ICP-MS法測定松花粉無機元素含量及安全性、健康風險評估

摘 要：為測定松花粉中18種無機元素的含量，并對重金屬及有害元素進行安全性和健康風險評估，采用微波消解法處理樣品，利用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS法）進行測定，使用軟件Origin 2021和微生信平臺繪制松花粉無機元素特征譜圖和相關系數矩陣圖，通過計算重金屬元素的單項污染指數Pi對松花粉的安全性進行評估，計算重金屬元素的每日最大可耐受量、靶標危害系數和致癌風險，并對松花粉的健康風險進行評估。結果表明：松花粉中主要含有Na、Mg、K、Ca、Fe、Zn 6種無機元素；Pi結果顯示松花粉樣品未被污染，水平優良；松花粉樣品中重金屬及有害元素未對暴露人群產生健康風險。采用ICP-MS法對松花粉中18種無機元素進行測定分析，可為松花粉的質量安全評價和推廣應用提供一定的理論依據。

關鍵詞：化學分析；松花粉；無機元素；重金屬及有害元素；微波消解法；ICP-MS法

中圖分類號：TQ460.7；R917

文獻標識碼：A"" DOI：10.7535/hbkd.2025yx01008

收稿日期：2024-04-06；修回日期：2024-09-13；責任編輯：張士瑩

基金項目：

國家重點研發計劃項目（2018YFC1706505）；科技人才與平臺計劃項目（院士專家工作站）（202305AF150113）

第一作者簡介：

劉浩（2000—），男，山東臨沂人，碩士研究生，主要從事中藥藥效物質基礎方面的研究。

通信作者：

劉永剛，教授。E-mail：liuyg0228@163.com

Determination of inorganic elements in pine pollen by ICP-MS

and safety and health risk assessment

LIU Hao" GUO Haitao" JI Aixi"" LI Shuqi" YU Shaojun

YANG Guohua" LIU Zhuoer" LIU Yonggang1

（1.School of Chinese Materia Medica， Beijing University of Chinese Medicine， Beijing 100029， China;

2.Yunnan Century Huabao Pharmaceutical Industry Development Company Limited， Chuxiong， Yunnan 675000， China）

Abstract：In order to determine the content of 18 inorganic elements in pine pollen and evaluate the safety and health risks of heavy metals and harmful elements， the samples were treated by microwave digestion method， and then determined by ICP-MS method. The characteristic spectra and correlation coefficient matrix of inorganic elements in pine pollen were drawn by Origin 2021 and Micro-Signal platform. The safety of pine pollen was evaluated by calculating the single pollution index Pi of heavy metal elements. The daily maximum tolerable dose， target hazard quotient and carcinogenic risk of heavy metal elements were calculated to evaluate the health risk of pine pollen. The results show that pine pollen mainly contains six inorganic elements： Na， Mg， K， Ca， Fe and Zn. The results of Pi show that the pine pollen samples are not contaminated and the level is excellent. The heavy metals and harmful elements in pine pollen samples do not pose health risks to the exposed population. The determination and analysis of 18 inorganic elements in pine pollen by ICP-MS method provides a theoretical basis for the quality and safety evaluation and further application of pine pollen.

Keywords：chemical analysis; pine pollen; inorganic elements; heavy metals and harmful elements; microwave digestion method; ICP-MS method

松花粉作為一種“藥食同源”的藥材，在中國具有悠久的歷史，《神農本草經》《新修本草》《本草綱目》等諸多醫學典籍中均有記載^[1]。松花粉來源于松科植物馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）、油松（Pinus tabulieformis Carr.）或同屬數種植物的干燥花粉，性溫味甘。松花粉不僅可以益脾潤肺、益氣除風^[3]，還具有收斂止血、燥濕斂瘡之功效^[4]。現代研究表明，松花粉中含有黃酮類、甾醇類、生物堿、脂類、多糖、蛋白質等多種化合物，還含有礦物質以及鐵、硒等多種微量元素，具有抗疲勞、抗衰老、抗氧化、降血脂、降血糖、調節免疫力^[5-10]等多種藥理作用。

無機元素也稱“礦質元素”，大多數均以無機鹽的形態存在，是人體和動物體不可缺少的部分。現代研究表明，中藥材的優劣與其含有的無機元素的種類和數量密切相關^[11-12]。除此之外，無機元素還與中藥的性味歸經、中藥炮制的“增效減毒”以及中藥毒性^[13-19]之間關系密切。因此，研究中藥與無機元素之間的關系，對于提高中藥材質量，建立更加全面規范的中藥材質量控制標準以及安全性評價體系，為臨床用藥提供更加合理的建議具有重要意義。

