山东省威海地区西洋参重金属和有机氯农药残留分析

2024-01-08张燕停陆雨顺魏晓明任利鹏孙印石霍晓慧

特产研究 2023年6期

张燕停，陆雨顺，魏晓明，任利鹏，孙印石，霍晓慧※

（1.中国农业科学院特产研究所，吉林长春 130112；2.山东省威海市文登区农业农村局，山东威海 264400）

西洋参（Panax quinquefolium L.）又名花旗参、美国参，是五加科人参属多年生草本植物[1]。《本草备要》中记载“西洋参苦甘凉，味厚气薄，补肺降火，生津液除烦倦，虚而有火者相宜”。现代药理学研究表明西洋参具有免疫调节[2]、抗抑郁[3]、抗肿瘤[4]、抗炎[5]、抗氧化[6]和降血脂[7]等多种药理作用。其原产于北美洲加拿大的蒙特利尔、魁北克和美国东部，我国于1975 年引种西洋参成功，现已成为除加拿大、美国之外的第三大西洋参生产国[8]。在中国主要分布在东北地区和山东威海地区，其中山东省威海地区现已发展成我国西洋参生产集中度最高的产区，占到全国的45%以上，并且种植规模在逐年递增。

中药材中的农药及重金属残留问题时有发生，尤其在农药使用范围和使用量不断扩大的情况下，控制重金属和农药残留，保证人体安全、健康，已成为亟需解决的问题。重金属对神经系统、免疫系统等具有显著的生物毒性[9,10]，长时间接触还会导致身体、肌肉和神经系统的退化，进而引发多发性硬化症、帕金森及阿尔茨海默病等疾病[11-13]，特别是Cd 和As 是世界卫生组织划定的一级致癌物，具有较强的致畸、致癌和致突变作用，可以通过食物链在人体富集[14-16]。有机氯农药（Organo-chlorine pesticides,OCPs）在环境中不易降解，容易随食物链富集，在人的心、肝、肾等组织中易蓄积，能够致畸、致癌和致突变[17]以及引起神经毒性和生殖毒性[18,19]等。五氯硝基苯（Quintozene，pentachloronitrobenzene,PCNB）和六氯苯（Hexachlorobenzene，HCB）是有机氯农药中检出频率与超标率较高的两种，其中PCNB 是有机氯取代苯类杀菌剂，在农业中使用较为广泛，可造成肝脏损伤，且具有潜在的致癌性[20]；六氯苯为五氯硝基苯制备过程产生的副产物，是一种持久性有机污染物，具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，能够导致生物体内内分泌紊乱、生殖及免疫机能失调、发育紊乱以及癌症等严重疾病[21,22]。然而，目前关于山东威海地区西洋参中重金属、HCB和PCNB 的分析尚无报道。

本文以42 批采自山东威海地区的西洋参为原料，采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法和气相色谱-串联质谱（GC-MS）法检测其5 种重金属元素以及2 种有机氯农药残留量，为山东威海地区西洋参的质量控制提供数据支持。

1 材料

1.1 材料与试剂

本研究于2019 年9 月在山东省威海市12 个乡镇23 个村共42 个采样点取样，研究区域覆盖了山东省威海市主要的西洋参种植区域，占全省西洋参种植面积的90%以上。鲜西洋参经吉林农业大学中药材学院李伟教授鉴定为4 年生五加科人参属植物西洋参（Panax quinquefolium L.），于42 ℃恒温鼓风干燥箱干燥，粉碎，过筛（60 目），备用，具体信息见表1。

表1 西洋参样品及来源Table 1 American ginseng samples and sources

硝酸（北京化工厂分析纯）；高氯酸（天津政成化学制品有限公司分析纯）；超纯水（电阻率≥18.0，实验室自制）；As、Cd、Cu、Hg 和Pb 的多元素混合标准储备液（购于国家有色金属及电子材料分析测试中心）；农药对照品六氯苯和五氯硝基苯（购于中国农业环境监测所）。

1.2 仪器与设备

DHG-9123A电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；XS205DU电子天平（瑞士Mettler Toledo 公司）；EX 125D ZH 电子天平（奥豪斯仪器有限公司）；Varian710-ES全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪（美国Varian 公司）；Aglient 7890A/7000B 气相色谱质谱联用仪（美国Agilent 公司）；N-EVAP-24 氮吹仪（美国Organomation公司）；HH-4 型水浴锅（国华电器）；Heraeus Megafuge 8R 型超高速冷冻离心机（赛默飞世尔科技有限公司）；WP-UP-WF-40 微量分析型超纯水机（四川沃特尔水处理设备有限公司）；DTC-8超声清洗机（湖北鼎泰恒胜超声波清洗设备有限公司）。

