電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法測(cè)定百荷凍干含化糖中18種無(wú)機(jī)元素及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

孫常勝，宇泉霖，吳婧楠，吳雪純，邱旖，蔣巧萍，宋嘉佳，馬宏瑞，孫誠(chéng)誠(chéng)，蔡程科*，王洪飛*（. 北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 0488；. 北京量子高科制藥科技有限公司，北京 000）

微量元素指在人體中含量低于體重萬(wàn)分之一的元素，它們量雖微但作用并不弱[1]。其中，人體必需微量元素（8種）和人體可能必需微量元素（5種）常作為酶系統(tǒng)的催化劑或功能蛋白，對(duì)人體的生長(zhǎng)、發(fā)育有重要影響，甚至與部分疾病直接相關(guān)[2]。如兒童缺乏Zn、Fe、Ca時(shí)易發(fā)生反復(fù)呼吸道感染[3]。Fe的缺乏常常會(huì)導(dǎo)致紅細(xì)胞生成受損，引起缺鐵性貧血。塞爾維亞一項(xiàng)病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，習(xí)慣性流產(chǎn)、胎膜早破和稽留流產(chǎn)孕婦血清Cu濃度均低于正常孕婦[4]。

近年來(lái)，以補(bǔ)充微量元素為目標(biāo)的產(chǎn)品也受到大家的關(guān)注。有機(jī)態(tài)的微量元素在吸收利用率、穩(wěn)定性等方面均優(yōu)于無(wú)機(jī)態(tài)微量元素。中醫(yī)理論指導(dǎo)養(yǎng)生保健是中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的一部分，與疾病的康復(fù)有密切的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地、不同栽培年限及不同藥用部位的同種藥材中微量元素含量存在顯著差異[5]。經(jīng)過(guò)調(diào)研不同中藥中的微量元素[6-14]，結(jié)合中醫(yī)藥的五行和象思維理論，選取了荷葉、高良姜、菊花、百合、黑棗五味中藥材，采用半仿生提取，濃縮后的提取物經(jīng)Q-sorb凍干閃釋技術(shù)制備成富含有機(jī)態(tài)微量元素的凍干型口腔崩解片（商品名：百荷凍干含化糖）。本產(chǎn)品立足于中醫(yī)藥理論，同時(shí)補(bǔ)充多種微量元素，促進(jìn)人體內(nèi)各種微量元素之間保持平衡。

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法能同時(shí)快速測(cè)定多種元素，檢測(cè)限低，干擾少，效率高，精密度好，本研究利用ICP-MS對(duì)百荷凍干含化糖進(jìn)行含量測(cè)定，為產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制訂提供參考。

1 材料

1.1 儀器

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICPMS-2030 series，Shimadzu）；TOPEX微波消解儀、可調(diào)控溫電熱板（上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司）；AB135-S 型十萬(wàn)分之一天平（德國(guó)Mettler Toledo公司）。

1.2 試藥

純凈水（娃哈哈飲用純凈水）；95%硝酸（優(yōu)級(jí)純，北京化工廠）；單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：Co [批號(hào)：GBW（E）082832/B1902041]、Cu [批號(hào)：GBW（E）082780/B1911051]、Cr [批號(hào)：GBW（E）083340/B1905082]、Pb [批號(hào)：GBW（E）082825/B1911047]、B [批號(hào)：GBW（E）082782/B1912183]、Ca [批號(hào)：GBW（E）082777/B2102031]、Mo（批號(hào)：BW30013-1000-C-50/B1903131）、V（批號(hào)：BW30034-1000-C-50/B1905183）、Al（批號(hào)：BW30019-1000-NC-50/B1904147）、In（批號(hào)：B1912042）、Re（批號(hào)：BW30048-1000-N-50/B2103415）均來(lái)源于壇墨質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；Ni [批號(hào)：GBW（E）081582/8212]、As [批號(hào)：GBW（E）100203/J5F1]、Ge [批號(hào)：GBW（E）100202/A4V1]、Cd [批號(hào)：GBW（E）0801581/F5X1]、Fe [批號(hào)：GBW（E）081585/S4X1]、Mn [批號(hào)：GBW（E）081587/M541]、Zn [批號(hào)：GBW（E）081580/J5V1]、K [批號(hào)：GBW（E）081590/7342]、Mg [批號(hào)：GBW（E）081586/F4U1]均來(lái)源于北京海岸鴻蒙標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)有限責(zé)任公司；Sc [批號(hào)：GSB 04-1750-2004/212024]、Be [批號(hào)：GSB 04-1718-2004/20A027-2]均來(lái)源于國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；Se [批號(hào)：GBW（E）080215/19123]來(lái)源于中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。以上標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度均為1000 μg·mL－1。百荷凍干含化糖（SC11361050100941，規(guī)格：46 mg，陜西量子高科藥業(yè)有限公司）。

