電感耦合等離子體質譜法測定不同產(chǎn)地肉桂中的重金屬元素

摘要 ［目的］根據(jù)廣西肉桂種植地域特點，測定廣西肉桂產(chǎn)品中砷（As）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鋅（Zn）、鎳（Ni）8種重金屬元素的含量，評估肉桂外源性有害物質安全風險。［方法］采用微波消解-電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS），對廣西肉桂主產(chǎn)區(qū)內43批肉桂的8種金屬元素進行含量測定。［結果］樣品中有7種重金屬元素含量均未超標；而Cd元素含量普遍超標，超標率占抽樣數(shù)的90.70%。重金屬污染評價發(fā)現(xiàn)，6個產(chǎn)區(qū)肉桂中Cd元素污染嚴重，而均值指數(shù)法（PI）提示桂平市、岑溪市、藤縣肉桂中8種重金屬已處于中污染，平南縣、東興市、防城區(qū)肉桂處于輕污染狀態(tài)，所有產(chǎn)區(qū)最大污染因子均是Cd。人體健康風險評估結果顯示，6個產(chǎn)區(qū)肉桂中8種重金屬的日攝入量（ADD）均低于每日攝入?yún)⒖紕┝?，每種重金屬的危害商（HQ）均低于1，提示不會對人體造成非致癌健康危害。桂平市、岑溪市、藤縣這3個產(chǎn)區(qū)肉桂中8種重金屬累加的危害指數(shù)（HI）大于1，理論認為口服這3個產(chǎn)地肉桂可能對人體造成非致癌健康風險。［結論］廣西不同產(chǎn)地肉桂樣品的重金屬元素含量存在一定差異，所用方法快速準確、靈敏度高、重復性好，可用于肉桂中重金屬元素含量的測定，為肉桂中重金屬元素限量標準的制定提供依據(jù)。

關鍵詞 廣西肉桂；重金屬；微波消解；電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）；風險評估

中圖分類號 R284 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）18-0176-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.038

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Determination of Heavy Metal ElementPQEQpNLi402XnK0iqsr9xg==s in Cinnamomum cassia from Different Producing Areas by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

LAO Su-hai1， XU Zhang-li1， WEI Yi-ling2 et al

（1.Beihai Agricultural Product Quality Testing Center， Beihai，Guangxi 536000;2.Guangxi University of Chinese Medicine， Nanning，Guangxi 530000）

Abstract ［Objective］According to the regional characteristics of Cinnamomum cassia planting in Guangxi， this study determined the contents of 8 heavy metal elements in cassia bark including As，Pb，Cd，Hg，Cu，Cr，Zn and Ni， evaluated the safety risk of C. cassia exogenous harmful substances. ［Method］Using microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）， 8 metal elements of 43 batches of cinnamon in Guangxi main producing region were determined. ［Result］The content of 7 heavy metals in the sample did not exceed the standard， the Cd content generally exceeded the standard， the overbid rate accounted for 90.70% of the sampling number. For heavy metal pollution evaluation in C. cassia， it was found that Cd pollution in C. cassia in 6 producing areas， the mean index method （PI） indicates that 8 kinds of heavy metals in C. cassia from Guiping City， Cenxi and Teng County were moderate pollution county， Pingnan County， Dongxing City and Fangcheng District were in a state of light pollution， the biggest pollution factor in all producing areas was Cd. The results of human health risk assessment showed that the daily intake of 8 heavy metals in cinnamon of the 6 producing areas was lower than the acceptable daily intake. The hazardous quotient HQ of each heavy metal was less than 1， suggesting that it will not cause non-carcinogenic health harm to human body. However， the harm coefficient HI value of 8 kinds of heavy metals in cinnamon from Guiping City， Cenxi City and Teng County was greater than 1， the theory was that oral administration of cinnamon in these three origins may cause non-carcinogenic health risks to human. ［Conclusion］There are some differences in the heavy metal element content of cinnamon samples from different origins in Guangxi， the method in this study is fast and accurate， with high sensitivity and good repeatability， which can be used for the determination of heavy metal elements content in C. cassia， and can provide a basis for the formulation of the limit standard of heavy metal elements in cinnamon.

