ICP-MS法測定藥食同源性食物中的重金屬及有害元素

龐小蓮,陳婷婷,劉 蘭

(1.玉林市食品藥品檢驗檢測中心,廣西玉林 537000; 2.湖南省食品質量監督檢驗研究院,湖南長沙 410111)

藥食同源是指許多食物同時也是中藥,食物與中藥同時起源又沒有絕對的分界線,在食養、食療和藥膳方面,應用非常廣泛和全面。在我國教育體系里面,對藥食同源的應用方面也很重視,越來越受到關注[1]。藥食同源食物在養生和臨床飲食調護方面應用廣泛,具有袪暑、潤秋燥和抗衰老等功效,同時藥食膳在降血糖和心臟疾病方面也有一定應用[2-7]。其中山藥、茯苓、百合、紅棗、枸杞等以其特有的營養成分和功效深受大眾歡迎[8-10]。藥食同源食物和藥食膳療已成為中華民族文化的瑰寶[11]。

藥食同源食物的重金屬及有害元素污染來源主要是在種植、加工、運輸、儲存過程中帶入的,其中在種植環節受污染較多,主要來自于其生長的土壤和水體的污染。目前對藥食同源性食物的重金屬及有害元素的測定標準和測定研究方法報道較少,《中國藥典》2015版一部只對枸杞、黃芪等少數藥食同源性食物作為藥材時的重金屬及有害元素的測定方法和限量標準[12]。對重金屬及有害元素的測定分析前處理方法,由傳統的人工加酸濕法及干法消解,發展到今天的自動微波消解。測定分析的儀器和標準方法主要有:石墨爐原子吸收法測定鉛、鎘、鉻等元素[16-17];火焰原子吸收法測定鋅和銅[12];原子熒光光度法測定總砷和汞等[18-19]。這些方法單次只能測定單個元素。而ICP-MS法,經過一次消解后可以同時對多個元素進行分析測定,并且具有高靈敏度,低檢出限,寬線性范圍,高效率等優點,受到廣大重金屬分析者的關注[20-21]。

本實驗收集了17種73批次常見、消費較多的藥食同源性食物,采用微波消解前處理和ICP-MS分析測定法,同時測定了鉛、鎘、砷、汞、銅5種重金屬及有害元素的殘留量,為進一步提高藥食同源性食物的質量,保證其食用安全提供了測定方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山楂1～3號、枸杞子1～3號、黑棗1～3號、百合1～3號、蓮子1～3號、薏苡仁1～3號、赤小豆1～5號、龍眼肉1～3號、核桃仁1～3號、茯苓1～11號、葛根1～8號、粉葛1～2號、淮山1～10號、黃芪1～3號、麥冬1～3號、羅漢果1～4號、胎菊1～3號樣品 收集于玉林眾康、百源堂、至真和大潤發等藥店及超市,產地為湖南、廣西、甘肅、寧夏、新疆、云南、貴州、四川、河南、安徽、浙江等省份;硝酸、過氧化氫 均為優級純,國藥集團化學試劑有限公司;實驗用水均為超純水 由玉林食品藥品檢驗所純水系統制得,并通過超純水機過濾,電阻率均達到18.2 MΩ·cm(25 ℃);調諧液:Ge、Co、Li、Mg、Tl、Y濃度1 μg/L,內標為含Bi、Ge、In、Li(6)、Lu、Rh、Sc、Tb的混合內標液 濃度100 mg/L,Hg標準物質溶液(10 μg/mL),安捷倫科技有限公司;Pb、Cd標準物質溶液(100 μg/mL)、Cu、As標準物質溶液(1000 μg/mL) 中國計量科學研究院;Au標準物質溶液 濃度1000 μg/mL,國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院。

AK-400A中藥粉碎機 溫嶺市奧力中藥機械有限公司;AE-200電子分析天平 梅特勒托利多儀器有限公司;ETHOS One微波消解儀 意大利麥爾斯通公司;VB24 Plus智能樣品處理器 萊伯泰科有限公司;ICP-MS 7700x 電感耦合等離子體質譜 安捷倫科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 樣品經過四分法后,挑取對角兩份置于中藥粉碎機中粉碎,過篩,備用。精密稱取粉碎均勻樣品約0.5 g于消解罐內,加5.0 mL硝酸80 ℃預消解30 min,待冷卻后,再加入2.0 mL硝酸、1.0 mL過氧化氫,用濾紙擦干凈罐口邊緣的液滴,蓋好罐蓋,放入微波消解儀內按升溫條件(表1)進行微波消解。空白實驗除不加試樣外,其他操作均同樣品處理。消解完并且冷卻后,輕緩打開消解罐,用超純水清洗蓋子,于120 ℃脫氣3 h,將罐內的消解液轉移入刻度離心管用超純水清洗消解罐3次,確保轉移完全,并定容至25 mL刻度,搖勻后備用。

