电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法测定百荷冻干含化糖中18种无机元素及健康风险评估

孙常胜，宇泉霖，吴婧楠，吴雪纯，邱旖，蒋巧萍，宋嘉佳，马宏瑞，孙诚诚，蔡程科*，王洪飞*（. 北京中医药大学中药学院，北京 0488；. 北京量子高科制药科技有限公司，北京 000）

微量元素指在人体中含量低于体重万分之一的元素，它们量虽微但作用并不弱[1]。其中，人体必需微量元素（8种）和人体可能必需微量元素（5种）常作为酶系统的催化剂或功能蛋白，对人体的生长、发育有重要影响，甚至与部分疾病直接相关[2]。如儿童缺乏Zn、Fe、Ca时易发生反复呼吸道感染[3]。Fe的缺乏常常会导致红细胞生成受损，引起缺铁性贫血。塞尔维亚一项病例对照研究发现，习惯性流产、胎膜早破和稽留流产孕妇血清Cu浓度均低于正常孕妇[4]。

近年来，以补充微量元素为目标的产品也受到大家的关注。有机态的微量元素在吸收利用率、稳定性等方面均优于无机态微量元素。中医理论指导养生保健是中国传统医学的一部分，与疾病的康复有密切的关系。研究发现，不同产地、不同栽培年限及不同药用部位的同种药材中微量元素含量存在显著差异[5]。经过调研不同中药中的微量元素[6-14]，结合中医药的五行和象思维理论，选取了荷叶、高良姜、菊花、百合、黑枣五味中药材，采用半仿生提取，浓缩后的提取物经Q-sorb冻干闪释技术制备成富含有机态微量元素的冻干型口腔崩解片（商品名：百荷冻干含化糖）。本产品立足于中医药理论，同时补充多种微量元素，促进人体内各种微量元素之间保持平衡。

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法能同时快速测定多种元素，检测限低，干扰少，效率高，精密度好，本研究利用ICP-MS对百荷冻干含化糖进行含量测定，为产品的质量标准制订提供参考。

1 材料

1.1 仪器

电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS-2030 series，Shimadzu）；TOPEX微波消解仪、可调控温电热板（上海屹尧仪器科技发展有限公司）；AB135-S 型十万分之一天平（德国Mettler Toledo公司）。

1.2 试药

纯净水（娃哈哈饮用纯净水）；95%硝酸（优级纯，北京化工厂）；单元素标准溶液：Co [批号：GBW（E）082832/B1902041]、Cu [批号：GBW（E）082780/B1911051]、Cr [批号：GBW（E）083340/B1905082]、Pb [批号：GBW（E）082825/B1911047]、B [批号：GBW（E）082782/B1912183]、Ca [批号：GBW（E）082777/B2102031]、Mo（批号：BW30013-1000-C-50/B1903131）、V（批号：BW30034-1000-C-50/B1905183）、Al（批号：BW30019-1000-NC-50/B1904147）、In（批号：B1912042）、Re（批号：BW30048-1000-N-50/B2103415）均来源于坛墨质检标准物质中心；Ni [批号：GBW（E）081582/8212]、As [批号：GBW（E）100203/J5F1]、Ge [批号：GBW（E）100202/A4V1]、Cd [批号：GBW（E）0801581/F5X1]、Fe [批号：GBW（E）081585/S4X1]、Mn [批号：GBW（E）081587/M541]、Zn [批号：GBW（E）081580/J5V1]、K [批号：GBW（E）081590/7342]、Mg [批号：GBW（E）081586/F4U1]均来源于北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司；Sc [批号：GSB 04-1750-2004/212024]、Be [批号：GSB 04-1718-2004/20A027-2]均来源于国家有色金属及电子材料分析测试中心；Se [批号：GBW（E）080215/19123]来源于中国计量科学研究院。以上标准品质量浓度均为1000 μg·mL－1。百荷冻干含化糖（SC11361050100941，规格：46 mg，陕西量子高科药业有限公司）。

2 方法与结果

2.1 ICP-MS工作参数

分析模式为全定量分析，等离子体高频功率为1.20 kW。采用氦气碰撞反应池模式，以氩气为载气，氦气为碰撞气体；等离子体气流速为9.0 L·min－1；辅助气流速为1.10 L·min－1；载气流速为0.70 L·min－1；池气体流速为6.0 L·min－1；池电压为－21.0 V；能量过滤器电压为7.0 V；蠕动泵转数为40 r·min－1，采样深度为5.00 mm；每点滞留时间为20 ms。

2.2 内标溶液的配制

精密取Sc、Ge、Be、In、Re单元素标准溶液适量于100 mL量瓶中，加5%硝酸制成质量浓度为含Sc、Ge、Be 1 μg·mL－1，含In、Re 0.1 μg·mL－1的混合内标溶液。

