电感耦合等离子体质谱法测定不同产地肉桂中的重金属元素

摘要  ［目的］根据广西肉桂种植地域特点，测定广西肉桂产品中砷（As）、铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、铜（Cu）、铬（Cr）、锌（Zn）、镍（Ni）8种重金属元素的含量，评估肉桂外源性有害物质安全风险。［方法］采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），对广西肉桂主产区内43批肉桂的8种金属元素进行含量测定。［结果］样品中有7种重金属元素含量均未超标；而Cd元素含量普遍超标，超标率占抽样数的90.70%。重金属污染评价发现，6个产区肉桂中Cd元素污染严重，而均值指数法（PI）提示桂平市、岑溪市、藤县肉桂中8种重金属已处于中污染，平南县、东兴市、防城区肉桂处于轻污染状态，所有产区最大污染因子均是Cd。人体健康风险评估结果显示，6个产区肉桂中8种重金属的日摄入量（ADD）均低于每日摄入参考剂量，每种重金属的危害商（HQ）均低于1，提示不会对人体造成非致癌健康危害。桂平市、岑溪市、藤县这3个产区肉桂中8种重金属累加的危害指数（HI）大于1，理论认为口服这3个产地肉桂可能对人体造成非致癌健康风险。［结论］广西不同产地肉桂样品的重金属元素含量存在一定差异，所用方法快速准确、灵敏度高、重复性好，可用于肉桂中重金属元素含量的测定，为肉桂中重金属元素限量标准的制定提供依据。

关键词  广西肉桂；重金属；微波消解；电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）；风险评估

中图分类号  R284  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）18-0176-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.038

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Determination of Heavy Metal Elements in Cinnamomum cassia from Different Producing Areas by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

LAO Su-hai1， XU Zhang-li1， WEI Yi-ling2 et al

（1.Beihai Agricultural Product Quality Testing Center， Beihai，Guangxi 536000;2.Guangxi University of Chinese Medicine， Nanning，Guangxi 530000）

Abstract  ［Objective］According to the regional characteristics of Cinnamomum cassia planting in Guangxi， this study determined the contents of 8 heavy metal elements in cassia bark including As，Pb，Cd，Hg，Cu，Cr，Zn and Ni， evaluated the safety risk of C. cassia exogenous harmful substances. ［Method］Using microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）， 8 metal elements of 43 batches of cinnamon in Guangxi main producing region were determined. ［Result］The content of 7 heavy metals in the sample did not exceed the standard， the Cd content generally exceeded the standard， the overbid rate accounted for 90.70% of the sampling number. For heavy metal pollution evaluation in C. cassia， it was found that Cd pollution in C. cassia in 6 producing areas， the mean index method （PI） indicates that 8 kinds of heavy metals in C. cassia from Guiping City， Cenxi and Teng County were moderate pollution county， Pingnan County， Dongxing City and Fangcheng District were in a state of light pollution， the biggest pollution factor in all producing areas was Cd. The results of human health risk assessment showed that the daily intake of 8 heavy metals in cinnamon of the 6 producing areas was lower than the acceptable daily intake. The hazardous quotient HQ of each heavy metal was less than 1， suggesting that it will not cause non-carcinogenic health harm to human body. However， the harm coefficient HI value of 8 kinds of heavy metals in cinnamon from Guiping City， Cenxi City and Teng County was greater than 1， the theory was that oral administration of cinnamon in these three origins may cause non-carcinogenic health risks to human. ［Conclusion］There are some differences in the heavy metal element content of cinnamon samples from different origins in Guangxi， the method in this study is fast and accurate， with high sensitivity and good repeatability， which can be used for the determination of heavy metal elements content in C. cassia， and can provide a basis for the formulation of the limit standard of heavy metal elements in cinnamon.

Key words  Cinnamomum cassia in Guangxi;Heavy metal;Microwave digestion;ICP-MS;Risk assessment

基金项目   广西科技基地和人才专项（桂科AD21238037）。

作者简介  劳苏海（1976—），男，广西北海人，农艺师，从事农产品生化及农药残留等检验检测研究。*通信作者，高级农艺师，从事农产品质量安全检测技术研究。

收稿日期  2023-05-31；修回日期  2024-03-01

药用植物外源性有害污染物主要有重金属、农药残留、二氧化硫、真菌等［1］，是植物在生长过程中从土壤、水体、空气等外部环境中吸附或防治病虫害后残留导致，也可能是药材加工不当、贮藏条件不合适导致［1-3］。多种外源性污染残留物会多重累积可导致协同效应，其中，最常见的是重金属和农药残留［4］。重金属进入人体后会逐渐积蓄不排出，短期内过量摄入会引起中毒、身体机能衰竭，长期积累或将导致癌变、畸形等［5］，严重者甚至可能突然死亡［6］。矿山采挖或冶炼产生的废水往往富含重金属元素，并随废水排放进入地下水或沉积到土壤中，甚至浸入种植区域，使种植区域的地下水和土壤重金属含量增加，药用植物也将受到污染，造成药材的重金属含量超标。目前已有研究表明，广西多地重金属污染情况较为严峻［7-8］。大量研究表明，不同地区土壤中As、Pb、Cd、Zn、Cu、Ni、Cr元素均表现出不同程度的污染［9-15］。基于广西重金属污染情况，该研究采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定肉桂样品中As、Pb、Cd、Zn、Cu、Ni、Cr元素含量，阐明广西肉桂重金属污染物情况，为将外源性有害污染物纳入广西肉桂质量控制指标提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  试验材料