Key words Cinnamomum cassia in Guangxi;Heavy metal;Microwave digestion;ICP-MS;Risk assessment

基金項目 廣西科技基地和人才專項（桂科AD21238037）。

作者簡介 勞蘇海（1976—），男，廣西北海人，農(nóng)藝師，從事農(nóng)產(chǎn)品生化及農(nóng)藥殘留等檢驗檢測研究。*通信作者，高級農(nóng)藝師，從事農(nóng)產(chǎn)品質量安全檢測技術研究。

收稿日期 2023-05-31；修回日期 2024-03-01

藥用植物外源性有害污染物主要有重金屬、農(nóng)藥殘留、二氧化硫、真菌等［1］，是植物在生長過程中從土壤、水體、空氣等外部環(huán)境中吸附或防治病蟲害后殘留導致，也可能是藥材加工不當、貯藏條件不合適導致［1-3］。多種外源性污染殘留物會多重累積可導致協(xié)同效應，其中，最常見的是重金屬和農(nóng)藥殘留［4］。重金屬進入人體后會逐漸積蓄不排出，短期內過量攝入會引起中毒、身體機能衰竭，長期積累或將導致癌變、畸形等［5］，嚴重者甚至可能突然死亡［6］。礦山采挖或冶煉產(chǎn)生的廢水往往富含重金屬元素，并隨廢水排放進入地下水或沉積到土壤中，甚至浸入種植區(qū)域，使種植區(qū)域的地下水和土壤重金屬含量增加，藥用植物也將受到污染，造成藥材的重金屬含量超標。目前已有研究表明，廣西多地重金屬污染情況較為嚴峻［7-8］。大量研究表明，不同地區(qū)土壤中As、Pb、Cd、Zn、Cu、Ni、Cr元素均表現(xiàn)出不同程度的污染［9-15］?；趶V西重金屬污染情況，該研究采用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）測定肉桂樣品中As、Pb、Cd、Zn、Cu、Ni、Cr元素含量，闡明廣西肉桂重金屬污染物情況，為將外源性有害污染物納入廣西肉桂質量控制指標提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試材。試驗樣品共43批肉桂藥材，采集于廣西不同產(chǎn)區(qū)（編號RG1～RG43），規(guī)格均為桂通，所有樣品無霉壞和蟲蛀。經(jīng)廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院肉桂所李軍集高級工程師鑒定為樟科植物肉桂（Cinnamomum cassia Presl）的干燥樹皮。

1.1.2

儀器。粉碎機（FS-100），鶴壁市英泰電子電器有限公司；電子天平（FR2224CN），奧豪斯儀器（常州）有限公司；分析天平（AUW120D），日本島津公司；離心機（SF-TGL-16M），上海菲恰爾分析儀器有限公司；電感耦合等離子體質譜儀，賽默飛世爾科技公司；微波消解儀（極光6），上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司。

1.1.3

試劑。無水硫酸鎂（分析純）、氯化鈉（分析純）、無水硫酸鈉（分析純）、硝酸（分析純），廣東光華科技股份有限公司；環(huán)己烷（分析純）、正己烷（光學純），國藥集團化學試劑有限公司；乙酸乙酯（分析純），福晨（天津）化學試劑eQ0Rg4da4x1W4lS0DW3mjA==有限公司；ICP分析用重金屬元素標準溶液（GNM-M231901-2013，包括Cr、Cu、As、Cd、Pb、Ni、Zn等元素，國家有色金屬及電子材料分析測試中心，100 μg/mL）；汞（Hg）、鍺（Ge）、錸（Re）、銠（Rh）標準溶液（GSB 04-1750-2004，國家有色金屬及電子材料分析測試中心，1 000 μg/mL）。