2 方法與結(jié)果

2.1 ICP-MS工作參數(shù)

分析模式為全定量分析，等離子體高頻功率為1.20 kW。采用氦氣碰撞反應(yīng)池模式，以氬氣為載氣，氦氣為碰撞氣體；等離子體氣流速為9.0 L·min－1；輔助氣流速為1.10 L·min－1；載氣流速為0.70 L·min－1；池氣體流速為6.0 L·min－1；池電壓為－21.0 V；能量過(guò)濾器電壓為7.0 V；蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)數(shù)為40 r·min－1，采樣深度為5.00 mm；每點(diǎn)滯留時(shí)間為20 ms。

2.2 內(nèi)標(biāo)溶液的配制

精密取Sc、Ge、Be、In、Re單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量于100 mL量瓶中，加5%硝酸制成質(zhì)量濃度為含Sc、Ge、Be 1 μg·mL－1，含In、Re 0.1 μg·mL－1的混合內(nèi)標(biāo)溶液。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

精密取含F(xiàn)e、Cu、Mn、Zn、Se、Cr等18種待測(cè)金屬元素的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用5%硝酸稀釋成質(zhì)量濃度為1 μg·mL－1的標(biāo)準(zhǔn)使用液，臨用時(shí)用5%硝酸稀釋成各元素系列質(zhì)量濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

分別精密取Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Se、V、Pb、As、Cd單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μL置于10 mL量瓶中，加5%硝酸稀釋至刻度，搖勻，以5%硝酸為溶劑逐級(jí)稀釋，制成質(zhì)量濃度分別為0、1、2.5、5、7.5、10、20、30 ng·mL－1的系列標(biāo)準(zhǔn)品溶液1，配制Fe、Mn、Al、Zn、B質(zhì)量濃度分別為0、20、50、100、150、200、300、400 ng·mL－1的系列標(biāo)準(zhǔn)品溶液和K、Ca、Mg質(zhì)量濃度分別為0、200、500、1000、1500、2000、4000 ng·mL－1的系列標(biāo)準(zhǔn)品溶液。

2.4 供試樣品的預(yù)處理

取百荷凍干含化糖，置于自封袋中密閉，用研缽研細(xì)、混勻，精密稱取研細(xì)粉末0.5 g，置于100 mL聚四氟乙烯微波消解罐中，加入6 mL 65%硝酸，加蓋密封，靜置30 min。將消解罐對(duì)稱放入微波消解儀中，按照表1升溫步驟進(jìn)行消解。待消解完全后，打開消解罐，放置在通風(fēng)櫥內(nèi)控溫電熱板上，于160℃加熱2 h至紅棕色蒸汽揮盡，溶液剩余1 mL，放冷，用5%的硝酸轉(zhuǎn)入25 mL量瓶中，用少量5%的硝酸洗滌，洗液合并于量瓶中，定容至25 mL，混勻備用。

表1 微波消解儀升溫程序Tab 1 Temperature rise program of microwave digestion instrument

2.5 方法學(xué)考察

2.5.1 線性關(guān)系考察 將系列混合對(duì)照品溶液，按照“2.1”項(xiàng)下條件進(jìn)樣測(cè)定，以響應(yīng)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)（Y），質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（X）進(jìn)行線性回歸，得到18種元素的回歸方程，結(jié)果見表2。

表2 18種元素的回歸方程和線性范圍(n＝6)Tab 2 Regression equation and linearity of 18 elements (n＝6)

2.5.2 精密度試驗(yàn) 取“2.2”項(xiàng)下配制的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（質(zhì)量濃度100 ng·mL－1），連續(xù)進(jìn)樣6次，各元素響應(yīng)值的RSD值均小于3.0%，表明儀器精密度良好，可以滿足分析要求。

