稻谷中6 種重金屬元素的含量分析

王冰 邵愛梅（通訊作者）

（揚(yáng)州市疾病預(yù)防控制中心 江蘇 揚(yáng)州 225000）

近年來，環(huán)境污染嚴(yán)重，土壤水以及空氣污染使糧食中重金屬含量增加，并且難以消除[1-2]。稻谷作為人類主要的糧食作物，尤其是在發(fā)展中國家[3]，通過食物鏈傳遞，其中的重金屬將以直接或間接方式進(jìn)入動物和人體內(nèi)，從而對人體健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。目前，我國受Cd、As、Cr、Pb 等重金屬污染的耕地面積將近2.0×106hm2，約占總耕地面積的1/5[4]。長期食用重金屬含量超標(biāo)的稻谷，會導(dǎo)致身體各種病變甚至死亡[5]，因此國家對糧食中砷、鉛、汞、鎘等有毒重金屬有嚴(yán)格的限量規(guī)定，所以重金屬元素的檢測對保障糧食安全和研究糧食品質(zhì)具有重要意義。

1.資料與方法

1.1 儀器、試劑

儀器 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：7700e，美國Agilent 公司；

電熱板：EH20Aplus，北京LabTech 公司；

超純水系統(tǒng)：9000602 型，美國Labconco 公司；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9101.1A 型，常州普天儀器制造有限公司；

電子天平：XS205DU,Mettler Toledo。

1.2 試劑

29 種混合元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（20mg/L），Sc、Ge、In 等內(nèi)標(biāo)混合溶液(100mg/L)，Li、Y、Ce、Tl、Co 質(zhì)譜調(diào)諧液(0.1mg/L)均購于上海安譜公司；

純硝酸：優(yōu)級純，美國Fisher 公司；

過氧化氫：分析純，國藥集團(tuán)有限公司；

大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：GBW10010，地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

2.實(shí)驗(yàn)條件

2.1 微波消解儀消解參數(shù)：

（1）.150℃，1300w，20min；

（2）.180℃，1300w，15min；

（3）.180℃，1300w，30min。

2.2 ICP-MS 儀器的工作參數(shù)：

射頻功率：1550W；等離子氣體流量：15L/min：

輔助氣流速：1.0L/min：載氣流速：1.06L/min：

載氣補(bǔ)償氣流速：0.0L/min：采樣深度：8.0mm：

碰撞反應(yīng)池氣體：氦氣,流速為4.5mL/min，

滿足儀器使用所要求的靈敏度、背景、氧化物、雙電荷、穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)。

3.操作方法

本次食品檢測程序均嚴(yán)格按照GB5009.268-2016。準(zhǔn)確稱取0.5000g 左右樣品粉末于聚四氟乙烯塑料內(nèi)罐，加入8.0mL HNO3,靜置過夜，次日加2.0mL H2O2，按2.1 所示的消解條件，消解試樣后,置于電子控溫電熱板140℃趕酸至干。用水少量多次洗滌并定容至50.0mL。

檢測項(xiàng)目包括Cr、As、Cd、Sb、Hg、Pb6 種元素，各元素的檢出限分別為：Cr：0.0045、As：0.0045、Cd：0.003、Sb：0.0035、Hg：0.0035、Pb：0.0035（單位為μg/kg）。

4.質(zhì)量控制

所有玻璃瓶和塑料瓶都先用20%HNO3,浸泡過夜，超純水洗滌。在樣品前處理過程中，同時進(jìn)行空白、平行、加標(biāo)回收及標(biāo)樣實(shí)驗(yàn)，以確保測定的準(zhǔn)確度。