1.2 試驗方法

1.2.1

ICP-MS測定條件。燈管采樣深度設置5.00 mm，進樣泵轉速為40 r/min，冷卻氣（氬氣）氣體流量為14.0 L/min，輔助氣（氬氣）氣體流量為0.8 L/min，霧化氣氣體流量為1.17 L/min，碰撞氣體（氦氣）氣體流量為4.2 mL/min，霧化室溫度為2.70 ℃，射頻功率為1 550 W。

1.2.2 金屬元素標準溶液的制備。

1.2.2.1

標準溶液。用2%硝酸稀釋制成質量濃度為 0.2、0.4、0.8、2.0、4.0、10.0、20.0 μg/L的Hg標準溶液，分別2%硝酸稀釋制成質量濃度為1、2、5、10、20、50、100 μg/L的Cr、Cu、As、Cd、Pb、Ni、Zn系列標準溶液。

1.2.2.2

內標元素溶液。分別精密量取Ge、Re、Rh單元素標準溶液適量，用2%硝酸溶液稀釋成質量濃度為20 μg/L的混合內標溶液。

1.2.3

樣品供試品溶液的制備。將肉桂樣品置烘箱中，60 ℃下干燥2 h，粉碎，過二號篩，取約0.25 g，精密稱定，置微波消解罐中，加硝酸10 mL（若反應劇烈，應停止加入硝酸，反應停止后繼續(xù)緩慢加入），密封。按表1的消解程序條件來消解處理樣品。消解完全后，消解液冷卻至60 ℃以下，將消解罐取出，放冷。將消解液轉入50 mL容量瓶中，用少量水洗滌消解罐3次，洗滌液合并于容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，得到供試品溶液。同法同時制備空白對照溶液。

1.2.4

線性關系考察。將配制的金屬元素標準溶液分別測定，以各元素濃度為橫坐標（X）、元素計數(shù)（cps/s）為縱坐標（Y）進行線性回歸分析，計算回歸方程和相關系數(shù)。檢出限：按照“1.2.2.1”制備方法，除不加樣品外，其余處理方式與“1.2.3”樣品供試品溶液的制備處理相同，得到空白溶液，按“1.2.1”條件連續(xù)測定11次，各重金屬元素檢出限按3倍的空白溶液測定值的標準偏差計算。

1.2.5

精密度試驗。取“1.2.2.1”制備的較高濃度混合標準溶液，混合溶液中含Hg元素濃度為1.6 μg/L、Ni元素濃度為80.0 μg/L、Cu元素濃度為100.0 μg/L、Zn元素濃度為400.0 μg/L、Pb和Cr元素濃度為16.0 μg/L、As和Cd元素濃度為8.0 μg/L，將混合標準溶液連續(xù)進樣6次，按“1.2.1”條件測定。

1.2.6

重復性試驗。取同一批肉桂樣品（RG-9）約0.5 g，精密稱定6份，按“1.2.3”方法制備，按“1.2.1”條件進行測定。

1.2.7

加樣回收試驗。取已知含量的肉桂樣品（RG-9）約0.125 g，精密稱定，分別從Cu、Cr、Ni元素備用液（200.0 μg/L）中取2.0 mL，從Hg元素備用液（2.0 μg/L）中取1.0 mL，從As元素備用液（2.0 μg/L）中取1.4 mL，從Pb元素備用液（40.0 μg/L）中取2.0 mL，從Cd元素備用液（100.0 μg/L）中取1.0 mL，從Zn元素備用液（500.0 μg/L）中取1.0 mL，加入精密稱定的樣品，一式6份，按“1.2.3”方法制備，按“1.2.1”條件進樣測定。

1.2.8

重金屬污染水平評價方法。

1.2.8.1

單因子污染指數(shù)法。單因子污染指數(shù)法可以反映單元素重金屬的污染狀況［16］，計算公式如下：

Pi=Ci/Si（1）

式中：Pi表示測定的重金屬單因子污染指數(shù)；Ci表示該測定重金屬實際測定值（mg/kg）；Si表示重金屬評價標準的限量值。單因子污染指數(shù)越大，表示受該重金屬元素污染越嚴重，污染程度劃分為5個等級，見表2。

