海龍中微量元素的主成分分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

孫 杰,陳發(fā)榮* ,韓力揮

(1.國(guó)家海洋局 海洋第一研究所，山東 青島 266061; 2.中國(guó)海洋大學(xué) 海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100 )

0 引言

中藥材的指紋圖譜技術(shù)已經(jīng)是牽動(dòng)行業(yè)全面進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)[1]，要求對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格地質(zhì)量控制以符合最終成品的要求.同時(shí)重金屬方面的控制在中藥材的質(zhì)量控制中占有重要地位[2].近些年由于采礦、“三廢”的排放等人為因素造成了嚴(yán)重的重金屬污染，湖南和陜西鳳翔的兒童血鉛超標(biāo)事件都說(shuō)明了重金屬污染[3]已經(jīng)發(fā)展成為亟待解決的環(huán)境污染問(wèn)題.由于近幾年海洋中塑料垃圾[4]和石油泄漏[5]的污染也致使海產(chǎn)品出現(xiàn)了重金屬污染問(wèn)題[6]，關(guān)于海洋產(chǎn)品中重金屬方面的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估也引起了關(guān)注[7]，但是這些評(píng)估方式大多數(shù)僅限于重金屬含量[8]與國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)值的比較，或者限于污染指數(shù)[9]的計(jì)算，都不能直接地反映出風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題.本文從消費(fèi)者每周吸收量(EWI)與相應(yīng)限量值(PTWI)的角度上，通過(guò)對(duì)EWI值與PTWI值進(jìn)行比較建立了一種直接、準(zhǔn)確可靠的評(píng)估方法，并且計(jì)算方式快捷簡(jiǎn)便.

海龍通稱(chēng)海龍魚(yú)可以作為補(bǔ)益中藥,具有溫腎壯陽(yáng)、散結(jié)消腫的作用.然而關(guān)于海龍中微量元素的分析一直未受到重視，本文利用ICP-MS測(cè)定了寶珈海龍、粗吻海龍、尖海龍、擬海龍和刁海龍樣品中13種微量元素，同時(shí)運(yùn)用SPSS11.5對(duì)海龍中13種微量元素進(jìn)行了主成分分析，并且運(yùn)用EWI值[10]的計(jì)算公式對(duì)海龍的主成分元素進(jìn)行了計(jì)算，并且與其相應(yīng)的PTWI值比較進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

7500a型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(America，Agilent)，真空冷凍干燥機(jī)(America，LABCONCO)，MARS微波消解儀(America，CEM)，Milli-Q超純水處理系統(tǒng)(America，Milipore，18.2 MΩ).

過(guò)氧化氫，優(yōu)級(jí)純；硝酸，優(yōu)級(jí)純 ，Germany，Merck；Ar，純度 99.999%；7Li、89Y、205Tl、140Ce的調(diào)諧溶液10 mg/L(America，Agilent)；6Li、45Sc、72Ge、89Y、115In、159Tb、209Bi的內(nèi)標(biāo)溶液10 mg/L(America，Agilent)，使用前用5%的硝酸稀釋到1 mg/L.所用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為國(guó)家黃魚(yú)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì).本次實(shí)驗(yàn)所用寶珈海龍(S1)、粗吻海龍(S2)、尖海龍(S3)、擬海龍(S4)、刁海龍(S5)樣品均為市場(chǎng)采購(gòu)所得.

1.2 儀器工作條件

ICP-MS條件：分析模式為定量分析；射頻功率為1 350 W；采樣錐為鉑錐；采樣深度為6.3 mm；等離子體氣流速為15.0 L/min；載氣流速為1.16 L/min；輔助氣流速為1.0 L/min；霧化室溫度為2.0 ℃；積分時(shí)間為0.3 s；采集次數(shù)為3次；分析測(cè)試前用10 μg/L的7Li、89Y、205Tl、140Ce的調(diào)諧液對(duì)ICP-MS進(jìn)行調(diào)諧，使儀器的靈敏度、雙電荷、氧化物干擾、分辨率達(dá)到分析測(cè)定要求.