目前，中國國內學者對于松花粉中含有的化學成分進行了一些研究，通過薄層色譜法（TLC）^[20]、高效液相色譜法（HPLC）^[21]、氣相色譜法（GC）^[22]、氣相色譜-質譜聯用法（GC-MS）^[23]等技術分別對松花粉中的黃酮類、甾醇類、脂肪酸類和揮發性化合物進行研究。此外，有學者利用傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）、掃描電鏡（SEM）和X射線能譜（EDX），對松花粉中無機元素進行了定性定量分析^[24]；還有學者采用電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）分析方法，對松花粉中含有的P、K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn等無機元素含量進行了測定^[25]。電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS法）具有更高的準確度，其比ICP-AES法的檢出限更低、靈敏度更高^[26-27]，但目前

鮮有使用ICP-MS法測定松花粉中微量元素含量的報道。

因此，本研究采用微波消解松花粉樣品，使用ICP-MS法測定松花粉中18種無機元素的含量，并評估藥材中重金屬元素的安全性以及健康風險，為松花粉的質量安全評價與進一步應用提供一定的理論依據。

1 主要材料

1.1 儀器

CP224C型萬分之一電子天平，奧豪斯上海儀器有限公司提供；MARSXpress微波消解儀，美國CEM公司提供；EHD-24型電熱趕酸儀，北京東航科儀儀器有限公司提供；電感耦合等離子體質譜儀，美國Thermo Fisher Scientific公司提供。

1.2 試劑

B、Na、Mg、K、Ca、Sc、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、As、Se、Cd、Ba、Pb、Bi共18種元素混合標準溶液（100 μg/mL，上海麥克林生化科技股份有限公司提供）；銠（Rh）、萊（Re）單元素標準溶液（1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供）；高純氬氣（氬氣體積分數＞99.999%，北京氦普北分氣體工業有限公司提供）；高純氦氣（氦氣體積分數＞99.999%，北京北氧利來科技發展有限公司提供）；純凈水（屈臣氏飲用水，廣州屈臣氏食品飲料有限公司提供）；65.0%～68.0%（體積分數，下同）HNO3、30% H2O2（優級純，北京化工廠有限公司提供）。

1.3 藥材

松花粉：云南世紀華寶醫藥產業開發有限公司提供，批號為C20231102、C20231116、C20231128。

2 實驗方法

2.1 電感耦合等離子體質譜儀主要工作參數

電感耦合等離子體質譜儀主要工作參數見表1。

2.2 溶液制備

2.2.1 內標溶液的制備

精密量取適量Rh、Re標準溶液，使用2%的硝酸溶液將其稀釋成10 μg/L的內標溶液。

2.2.2 混合標準品溶液的制備

精密量取各元素的標準溶液適量，用2%硝酸溶液稀釋成質量濃度分別為0、1、10、100、1 000 μg/L的混合標準溶液。

2.2.3 供試品溶液的制備

精確稱定松花粉樣品0.1 g，置于聚四氟乙烯消解罐中，精確加入5 mL濃硝酸和1 mL 30%過氧化氫，預消解15 min，然后將其置于微波消解儀中，按照設定完成的參數進行消解（見表2）。消解完成，將待消解罐冷卻至室溫后放入趕酸儀中，設置溫度為110 ℃ ，趕酸約1 mL時，將溶液轉移到25 mL容量瓶中，使用屈臣氏水定容至刻度，得到供試品溶液。

2.2.4 空白溶液的制備

使用“2.2.3”所述方法，不加入松花粉樣品，制備得到空白溶液。

2.3 松花粉無機元素含量測定及特征譜圖的建立

按照“2.1”ICP-MS的工作參數，測定松花粉樣品中無機元素的含量，使用軟件Origin 2021繪制松花粉無機元素特征譜圖。

2.4 元素相關性熱圖的繪制

為了更直觀地觀察3批松花粉樣品中無機元素之間的相關性，使用微生信平臺（http：//www.bioinformatics.com.cn/）和軟件Origin 202 繪制3批松花粉樣品中無機元素的相關系數矩陣圖。

2.5 安全性評價

以單項污染指數Pi對松花粉中重金屬安全性進行評價^[27]，計算公式如下：

Pi=CiSi 。（1）

式中：Ci為松花粉中Pb、Cd、As的含量，mg/kg;