2020年版《中國藥典》中并未明確規(guī)定肉桂重金屬限量標準，因肉桂多出口國外，此次試驗參照國際標準BS ISO 18664：2015《Traditional Chinese Medicine Determination of heavy metals in herbal medicines used in Traditional Chinese Medicine》和行業(yè)標準WM/T 2—2004《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標準》2個標準（表3）作為評價依據(jù)。

1.2.8.2 均值指數(shù)法。均值指數(shù)法可以反映一個地區(qū)整體重金屬污染水平，計算公式如下：

PI=Pi/n（2）

式中：PI表示均值污染指數(shù)；Pi表示某種重金屬的單因子指數(shù)；n表示重金屬種類。根據(jù)均值污染指數(shù)（PI），重金屬污染程度可劃分6個等級［17］，見表4。

1.2.8.3 污染因子分析法。通過污染因子分析法可以了解某一地區(qū)肉桂樣品中主要重金屬污染因子，計算公式如下：

L=Pi/∑Pi（3）

式中：L表示污染物負荷比［18］；Pi表示某種重金屬的單因子污染指數(shù)。

1.2.8.4

人體健康風險評價。健康風險評估是通過預估人體每日重金屬攝入量，與重金屬每日參考攝入量對比，用來表示其對人體健康造成損害的可能性［19］。

肉桂藥材重金屬非致癌風險評價采用危害商（HQ）法進行評估，該方法由美國國家環(huán)境保護局（United States Environmental Protection Agency，EPA）提出，用于評估經(jīng)口攝入的重金屬非致癌風險，其在藥用植物重金屬健康風險評價中多被采用［20］。危害商（HQ）計算公式如下：

HQ=ADD/RfD（4）

ADD=CCM×IR/BW（5）

式中：ADD是重金屬每日平均金屬攝入量［mg/（kg·d）］；RfD是重金屬每日攝入?yún)⒖紕┝浚踡g/（kg·d）］，RfD 值參照世界衛(wèi)生組織（WHO）和相關資料可知，各重金屬每日攝入?yún)⒖紕┝浚≧fD）分別為As 0.002 14 mg/（kg·d）、Pb 0.004 mg/（kg·d）、Cd 0.001 mg/（kg·d）、Hg 0.000 57 mg/（kg·d）、Cu 0.04 mg/（kg·d）、Ni 0.02 mg/（kg·d）、Cr 0.003 mg/（kg·d）、Zn 0.3 mg/（kg·d）［21-23］；CCM是肉桂中重金屬的平均濃度（mg/kg）；IR是肉桂的平均消耗水平［g/（人·d）］，中國藥典肉桂項推薦肉桂使用量為1～5 g，取肉桂最大使用量5 g計算；BW為藥材服用者的平均體重，此次試驗采用國際通用標準，成人為60 kg［24］。

當同時經(jīng)口攝入超過2種或以上重金屬時，用危害指數(shù)（HI）來計算，即危害商（HQ）的總和，公式如下：

HI=HQ1+ HQ2+…+ HQn（6）

HQ是評估暴露人群受到重金屬非致癌風險的可能性，當數(shù)值低于1時，表示風險較小或者可以忽略，大于1時，表示存在非致癌風險。

2 結果與分析

2.1 線性關系考察

以各元素濃度為橫坐標（X）、元素計數(shù)（cps/s）為縱坐標（Y）進行線性回歸分析，得出回歸方程和相關系數(shù)，結果如表5所示。從表5可以看出，8種元素的線性關系均良好（r＞0.995），可以滿足測定要求。

2.2 精密度試驗 按照“1.2.5”方法操作，根據(jù)讀機濃度計算，分析結果見表6。由表6可見，RSD為0.85%～3.37%，且各金屬含量測定結果與參考數(shù)據(jù)基本相符，表明ICP-MS測定方法準確可靠。

