電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法測定百荷凍干含化糖中18種無機元素及健康風險評估

孫常勝，宇泉霖，吳婧楠，吳雪純，邱旖，蔣巧萍，宋嘉佳，馬宏瑞，孫誠誠，蔡程科*，王洪飛*（. 北京中醫藥大學中藥學院，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）常作為酶系統的催化劑或功能蛋白，對人體的生長、發育有重要影響，甚至與部分疾病直接相關[2]。如兒童缺乏Zn、Fe、Ca時易發生反復呼吸道感染[3]。Fe的缺乏常常會導致紅細胞生成受損，引起缺鐵性貧血。塞爾維亞一項病例對照研究發現，習慣性流產、胎膜早破和稽留流產孕婦血清Cu濃度均低于正常孕婦[4]。

近年來，以補充微量元素為目標的產品也受到大家的關注。有機態的微量元素在吸收利用率、穩定性等方面均優于無機態微量元素。中醫理論指導養生保健是中國傳統醫學的一部分，與疾病的康復有密切的關系。研究發現，不同產地、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]。經過調研不同中藥中的微量元素[6-14]，結合中醫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Q-sorb凍干閃釋技術制備成富含有機態微量元素的凍干型口腔崩解片（商品名：百荷凍干含化糖）。本產品立足于中醫藥理論，同時補充多種微量元素，促進人體內各種微量元素之間保持平衡。

電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法能同時快速測定多種元素，檢測限低，干擾少，效率高，精密度好，本研究利用ICP-MS對百荷凍干含化糖進行含量測定，為產品的質量標準制訂提供參考。

1 材料

1.1 儀器

電感耦合等離子體質譜儀（ICPMS-2030 series，Shimadzu）；TOPEX微波消解儀、可調控溫電熱板（上海屹堯儀器科技發展有限公司）；AB135-S 型十萬分之一天平（德國Mettler Toledo公司）。

1.2 試藥

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

2 方法與結果

2.1 ICP-MS工作參數

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；能量過濾器電壓為7.0 V；蠕動泵轉數為40 r·min－1，采樣深度為5.00 mm；每點滯留時間為20 ms。

2.2 內標溶液的配制

精密取Sc、Ge、Be、In、Re單元素標準溶液適量于100 mL量瓶中，加5%硝酸制成質量濃度為含Sc、Ge、Be 1 μg·mL－1，含In、Re 0.1 μg·mL－1的混合內標溶液。

2.3 標準溶液的配制

精密取含Fe、Cu、Mn、Zn、Se、Cr等18種待測金屬元素的單元素標準溶液適量，用5%硝酸稀釋成質量濃度為1 μg·mL－1的標準使用液，臨用時用5%硝酸稀釋成各元素系列質量濃度的混合標準溶液。

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

2.4 供試樣品的預處理

取百荷凍干含化糖，置于自封袋中密閉，用研缽研細、混勻，精密稱取研細粉末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。將消解罐對稱放入微波消解儀中，按照表1升溫步驟進行消解。待消解完全后，打開消解罐，放置在通風櫥內控溫電熱板上，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 方法學考察

2.5.1 線性關系考察 將系列混合對照品溶液，按照“2.1”項下條件進樣測定，以響應強度為縱坐標（Y），質量濃度為橫坐標（X）進行線性回歸，得到18種元素的回歸方程，結果見表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 取“2.2”項下配制的混合標準溶液（質量濃度100 ng·mL－1），連續進樣6次，各元素響應值的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 重復性試驗 精密稱取百荷凍干含化糖粉末0.5 g，采用“2.4”項下方法平行制備6份供試品溶液，進樣測定，計算得到各元素含量的RSD值均小于3.0%，表明該方法重復性良好。

2.5.4 穩定性試驗 取同一供試品溶液于制備后0、2、4、8、12、24 h進樣，計算供試品中各待測元素的含量。計算得各元素含量的RSD均小于3.0%，表明供試品溶液在24 h內穩定性良好。

2.5.5 加樣回收試驗 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”項下制備的3種混標溶液，按“2.4”項下方法制備供試品溶液，進樣測定，計算得到18種無機元素的平均加樣回收率為94.2%～102.3%，RSD均小于15%，表明該方法準確度良好。

