測(cè)定水稻中多種金屬元素殘留分布的研究

馮敏鈴李盛安劉銘揚(yáng)葉少媚肖冬梅莫學(xué)輝

(1.中山市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)所，廣東 中山 528403；2.中山市農(nóng)業(yè)科技推廣中心，廣東 中山 528436)

水稻作為我國(guó)主要的糧食作物之一，為人體提供淀粉、蛋白質(zhì)、糖分、碳水化合物等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，作為我國(guó)居民的主食，是人體膳食結(jié)構(gòu)的重要組成部分。

在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)隨著工業(yè)“三廢”的排放，城市生活產(chǎn)生的污水和垃圾的污染，重金屬農(nóng)藥和化肥的不合理使用，都使水稻生長(zhǎng)的土壤環(huán)境日益惡化。重金屬會(huì)通過水稻根系的吸收，最終在水稻體內(nèi)累積富集。據(jù)悉，重金屬可能會(huì)抑制種子發(fā)芽，影響植物根系活動(dòng)及作物光能轉(zhuǎn)化效率等問題。有媒體曾報(bào)導(dǎo)過“毒大米”、日本“痛痛病”等事件，都與水稻重金屬元素殘留量有一定關(guān)系。

人們?cè)陉P(guān)注糧食營(yíng)養(yǎng)成分的同時(shí)，開始重視糧食中微量有害重金屬的含量狀況，水稻種植在重金屬污染的農(nóng)田會(huì)使重金屬富集到水稻的不同部位，目前對(duì)重金屬分析檢測(cè)方法的研究也越來越多[1]。因此，準(zhǔn)確快速地測(cè)定水稻體內(nèi)重金屬元素及微量元素的含量至關(guān)重要。常見的水稻中重金屬檢測(cè)方法有原子吸收光譜法(AAS)[2]、原子熒光光譜法(AFS)[3]、電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)[4]等。上述檢測(cè)方法存在檢測(cè)元素單一、靈敏度低等特點(diǎn)，電感耦合等離子體-質(zhì)譜法(ICP-MS)是以等離子體為離子源的質(zhì)譜型元素分析方法，具有靈敏度高、準(zhǔn)確性好、檢出限低、干擾少、分析速度快、可同時(shí)進(jìn)行多種元素分析等優(yōu)點(diǎn)，在金屬元素分析檢測(cè)行業(yè)中廣泛使用。目前，關(guān)于水稻體內(nèi)各部位金屬元素含量的文獻(xiàn)及報(bào)道，多為單一元素鎘的含量，而其它微量元素及重金屬元素含量的報(bào)道較為少見[5]。

本文通過優(yōu)化水稻樣品前處理?xiàng)l件，采用硝酸-過氧化氫為消解液，微波消解作為前處理方法，建立了水稻的根、莖、葉、谷等部位重金屬元素同時(shí)測(cè)定12種金屬元素的方法，并且采用該方法測(cè)定某市3個(gè)水稻品種12個(gè)金屬元素的含量，分析了某市主要水稻種植品種之間及水稻不同部位的金屬元素含量分布。為水稻中金屬元素分析提供了快速、準(zhǔn)確的分析方法，且為水稻重金屬防控技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而為在環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)形勢(shì)下，解決某市農(nóng)業(yè)的可持續(xù)利用問題開辟新途徑。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與制備

本研究以某市水稻家庭農(nóng)場(chǎng)、種植大戶為研究對(duì)象，在收割前選擇植株粗壯挺拔、顆粒飽滿的水稻。整株水稻采集后簡(jiǎn)單沖洗根系泥土后用塑料袋封裝運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，將水稻根系用大量清水清洗，將腐葉、雜石沙土洗凈，再用陶瓷剪刀將整株水稻根系剪下放置燒杯，用純水浸沖后撈取漂浮在水面的根系；去除變黃、變干的水稻葉片，再用純水沖洗整株水稻去除表面灰塵，重復(fù)清洗3遍,放置于陰涼處晾干。將水稻的根、莖、葉用陶瓷剪刀將其剪成寬0.2cm左右的碎片，谷整株脫粒后，經(jīng)碾碎后過20目尼龍篩，待測(cè)。