2.3 重復性試驗

按照“1.2.6”方法操作，根據(jù)讀機濃度計算8種重金屬含量，結果見表7。由表7可見，RSD為1.41%～5.40%，表明該方法重復性良好。

2.4 加樣回收試驗

按照“1.2.7”方法操作，結果如表8所示。從表8可以看出，各加樣元素平均回收率為98.40% ～100.56%，RSD為1.17% ～ 3.36%，表明該供試品溶液制備方法具有良好的適用性。

2.5 含量統(tǒng)計結果和變異系數(shù)

采用SPSS 20軟件對43批廣西不同產(chǎn)地肉桂藥材中As、Pb、Cd、Hg、Cu 5種重金屬及有害元素含量進行統(tǒng)計，結果見表9。參照國際標準BS ISO 18664：2015和行業(yè)標準WM/T 2—2004重金屬限量值，發(fā)現(xiàn)樣品測定的8種重金屬元素含量除Cd元素含量外均未超標。各產(chǎn)地的肉桂樣品除了平南縣（樣品編號RG-7）、東興市（樣品編號RG-35）、防城區(qū)（樣品編號RG-39、RG-43）的少部分樣品Cd元素含量未超標外，其余地區(qū)肉桂樣品Cd元素含量均超標，超標率占所有樣品的90.70%。

對6個不同產(chǎn)地肉桂重金屬含量的差異性進行統(tǒng)計，結果發(fā)現(xiàn)（表10），岑溪市肉桂的As、Hg、Cr元素變異系數(shù)均超過100%，離散程度大，可能是由于采收或運輸過程污染導致的。其他地區(qū)的肉桂重金屬變異系數(shù)在9.50%～72.78%，大部分在50.00%以下，屬于中等變異程度，數(shù)據(jù)離散程度合理。

2.6 重金屬污染水平評價

重金屬污染狀況評價常用方法為單因子污染指數(shù)法、均值指數(shù)法［16］，分別利用這2種方法對不同產(chǎn)地肉桂進行評價，肉桂中主要污染因子利用污染因子分析法進行說明。

2.6.1

單因子污染指數(shù)法評價。單因子污染指數(shù)法評價結果顯示，平南縣、桂平市、岑溪市、藤縣、東興市、防城區(qū)6個產(chǎn)地的肉桂樣品Cd元素Pi值均大于1，樣品受Cd元素嚴重污染，應重點關注鎘污染問題。其他重金屬元素Pi值均小于0.7，樣品處于安全狀態(tài)。

2.6.2

均值指數(shù)法評價。根據(jù)公式（2）計算可知，桂平市、岑溪市、藤縣肉桂樣品PI值在0.5＜PI≤0.7，處于中污染狀態(tài)；平南縣、東興市、防城區(qū)肉桂樣品PI值在0.2＜PI≤0.5，呈現(xiàn)輕污染狀態(tài)。

2.6.3

污染因子分析法評價。根據(jù)公式（3）計算各產(chǎn)區(qū)重金屬L值（表11），平南縣、桂平市、岑溪市、藤縣L值從大到小均為Cd＞Pb＞Cu＞Hg＞As，4個地區(qū)的主要污染因子是Cd；東興市、防城區(qū)L值從大到小均為Cd＞Cu＞Pb＞Hg＞As，主要污染因子也是Cd，與其他4個地區(qū)不同的是，其他4個地區(qū)次要污染因子是Pb，而防城區(qū)和東興市的次要污染因子是Cu。

2.6.4

人體健康風險評價。經(jīng)計算（表12），肉桂通過口服途徑攝入的平均每日重金屬攝入量（ADD）健康風險較小，而危害商（HQ）均低于1，故不會對人體造成非致癌健康危害。