表1 微波消解升溫條件Table 1 Microwave digestion and heating conditions

1.2.2 標準溶液配制 分別精密吸取Cu 0.2 mL、As 0.01 mL、其它標準品0.1 mL到10 mL容量瓶中,用含2 μg/mL Au標準溶液的2%的硝酸溶液稀釋至刻度,得到Cu、As、Pb、Cd、Hg分別為20.0、1.0、1.0、1.0、0.1 μg/mL的混合標準溶液。再分別精密吸取0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 mL混合標準溶液到25 mL的容量瓶中,用2%的硝酸溶液稀釋至刻度。得到Cu濃度分別為40、80、160、240、320、400 ng/mL;As、Pb、Cd濃度分別為2、4、8、12、16、20 ng/mL;Hg的濃度為0.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2 ng/mL的系列混合標準工作液。精密吸取0.1 mL混合內標液到100 mL容量瓶中,用2%硝酸稀釋到刻度即得,得到濃度為100 ng/mL的Bi、Ge、In等混合內標液。

1.2.3 儀器測定條件 ICP-MS同時測定五種元素時調諧模式為氦模式;質量軸:Li(7)、Y(89)、Tl(205);等離子氣流量:15.0 L/min;蠕動泵0.1 r/s;霧化室溫度:2 ℃;輔助氣流量:0.8 L/min;氦氣流量:4.3 mL/min;載氣流量:0.8 L/min;數據采集模式:跳峰;進樣方式:自動;重復次數:3次;掃描次數:100次。其中各元素的內標選擇與其質量數接近的稀有元素做為內標物,具體見表2。因為儀器內標進樣管的管路小,速度慢,進樣體積少,所以內標的加入方式為蠕動泵在線連續加入濃度為100 ng/mL的內標混合液方式,以保證每次進樣的量的穩定性。

表2 5種元素質量數及積分時間Table 2 Mass and integration time of 5 elements

1.2.4 方法學考察

1.2.4.1 標準曲線繪制 在1.2.2中配制的混合標準系列溶液,按照1.2.3儀器條件進行測量,分別以各元素濃度為橫坐標,分別選擇合適的內標,各元素的質譜信號與內標元素的質譜信號的強度比為縱坐標,內標法定量,繪制標準曲線。

1.2.4.2 重復性和回收實驗 分別精密稱取枸杞子3號樣的6份平行樣品進行重復性實驗;分別精密稱取枸杞子3號樣的6份平行樣品,兩兩平行,取樣后,分別加入混合標準溶液0.1、0.3、0.4 mL做三個水平濃度的回收實驗。按照1.2.1樣品前處理進行處理,依據1.2.3儀器方法進行樣品中Cu、As、Pb、Cd、Hg 5種元素的定性定量測定,數據進行分析。

1.2.4.3 精密性 取Cu濃度160 ng/mL、As、Pb、Cd的濃度為8 ng/mL,Hg的濃度為0.8 ng/mL的混合標準工作液,連續按照1.2.3儀器方法進行樣品中Cu、As、Pb、Cd、Hg 5種元素的定性定量測定,數據進行分析。

1.2.4.4 檢出限 取空白試驗溶液,按照1.2.3儀器條件進行Cu、As、Pb、Cd、Hg 5種元素的定性定量的11次測定,得到響應值的標準偏差為D.L,為儀器檢出限;以儀器檢出限D.L與樣品實驗時的稀釋倍數的乘積,再除以樣品的取樣量,則得到實驗的方法檢出限。

1.2.5 樣品測定 樣品測定實驗,主要是按1.2.1對樣品進行取樣、消解、稀釋等前處理,再按照1.2.3的儀器條件,待儀器穩定后,按照先測定11次空白溶液,再測定不同濃度的標準溶液,最后再按樣品類別編號順序測定樣品溶液。每測定10批次的樣品,測定一次標準曲線的第3個濃度的混合對照品溶液來監測儀器的狀態,繪制各個元素的標準曲線,并以標準曲線定量各樣品溶液的濃度,根據取樣量和稀釋倍數計算樣品中各個重金屬的含量。

1.3 數據處理

采用Excel 2010軟件對實驗結果數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 標準曲線方程、相關性及線性范圍