1.2 儀器與試劑

ICP-MS7700(美國(guó)Agilent公司)；微波消解儀(意大利MILESTONE公司)；電子天平(瑞士Precisa公司)；A10超純水純化系統(tǒng)(法國(guó)Millipore公司)；旋渦混合器(上海精科XW-80A)；精密微量移液器(法國(guó)Gilson公司)。

標(biāo)準(zhǔn)溶液：鉛Pb、鎘Cd、汞Hg、砷As、鉻Cr、鋁Al、錳Mn、鐵Fe、鈷Co、鎳Ni、銅Cu、鋅Zn標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液1000μg·mL-1，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心提供，用2%硝酸逐級(jí)稀釋配制成不同濃度混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；在線內(nèi)標(biāo)液(45Sc，72Ge，115In，209Bi)：10μg·mL-1(美國(guó)Agilent公司)，用5%HNO3做介質(zhì)稀釋至濃度1μg·mL-1；質(zhì)譜調(diào)諧液(7Li，89Y，140Ce，205Tl)：10μg·L-1(美國(guó)Agilent公司)；HNO3、H2O2(天津科密歐優(yōu)級(jí)純)。所有玻璃器皿均用20%硝酸浸泡過夜并用純水沖洗干凈備用。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

分別稱取根、莖、葉、谷等樣品0.5g于聚四氟乙烯高壓消化罐中，加入6.0mL濃硝酸，2.0mL過氧化氫溶液，罐口蓋上小玻片防塵后置于通風(fēng)櫥過夜，第2天將消化罐按微波消解儀正確操作放置等待消解。按表1所列微波消解程序進(jìn)行設(shè)置消解，消解完成冷卻后取出消化液，用少量純水沖洗消解罐內(nèi)蓋，收集沖洗液于罐內(nèi)，放在電熱板趕酸器上，消解剩1mL左右，用純水定容到25mL容量瓶中，混勻待測(cè)。同時(shí)作試劑空白及添加回收試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，同時(shí)加入質(zhì)控樣品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米、豆角進(jìn)行對(duì)照，每個(gè)樣品同時(shí)做3個(gè)平行樣品，取相近2個(gè)數(shù)據(jù)的平均數(shù)為檢測(cè)結(jié)果。

表1 微波消解程序

1.3.2 ICP-MS儀器條件

本方法通過采用10μg·L-1質(zhì)譜調(diào)諧液(7Li，89Y，140Ce，205Tl)優(yōu)化ICP-MS儀器調(diào)試參數(shù)。通過儀器設(shè)置的調(diào)諧程序，優(yōu)化儀器參數(shù)條件有利于測(cè)定靈敏度、精密度和檢出限提高。優(yōu)化后的工作參數(shù)見表2。

表2 ICP-MS工作參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 方法線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限與定量限

鉛Pb、鎘Cd、汞Hg、砷As、鉻Cr等11種金屬元素配制濃度為0.002mg·L-1、0.005mg·L-1、0.010mg·L-1、0.020mg·L-1、0.050mg·L-1、0.100mg·L-1；汞元素配制濃度為0.0002mg·L-1、0.0005mg·L-1、0.001mg·L-1、0.005mg·L-1、0.010mg·L-1、0.050mg·L-1，配制成含12種金屬元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)樣檢測(cè)，以峰面積為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)r均>0.9997。檢出限分別為0.0001～0.059mg·L-1，見表3。

表3 水稻中20種金屬元素的線性方程、檢出限及相關(guān)系數(shù)