1.3 前處理實(shí)驗(yàn)

海龍樣品首先用二次蒸餾水進(jìn)行清洗，在-80 ℃的超低溫冰箱中冷凍12 h，然后在冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行冷凍干燥24 h，粉碎，過(guò)80目篩，分別裝入聚乙烯瓶中，放入干燥器中保存，待用.為了避免樣品的污染，所有實(shí)驗(yàn)器皿均用5%～10%的HNO3進(jìn)行浸泡48 h，然后用二次蒸餾水沖洗5次以上，晾干待用.

分別稱(chēng)量0.3 g海龍樣品放入消解罐中，同時(shí)加入6 mL濃硝酸溶液并放置一夜，接著加入2 mL過(guò)氧化氫水溶液放置1 h之后 ，放入微波消解儀中進(jìn)行消解，消解程序設(shè)置為第一次升溫到100 ℃，升溫時(shí)間為10 min，運(yùn)行功率為800 W，100 ℃狀態(tài)下維持時(shí)間為5 min.第二次升溫至150 ℃，升溫時(shí)間10 min，運(yùn)行功率為800 W，150 ℃狀態(tài)下維持時(shí)間5 min.第三次升溫至190 ℃，升溫時(shí)間為12 min,運(yùn)行功率為800 W，190 ℃狀態(tài)下維持10 min.運(yùn)行程序結(jié)束后，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移溶液，定重到30 g左右，過(guò)0.45 μm的膜，用ICP-MS測(cè)定，每種樣品均做3份平行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)每批樣品做3份空白實(shí)驗(yàn)和3份黃魚(yú)標(biāo)準(zhǔn)樣品實(shí)驗(yàn).

2 結(jié)果與討論

2.1 準(zhǔn)確度和精確度實(shí)驗(yàn)

考慮到實(shí)際樣品基體的復(fù)雜性和多樣性，為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性，首先對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)黃魚(yú)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW08573)進(jìn)行測(cè)定.通過(guò)表1可以看出RSD<4.97%,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的回收率變化范圍為86%～120%，說(shuō)明本方法準(zhǔn)確可靠、重現(xiàn)性好，可以滿(mǎn)足海龍樣品中微量元素的測(cè)定.

表1 測(cè)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW08573) 黃魚(yú)中元素總量Tab.1 Determination of total concentration of element in national croaker standard material(GBW08573)

2.2 不同海龍樣品中微量元素測(cè)定結(jié)果的分析

表2 寶珈海龍、粗吻海龍、尖海龍、擬海龍、刁海龍中微量元素的含量 Tab.2 Concentration of element in microphis boaja,trachyrhamphus serratus,syngnathus acus linnaeus,syngnathoides biaculatus and solenognathhs hardwickii

由表2可見(jiàn)Ni和As元素在擬海龍中濃度最低，Se和Cd元素在寶珈海龍中濃度最低，Cs元素在粗吻海龍中濃度最低，Ni，As和Cs和Se元素在尖海龍中濃度最高，Cd元素在擬海龍中濃度最高.同時(shí)所測(cè)定的海龍樣品中含有大量人體必需微量元素，其含量范圍分別為Sr 88.22～353.04 μg/g，Zn 21.85～40.75 μg/g，Se 1.71～2.46 μg/g，Co 0.07～0.28 μg/g，Cu：8.752 ～15.029 μg/g. 通過(guò)分析5種海龍樣品中的Pb，Cd和Cr等有毒元素的含量與中國(guó)無(wú)公害水產(chǎn)品中Pb、Cd和Cr元素限量值(Pb含量≤0.5 μg/g，Cd含量≤0.1 μg/g，Cr含量≤2.0 μg/g).通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)粗吻海龍、尖海龍、擬海龍中Pb元素含量 ，尖海龍、擬海龍中Cd元素含量和5種海龍樣品中Cr元素含量超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限量值.

2.3 海龍中微量元素的主成分分析

2.3.1 微量元素的主成分分析

利用SPSS11.5對(duì)5種海龍樣品中的13種微量元素進(jìn)行主成分分析，表3中描述了總方差貢獻(xiàn)率為72.76%均來(lái)自前2個(gè)因子.通過(guò)表4因子載荷矩陣的分析，第一主成分與Cs、Cd、Co和Se呈現(xiàn)出高度正相關(guān)，與Sr和Ba呈現(xiàn)出高度負(fù)相關(guān)；第二主成分與Ni、As呈現(xiàn)出高度正相關(guān).所以，Ni、Se、As、Cd、Cs、Co、Sr和Ba為海龍的主成分元素.