1.1.1  试材。试验样品共43批肉桂药材，采集于广西不同产区（编号RG1～RG43），规格均为桂通，所有样品无霉坏和虫蛀。经广西壮族自治区林业科学研究院肉桂所李军集高级工程师鉴定为樟科植物肉桂（Cinnamomum cassia Presl）的干燥树皮。

1.1.2

仪器。粉碎机（FS-100），鹤壁市英泰电子电器有限公司；电子天平（FR2224CN），奥豪斯仪器（常州）有限公司；分析天平（AUW120D），日本岛津公司；离心机（SF-TGL-16M），上海菲恰尔分析仪器有限公司；电感耦合等离子体质谱仪，赛默飞世尔科技公司；微波消解仪（极光6），上海屹尧仪器科技发展有限公司。

1.1.3

试剂。无水硫酸镁（分析纯）、氯化钠（分析纯）、无水硫酸钠（分析纯）、硝酸（分析纯），广东光华科技股份有限公司；环己烷（分析纯）、正己烷（光学纯），国药集团化学试剂有限公司；乙酸乙酯（分析纯），福晨（天津）化学试剂有限公司；ICP分析用重金属元素标准溶液（GNM-M231901-2013，包括Cr、Cu、As、Cd、Pb、Ni、Zn等元素，国家有色金属及电子材料分析测试中心，100 μg/mL）；汞（Hg）、锗（Ge）、铼（Re）、铑（Rh）标准溶液（GSB 04-1750-2004，国家有色金属及电子材料分析测试中心，1 000 μg/mL）。

1.2  试验方法

1.2.1

ICP-MS测定条件。灯管采样深度设置5.00 mm，进样泵转速为40 r/min，冷却气（氩气）气体流量为14.0 L/min，辅助气（氩气）气体流量为0.8 L/min，雾化气气体流量为1.17 L/min，碰撞气体（氦气）气体流量为4.2 mL/min，雾化室温度为2.70 ℃，射频功率为1 550 W。

1.2.2  金属元素标准溶液的制备。

1.2.2.1

标准溶液。用2%硝酸稀释制成质量浓度为 0.2、0.4、0.8、2.0、4.0、10.0、20.0 μg/L的Hg标准溶液，分别2%硝酸稀释制成质量浓度为1、2、5、10、20、50、100 μg/L的Cr、Cu、As、Cd、Pb、Ni、Zn系列标准溶液。

1.2.2.2

内标元素溶液。分别精密量取Ge、Re、Rh单元素标准溶液适量，用2%硝酸溶液稀释成质量浓度为20 μg/L的混合内标溶液。

1.2.3

样品供试品溶液的制备。将肉桂样品置烘箱中，60 ℃下干燥2 h，粉碎，过二号筛，取约0.25 g，精密称定，置微波消解罐中，加硝酸10 mL（若反应剧烈，应停止加入硝酸，反应停止后继续缓慢加入），密封。按表1的消解程序条件来消解处理样品。消解完全后，消解液冷却至60 ℃以下，将消解罐取出，放冷。将消解液转入50 mL容量瓶中，用少量水洗涤消解罐3次，洗涤液合并于容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，得到供试品溶液。同法同时制备空白对照溶液。

1.2.4

线性关系考察。将配制的金属元素标准溶液分别测定，以各元素浓度为横坐标（X）、元素计数（cps/s）为纵坐标（Y）进行线性回归分析，计算回归方程和相关系数。检出限：按照“1.2.2.1”制备方法，除不加样品外，其余处理方式与“1.2.3”样品供试品溶液的制备处理相同，得到空白溶液，按“1.2.1”条件连续测定11次，各重金属元素检出限按3倍的空白溶液测定值的标准偏差计算。

1.2.5

精密度试验。取“1.2.2.1”制备的较高浓度混合标准溶液，混合溶液中含Hg元素浓度为1.6 μg/L、Ni元素浓度为80.0 μg/L、Cu元素浓度为100.0 μg/L、Zn元素浓度为400.0 μg/L、Pb和Cr元素浓度为16.0 μg/L、As和Cd元素浓度为8.0 μg/L，将混合标准溶液连续进样6次，按“1.2.1”条件测定。