2.2 方法回收率和精密度

試驗(yàn)采用水稻主要部分稻谷進(jìn)行加標(biāo)回收率和精密度測(cè)試，按照1.3.1樣品處理步驟，稻谷稱樣后選擇具有代表性的Pb、Cd、Cr、Fe、Cu等5種金屬元素添加0.005mg·kg-1、0.02mg·kg-1、0.05mg·kg-13個(gè)濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)品做添加回收試驗(yàn)，重復(fù)測(cè)定3次，同時(shí)做空白試驗(yàn)。結(jié)果表明，添加平均回收率在85.6%～96.4%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.1%～7.9%，回收率及重現(xiàn)性良好，見表4。同時(shí)，本方法加入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米、豆角等同步進(jìn)行測(cè)試，回收率80.0%～118.3%，見表5，說明該方法具有較好的回收率和精密度，可滿足相關(guān)檢測(cè)要求。

表4 稻谷中添加5種金屬元素加標(biāo)回收率與精密度

表5 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米、豆角回收率

2.3 水稻實(shí)際測(cè)定結(jié)果

在某市采集具有代表性的水稻種植3個(gè)品種(“美香粘”、“象牙香粘”、“五星絲苗”)按照本文所述方法進(jìn)行分析測(cè)試，其中汞元素選擇所有價(jià)態(tài)、砷元素選擇無(wú)機(jī)價(jià)態(tài)進(jìn)行測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果如表6所示。參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》[6]要求，谷物類部分重金屬限量分別為鉛0.2mg·kg-1、鎘0.2mg·kg-1、總汞0.02mg·kg-1、無(wú)機(jī)砷0.2mg·kg-1、鉻1.0mg·kg-1。結(jié)果表明，本次檢測(cè)3個(gè)水稻品種中鉛、鎘、總汞、無(wú)機(jī)砷、鉻的含量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限量要求。

表6 3種水稻不同部位12種金屬元素的含量

3個(gè)水稻品種12種金屬含量存在根>葉>莖>谷的殘留規(guī)律，特別是根部中的鎘含量明顯大于葉、莖、谷等部位；本次測(cè)試的12種金屬元素中，鉛、汞、鉻3種元素在水稻莖與葉部位含量無(wú)明顯差異；在整株水稻中鐵元素的含量最高；3個(gè)水稻品種的稻谷部位鐵元素含量皆超過1.0mg·kg-1，鋁、錳元素的含量在0.1mg·kg-1左右；3個(gè)水稻品種的稻谷中鋁元素的含量分別是“象牙香粘”>“五星絲苗”>“美香粘”，上述水稻部位金屬元素含量可能與植物生長(zhǎng)吸收養(yǎng)分機(jī)理有關(guān)?！懊老阏场彼菊弥仓瓴煌课?根、莖、葉、谷)中的鉛、鎘、汞、砷、鉻等12種金屬元素的含量都高于“象牙香粘”、“五星絲苗”。存在這種情況有2種可能，“美香粘”與“象牙香粘”、“五星絲苗”相比，對(duì)上述12種重金屬吸附能力較強(qiáng)；“美香粘”種植的水稻田土壤中重金屬含量偏高。

3 結(jié)論

建立用微波消解法處理水稻根、莖、葉、谷等不同部位，電感耦合等離子體-質(zhì)譜法(ICP-MS)同時(shí)測(cè)定水稻不同部位鉛、鎘、汞、砷、鉻等12種金屬元素的檢測(cè)方法。本方法前處理簡(jiǎn)單，具有良好的回收率和精密度，適合大批量樣品檢測(cè)。測(cè)定某市3個(gè)水稻品種體內(nèi)12種金屬元素的含量，分析了某市主要水稻種植品種之間及水稻不同部位的金屬元素含量分布。結(jié)果表明，在不同環(huán)境中種植的不同品種水稻，各元素在同一水稻體內(nèi)不同部位的分布，及不同部位金屬元素含量均有所差異。該測(cè)定方法簡(jiǎn)便快捷，可大大減少檢測(cè)人員的工作量，提高了多元素測(cè)定相關(guān)工作的效率，為準(zhǔn)確了解不同品種水稻體內(nèi)有益元素的含量水平及重金屬元素對(duì)人體健康產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)程度提供技術(shù)支持。