5.結(jié)果與分析

5.1 稻谷中6 種元素的結(jié)果與比較分析

5.1.1 總體評價 稻谷中各元素的含量區(qū)間分別為：鉻0.00220 ～0.254mg/kg、砷0.0580 ～0.323mg/kg、鎘0.0105～0.253mg/kg、銻0.00180～0.154mg/kg、汞0.00180～0.00180 mg/kg、鉛0.00180 ～0.159mg/kg。各金屬元素在稻谷富集程度中也存在較大差異，含量區(qū)間值見表1。

測定結(jié)果見表2 所示，稻谷中重金屬元素鉛、砷、鉻符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，僅有1 個樣品中的鎘含量超標(biāo)。稻谷中砷和鉻的Pi 值位于0.2 ～0.6，屬于輕污染水平，鉻和鉛處于正常的背景值范圍內(nèi)。

表1 稻谷中重金屬含量區(qū)間值（mg/kg）

表2 稻谷中4 種重金屬元素檢出率及合格率統(tǒng)計(jì)

5.2 稻谷的健康風(fēng)險(xiǎn)評估

采用是美國EPA 推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評估模型[6]，HQ 來表征單個元素的潛在非癌癥風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算公式如下：

其中：CF 為谷物中重金屬質(zhì)量比，mg/kg；IR 為攝取率，假定成人、兒童分別為0.109kg/(人·d)、0.0362kg/(人·d)；EF 為暴露頻率，365d/a；ED 為暴露周期，成人和兒童暴露周期分別取值為64a 和6a：BW 為平均體重，假定成人和兒童的平均體重分別為61.6kg 和18.7kg：AT 為平均非致癌作用暴露時間，AT=ED×365d/a：R f Do 為基準(zhǔn)口服劑量mg/(kg·d)。各參數(shù)取值皆參照文獻(xiàn)[7]。

表3 為不同暴露人群對6 種重金屬的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(HQ)及綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(HI)，結(jié)果顯示成人和兒童食用稻谷的單一重金屬風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(HQ)均＜1，這表明食用稻谷攝入的單一重金屬均不會對人的身體健康造成明顯危害，兒童食用稻谷攝入重金屬污染物HQ 略大于成人，稻谷中各種重金屬污染物對同一暴露人群的HQ 遵循相同的排列順序：As ＞Cd ＞Pb ＞Cr＞Sb ＞Hg。

對于兒童和成人，稻谷中6 種重金屬的綜合風(fēng)險(xiǎn)水平指數(shù)(HI)也均＜1，即通過食用稻谷攝入的 Cr、Cd、Pb、As、Sb 和Hg 6 種重金屬均不會對居民健康造成明顯危害。兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)略大于成人，稻谷中As ＞Cd 對健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的貢獻(xiàn)較大。

表3 不同暴露人群對6 種重金屬的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(HQ)及綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(HI)

6.討論

由于諸多原因，我國水土污染還沒有得到有效控制，特別是Cd 和Pb 等重金屬污染超標(biāo)問題，已經(jīng)成為影響糧食質(zhì)量安全的主要因素。本文測定了80 份稻谷樣品的6 種重金屬，結(jié)果樣品中Cd 超標(biāo)，合格率為99.5%，其他合格率為100%；同時對稻谷攝入的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估表明，稻谷攝取Cr、Cd、Pb、As、Sb 和Hg6 種重金屬均不會對居民健康造成明顯危害。但如果考慮到其他暴露途徑和攝入其他重金屬的綜合風(fēng)險(xiǎn)，仍有可能危害當(dāng)?shù)鼐用裉貏e是兒童的健康。

本次檢測由于所采稻谷樣品產(chǎn)地環(huán)境狀況不明，關(guān)于稻谷污染還難以結(jié)合土壤、灌溉水或大氣污染問題進(jìn)行分析。鑒于以上情況，建議盡快完善相應(yīng)金屬元素評價標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對稻米異常產(chǎn)地的專項(xiàng)重金屬元素的監(jiān)測，進(jìn)一步查找引起其異常的原因，從根源處了解當(dāng)?shù)刂亟饘傥廴厩闆r。