所測(cè)定的5種海龍樣品的主成分元素的平均值分別為：Ni 4.35 μg/g，Se 2.07 μg/g，As 2.84 μg/g，Cd 0.12μg/g，Cs 0.13 μg/g，Co 0.16 μg/g，Sr 0.018 μg/g，Ba 0.011 μg/g，在5種海龍樣品中擬海龍的Ni元素含量與平均值相差最大，寶珈海龍、刁海龍的Cd元素含量與平均值相差較大.

表3 主成分分析特征根和方差貢獻(xiàn)率Tab.3 Eigenvalues and variance of the main factors in the contribution rate

表 4 主成分矩陣Tab.4 Component matrix

2.3.2 主成分綜合評(píng)價(jià)

按照公式根據(jù)綜合得分公式F=0.472F1+25.56F2+16.64F3+10.60F4，優(yōu)差順序進(jìn)行排名，通過(guò)表5分析得出尖海龍>擬海龍>粗吻海龍>寶珈海龍， 根據(jù)主成分分析可以大體上判斷出所測(cè)海龍中尖海龍最為突出，能夠與其他海龍樣品區(qū)分出來(lái).

表5 海龍樣品的綜合排名Tab.5 The comprehensive ranging in sea dragon samples

2.4 海龍樣品中主成分元素的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

主成分元素的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估用如下公式表示：

EWI=(C×FIR×7)/WAB，

其中：EWI表示為每周吸收量(μg/kg)；C表示為魚(yú)中的元素濃度(μg/g)；FIR表示為食品吸收率，相當(dāng)于每人36 g/d；7表示一周的天數(shù)；WAB表示為消費(fèi)者的平均體質(zhì)量(60 kg).

表6 海龍樣品中主成分元素的EWI值Tab.6 EWI values of principal component elements in sea dragon samples μg·kg﹣1

關(guān)于Ba、Sr、Co、Cs和Ni元素的PTWI值目前沒(méi)有相關(guān)報(bào)道，同時(shí)有毒元素對(duì)人體危害程度降序排列[11]為As>Pb>Cd>Ni>Zn>Cr>Cu>Mn，其中As和Cd元素不僅是主成分元素，而且是毒性最大的元素，由于Se為人們所關(guān)注的有益元素，但是過(guò)量也會(huì)對(duì)人體造成損害，所以本研究重點(diǎn)分析As，Se和Cd元素的EWI值.

通過(guò)表5中主成分元素EWI值的分析，并結(jié)合有關(guān)As、Cd和Se元素的PTWI值，As、Cd和Se元素的PTWI值分別為14 、2.5 μg/kg( EU Scientific Committee)和46.67 μg/kg(WHO)，5種海龍樣品中Se和Cd元素的EWI值均低于相應(yīng)元素的PTWI值， 寶珈海龍、粗吻海龍、擬海龍、刁海龍中的As元素的EWI值均低于As元素的PTWI值，但是尖海龍中的As元素的EWI值高于相應(yīng)PTWI值，可見(jiàn)需要長(zhǎng)期關(guān)注As元素污染的問(wèn)題.

3 結(jié)論

采用微波消解-ICP-MS方法測(cè)定了5種海龍樣品中13種微量元素的含量.結(jié)果表明：Ni、Se、As、Cd、Cs、Co、Sr、Ba為海龍樣品的主成分元素；此外，所測(cè)定的海龍樣品中含有大量Sr、Zn和Se等人體必需微量元素；并且5種海龍樣品中Se和Cd元素的周吸收量(EWI)均低于最高允許吸收量(PTWI)，寶珈海龍、粗吻海龍、擬海龍、刁海龍中As元素的周吸收量值均低于相應(yīng)最高允許吸收量，但是Pb、Cd和Cr等有毒元素的含量部分超出了我國(guó)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)限量值，尖海龍中As元素的周吸收量部分超出了相應(yīng)最高允許吸收量.本研究建立了比較元素周吸收量與最高允許吸收量大小的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，有望為海產(chǎn)品的安全控制與質(zhì)量控制提供技術(shù)支持.