通過估算成年人（按60 kg體重計算）每日經(jīng)口服肉桂而攝入As、Pb、Cd、Hg、Cu、Cr、Ni、Zn 8種重金屬的量，對比各重金屬每日攝入?yún)⒖剂浚≧fD）可知，6個產(chǎn)區(qū)肉桂中8種重金屬的日攝入量（ADD）均低于每日攝入?yún)⒖紕┝俊Ｍ瑫r，所有產(chǎn)區(qū)肉桂中每種重金屬的危害商（HQ）均低于1，表明人們通過口服此次采集肉桂藥材攝入的其中一種重金屬，不會對人體造成非致癌健康危害。而HI計算結果提示，桂平市、岑溪市、藤縣這3個產(chǎn)區(qū)肉桂中8種重金屬累加的非致癌風險HI值大于1，理論認為通過口服這3個產(chǎn)地肉桂可能對人體造成非致癌健康風險。

在估算重金屬每日攝入量時，暴露時間按365 d、暴露頻率以每天口服一次計算，口服劑量也按最大《藥典》肉桂項中建議使用量的最大劑量計算，但在實際臨床用藥時，一年連續(xù)365 d口服肉桂藥材的情況十分少見，且肉桂常與其他藥材配伍使用，有時用藥量沒有達到《藥典》建議使用劑量的最高使用劑量。即使按照中國藥典規(guī)定的最大日用藥量口服，每日攝入的重金屬量（ADD）也遠小于每日參考攝入量（RfD）。因此，在實際臨床用藥中，人們通過口服途徑攝入的肉桂藥材重金屬量遠小于試驗估算出的值，通過口服肉桂藥材的重金屬健康風險，也小于理論估算的風險值。

3 結論與討論

該試驗對廣西平南縣、桂平市、岑溪市、藤縣、防城港市防城區(qū)、東興市6個產(chǎn)區(qū)的肉桂進行重金屬含量測定，以《中醫(yī)藥-中藥材重金屬限量》 國際標準BS ISO18664：2015和行業(yè)標準WM/T 2—2004為參考標準，進行污染評價。結果表明，除Cd元素含量，樣品測定的7種重金屬元素含量均未超標；而Cd元素含量普遍超標，超標率占抽樣數(shù)的90.70%。肉桂重金屬污染評價發(fā)現(xiàn)，6個產(chǎn)區(qū)肉桂中Cd元素污染嚴重，而均值指數(shù)法（PI）提示桂平市、岑溪市、藤縣肉桂中8種重金屬已處于中污染，平南縣、東興市、防城區(qū)肉桂處于輕污染狀態(tài)，所有產(chǎn)區(qū)最大污染因子均是Cd。

人體健康風險評估結果顯示，6個產(chǎn)區(qū)肉桂中8種重金屬的日攝入量（ADD）均低于每日攝入?yún)⒖紕┝浚≧fD），每種重金屬的危害商（HQ）均低于1，提示不會對人體造成非致癌健康危害。而桂平市、岑溪市、藤縣這3個產(chǎn)區(qū)肉桂中8種重金屬累加的危害指數(shù)（HI）大于1，理論認為口服這3個產(chǎn)地肉桂可能對人體造成非致癌健康風險。但因估算時所有有關因變量均取最大可能值進行計算，因此實際生活中口服肉桂攝入重金屬而產(chǎn)生的健康風險均很小。

所有產(chǎn)區(qū)肉桂中8種重金屬人體健康風險評估結果沒有表現(xiàn)出明顯的安全隱患，但鑒于廣西肉桂中存在Cd含量超標問題，宜進一步對造成Cd超標的原因進行研究，查明污染物來源，如土壤、降水、大氣沉降等，以便采取相應的措施降低風險提高藥材質量。隨著廣西肉桂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，肉桂產(chǎn)區(qū)更應該重視產(chǎn)區(qū)土壤及水源重金屬污染情況的跟蹤監(jiān)測，同時，廣西地方標準《肉桂產(chǎn)品質量等級（報批稿）》（DB45/T 698—2010）中應增加肉桂重金屬含量限定，以保障肉桂安全食用。

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