海龙中微量元素的主成分分析及风险评估

孙 杰,陈发荣* ,韩力挥

(1.国家海洋局 海洋第一研究所，山东 青岛 266061; 2.中国海洋大学 海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100 )

0 引言

中药材的指纹图谱技术已经是牵动行业全面进步的关键技术[1]，要求对生产过程进行严格地质量控制以符合最终成品的要求.同时重金属方面的控制在中药材的质量控制中占有重要地位[2].近些年由于采矿、“三废”的排放等人为因素造成了严重的重金属污染，湖南和陕西凤翔的儿童血铅超标事件都说明了重金属污染[3]已经发展成为亟待解决的环境污染问题.由于近几年海洋中塑料垃圾[4]和石油泄漏[5]的污染也致使海产品出现了重金属污染问题[6]，关于海洋产品中重金属方面的健康风险评估也引起了关注[7]，但是这些评估方式大多数仅限于重金属含量[8]与国家安全标准值的比较，或者限于污染指数[9]的计算，都不能直接地反映出风险问题.本文从消费者每周吸收量(EWI)与相应限量值(PTWI)的角度上，通过对EWI值与PTWI值进行比较建立了一种直接、准确可靠的评估方法，并且计算方式快捷简便.

海龙通称海龙鱼可以作为补益中药,具有温肾壮阳、散结消肿的作用.然而关于海龙中微量元素的分析一直未受到重视，本文利用ICP-MS测定了宝珈海龙、粗吻海龙、尖海龙、拟海龙和刁海龙样品中13种微量元素，同时运用SPSS11.5对海龙中13种微量元素进行了主成分分析，并且运用EWI值[10]的计算公式对海龙的主成分元素进行了计算，并且与其相应的PTWI值比较进行了风险评估分析.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

7500a型电感耦合等离子体质谱仪(America，Agilent)，真空冷冻干燥机(America，LABCONCO)，MARS微波消解仪(America，CEM)，Milli-Q超纯水处理系统(America，Milipore，18.2 MΩ).

过氧化氢，优级纯；硝酸，优级纯 ，Germany，Merck；Ar，纯度 99.999%；7Li、89Y、205Tl、140Ce的调谐溶液10 mg/L(America，Agilent)；6Li、45Sc、72Ge、89Y、115In、159Tb、209Bi的内标溶液10 mg/L(America，Agilent)，使用前用5%的硝酸稀释到1 mg/L.所用标准物质为国家黄鱼标准物质.本次实验所用宝珈海龙(S1)、粗吻海龙(S2)、尖海龙(S3)、拟海龙(S4)、刁海龙(S5)样品均为市场采购所得.

1.2 仪器工作条件

ICP-MS条件：分析模式为定量分析；射频功率为1 350 W；采样锥为铂锥；采样深度为6.3 mm；等离子体气流速为15.0 L/min；载气流速为1.16 L/min；辅助气流速为1.0 L/min；雾化室温度为2.0 ℃；积分时间为0.3 s；采集次数为3次；分析测试前用10 μg/L的7Li、89Y、205Tl、140Ce的调谐液对ICP-MS进行调谐，使仪器的灵敏度、双电荷、氧化物干扰、分辨率达到分析测定要求.

1.3 前处理实验

海龙样品首先用二次蒸馏水进行清洗，在-80 ℃的超低温冰箱中冷冻12 h，然后在冷冻干燥机中进行冷冻干燥24 h，粉碎，过80目筛，分别装入聚乙烯瓶中，放入干燥器中保存，待用.为了避免样品的污染，所有实验器皿均用5%～10%的HNO3进行浸泡48 h，然后用二次蒸馏水冲洗5次以上，晾干待用.

分别称量0.3 g海龙样品放入消解罐中，同时加入6 mL浓硝酸溶液并放置一夜，接着加入2 mL过氧化氢水溶液放置1 h之后 ，放入微波消解仪中进行消解，消解程序设置为第一次升温到100 ℃，升温时间为10 min，运行功率为800 W，100 ℃状态下维持时间为5 min.第二次升温至150 ℃，升温时间10 min，运行功率为800 W，150 ℃状态下维持时间5 min.第三次升温至190 ℃，升温时间为12 min,运行功率为800 W，190 ℃状态下维持10 min.运行程序结束后，冷却至室温，转移溶液，定重到30 g左右，过0.45 μm的膜，用ICP-MS测定，每种样品均做3份平行实验，同时每批样品做3份空白实验和3份黄鱼标准样品实验.

2 结果与讨论

2.1 准确度和精确度实验

考虑到实际样品基体的复杂性和多样性，为了验证实验方法的准确性，首先对国家标准黄鱼标准物质(GBW08573)进行测定.通过表1可以看出RSD<4.97%,标准物质的回收率变化范围为86%～120%，说明本方法准确可靠、重现性好，可以满足海龙样品中微量元素的测定.