混合系列標準溶液,經過儀器ICP-MS分析,以混合標準濃度為橫坐標(X),響應為縱坐標(Y),由儀器分析軟件分析得到標準工作曲線。標準工作曲線顯示五種元素濃度Cu在40～400 ng/mL,As、Pb、Cd在2～20 ng/mL,Hg在0.2～2 ng/mL范圍內,標準曲線的線性關系良好,線性范圍相關系數均在0.9953以上;其中Cu、Pb的檢出限為0.01 mg/kg,As、Cd為0.002 mg/kg,Hg為0.0001 mg/kg,具體線性回歸方程、相關系數及方法的檢出限(見表3)。由結果顯示的寬線性范圍及良好線性關系,以及低檢出限完全可以滿足藥食同源性食品中5種重金屬元素的同時測定。

表3 標準曲線方程、相關系數、線性范圍及檢出限Table 3 Standard curves of regression equation,correlation coefficient,linearity ranges and detection limit

2.2 重復性

由重復性實驗儀器分析結果顯示,所選取的樣品測定結果顯示測得Cu、As、Pb、Cd、Hg的平均含量分別為5.120、0.030、0.050、0.048 mg/kg、未檢出;各個元素6次響應的RSD分別為4.02%、3.28%、5.31%、3.19%、0%。結果顯示,實驗重復性良好符合重金屬元素測定要求。

2.3 精密性

對標準工作溶液的第3個點連續進樣6次,測定后數據進行分析,各元素的配制濃度和測得濃度及相對標準偏差見表4,相對標準偏差均小于3.51%,數據分析表明儀器精密性良好,可以滿足實驗使用。

表4 精密性及相對標準偏差Table 4 Precision and relative standard deviation

2.4 回收率

平均回收率結果和相對平均偏差分別見表5～表9。經過計算Cu、As、Pb、Cd、Hg 5種元素的測定,其中Cu的回收率為82.25%～98.42%、As的回收率為93.36%～115.13%、Cd的回收率為83.33%～99.40%、Hg的回收率為91.62%～109.04%、Pb的回收率為85.90%～102.25%。回收率和相對平均偏差結果顯示此方法回收率符合5種重金屬元素的測定要求。

表5 Cu單元素回收率Table 5 Cu single element recovery

表6 As單元素回收率Table 6 As single element recovery

表7 Cd單元素回收率Table 7 Cd single element recovery

表8 Hg單元素回收率Table 8 Hg single element recovery

表9 Pb單元素回收率Table 9 Pb single element recovery

2.5 樣品測定結果

通過使用ICP-MS方法對17類73批次的藥食同源性食物中的5種重金屬及有毒元素的測定,結果見表10,空白實驗中5種元素均為未檢出,各個樣品的結果均為儀器軟件自動扣除空白實驗結果后再根據取樣量和稀釋倍數計算的結果。參照《中國藥典》2015版一部中對山楂、枸杞子、黃芪等少數藥食同源性食物的重金屬及有害元素的限量[12]規定進行判定。Cd的檢出為67批次,超標4批次,其中麥冬1批、百合3批,除此4批次外,本次試驗中測定的其它藥食同源性食物的 5種重金屬均符合要求。統計結果:未檢出率項次為14.79%;檢出率項次為85.21%;樣品項次合格率為98.90%,批次合格率為94.52%。

表10 樣品中五種元素測定結果Table 10 Determination of five elements in samples

續表

續表

測定結果顯示,大部分藥食同源性食物的重金屬及有毒元素含量是合格的,但是也有少數批次中的鎘含量是超標的,其中以百合尤為突出,是否為土壤污染、加工、運輸環節或者是百合自身某成分對鎘測定時的響應有干擾,或者是百合具有對重金屬元素鎘的富集作用,有待進一步研究分析。

結果同時顯示,根類品種比果實類品種重金屬及有毒元素的含量明顯要高,可能與根對營養等吸收快,與果實和種子相比離土壤近,生長周期相對時間長有一定的關系。

3 結論

采用ICP-MS方法測定藥食同源性食物的多種重金屬及有毒元素含量,標準工作曲線線性的相關性良好:相關系數均在0.9953以上,線性范圍寬:所測定樣品溶液基本不需要二次稀釋,重復性好:重復性實驗測定結果相對標準偏差均小于5.31%、精密性良好:相對標準偏差均小于3.51%,可以同時對多元素進行分析測定,且具有檢出限低、靈敏度高、準確性好,省時和高通量,可以同時測定5種元素甚至也可以更多種元素等優點,適合食品藥品大批量樣品中多元素的同時測定。在本實驗中測定的17類73種藥食同源性食物的重金屬測定結果顯示,參照中藥材的標準要求,合格率高,不合格元素及樣品品種比較集中。

目前鑒于藥食同源性食物分類和用途的雙重性,標準也會不一樣,對于其重金屬及有毒元素,還沒有明確的測定標準和評價依據,對直接食用的藥食同源性食物及其開發和加工成的各類副產品的質量控制及風險評估有待加強、引起重視。