ICP-MS法測定藥食同源性食物中的重金屬及有害元素

龐小蓮,陳婷婷,劉 蘭

(1.玉林市食品藥品檢驗(yàn)檢測中心,廣西玉林 537000; 2.湖南省食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院,湖南長沙 410111)

藥食同源是指許多食物同時也是中藥,食物與中藥同時起源又沒有絕對的分界線,在食養(yǎng)、食療和藥膳方面,應(yīng)用非常廣泛和全面。在我國教育體系里面,對藥食同源的應(yīng)用方面也很重視,越來越受到關(guān)注[1]。藥食同源食物在養(yǎng)生和臨床飲食調(diào)護(hù)方面應(yīng)用廣泛,具有袪暑、潤秋燥和抗衰老等功效,同時藥食膳在降血糖和心臟疾病方面也有一定應(yīng)用[2-7]。其中山藥、茯苓、百合、紅棗、枸杞等以其特有的營養(yǎng)成分和功效深受大眾歡迎[8-10]。藥食同源食物和藥食膳療已成為中華民族文化的瑰寶[11]。

藥食同源食物的重金屬及有害元素污染來源主要是在種植、加工、運(yùn)輸、儲存過程中帶入的,其中在種植環(huán)節(jié)受污染較多,主要來自于其生長的土壤和水體的污染。目前對藥食同源性食物的重金屬及有害元素的測定標(biāo)準(zhǔn)和測定研究方法報道較少,《中國藥典》2015版一部只對枸杞、黃芪等少數(shù)藥食同源性食物作為藥材時的重金屬及有害元素的測定方法和限量標(biāo)準(zhǔn)[12]。對重金屬及有害元素的測定分析前處理方法,由傳統(tǒng)的人工加酸濕法及干法消解,發(fā)展到今天的自動微波消解。測定分析的儀器和標(biāo)準(zhǔn)方法主要有:石墨爐原子吸收法測定鉛、鎘、鉻等元素[16-17];火焰原子吸收法測定鋅和銅[12];原子熒光光度法測定總砷和汞等[18-19]。這些方法單次只能測定單個元素。而ICP-MS法,經(jīng)過一次消解后可以同時對多個元素進(jìn)行分析測定,并且具有高靈敏度,低檢出限,寬線性范圍,高效率等優(yōu)點(diǎn),受到廣大重金屬分析者的關(guān)注[20-21]。

本實(shí)驗(yàn)收集了17種73批次常見、消費(fèi)較多的藥食同源性食物,采用微波消解前處理和ICP-MS分析測定法,同時測定了鉛、鎘、砷、汞、銅5種重金屬及有害元素的殘留量,為進(jìn)一步提高藥食同源性食物的質(zhì)量,保證其食用安全提供了測定方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山楂1～3號、枸杞子1～3號、黑棗1～3號、百合1～3號、蓮子1～3號、薏苡仁1～3號、赤小豆1～5號、龍眼肉1～3號、核桃仁1～3號、茯苓1～11號、葛根1～8號、粉葛1～2號、淮山1～10號、黃芪1～3號、麥冬1～3號、羅漢果1～4號、胎菊1～3號樣品 收集于玉林眾康、百源堂、至真和大潤發(fā)等藥店及超市,產(chǎn)地為湖南、廣西、甘肅、寧夏、新疆、云南、貴州、四川、河南、安徽、浙江等省份;硝酸、過氧化氫 均為優(yōu)級純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;實(shí)驗(yàn)用水均為超純水 由玉林食品藥品檢驗(yàn)所純水系統(tǒng)制得,并通過超純水機(jī)過濾,電阻率均達(dá)到18.2 MΩ·cm(25 ℃);調(diào)諧液:Ge、Co、Li、Mg、Tl、Y濃度1 μg/L,內(nèi)標(biāo)為含Bi、Ge、In、Li(6)、Lu、Rh、Sc、Tb的混合內(nèi)標(biāo)液 濃度100 mg/L,Hg標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液(10 μg/mL),安捷倫科技有限公司;Pb、Cd標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液(100 μg/mL)、Cu、As標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液(1000 μg/mL) 中國計(jì)量科學(xué)研究院;Au標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液 濃度1000 μg/mL,國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院。