Si為Pb、Cd、As的限量標準。

當Pi≤0.7時，松花粉樣品質量優良；當0.7lt;Pi≤1時，松花粉樣品質量安全^[27]。

2.6 健康風險評估

以每日最大可耐受攝入量（YEDI）、靶標危害系數（YTHQ）和致癌風險（YCR）作為指標，對松花粉樣品進行健康風險評估^[28]。

YEDI計算公式如下：

YEDI=CYIRDYBW 。（2）

式中：C為松花粉樣品中Pb、Cd、As的實際測量值，mg/kg；YBW為人體的平均體重，以國際通用標準進行計算；YIRD為藥物一日服用量，根據《中藥大辭典》^[29]中規定松花粉的用量為5～10 g/d，因此，取成年人松花粉的攝入量為10 g/d，兒童松花粉攝入量為5 g/d。

YTHQ 計算公式如下：

YTHQ=CYEFYEDYIRDYBWYATYRFD 。（3）

式中：YEF為一年中接觸松花粉中重金屬和有害元素的天數，規定為30 d；YED為接觸松花粉中重金屬和有害元素的年限，規定為30 a；YAT為人在含有重金屬的松花粉藥材中暴露的平均時間，人的平均壽命按70歲計算，該值為（70×365）d；YRFD為參考劑量，用于評價非致癌物的危險度，根據美國國家環保局（USEPA）規定，Pb、Cd、As的YRFD值分別為0.001 5、0.001 0、0.000 3 mg/g。

YCR計算公式如下：

YCR=CYIRDYEFYEDYCSFYBWYAT×10^-6。（4）

式中：YCSF為致癌斜率因子，其余符號解釋同式（3）。USEPA指出Pb、Cd、As具有致癌毒性，規定其YCSF值分別為0.008 5、6.1、1.5 mg/（kg·d）。

3 實驗結果

3.1 線性回歸方程、相關系數和檢出限

取“2.2.2”標準溶液，按照“2.1”所述工作參數條件進行測定，以質量濃度（X）為橫坐標、響應值（Y）為縱坐標繪制線性回歸方程，得到各元素的相關系數（R²）及線性范圍。重復測定空白溶液11次，并對測定結果進行分析處理，得到該方法的檢出限（LOD）和定量限（LOQ）（見表3），計算公式為LOD=3.3S/K，LOQ=10S/K。其中，S為各元素的標準偏差，K為各元素標準曲線所對應的斜率^[30]。

由表3可知，18種元素均在0～1 000 μg/L范圍內有良好的線性關系，所有的相關系數均不小于0.999 1。LOD范圍為0.000 3～0.099 1 μg/kg，LOQ范圍為0.000 9～2.502 7 μg/kg，表明各元素的LOD和LOQ的數值都能很好地滿足實驗要求。

3.2 儀器精密度和重復性實驗

取100 μg/L多元素混合標準溶液，按照“2.1”工作參數平行檢測6次，計算得到各測定元素的精密度RSD值（見表4）。由表4可知，RSD值為1.2%～4.9%，表明儀器的精密度良好。

平行稱取松花粉6份，按照“2.2.3”所述方法制備供試品溶液，依據“2.1”工作參數進行測定，得到各元素的重復性RSD值（見表4）。由表4可知，RSD值范圍為1.5%～4.9%，結果表明實驗的重復性良好。

3.3 松花粉樣品測定

對3批松花粉使用微波消解法預處理，平行制備3份松花粉樣品，按照上述實驗方法測定松花粉樣品中無機元素含量，得到18種無機元素的質量分數，見表5。

由表5可知，3批松花粉樣品中主要含有Na、Mg、K、Ca等常量元素，平均含量分別為5 138.710 973、1 227.349 133、2 242.043 133、

1 489.928 077 mg/kg；其次，Fe、Zn等微量元素在松花粉中的含量也較多，平均含量分別為137.414 117、91.996 767 mg/kg；Pb、Cu、As、Cd 4種重金屬元素在松花粉中的平均含量分別為0.687 348、17.252 059、0.274 752、0.147 391 mg/kg。2020版《中華人民共和國藥典》規定的重金屬限量要求為Pblt;5.0 mg/kg，Cult;20.0 mg/kg，Aslt;2.0 mg/kg，Cdlt;1.0 mg/kg。結合《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準（WM/T 2—2004）》^[31]規定的Pblt;5.0 mg/kg、Cult;20.0 mg/kg、Aslt;2.0 mg/kg、Cdlt;0.3 mg/kg，可以看出松花粉樣品中Pb、Cu、As、Cd 4種重金屬元素均符合限量標準要求，表明松花粉樣品是安全可靠的。

