微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定新疆葡萄中重金屬的含量和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

摘 要：本文建立微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定新疆葡萄中重金屬含量的方法，并對(duì)葡萄果皮和果肉中重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，評(píng)估攝入葡萄對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，最佳微波消解條件為消解時(shí)間30 min、消解溫度190 ℃、過(guò)氧化氫-硝酸體積比2∶8。方法的線性相關(guān)系數(shù)均在0.999以上，線性相關(guān)性良好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.15%～4.67%，回收率在97.6%～103.1%。利用估算每日攝入量評(píng)估了食用葡萄的重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果顯示每日攝入1 000 g葡萄對(duì)消費(fèi)者健康是無(wú)害的。

關(guān)鍵詞：電感耦合等離子體質(zhì)譜；葡萄；重金屬；微波消解；健康風(fēng)險(xiǎn)

Determination of Heavy Metals in Xinjiang Grapes by Microwave Digestion Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry and Health Risk Assessment

FENG Zhen， FENG Liling

（Nanning Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Nanning 530023， China）

Abstract： In this paper， a method of microwave digestion and inductively coupled plasma mass spectrometry was established for the determination of heavy metal content in grapes in Xinjiang， and the heavy metal content in grape skins and flesh was determined to evaluate the risk of ingestion of grapes to human health. The results showed that the optimal microwave digestion conditions were as follows： digestion time 30 min， digestion temperature"190 ℃， volume ratio of hydrogen peroxide to nitric acid 2∶8. The linear correlation coefficients were above 0.999， the relative standard deviations were 2.15%～4.67%， and the recoveries were 97.6%～103.1%. The health risk of heavy metals in table grapes was assessed using estimated daily intakes， which showed that 1 000 g of grapes per day was not harmful to consumer health.

Keywords： inductively coupled plasma mass spectrometry; grapes; heavy metals; microwave digestion; health risks

葡萄富含維生素、鐵、鎂、鈣、鉀以及多種抗氧化物質(zhì)，對(duì)人體健康具有顯著的益處，包括增強(qiáng)免疫力、促進(jìn)消化、預(yù)防心血管疾病等[1]。葡萄可用于釀造葡萄酒、制作葡萄干和果醬等加工產(chǎn)品[2]。新疆作為我國(guó)重要的葡萄產(chǎn)區(qū)之一，由于其地處全球葡萄生長(zhǎng)的“黃金緯度”，具有優(yōu)越的葡萄種植所需的日照、溫濕度和土質(zhì)條件，生產(chǎn)出了品質(zhì)卓越且風(fēng)味獨(dú)特的葡萄品種。優(yōu)質(zhì)的新疆葡萄品種包括紅提、巨峰、夏黑、和田紅、馬奶子和無(wú)核白等[3]。

由于葡萄種植與加工產(chǎn)業(yè)在新疆具有重要的地位，葡萄的安全性成為影響與制約葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。近年來(lái)，土壤和水源中的重金屬污染問(wèn)題日益凸顯，葡萄中的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)不容忽視[4]。重金屬污染不僅影響葡萄的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還對(duì)人體健康構(gòu)成潛在威脅，長(zhǎng)期攝入鉛、鎘等重金屬含量超標(biāo)的葡萄，可能引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)損傷、肝腎功能異常等嚴(yán)重后果[5]。葡萄重金屬污染還極大地降低了葡萄加工產(chǎn)品的食用安全性[6]。國(guó)內(nèi)和國(guó)際上都對(duì)葡萄中重金屬含量的限值進(jìn)行了明確的規(guī)定，并對(duì)葡萄產(chǎn)品的重金屬含量進(jìn)行了嚴(yán)格的檢測(cè)。

目前，在重金屬含量檢測(cè)中，原子吸收光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）得到了較好的運(yùn)用。電感耦合等離子體質(zhì)譜法因其高靈敏度、高分辨率、一次性檢測(cè)多元素等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢測(cè)等方面運(yùn)用廣泛[7]。微波消解以其高效、快速、環(huán)保的特點(diǎn)，成為樣品前處理的重要手段[8]。微波消解聯(lián)合ICP-MS法實(shí)現(xiàn)了對(duì)食品樣品中痕量重金屬元素的快速準(zhǔn)確測(cè)定，為食品安全領(lǐng)域的研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。近年來(lái)，微波消解聯(lián)合ICP-MS法在定量檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量中的應(yīng)用日趨廣泛。張晨等[9]利用超級(jí)微波消解-ICP-MS法同時(shí)測(cè)定谷物及其制品中27種微量元素，結(jié)果顯示該方法精密度高、回收率好、方便快捷。高航等[10]利用微波消解–電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定富硒茶葉中的銅、鉛、鋅、硒、鉻、鎘、鈷和鎳8種微量元素，通過(guò)優(yōu)化消解程序和ICP-MS的工作條件，建立了準(zhǔn)確快速地測(cè)定茶葉中微量元素含量的方法。王鐵良等[11]利用微波消解聯(lián)合ICP-MS法測(cè)定小麥籽粒中8種重金屬元素，結(jié)果表明測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度、精密度均在允許范圍內(nèi)。