AK-400A中藥粉碎機(jī) 溫嶺市奧力中藥機(jī)械有限公司;AE-200電子分析天平 梅特勒托利多儀器有限公司;ETHOS One微波消解儀 意大利麥爾斯通公司;VB24 Plus智能樣品處理器 萊伯泰科有限公司;ICP-MS 7700x 電感耦合等離子體質(zhì)譜 安捷倫科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理 樣品經(jīng)過四分法后,挑取對角兩份置于中藥粉碎機(jī)中粉碎,過篩,備用。精密稱取粉碎均勻樣品約0.5 g于消解罐內(nèi),加5.0 mL硝酸80 ℃預(yù)消解30 min,待冷卻后,再加入2.0 mL硝酸、1.0 mL過氧化氫,用濾紙擦干凈罐口邊緣的液滴,蓋好罐蓋,放入微波消解儀內(nèi)按升溫條件(表1)進(jìn)行微波消解?？瞻讓?shí)驗(yàn)除不加試樣外,其他操作均同樣品處理。消解完并且冷卻后,輕緩打開消解罐,用超純水清洗蓋子,于120 ℃脫氣3 h,將罐內(nèi)的消解液轉(zhuǎn)移入刻度離心管用超純水清洗消解罐3次,確保轉(zhuǎn)移完全,并定容至25 mL刻度,搖勻后備用。

表1 微波消解升溫條件Table 1 Microwave digestion and heating conditions

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制 分別精密吸取Cu 0.2 mL、As 0.01 mL、其它標(biāo)準(zhǔn)品0.1 mL到10 mL容量瓶中,用含2 μg/mL Au標(biāo)準(zhǔn)溶液的2%的硝酸溶液稀釋至刻度,得到Cu、As、Pb、Cd、Hg分別為20.0、1.0、1.0、1.0、0.1 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。再分別精密吸取0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 mL混合標(biāo)準(zhǔn)溶液到25 mL的容量瓶中,用2%的硝酸溶液稀釋至刻度。得到Cu濃度分別為40、80、160、240、320、400 ng/mL;As、Pb、Cd濃度分別為2、4、8、12、16、20 ng/mL;Hg的濃度為0.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2 ng/mL的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作液。精密吸取0.1 mL混合內(nèi)標(biāo)液到100 mL容量瓶中,用2%硝酸稀釋到刻度即得,得到濃度為100 ng/mL的Bi、Ge、In等混合內(nèi)標(biāo)液。

1.2.3 儀器測定條件 ICP-MS同時測定五種元素時調(diào)諧模式為氦模式;質(zhì)量軸:Li(7)、Y(89)、Tl(205);等離子氣流量:15.0 L/min;蠕動泵0.1 r/s;霧化室溫度:2 ℃;輔助氣流量:0.8 L/min;氦氣流量:4.3 mL/min;載氣流量:0.8 L/min;數(shù)據(jù)采集模式:跳峰;進(jìn)樣方式:自動;重復(fù)次數(shù):3次;掃描次數(shù):100次。其中各元素的內(nèi)標(biāo)選擇與其質(zhì)量數(shù)接近的稀有元素做為內(nèi)標(biāo)物,具體見表2。因?yàn)閮x器內(nèi)標(biāo)進(jìn)樣管的管路小,速度慢,進(jìn)樣體積少,所以內(nèi)標(biāo)的加入方式為蠕動泵在線連續(xù)加入濃度為100 ng/mL的內(nèi)標(biāo)混合液方式,以保證每次進(jìn)樣的量的穩(wěn)定性。