2.5.6 百荷凍干含化糖無機元素含量的測定 參照“2.4”項下供試品溶液的制備方法和“2.1”項下的ICP-MS工作參數將樣品溶液與內標溶液同時配伍注入儀器，對百荷凍干含化糖中18種元素進行測定，結果見表3。

由表3可知百荷凍干含化糖中無機元素含量豐富，18種無機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險評估

試驗參考美國環保署（US EPA）提出的評估人體通過食物攝取重金屬風險的方法，采用目前較為主流的重金屬風險評估模型：每日最大可耐受量（estimated daily intake，EDI）、靶標危害系數（target hazard quotients，THQ）、總危害指數（hazard index，HI）評估Cu、As、Pb、Cr、Cd對人體非致癌健康風險；致癌風險（carcinogenic risks，CR）評估As、Pb、Cd對人體致癌健康風險。

2.6.1 每日攝入重金屬量評估 EDI代表每日估計攝入重金屬量，將EDI與每日暫定可耐受攝入量（provisional tolerable daily intake，PTDI）[15-16]對比，當EDI＜PTDI時，認為人體負荷重金屬的量無明顯健康影響。PTDI參考值見表4，EDI的計算公式如（1）所示，公式中各參數如表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險評估參數匯總Tab 5 Summary of health risk assessment parameters of Baihe freeze-dried orally disintegrated tablet

EDI測定結果見表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）均低于其參考可耐受攝入量PTDI。因此，以EDI作為風險評估指標時，可認為日常服用百荷凍干含化糖后，重金屬的量對人體健康無明顯影響。

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險評價 THQ用于評估污染物對人體的非致癌健康危害，該模型的評價標準為：THQ＜1表示該元素對人體沒有明顯的健康風險；THQ＞1表示該元素對人體可引起非致癌風險。該模型公式如（2）所示，公式中各參數如表5所示。

由于多種重金屬對人體的風險疊加性，采用總危害指數HI評價多種重金屬對人體健康非致癌總風險的大小，公式如（3）所示，式中HI為危害指數，如果HI≤1.0，表示對人體沒有明顯的非致癌風險；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結果見表6，5種重金屬通過百荷凍干含化糖的攝入對人體造成的健康風險順序為Cu＜Cd＜Pb＜Cr＜As，其中As所引起人體的健康風險最高，占HI值的貢獻比例為75.53%。樣品中重金屬元素的THQ以及HI值均遠遠小于1.0，表明5種重金屬通過百荷凍干含化糖的攝入不會對人體健康造成明顯的危害。

2.6.3 致癌重金屬健康風險評價 重金屬的致癌風險采用CR模型評估，根據US EPA 的指導，CR的可接受范圍為1×10－6～1×10－4，當CR＞1×10－4時，說明具有致癌風險，而當CR＜1×10－6，該風險可忽略不計。CR的計算公式如（4）所示，公式中各參數如表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人體造成的健康風險順序為Pb＜Cd＜As，并且Pb、Cd、As的CR均遠小于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，本研究對百荷凍干含化糖中重金屬元素運用EDI、THQ、CR 3種模型進行風險評估，結果顯示該產品中Pb、Cd、Cu、As、Cr 5種重金屬元素的EDI均比PTDI小兩個數量級以上，5種重金屬元素的THQ均在1×10－2以下，HI約為1×10－2，對人體基本沒有非致癌風險。Pb、Cd、As 3種重金屬元素的CR均遠小于1×10－6，致癌風險可忽略不計。綜合3種模型結果，按照推薦劑量服用百荷凍干含化糖，不會對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，略低于預期水平，但本產品立足于中醫藥理論，同時補充多種有機態微量元素，以期通過維持臟腑與自然界之間以及各臟腑之間的協調統一，促進人體內各種微量元素之間保持平衡，能夠在維護人體健康方面發揮出獨有的療效。與無機態微量元素相比，百荷凍干含化糖中有機態的微量元素具有穩定性好、吸收利用率高、綠色環保的特點。

研究表明，As、Cd、Pb、Hg等重金屬與癌癥的發生有著明顯的相關性[18]，本試驗由于儀器受限的原因，未對重金屬Hg進行測定，后續試驗會補充對百荷凍干含化糖中Hg的含量測定，以期對產品進行更加全面的健康風險評估。