2.3 标准溶液的配制

精密取含Fe、Cu、Mn、Zn、Se、Cr等18种待测金属元素的单元素标准溶液适量，用5%硝酸稀释成质量浓度为1 μg·mL－1的标准使用液，临用时用5%硝酸稀释成各元素系列质量浓度的混合标准溶液。

分别精密取Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Se、V、Pb、As、Cd单元素标准溶液100 μL置于10 mL量瓶中，加5%硝酸稀释至刻度，摇匀，以5%硝酸为溶剂逐级稀释，制成质量浓度分别为0、1、2.5、5、7.5、10、20、30 ng·mL－1的系列标准品溶液1，配制Fe、Mn、Al、Zn、B质量浓度分别为0、20、50、100、150、200、300、400 ng·mL－1的系列标准品溶液和K、Ca、Mg质量浓度分别为0、200、500、1000、1500、2000、4000 ng·mL－1的系列标准品溶液。

2.4 供试样品的预处理

取百荷冻干含化糖，置于自封袋中密闭，用研钵研细、混匀，精密称取研细粉末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，加盖密封，静置30 min。将消解罐对称放入微波消解仪中，按照表1升温步骤进行消解。待消解完全后，打开消解罐，放置在通风橱内控温电热板上，于160℃加热2 h至红棕色蒸汽挥尽，溶液剩余1 mL，放冷，用5%的硝酸转入25 mL量瓶中，用少量5%的硝酸洗涤，洗液合并于量瓶中，定容至25 mL，混匀备用。

表1 微波消解仪升温程序Tab 1 Temperature rise program of microwave digestion instrument

2.5 方法学考察

2.5.1 线性关系考察 将系列混合对照品溶液，按照“2.1”项下条件进样测定，以响应强度为纵坐标（Y），质量浓度为横坐标（X）进行线性回归，得到18种元素的回归方程，结果见表2。

表2 18种元素的回归方程和线性范围(n＝6)Tab 2 Regression equation and linearity of 18 elements (n＝6)

2.5.2 精密度试验 取“2.2”项下配制的混合标准溶液（质量浓度100 ng·mL－1），连续进样6次，各元素响应值的RSD值均小于3.0%，表明仪器精密度良好，可以满足分析要求。

2.5.3 重复性试验 精密称取百荷冻干含化糖粉末0.5 g，采用“2.4”项下方法平行制备6份供试品溶液，进样测定，计算得到各元素含量的RSD值均小于3.0%，表明该方法重复性良好。

2.5.4 稳定性试验 取同一供试品溶液于制备后0、2、4、8、12、24 h进样，计算供试品中各待测元素的含量。计算得各元素含量的RSD均小于3.0%，表明供试品溶液在24 h内稳定性良好。

2.5.5 加样回收试验 精密称取6份百荷冻干含化糖粉末约0.25 g，分别加入适量“2.3”项下制备的3种混标溶液，按“2.4”项下方法制备供试品溶液，进样测定，计算得到18种无机元素的平均加样回收率为94.2%～102.3%，RSD均小于15%，表明该方法准确度良好。

2.5.6 百荷冻干含化糖无机元素含量的测定 参照“2.4”项下供试品溶液的制备方法和“2.1”项下的ICP-MS工作参数将样品溶液与内标溶液同时配伍注入仪器，对百荷冻干含化糖中18种元素进行测定，结果见表3。

由表3可知百荷冻干含化糖中无机元素含量丰富，18种无机元素平均含量大小为：K、Ca、Mg、Mn、Fe、Al、B、Zn、Ni、Cu、Co、Cr、Pb、As、Se、Cd、V、Mo，其中K、Ca、Mg、Mn含量较高，占总含量平均值的99.41%。

常量元素中K含量最高，平均高达36.90 mg·g－1。必需微量元素Fe、Cu、Zn、Co、Cr、Se、Mo含量为178.53 mg·kg－1，占总含量平均值的0.39%，可能必需微量元素Mn、Ni、B、V含量为1522.73 mg·kg－1，占总含量平均值的3.29%，必需微量元素中Fe含量最高，平均可达148 mg·kg－1。重金属及有害元素Pb、Cd、Cr、Cu和As含量为5.06 mg·kg－1，占总含量平均值的0.011%。

2.6 百荷冻干含化糖中健康风险评估

试验参考美国环保署（US EPA）提出的评估人体通过食物摄取重金属风险的方法，采用目前较为主流的重金属风险评估模型：每日最大可耐受量（estimated daily intake，EDI）、靶标危害系数（target hazard quotients，THQ）、总危害指数（hazard index，HI）评估Cu、As、Pb、Cr、Cd对人体非致癌健康风险；致癌风险（carcinogenic risks，CR）评估As、Pb、Cd对人体致癌健康风险。