表2 5種元素質(zhì)量數(shù)及積分時間Table 2 Mass and integration time of 5 elements

1.2.4 方法學(xué)考察

1.2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制 在1.2.2中配制的混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液,按照1.2.3儀器條件進(jìn)行測量,分別以各元素濃度為橫坐標(biāo),分別選擇合適的內(nèi)標(biāo),各元素的質(zhì)譜信號與內(nèi)標(biāo)元素的質(zhì)譜信號的強(qiáng)度比為縱坐標(biāo),內(nèi)標(biāo)法定量,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.4.2 重復(fù)性和回收實(shí)驗(yàn) 分別精密稱取枸杞子3號樣的6份平行樣品進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn);分別精密稱取枸杞子3號樣的6份平行樣品,兩兩平行,取樣后,分別加入混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.1、0.3、0.4 mL做三個水平濃度的回收實(shí)驗(yàn)。按照1.2.1樣品前處理進(jìn)行處理,依據(jù)1.2.3儀器方法進(jìn)行樣品中Cu、As、Pb、Cd、Hg 5種元素的定性定量測定,數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2.4.3 精密性 取Cu濃度160 ng/mL、As、Pb、Cd的濃度為8 ng/mL,Hg的濃度為0.8 ng/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液,連續(xù)按照1.2.3儀器方法進(jìn)行樣品中Cu、As、Pb、Cd、Hg 5種元素的定性定量測定,數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2.4.4 檢出限 取空白試驗(yàn)溶液,按照1.2.3儀器條件進(jìn)行Cu、As、Pb、Cd、Hg 5種元素的定性定量的11次測定,得到響應(yīng)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為D.L,為儀器檢出限;以儀器檢出限D(zhuǎn).L與樣品實(shí)驗(yàn)時的稀釋倍數(shù)的乘積,再除以樣品的取樣量,則得到實(shí)驗(yàn)的方法檢出限。

1.2.5 樣品測定 樣品測定實(shí)驗(yàn),主要是按1.2.1對樣品進(jìn)行取樣、消解、稀釋等前處理,再按照1.2.3的儀器條件,待儀器穩(wěn)定后,按照先測定11次空白溶液,再測定不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,最后再按樣品類別編號順序測定樣品溶液。每測定10批次的樣品,測定一次標(biāo)準(zhǔn)曲線的第3個濃度的混合對照品溶液來監(jiān)測儀器的狀態(tài),繪制各個元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線,并以標(biāo)準(zhǔn)曲線定量各樣品溶液的濃度,根據(jù)取樣量和稀釋倍數(shù)計(jì)算樣品中各個重金屬的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)性及線性范圍

混合系列標(biāo)準(zhǔn)溶液,經(jīng)過儀器ICP-MS分析,以混合標(biāo)準(zhǔn)濃度為橫坐標(biāo)(X),響應(yīng)為縱坐標(biāo)(Y),由儀器分析軟件分析得到標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。標(biāo)準(zhǔn)工作曲線顯示五種元素濃度Cu在40～400 ng/mL,As、Pb、Cd在2～20 ng/mL,Hg在0.2～2 ng/mL范圍內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系良好,線性范圍相關(guān)系數(shù)均在0.9953以上;其中Cu、Pb的檢出限為0.01 mg/kg,As、Cd為0.002 mg/kg,Hg為0.0001 mg/kg,具體線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及方法的檢出限(見表3)。由結(jié)果顯示的寬線性范圍及良好線性關(guān)系,以及低檢出限完全可以滿足藥食同源性食品中5種重金屬元素的同時測定。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍及檢出限Table 3 Standard curves of regression equation,correlation coefficient,linearity ranges and detection limit

2.2 重復(fù)性

由重復(fù)性實(shí)驗(yàn)儀器分析結(jié)果顯示,所選取的樣品測定結(jié)果顯示測得Cu、As、Pb、Cd、Hg的平均含量分別為5.120、0.030、0.050、0.048 mg/kg、未檢出;各個元素6次響應(yīng)的RSD分別為4.02%、3.28%、5.31%、3.19%、0%。結(jié)果顯示,實(shí)驗(yàn)重復(fù)性良好符合重金屬元素測定要求。

2.3 精密性

對標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的第3個點(diǎn)連續(xù)進(jìn)樣6次,測定后數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,各元素的配制濃度和測得濃度及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差見表4,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3.51%,數(shù)據(jù)分析表明儀器精密性良好,可以滿足實(shí)驗(yàn)使用。

表4 精密性及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 4 Precision and relative standard deviation