3.4 松花粉中無機元素特征譜圖的建立

為了可以更直觀地分析3批松花粉樣品中無機元素的含量分布，使用Origin 2021軟件繪制松花粉無機元素特征譜圖，見圖1。

由圖1可知，3批松花粉樣品中18種無機元素的相對含量基本相同，無較大差異。其中，3批松花粉樣品中無機元素Na的含量最高，Mg、K、Ca 3種無機元素的含量也較高；Pb、Cu、As、Cd 4種重金屬元素的相對含量均符合2020版《中華人民共和國藥典》和《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準（WM2—2004）》中的含量限定要求，說明這3批松花粉樣品是安全可靠的。

3.5 元素相關性熱圖分析

松花粉無機元素相關性熱圖如圖2所示。元素相關性熱圖中的每個單元格表示2個元素之間的相關系數，數值范圍為-1.0～1.0。紅色和藍色的圓圈表示相關性強度，紅色表示正相關，藍色表示負相關。圓圈的大小和顏色表示相關性大小，圓圈越大、顏色越深表示相關性越強。

由圖2可知：Pb和Na、Zn，Cu和Zn，As和Sc，Bi和Ca，Co和Ba的相關系數都為1.0，說明這些元素兩兩之間具有完全的正相關關系；Na和Ca、Bi，Fe和Co、Ba，Ga和Pb、Cu、Zn，As和Cd，Cd和Sc，Pb和Bi之間的相關系數都為-1.0，說明這些元素兩兩之間具有完全的負相關關系。Pb和Ca，Cu和As、Sc，Zn和As、Sc、Bi之間的相關系數都為-0.99，說明這些元素兩兩之間顯示出極強的負相關關系；B和K，Ga和As、Sc，Pb和Cu，Cd和Co之間的相關系數都為0.99，說明這些元素兩兩之間顯示出極強的正相關關系。其他元素相互之間也顯示出較強的相關性。

3.6 安全性評價

通過計算松花粉樣品的單項污染指數Pi，參考2020版《中華人民共和國藥典》中所規定的Pblt;5.0 mg/kg、Aslt;2.0 mg/kg、Cdlt;1.0 mg/kg的重金屬限量標準，以及《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準（WM2—2004）》規定的Pblt;5.0 mg/kg、Aslt;2.0 mg/kg、Cdlt;0.3 mg/kg的重金屬限量標準，評估松花粉含有的重金屬對人體健康構成的風險，為松花粉藥材的應用與推廣提供一定的理論依據。

根據式（1）計算得到松花粉樣品中Pb的Pi為0.150" As的Pi為0.111" Cd的Pi為0.524" 三者均小于0.7，表明松花粉樣品未被Pb、As、Cd 3種有害重金屬元素污染，處于優良水平。

3.7 健康風險評估

3.7.1 每日最大可耐受攝入量

PTDI為每日暫定可耐受攝入量，根據世界衛生組織與糧農組織下屬的食品添加劑委員會的規定，Pb、As、Cd的PTDI分別為0.003 50、0.002 14、0.000 66 mg/（kg·d），每日最大可耐受攝入量小于PTDI，即認為重金屬與有害元素不會對人體健康產生明顯影響^[32]。

根據式（2）計算得到Pb、As、Cd 3種重金屬有害元素的每日最大可耐受攝入量，計算結果見表6。由表6可知，成人和兒童Pb、As、Cd 3種重金屬有害元素的每日最大可耐受攝入量均小于PTDI，表明服用松花粉樣品后，其中的重金屬含量對人體健康不會造成較大影響。

3.7.2 靶標危害系數

靶標危害系數是USEPA提出的一個用于評估人體攝取食物中重金屬風險的指標。如果靶標危害系數lt; 則表明從食物中攝取的重金屬有害元素對人體健康沒有造成明顯的影響，反之則表明重金屬有害元素對人體健康造成顯著影響^[33]。

根據式（3）計算得到Pb、As、Cd 3種重金屬有害元素的靶標危害系數，計算結果見表6。由表6可知，成年人和兒童Pb、As、Cd 3種元素的靶標危害系數均遠遠小于 表明以松花粉藥材中的重金屬含量來評估健康風險時，Pb、As、Cd對于人體健康不會產生影響。