表1 测定国家标准物质(GBW08573) 黄鱼中元素总量Tab.1 Determination of total concentration of element in national croaker standard material(GBW08573)

2.2 不同海龙样品中微量元素测定结果的分析

表2 宝珈海龙、粗吻海龙、尖海龙、拟海龙、刁海龙中微量元素的含量 Tab.2 Concentration of element in microphis boaja,trachyrhamphus serratus,syngnathus acus linnaeus,syngnathoides biaculatus and solenognathhs hardwickii

由表2可见Ni和As元素在拟海龙中浓度最低，Se和Cd元素在宝珈海龙中浓度最低，Cs元素在粗吻海龙中浓度最低，Ni，As和Cs和Se元素在尖海龙中浓度最高，Cd元素在拟海龙中浓度最高.同时所测定的海龙样品中含有大量人体必需微量元素，其含量范围分别为Sr 88.22～353.04 μg/g，Zn 21.85～40.75 μg/g，Se 1.71～2.46 μg/g，Co 0.07～0.28 μg/g，Cu：8.752 ～15.029 μg/g. 通过分析5种海龙样品中的Pb，Cd和Cr等有毒元素的含量与中国无公害水产品中Pb、Cd和Cr元素限量值(Pb含量≤0.5 μg/g，Cd含量≤0.1 μg/g，Cr含量≤2.0 μg/g).通过比较发现粗吻海龙、尖海龙、拟海龙中Pb元素含量 ，尖海龙、拟海龙中Cd元素含量和5种海龙样品中Cr元素含量超过了国家标准限量值.

2.3 海龙中微量元素的主成分分析

2.3.1 微量元素的主成分分析

利用SPSS11.5对5种海龙样品中的13种微量元素进行主成分分析，表3中描述了总方差贡献率为72.76%均来自前2个因子.通过表4因子载荷矩阵的分析，第一主成分与Cs、Cd、Co和Se呈现出高度正相关，与Sr和Ba呈现出高度负相关；第二主成分与Ni、As呈现出高度正相关.所以，Ni、Se、As、Cd、Cs、Co、Sr和Ba为海龙的主成分元素.

所测定的5种海龙样品的主成分元素的平均值分别为：Ni 4.35 μg/g，Se 2.07 μg/g，As 2.84 μg/g，Cd 0.12μg/g，Cs 0.13 μg/g，Co 0.16 μg/g，Sr 0.018 μg/g，Ba 0.011 μg/g，在5种海龙样品中拟海龙的Ni元素含量与平均值相差最大，宝珈海龙、刁海龙的Cd元素含量与平均值相差较大.

表3 主成分分析特征根和方差贡献率Tab.3 Eigenvalues and variance of the main factors in the contribution rate

表 4 主成分矩阵Tab.4 Component matrix

2.3.2 主成分综合评价

按照公式根据综合得分公式F=0.472F1+25.56F2+16.64F3+10.60F4，优差顺序进行排名，通过表5分析得出尖海龙>拟海龙>粗吻海龙>宝珈海龙， 根据主成分分析可以大体上判断出所测海龙中尖海龙最为突出，能够与其他海龙样品区分出来.

表5 海龙样品的综合排名Tab.5 The comprehensive ranging in sea dragon samples

2.4 海龙样品中主成分元素的风险评估

主成分元素的风险评估用如下公式表示：

EWI=(C×FIR×7)/WAB，

其中：EWI表示为每周吸收量(μg/kg)；C表示为鱼中的元素浓度(μg/g)；FIR表示为食品吸收率，相当于每人36 g/d；7表示一周的天数；WAB表示为消费者的平均体质量(60 kg).

表6 海龙样品中主成分元素的EWI值Tab.6 EWI values of principal component elements in sea dragon samples μg·kg﹣1

关于Ba、Sr、Co、Cs和Ni元素的PTWI值目前没有相关报道，同时有毒元素对人体危害程度降序排列[11]为As>Pb>Cd>Ni>Zn>Cr>Cu>Mn，其中As和Cd元素不仅是主成分元素，而且是毒性最大的元素，由于Se为人们所关注的有益元素，但是过量也会对人体造成损害，所以本研究重点分析As，Se和Cd元素的EWI值.

通过表5中主成分元素EWI值的分析，并结合有关As、Cd和Se元素的PTWI值，As、Cd和Se元素的PTWI值分别为14 、2.5 μg/kg( EU Scientific Committee)和46.67 μg/kg(WHO)，5种海龙样品中Se和Cd元素的EWI值均低于相应元素的PTWI值， 宝珈海龙、粗吻海龙、拟海龙、刁海龙中的As元素的EWI值均低于As元素的PTWI值，但是尖海龙中的As元素的EWI值高于相应PTWI值，可见需要长期关注As元素污染的问题.

3 结论

采用微波消解-ICP-MS方法测定了5种海龙样品中13种微量元素的含量.结果表明：Ni、Se、As、Cd、Cs、Co、Sr、Ba为海龙样品的主成分元素；此外，所测定的海龙样品中含有大量Sr、Zn和Se等人体必需微量元素；并且5种海龙样品中Se和Cd元素的周吸收量(EWI)均低于最高允许吸收量(PTWI)，宝珈海龙、粗吻海龙、拟海龙、刁海龙中As元素的周吸收量值均低于相应最高允许吸收量，但是Pb、Cd和Cr等有毒元素的含量部分超出了我国相应标准限量值，尖海龙中As元素的周吸收量部分超出了相应最高允许吸收量.本研究建立了比较元素周吸收量与最高允许吸收量大小的风险评估方法，有望为海产品的安全控制与质量控制提供技术支持.