2.4 回收率

平均回收率結(jié)果和相對平均偏差分別見表5～表9。經(jīng)過計(jì)算Cu、As、Pb、Cd、Hg 5種元素的測定,其中Cu的回收率為82.25%～98.42%、As的回收率為93.36%～115.13%、Cd的回收率為83.33%～99.40%、Hg的回收率為91.62%～109.04%、Pb的回收率為85.90%～102.25%?；厥章屎拖鄬ζ骄罱Y(jié)果顯示此方法回收率符合5種重金屬元素的測定要求。

表5 Cu單元素回收率Table 5 Cu single element recovery

表6 As單元素回收率Table 6 As single element recovery

表7 Cd單元素回收率Table 7 Cd single element recovery

表8 Hg單元素回收率Table 8 Hg single element recovery

表9 Pb單元素回收率Table 9 Pb single element recovery

2.5 樣品測定結(jié)果

通過使用ICP-MS方法對17類73批次的藥食同源性食物中的5種重金屬及有毒元素的測定,結(jié)果見表10,空白實(shí)驗(yàn)中5種元素均為未檢出,各個樣品的結(jié)果均為儀器軟件自動扣除空白實(shí)驗(yàn)結(jié)果后再根據(jù)取樣量和稀釋倍數(shù)計(jì)算的結(jié)果。參照《中國藥典》2015版一部中對山楂、枸杞子、黃芪等少數(shù)藥食同源性食物的重金屬及有害元素的限量[12]規(guī)定進(jìn)行判定。Cd的檢出為67批次,超標(biāo)4批次,其中麥冬1批、百合3批,除此4批次外,本次試驗(yàn)中測定的其它藥食同源性食物的 5種重金屬均符合要求。統(tǒng)計(jì)結(jié)果:未檢出率項(xiàng)次為14.79%;檢出率項(xiàng)次為85.21%;樣品項(xiàng)次合格率為98.90%,批次合格率為94.52%。

表10 樣品中五種元素測定結(jié)果Table 10 Determination of five elements in samples

續(xù)表

續(xù)表

測定結(jié)果顯示,大部分藥食同源性食物的重金屬及有毒元素含量是合格的,但是也有少數(shù)批次中的鎘含量是超標(biāo)的,其中以百合尤為突出,是否為土壤污染、加工、運(yùn)輸環(huán)節(jié)或者是百合自身某成分對鎘測定時的響應(yīng)有干擾,或者是百合具有對重金屬元素鎘的富集作用,有待進(jìn)一步研究分析。

結(jié)果同時顯示,根類品種比果實(shí)類品種重金屬及有毒元素的含量明顯要高,可能與根對營養(yǎng)等吸收快,與果實(shí)和種子相比離土壤近,生長周期相對時間長有一定的關(guān)系。

3 結(jié)論

采用ICP-MS方法測定藥食同源性食物的多種重金屬及有毒元素含量,標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性的相關(guān)性良好:相關(guān)系數(shù)均在0.9953以上,線性范圍寬:所測定樣品溶液基本不需要二次稀釋,重復(fù)性好:重復(fù)性實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5.31%、精密性良好:相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3.51%,可以同時對多元素進(jìn)行分析測定,且具有檢出限低、靈敏度高、準(zhǔn)確性好,省時和高通量,可以同時測定5種元素甚至也可以更多種元素等優(yōu)點(diǎn),適合食品藥品大批量樣品中多元素的同時測定。在本實(shí)驗(yàn)中測定的17類73種藥食同源性食物的重金屬測定結(jié)果顯示,參照中藥材的標(biāo)準(zhǔn)要求,合格率高,不合格元素及樣品品種比較集中。

目前鑒于藥食同源性食物分類和用途的雙重性,標(biāo)準(zhǔn)也會不一樣,對于其重金屬及有毒元素,還沒有明確的測定標(biāo)準(zhǔn)和評價依據(jù),對直接食用的藥食同源性食物及其開發(fā)和加工成的各類副產(chǎn)品的質(zhì)量控制及風(fēng)險評估有待加強(qiáng)、引起重視。