2 方法

2.1 重金属元素测定

2.1.1 ICP-OES 仪器参数 RF 功率：1 200 W，稳定时间：3 s，等离子体流速：15.0 L/min，辅助气体流速：1.50 L/min，光路温度：34.9 ℃，泵速：7 r/min。

2.1.2 对照品溶液的制备准确量取一定体积的标准储备液，分别以2%的硝酸定容，配制As、Cd、Cu、Hg和Pb 混合标准曲线质量浓度为0g/L、5g/L、10g/L、20 g/L、50 g/L和100 g/L。内标溶液选取一定体积的元素母液，用2%的硝酸将其稀释成10 g/L，在选定的浓度范围内做标准曲线，并按信噪比S/N=3 计算检出限（LOD），按S/N=10 计算定量限（LOQ），结果见表2。

表2 5 种元素的线性回归方程、相关系数（2）、检出限及定量限Table 2 Line are quations,correlation coefficient (2),LOD,and LOQ of 5 element

2.1.3 供试品溶液的制备准确称取西洋参样品粉末0.5 g，置于三角烧瓶中，加硝酸-高氯酸（4:1）混合溶液5 mL，混匀，瓶口加一小漏斗，浸泡过夜。置于电热板上加热消解，消解程序见表3，保持微沸，若变棕黑色，再加硝酸髙氯酸（4:1）混合溶液适量，持续加热至溶液澄清后升高温度，继续加至冒烟，直至白烟散尽，消解液无色透明或略带色，放冷，转入50 mL 容量瓶中，用2%硝酸溶液洗涤容器，洗液合并于容量瓶中，并稀释至刻度，摇匀，即得。同法同时制备试剂空白溶液。

表3 升温消解程序Table 3 Heating digestion procedure

2.2 有机氯农药残留测定

2.2.1 GC色谱条件色谱柱：以5%苯基甲基聚硅氧烷为固定液的弹性石英毛细管柱（30 m 0.25 mm 0.25m）；载气：高纯氦气（He）；载气流量：1.0 mL/min；程序升温：初始温度60 ℃，保持0.3 min，以10 ℃/min速率升至230 ℃；进样口温度240 ℃；进样量：1L，分流比为10:1。

2.2.2 质谱条件离子源：电子轰击源（EI），离子源温度230 ℃；电子能量70 eV；质谱传输接口温度250 ℃；溶剂延迟时间5 min；监测模式为多反应监测（MRM）。各化合物保留时间、监测离子对、碰撞电压（CE）与检出限见表4。

表4 六氯苯、五氯硝基苯的保留时间、监测离子对、碰撞电压（CE）与检出限Table 4 Retention time,monitoring ion pairs,CE,LOD for HCB and PCNB

2.2.3 对照品溶液的制备精密称取六氯苯和五氯硝基苯对照品各5.0 mg 置于50 mL 的容量瓶中，用甲醇定容，配制成100g/mL 的混合标准品溶液，0.22m 微孔滤膜滤过，取续滤液，即得，4 ℃保存备用。

2.2.4 供试品溶液的制备精密称取样品3 g，置于50 mL具塞离心管中，加1%冰醋酸溶液15 mL，30 min后精密加入乙腈15 mL，超声5 min，加入无水硫酸镁与无水乙酸钠的混合粉末（4:1）7.5g，超声3min，于冰浴中冷却10 min，4 000 r/min 离心5 min，取上清液9 mL，置已预先装有净化材料的分散固相萃取净化管[无水硫酸镁900 mg，N-丙基乙二胺（PSA）300 mg，十八烷基硅烷键合硅胶300mg，硅胶300mg，石墨化炭黑90mg]中，超声5 min，离心，精密取上清5 mL，置氮吹仪上于40 ℃水浴浓缩至约0.4 mL，加乙腈定容至l mL，0.22m 微孔滤膜滤过，取续滤液，即得。

3 结果与分析

3.1 重金属元素测定

3.1.1 精密度试验取5 种元素的混合对照品溶液连续测定6 次，计算RSD，结果显示5 种元素的RSD为0.92%～4.13%。

3.1.2 重复性试验取6 份W1 样品粉末，精密称定，按2.1.2 项下方法制备供试品溶液，测定，Cu和Cd的RSD 分别为1.85%和1.30%。

3.1.3 稳定性试验取W1 样品溶液，按2.1.1 项下条件分别于0 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h 和24 h 测定，Cu 和Cd 的RSD 分别为1.64%和1.77%，表明重金属残留在24 h 内稳定性良好。

3.1.4 加样回收率试验精密称取6 份W1 样品粉末，分别加入适量对照品溶液进行加样回收率试验，按

2.1.2 项下方法制备供试品溶液，按所建立的方法进行测定，结果显示Cu 和Cd 的RSD 分别为1.57%和1.38%。

3.1.5 样品测定按照2.1.2 项下方法制备供试品溶液，测定样品，分析和计算42 批西洋参中5 种重金属元素的质量分数。结果如表5 所示。

表5 42 批西洋参中5 种重金属元素测定结果Table 5 The results of 5 heavy metal elements in 42 batches of American ginseng

