曲线在实际检测工作中并不实用，具体原因在于：GB 2762-2012《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中规定汞在牛奶中的安全限量值为0.01 mg/kg，所以对汞元素测定时，标准曲线范围建议为：0、0.01、0.05、0.10、0.50、1.00 ng/mL。以汞元素在牛奶中的安全限量值为0.01 mg/kg计算，称取2 g样品定容至50 mL，其样品溶液最终浓度为0.4 ng/mL，靠近曲线中间点。

3.1.2 砷元素

对于砷元素的测定，GB5009.11-2014《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》中第二法——氢化物发生原子荧光光谱法，标准曲线浓度范围为：0、4.0、10.0、20.0、60.0、120.0 ng/ mL，建议将砷元素曲线范围改进为：0、2.0、5.0、10.0、15.0、20.0 ng/mL。砷在牛奶中的安全限量值为0.1 mg/kg，以称取2 g样品，定容至25 mL计算，其样品溶液最终浓度为8 ng/mL，此时，样品溶液浓度落在曲线中间位置，检测效果也更为理想。

表1 微波消解程序

3.2 仪器参数的设置

3.2.1 原子荧光LC-AFS6500

原子化器高度10 mm，光斑中线，以1.0 ng/mL汞标液调节IF值4 000～5 000；

灯电压280 v，灯电流40 mA，读数时间16 s，延迟时间1 s；

原子化器温度800 ℃；

载气流量400 mL/min，屏蔽气流量900 mL/min。

3.2.2 ICP-MS

雾化器类型为自吸式，雾化器流速为0.4 mL/min，雾室温度为2～3 ℃；

氩气压力为0.4 bar，冷却管氩气流量为14 mL/min，辅助管氩气流量为0.7 mL/min；

真空泵：＜2 mbar；

等离子体：KED模式；

采样锥：镍铜合金；

质谱调谐液：钡、铋、铈、钴、铟、锂；

调谐液浓度：1.0 ng/mL；

校正：内标校正，内标元素为铋、铟、锂；

酸浓度：2%盐酸。

4 经验交流

4.1 汞元素为易挥发元素，不建议使用干灰化法，硼氢化钠溶液浓度建议采用14 g/L，并需要溶解在碱性溶液中。

4.2 在使用原子荧光检测时，空白试剂已经在仪器检测时自动减除。

5 提出建议

5.1 汞元素

建议在GB 5009.17-2014《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》增加ICP-MS法。现在ICP-MS仪器已经广泛应用在各个行业的检测领域，具有检测灵敏度更高、检出限更低、线性范围更宽、检测时间更短等优点。汞元素测定时添加3 个浓度梯度，分别为0.01 mg/kg、0.03 mg/kg、0.10 mg/kg，以原子荧光法测得回收率范围为68.0%～86.0%，以ICP-MS法测得回收率范围为71.0%～91.0%，平均回收率约提高4.0%（表2、表3）。

表2 牛奶中汞原子荧光法回收率

表3 牛奶中汞ICP-MS法回收率

表4 牛奶中砷湿消化法回收率

表5 牛奶中砷微波消解法回收率

5.2 砷元素

建议在GB 5009.11-2014《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》第二法——氢化物发生原子荧光光谱法的前处理方法中增加微波消解法。微波消解法具有用时短，一次处理多批次样品，用酸量少，减少对环境的污染，样品在处理阶段几乎没有损失等优点。先期做过两种前处理方法的对比试验，砷元素测定时添加3 个浓度梯度，分别为0.04 mg/kg、0.10 mg/kg、0.25 mg/kg，以湿消化法测得回收率范围为72.7%～84.3%，以微波消解法测得回收率范围为78.7%～91.3%，回收率平均约提高5.0%（表4、表5）。C

2017-02-24）

贾涛（1981-），北京市饲料监察所高级畜牧师，理化检验室检验员，质量监督员，从事饲料与生乳检测、调研及质量监督工作。