2.5.3 重復(fù)性試驗(yàn) 精密稱取百荷凍干含化糖粉末0.5 g，采用“2.4”項(xiàng)下方法平行制備6份供試品溶液，進(jìn)樣測(cè)定，計(jì)算得到各元素含量的RSD值均小于3.0%，表明該方法重復(fù)性良好。

2.5.4 穩(wěn)定性試驗(yàn) 取同一供試品溶液于制備后0、2、4、8、12、24 h進(jìn)樣，計(jì)算供試品中各待測(cè)元素的含量。計(jì)算得各元素含量的RSD均小于3.0%，表明供試品溶液在24 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.5.5 加樣回收試驗(yàn) 精密稱取6份百荷凍干含化糖粉末約0.25 g，分別加入適量“2.3”項(xiàng)下制備的3種混標(biāo)溶液，按“2.4”項(xiàng)下方法制備供試品溶液，進(jìn)樣測(cè)定，計(jì)算得到18種無(wú)機(jī)元素的平均加樣回收率為94.2%～102.3%，RSD均小于15%，表明該方法準(zhǔn)確度良好。

2.5.6 百荷凍干含化糖無(wú)機(jī)元素含量的測(cè)定 參照“2.4”項(xiàng)下供試品溶液的制備方法和“2.1”項(xiàng)下的ICP-MS工作參數(shù)將樣品溶液與內(nèi)標(biāo)溶液同時(shí)配伍注入儀器，對(duì)百荷凍干含化糖中18種元素進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表3。

由表3可知百荷凍干含化糖中無(wú)機(jī)元素含量豐富，18種無(wú)機(jī)元素平均含量大小為：K、Ca、Mg、Mn、Fe、Al、B、Zn、Ni、Cu、Co、Cr、Pb、As、Se、Cd、V、Mo，其中K、Ca、Mg、Mn含量較高，占總含量平均值的99.41%。

常量元素中K含量最高，平均高達(dá)36.90 mg·g－1。必需微量元素Fe、Cu、Zn、Co、Cr、Se、Mo含量為178.53 mg·kg－1，占總含量平均值的0.39%，可能必需微量元素Mn、Ni、B、V含量為1522.73 mg·kg－1，占總含量平均值的3.29%，必需微量元素中Fe含量最高，平均可達(dá)148 mg·kg－1。重金屬及有害元素Pb、Cd、Cr、Cu和As含量為5.06 mg·kg－1，占總含量平均值的0.011%。

2.6 百荷凍干含化糖中健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

試驗(yàn)參考美國(guó)環(huán)保署（US EPA）提出的評(píng)估人體通過(guò)食物攝取重金屬風(fēng)險(xiǎn)的方法，采用目前較為主流的重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型：每日最大可耐受量（estimated daily intake，EDI）、靶標(biāo)危害系數(shù)（target hazard quotients，THQ）、總危害指數(shù)（hazard index，HI）評(píng)估Cu、As、Pb、Cr、Cd對(duì)人體非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)；致癌風(fēng)險(xiǎn)（carcinogenic risks，CR）評(píng)估As、Pb、Cd對(duì)人體致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。

2.6.1 每日攝入重金屬量評(píng)估 EDI代表每日估計(jì)攝入重金屬量，將EDI與每日暫定可耐受攝入量（provisional tolerable daily intake，PTDI）[15-16]對(duì)比，當(dāng)EDI＜PTDI時(shí)，認(rèn)為人體負(fù)荷重金屬的量無(wú)明顯健康影響。PTDI參考值見表4，EDI的計(jì)算公式如（1）所示，公式中各參數(shù)如表5所示。

表4 重金屬元素的每日暫定可耐受攝入量PTDI值Tab 4 Provisional tolerable daily intake of heavy metal element

表5 百荷凍干含化糖的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估參數(shù)匯總Tab 5 Summary of health risk assessment parameters of Baihe freeze-dried orally disintegrated tablet

EDI測(cè)定結(jié)果見表6，百荷凍干含化糖樣品中重金屬元素的每日攝入量（EDI指數(shù)）均低于其參考可耐受攝入量PTDI。因此，以EDI作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)時(shí)，可認(rèn)為日常服用百荷凍干含化糖后，重金屬的量對(duì)人體健康無(wú)明顯影響。

表6 百荷凍干含化糖中重金屬元素的 EDI、THQ 和HITab 6 EDI，THQ and HI values of heavy metal elements in Baihe freeze-dried orally disintegrated tablet