2.6.1 每日摄入重金属量评估 EDI代表每日估计摄入重金属量，将EDI与每日暂定可耐受摄入量（provisional tolerable daily intake，PTDI）[15-16]对比，当EDI＜PTDI时，认为人体负荷重金属的量无明显健康影响。PTDI参考值见表4，EDI的计算公式如（1）所示，公式中各参数如表5所示。

表4 重金属元素的每日暂定可耐受摄入量PTDI值Tab 4 Provisional tolerable daily intake of heavy metal element

表5 百荷冻干含化糖的健康风险评估参数汇总Tab 5 Summary of health risk assessment parameters of Baihe freeze-dried orally disintegrated tablet

EDI测定结果见表6，百荷冻干含化糖样品中重金属元素的每日摄入量（EDI指数）均低于其参考可耐受摄入量PTDI。因此，以EDI作为风险评估指标时，可认为日常服用百荷冻干含化糖后，重金属的量对人体健康无明显影响。

表6 百荷冻干含化糖中重金属元素的 EDI、THQ 和HITab 6 EDI，THQ and HI values of heavy metal elements in Baihe freeze-dried orally disintegrated tablet

2.6.2 非致癌重金属健康风险评价 THQ用于评估污染物对人体的非致癌健康危害，该模型的评价标准为：THQ＜1表示该元素对人体没有明显的健康风险；THQ＞1表示该元素对人体可引起非致癌风险。该模型公式如（2）所示，公式中各参数如表5所示。

由于多种重金属对人体的风险叠加性，采用总危害指数HI评价多种重金属对人体健康非致癌总风险的大小，公式如（3）所示，式中HI为危害指数，如果HI≤1.0，表示对人体没有明显的非致癌风险；而HI＞1.0，表示引起人体健康非致癌危害的可能性较大。

THQ和HI结果见表6，5种重金属通过百荷冻干含化糖的摄入对人体造成的健康风险顺序为Cu＜Cd＜Pb＜Cr＜As，其中As所引起人体的健康风险最高，占HI值的贡献比例为75.53%。样品中重金属元素的THQ以及HI值均远远小于1.0，表明5种重金属通过百荷冻干含化糖的摄入不会对人体健康造成明显的危害。

2.6.3 致癌重金属健康风险评价 重金属的致癌风险采用CR模型评估，根据US EPA 的指导，CR的可接受范围为1×10－6～1×10－4，当CR＞1×10－4时，说明具有致癌风险，而当CR＜1×10－6，该风险可忽略不计。CR的计算公式如（4）所示，公式中各参数如表5所示。

CR＝（C×EF×ED×IRD×CSF）/（BW×AT）×10－6（4）

由表7可知，百荷冻干含化糖的摄入对人体造成的健康风险顺序为Pb＜Cd＜As，并且Pb、Cd、As的CR均远小于1×10－4，因此，百荷冻干含化糖不存在潜在的致癌影响。

表7 百荷冻干含化糖中重金属元素的CRTab 7 CR values of heavy metal elements in Baihe freeze-dried orally disintegrated tablet

3 讨论

本研究中所用的百荷冻干含化糖是由荷叶、高良姜、菊花、百合、黑枣五味药食同源中药材组成，本研究对百荷冻干含化糖中重金属元素运用EDI、THQ、CR 3种模型进行风险评估，结果显示该产品中Pb、Cd、Cu、As、Cr 5种重金属元素的EDI均比PTDI小两个数量级以上，5种重金属元素的THQ均在1×10－2以下，HI约为1×10－2，对人体基本没有非致癌风险。Pb、Cd、As 3种重金属元素的CR均远小于1×10－6，致癌风险可忽略不计。综合3种模型结果，按照推荐剂量服用百荷冻干含化糖，不会对人体健康造成明显的危害，不存在潜在的致癌影响。

百荷冻干含化糖中微量元素在具体含量方面，略低于预期水平，但本产品立足于中医药理论，同时补充多种有机态微量元素，以期通过维持脏腑与自然界之间以及各脏腑之间的协调统一，促进人体内各种微量元素之间保持平衡，能够在维护人体健康方面发挥出独有的疗效。与无机态微量元素相比，百荷冻干含化糖中有机态的微量元素具有稳定性好、吸收利用率高、绿色环保的特点。

研究表明，As、Cd、Pb、Hg等重金属与癌症的发生有着明显的相关性[18]，本试验由于仪器受限的原因，未对重金属Hg进行测定，后续试验会补充对百荷冻干含化糖中Hg的含量测定，以期对产品进行更加全面的健康风险评估。