3.7.3 致癌風險

致癌風險是指人群暴露于具有致癌效應的有害物質中，誘發致癌性疾病或損傷的概率^[34]。國際純粹與應用化學聯合會（international union of pure and applied chemistry，IUPAC）指出，Pb、As、Cd等重金屬有害元素具有一定的致癌毒性，該重金屬含量處于1×10^-6～1×10^-4時具有較小幾率的致癌風險，超過1×10^-4時具有嚴重的致癌風險。

根據式（4）計算得到Pb、As、Cd 3種重金屬有害元素的致癌風險，結果見表6。由表6可知，成年人和兒童的致癌風險值遠遠小于1×10^-6，表明松花粉樣品中所含有的Pb、As、Cd重金屬量對人體健康未構成致癌風險。

4 討 論

本研究使用ICP-MS法分析測定了松花粉中的無機元素含量，該方法可以同時測定多種元素，并且具有分析迅速、專屬性強、靈敏度高、干擾少、檢測限低等諸多優勢。經過分析測定，松花粉中Na元素的含量最高；其次，Mg、K、Ca、Fe、Zn 5種無機元素的含量較高；而Pb、Cu、As、Cd 4種重金屬元素的含量均符合2020版《中華人民共和國藥典》以及《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》中的標準規范。因此，可以初步認為松花粉樣品是安全可靠的。

研究表明：Na元素可以調節人體滲透壓，維持酸堿平衡，是人體肌肉組織和神經組織中重要的組分之一^[35]；Mg元素具有調節免疫和機體代謝、穩定血糖、舒張血管進而降低血壓、強化骨骼、修復神經、抗氧化等多種作用，是人體必需的無機元素之一^[35-36]，其可能與松花粉抗氧化、提高免疫力等藥理作用有關；K元素同樣可以調節細胞滲透壓和體液酸堿平衡，在維持心肌功能和神經肌肉興奮性等方面具有重要作用^[35]；Ca元素是人體內含量最多的無機元素，對于人體的骨骼發育具有重要作用^[35]；Fe元素參與人體內血紅蛋白的合成，是肌紅蛋白、細胞色素、呼吸酶的主要成分，人體缺Fe會導致貧血^[35-36]；Zn元素被稱為“生命之花”和“智力之源”，有助于促進人體生長發育，增強人體免疫力，還具有抗炎作用，這與松花粉具有抗炎、提高人體免疫力的藥理作用一致^{[3 37]}；此外，3批松花粉樣品中Zn的相對含量均高于Cu，可以對癌癥患者體內Cu高、Zn低的現象起到一定的調節作用^[38]，這與松花粉發揮抗腫瘤作用具有一定的關系^[37]。上述元素所表現出的各種作用與松花粉抗衰老、抗氧化、抗腫瘤、抗炎、調節免疫等藥理作用基本一致。無機元素對于中藥材藥效的發揮具有一定的影響，因此可認為松花粉中的無機元素也是其發揮功效作用的物質之一。

松花粉作為一種“藥食同源”的藥材，已被開發出中藥飲片、保健食品、護膚品、牛軋糖、解酒片等一系列產品，涉及醫藥、化妝品、食品等多個領域，具有極大的開發價值。使用松花粉進行急性毒性實驗、遺傳毒性實驗和大鼠喂養實驗，結果均表明松花粉安全無毒，可以正常食用^[39-40]；使用松花粉進行人群試服效果的實驗研究結果也表明，試食松花粉前后，服用人員的精神、睡眠、血壓等一般狀況均無顯著變化，血、尿、便常規及肝腎功能檢查均正常，表明松花粉對人體健康安全無損害。

本研究計算了松花粉中Pb、As、Cd 3種重金屬元素的單項污染指數，結果表明松花粉樣品未被污染，安全可靠；以每日最大可耐受攝入量、靶標危害系數和致癌風險為指標，對松花粉樣品的健康風險進行評價的結果也表明，松花粉樣品中所含有的Pb、As、Cd 3種重金屬元素不會危害人體生命健康。此外，相較于使用其他方法測定松花粉中無機元素的種類與含量，ICP-MS法操作簡單，元素測定范圍廣，且靈敏度更高^[26-27]。

本研究只分析了特定批次的松花粉樣品，未來研究可以擴大樣本范圍，包括不同地區、不同季節、不同品牌的松花粉，以獲得更全面的數據，為制定松花粉的質量控制標準提供更加全面的參考。此外，應深入進行藥理研究，探討無機元素與藥理作用之間的關系，進而更加全面地評估松花粉的安全性、有效性及其在促進人類健康中的作用。

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