2.6.2 非致癌重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) THQ用于評(píng)估污染物對(duì)人體的非致癌健康危害，該模型的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：THQ＜1表示該元素對(duì)人體沒有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)；THQ＞1表示該元素對(duì)人體可引起非致癌風(fēng)險(xiǎn)。該模型公式如（2）所示，公式中各參數(shù)如表5所示。

由于多種重金屬對(duì)人體的風(fēng)險(xiǎn)疊加性，采用總危害指數(shù)HI評(píng)價(jià)多種重金屬對(duì)人體健康非致癌總風(fēng)險(xiǎn)的大小，公式如（3）所示，式中HI為危害指數(shù)，如果HI≤1.0，表示對(duì)人體沒有明顯的非致癌風(fēng)險(xiǎn)；而HI＞1.0，表示引起人體健康非致癌危害的可能性較大。

THQ和HI結(jié)果見表6，5種重金屬通過(guò)百荷凍干含化糖的攝入對(duì)人體造成的健康風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)镃u＜Cd＜Pb＜Cr＜As，其中As所引起人體的健康風(fēng)險(xiǎn)最高，占HI值的貢獻(xiàn)比例為75.53%。樣品中重金屬元素的THQ以及HI值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1.0，表明5種重金屬通過(guò)百荷凍干含化糖的攝入不會(huì)對(duì)人體健康造成明顯的危害。

2.6.3 致癌重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 重金屬的致癌風(fēng)險(xiǎn)采用CR模型評(píng)估，根據(jù)US EPA 的指導(dǎo)，CR的可接受范圍為1×10－6～1×10－4，當(dāng)CR＞1×10－4時(shí)，說(shuō)明具有致癌風(fēng)險(xiǎn)，而當(dāng)CR＜1×10－6，該風(fēng)險(xiǎn)可忽略不計(jì)。CR的計(jì)算公式如（4）所示，公式中各參數(shù)如表5所示。

CR＝（C×EF×ED×IRD×CSF）/（BW×AT）×10－6（4）

由表7可知，百荷凍干含化糖的攝入對(duì)人體造成的健康風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)镻b＜Cd＜As，并且Pb、Cd、As的CR均遠(yuǎn)小于1×10－4，因此，百荷凍干含化糖不存在潛在的致癌影響。

表7 百荷凍干含化糖中重金屬元素的CRTab 7 CR values of heavy metal elements in Baihe freeze-dried orally disintegrated tablet

3 討論

本研究中所用的百荷凍干含化糖是由荷葉、高良姜、菊花、百合、黑棗五味藥食同源中藥材組成，本研究對(duì)百荷凍干含化糖中重金屬元素運(yùn)用EDI、THQ、CR 3種模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)果顯示該產(chǎn)品中Pb、Cd、Cu、As、Cr 5種重金屬元素的EDI均比PTDI小兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，5種重金屬元素的THQ均在1×10－2以下，HI約為1×10－2，對(duì)人體基本沒有非致癌風(fēng)險(xiǎn)。Pb、Cd、As 3種重金屬元素的CR均遠(yuǎn)小于1×10－6，致癌風(fēng)險(xiǎn)可忽略不計(jì)。綜合3種模型結(jié)果，按照推薦劑量服用百荷凍干含化糖，不會(huì)對(duì)人體健康造成明顯的危害，不存在潛在的致癌影響。

百荷凍干含化糖中微量元素在具體含量方面，略低于預(yù)期水平，但本產(chǎn)品立足于中醫(yī)藥理論，同時(shí)補(bǔ)充多種有機(jī)態(tài)微量元素，以期通過(guò)維持臟腑與自然界之間以及各臟腑之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，促進(jìn)人體內(nèi)各種微量元素之間保持平衡，能夠在維護(hù)人體健康方面發(fā)揮出獨(dú)有的療效。與無(wú)機(jī)態(tài)微量元素相比，百荷凍干含化糖中有機(jī)態(tài)的微量元素具有穩(wěn)定性好、吸收利用率高、綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

研究表明，As、Cd、Pb、Hg等重金屬與癌癥的發(fā)生有著明顯的相關(guān)性[18]，本試驗(yàn)由于儀器受限的原因，未對(duì)重金屬Hg進(jìn)行測(cè)定，后續(xù)試驗(yàn)會(huì)補(bǔ)充對(duì)百荷凍干含化糖中Hg的含量測(cè)定，以期對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行更加全面的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。