本研究建立微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定葡萄中重金屬Cu、Pb、Zn、Cr、Cd和Ni含量的方法，并評(píng)估食用葡萄的重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)。

1 材料與方法

1.1 樣品與試劑

實(shí)驗(yàn)用的4種葡萄均來(lái)自新疆當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)。

HNO3（優(yōu)級(jí)純），濟(jì)南德厚化工有限公司；H2O2（優(yōu)級(jí)純），安徽安德諾化工產(chǎn)品有限公司；超純水為實(shí)驗(yàn)室自制，電導(dǎo)率為5.0×10-6 s·m-1；Cu、Pb、Zn、Cr、Cd和Ni這6種元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液濃度均為

1 000 μg·mL-1，壇墨質(zhì)檢有限公司；農(nóng)產(chǎn)品成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10019，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。

1.2 儀器設(shè)備

Thermo X2電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，賽默飛世爾科技有限公司；XT9916微波消解儀，上海新拓儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 混標(biāo)溶液的配制

將購(gòu)買(mǎi)的6種元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液用2%（V∶V）稀HNO3溶液逐級(jí)稀釋?zhuān)渲瞥蒀u、Pb、Zn和Ni濃度為0 ng·mL-1、1 ng·mL-1、5 ng·mL-1、10 ng·mL-1、50 ng·mL-1和100 ng·mL-1，Cr和Cd濃度為0 ng·mL-1、0.1 ng·mL-1、0.5 ng·mL-1、1.0 ng·mL-1、5.0 ng·mL-1和10.0 ng·mL-1的混標(biāo)工作溶液。

1.3.2 樣品前處理

稱(chēng)取新鮮葡萄約500 g，洗凈去皮，用電動(dòng)攪拌機(jī)打碎葡萄果皮與果肉，將制得的果皮和果肉漿汁置于樣品杯中，用保鮮膜包裹后，編號(hào)并冷藏儲(chǔ)存。取上述果皮和果肉漿汁試樣各1.500 g，加入相應(yīng)的微波消解儀配套的PTFE消解管內(nèi)，再加入過(guò)氧化氫和硝酸混合液10 mL，置于微波消解儀內(nèi)，設(shè)置相應(yīng)的升溫和消解程序并啟動(dòng)程序執(zhí)行。

1.3.3 儀器工作條件

射頻功率：1 300 W；冷卻氣流量：12.5 L·min-1；霧化氣流量：1.50 L·min-1；輔助氣流量：1.00 L·min-1；采樣深度：13 mm；6種元素測(cè)定質(zhì)量數(shù)：52Cr、58Ni、65Cu、66Zn、111Cd、208Pb；儀器掃描方式：跳峰掃描，掃描40次。測(cè)定結(jié)果為3次重復(fù)測(cè)量的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

2.1.1 消解時(shí)間的優(yōu)化

為了明確元素含量與微波消解時(shí)間的關(guān)系并找出最佳的消解時(shí)間，實(shí)驗(yàn)分別考察不同微波消解時(shí)間（10 min、20 min、30 min和40 min）對(duì)GBW10019中6種重金屬元素含量的影響。如圖1所示。隨著消解時(shí)間的延長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中6種重金屬元素含量均上升，當(dāng)消解時(shí)間達(dá)到30 min后，6種重金屬元素含量基本保持穩(wěn)定，并且與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的認(rèn)定值相吻合。這主要是因?yàn)橄鈺r(shí)間直接影響樣品中重金屬的釋放效率和消解液的均勻性。因此，確定最佳的消解時(shí)間為30 min。

2.1.2 消解溫度的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)分別考察不同消解溫度（170 ℃、180 ℃、190 ℃和200 ℃）對(duì)GBW10019中6種重金屬元素含量的影響。由圖2可知，隨著消解溫度的升高，6種重金屬元素的含量逐漸增大。當(dāng)消解溫度達(dá)到190 ℃后，6種重金屬元素的含量趨于穩(wěn)定，且與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的認(rèn)定值相符合。這是因?yàn)橄鉁囟鹊纳仙?，能提高有機(jī)大分子發(fā)生斷裂和重金屬元素釋放的程度，從而提高消解效率，使樣品消解更充分。因此，確定最佳的消解溫度為190 ℃。

2.1.3 過(guò)氧化氫-硝酸體積比的優(yōu)化

在微波消解過(guò)程中，所使用的消解液為過(guò)氧化氫-硝酸混合液。該混合液的氧化性較強(qiáng)，可以使農(nóng)產(chǎn)品中的有機(jī)大分子化合物氧化而斷裂，并釋放出其嵌合的重金屬離子。為了確定最佳的過(guò)氧化氫-硝酸體積比，實(shí)驗(yàn)考察不同過(guò)氧化氫和硝酸體積比（2∶8、4∶6、5∶5、6∶4和8∶2）對(duì)GBW10019中6種重金屬含量的影響。如圖3所示，當(dāng)過(guò)氧化氫與硝酸的體積比為2∶8時(shí)，消解效果最為理想。故確定最佳的過(guò)氧化氫和硝酸體積比為2∶8。