由表5 可知，42 个样品中Pb 和Hg 均未检出，部分样品中检出As 和Cd，所有样品中Cu 均有检出。Cu 的含量范围为2.17～18.34 mg/kg；As 仅在S29、S30、S31、S35、S36、S38、S39 和S42 样品中有检出，含量范围为0.03～1.45 mg/kg；Cd 在除S15、S16、S17、S18、S20、S21、S23、S24、S27 和S33 外31 个样品中有检出，含量范围为0.02～0.53 mg/kg。2020 年版《中国药典》关于西洋参中重金属元素含量限度要求为Pb≤5 mg/kg、Cd≤1 mg/kg、As≤2 mg/kg、Hg≤0.2 mg/kg和Cu≤20 mg/kg。本次测定的42 批样品中Pb、Hg 未检出，Cd≤0.53 mg/kg，As≤1.45 mg/kg，Cu≤18.34 mg/kg，均低于其限量要求。

中药材中的重金属残留来源于灌溉水、土壤或者富含重金属的农药化肥等[23]，土壤是农作物有机物质和营养物质的主要来源，2014 年发布的《全国土壤污染状况调查公报》[24]显示，我国16.1%的土壤受到重金属污染，土壤受到重金属的污染加剧了中药材中的重金属残留。本次测定的42 个采样点的重金属含量虽均未超出2020 年版《中国药典》的限度要求，但Cd、As、Cu 均有检出，尤其作为一级致癌物的Cd、As 最大含量达到了0.53 mg/kg 和1.45 mg/kg，后续尚需加强管理，降低西洋参中的重金属残留，提高安全性。

3.2 有机氯农药残留测定

3.2.1 线性关系考察取2.2.3 项下混合对照品溶液，然后逐级稀释混合对照品溶液，在2.2.1 和2.2.2 项下条件下测定，以对照品的峰面积（y）对相应的质量浓度（x）进行线性回归，得回归方程，结果见表6。

表6 六氯苯、五氯硝基苯的线性回归方程、相关系数2、线性范围Table 6 Linear equations,correlation coefficient (2),linear range of HCB and PCNB

3.2.3 重复性试验取W1 样品6 份，精密称定，按

2.2.4 项下方法制备供试品溶液，HCB和PCNB的RSD分别为1.85%和1.70%。

3.2.4 稳定性试验取W1 样品溶液，分别于0h，2 h，4 h，6 h，8 h，10 h，12 h和24 h进样测定，HCB和PCNB的RSD 分别为1.45%和1.64%，结果表明农药残留在24 h 内稳定性良好。

3.2.5 加样回收率试验精密称取6 份W1 样品粉末，分别加入适量对照品溶液进行加样回收率试验，按

2.2.4 项下方法制备供试品溶液，按所建立的方法进行测定，HCB 和PCNB 的回收率为97.34%和99.25%，RSD 为1.05%和2.03%。

3.2.6 样品测定取西洋参样品，按2.2.4 项下方法制备供试品溶液，按2.2.1 和2.2.2 项下条件进行测定。分析和计算不同地区不同部位西洋参中HCB 和PCNB 残留的质量分数，结果见表7。

表7 42 批西洋参中有机氯测定结果Table 7 The results of organic chlorine assays in 42 batches of American ginseng

HCB 和PCNB 在42 个样品中均有检出，检出率为100%，含量范围分别为0.003 6～0.026 3 mg/kg 和0.012 1～0.290 0 mg/kg。2020 年版《中国药典》中西洋参有机氯含量限度的要求为：HCB≤0.1 mg/kg、PCNB≤0.1 mg/kg。42 批样品中HCB≤0.026 3 mg/kg；W29样品的PCNB 含量为（0.096 7±0.060 7）mg/kg，W31样品五氯硝基苯含量为（0.290 0 ± 0.094 2）mg/kg，其余样品PCNB≤0.012 1 mg/kg。除W29 和W31 样品外，其余40个样品的有机氯残留均远低于其限量要求。

农药及重金属在西洋参中残留，可能会带来安全隐患，影响西洋参品质及其使用安全性，甚至可能通过食物链富集在人体，也可能会对水文系统产生污染，从而影响全球生态系统及生命系统[25]。本次测定的42批西洋参样品中有机氯农药残留超标率为4.76%，均为五氯硝基苯超标。目前中药材中五氯硝基苯的超标时有发生，如王莹等[26]测定了80 批次人参样品，29 批次的五氯硝基苯含量超出2015 年版《中国药典》规定的限值，超标率为36%；曾鸿超等[27]对三七中五氯硝基苯残留现状调查，发现三七中五氯硝基苯超出GB/T19086-2008《地理标志产品文山三七》规定的五氯硝基苯含量要求，超标率为32.5%；Li等[28]对20 批三七中74 种有机氯含量进行测定，其中8 批次三七中五氯硝基苯含量超过欧盟规定的0.05 mg/kg 限值，以及2015 年版《中国药典》和WM-T2-2004《对外贸易和经济药用植物及制剂绿色标准》规定的0.1 mg/kg限值，超标率为40%。由此说明，五氯硝基苯的残留超标普遍存在于中药材中，需要引起重视。