2.2 方法建立

將1.3.1配制得到的6種元素混標(biāo)工作溶液按照1.3.3儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定，得到6種元素的線性方程和相關(guān)系數(shù)如下。銅：Y=1 054.6x+195.2（R2=0.999 8）；鉛：Y=2 731.8x+565.2（R2=0.999 7）；鋅：Y=662.7x+416.8（R2=0.999 9）；鉻：Y=2 265.5x+935.1（R2=0.999 8）；鎘：Y=1 265.5x+53.5（R2=0.999 8）；鎳：Y=865.5x+293.7（R2=0.999 6）。

2.3 方法的有效性驗(yàn)證

通過(guò)重復(fù)多次（n=12）空白實(shí)驗(yàn)，將空白測(cè)定結(jié)果平均值的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為方法檢出限，將10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為定量限。精密度的評(píng)估是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行12次重復(fù)測(cè)試，計(jì)算得到相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。方法回收率可通過(guò)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定值與認(rèn)定值的比值來(lái)確定。方法有效性的驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，6種元素的檢出限在0.001 5～0.042 0 μg·g-1，定量限在0.005～0.140 μg·g-1，表明該方法具有較高的靈敏度。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.15%～4.67%，回收率在97.6%～103.1%，表明方法的準(zhǔn)確度較高。

2.4 葡萄果皮和果肉重金屬含量測(cè)定

采用該方法對(duì)新疆的4種主要葡萄品種巨峰、和田紅、馬奶子和無(wú)核白的果皮和果肉中的6種重金屬元素含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，除了Cu以外，葡萄皮和葡萄肉中的重金屬含量差別不大。4種葡萄果肉中的Pb含量均高于果皮中的含量，巨峰與和田紅果肉中的Zn含量高于果皮含量，巨峰、馬奶子和田紅果皮中的Cr含量高于果肉含量，和田紅、馬奶子和無(wú)核白果皮中的Ni含量高于果肉含量，但是含量相差并不大，說(shuō)明葡萄中的重金屬可能主要來(lái)源于土壤與外界環(huán)境。外界環(huán)境中的重金屬污染來(lái)源包括空氣粉塵、降水等。另外，結(jié)果顯示4種葡萄的果皮中的Cu含量均高于果肉含量，而且相差比較明顯，這可能是由于在葡萄生長(zhǎng)期間，果農(nóng)使用含有銅鹽的農(nóng)藥（如主要成分是硫酸銅的波爾多液）進(jìn)行病蟲(chóng)害防治的緣故。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是果皮還是果肉，4種葡萄中的6種重金屬元素含量均未超過(guò)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）以及國(guó)際食品法典委員會(huì)頒布的《食品中污染物和毒素通用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的限值（Cu＜20 μg·g-1，Pb＜0.2 μg·g-1，Zn＜20 μg·g-1，Cr＜1.0 μg·g-1，Cd＜0.05 g·g-1，Ni＜1.0 μg·g-1），表明重金屬含量符合食品安全要求。

2.5 攝入葡萄的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

每日攝入量可用于評(píng)估葡萄中重金屬的食用健康風(fēng)險(xiǎn)。葡萄中重金屬每日攝入量為葡萄果肉中重金屬含量與每人每日攝入量的乘積。根據(jù)世界衛(wèi)生組織建議，成人每日對(duì)這6種元素的最大攝入量應(yīng)為銅不超過(guò)20 mg，鉛不超過(guò)1.0 mg，鋅不超過(guò)50 mg，鉻不超過(guò)5.0 mg，鎘不超過(guò)0.2 mg，鎳不超過(guò)5.0 mg。若一個(gè)人每天攝入1 000 g葡萄，那么食用4種葡萄所含的6種重金屬元素的每日攝入量分別為Cu 1.86～2.59 mg，Pb 0.04～0.07 mg，Zn 2.61～3.88 mg，Cr 0.10～0.16 mg，Cd 0.002～0.003 mg，Ni 0.17～0.20 mg，結(jié)果均低于每日最大攝入量限值。因此，每日攝入1 000 g葡萄對(duì)消費(fèi)者健康是無(wú)害的。

3 結(jié)論

本文建立了測(cè)定新疆4種主要葡萄品種巨峰、和田紅、馬奶子與無(wú)核白中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni這6種重金屬含量的方法。結(jié)果表明，最佳微波消解條件為消解時(shí)間30 min、消解溫度190 ℃、過(guò)氧化氫∶硝酸=2∶8（體積比）。食用葡萄的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果顯示，成人每日食用1 000 g葡萄中的重金屬攝入量遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織建議的最大攝入量限值，表明日常食用新疆葡萄不會(huì)對(duì)消費(fèi)者健康造成顯著風(fēng)險(xiǎn)。

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