枸杞中铅、镉、砷、汞和铜的含量测定及风险评估

赵四标 王灿

摘 要：目的：建立微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定枸杞中铅、镉、砷、汞和铜5种金属元素的方法。方法：对20批枸杞样品中5种金属元素的含量进行评估，计算最大限量理论值、有害元素日暴露量、危害指数和暴露限值，评价其健康风险。结果：20批枸杞样品中Pb、Cd、As、Hg和Cu的含量均未超过限量，重金属及有害元素的健康风险较低，当前限量执行标准较为合理。结论：该方法科学、合理，能够为评估枸杞中有害元素的含量提供参考。

关键词：重金属;有害元素;电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）;风险评估;最大限量值

Determination and Risk Assessment of Lead， Cadmium， Arsenic， Mercury and Copper in Lycium barbarum L.

ZHAO Sibiao1，2， WANG Can1，2*

（1.Kunming Institute for Food and Drug Control， Kunming 650034， China; 2.Kunming Institute of Food and Drug Inspection， Kunming 650034， China）

Abstract： Objective： A method for simultaneous determination of lead， cadmium， arsenic， mercury and copper in Lycium barbarum L. by microwave digestion-Inductively coupled plasma mass spectrometry was established. The contents of five metal elements in 20 batches of Lycium barbarum L. were evaluated. Method： The maximum theoretical value， daily exposure， hazard index and exposure limit of hazardous elements were calculated to evaluate their health risks. Result： The results showed that the contents of Pb， Cd， As， Hg and Cu in 20 batches of Lycium barbarum L. were within the limit， the health risk of heavy metals and harmful elements was low， and the current limit standard was reasonable. Conclusion： The method is scientific and reasonable， and can provide reference for evaluating the content of harmful elements in Lycium barbarum L.

Keywords： heavy metals; harmful elements; inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS）; risk assessment; maximum limit values

枸杞中含萜类、生物碱类、黄酮类、多糖及类胡萝卜素衍生物等多种成分。在现代药理研究中还发现枸杞属植物具有多种活性，包括神经保护、抗氧化、肝保护、抗肿瘤、抗微生物、抗炎及辐射保护活性等[1]。

枸杞也是生活中常见的药食同源的品种，可以预防保健、养生康复，深受广大群众喜爱。但目前野生枸杞的供应明显不足，市场上绝大部分的枸杞都来自于人工种植。随着社会经济的发展，人们对重金属的加工、冶炼、开采等活动增加，对中药材生长环境造成了一定程度的污染[2]。

重金属和有害元素在人体中积累可引起各种急性和慢性中毒，对人体的新陈代谢和正常生理功能也有显著的抑制作用。砷（As）是一种具有蓄积性的毒性金属元素，在体内蓄积过多会对人体的健康构成严重威胁[3]。镉（Cd）是一种生物蓄积性很强的有毒金属元素，半衰期较长，生物毒性强，在体内蓄积过多会对人体免疫、骨骼、神经泌尿等系统造成损伤，甚至还会诱导癌症的发生[4]。人体摄入过量的铅（Pb）会引起中枢神经系统损伤、贫血等疾病。所以，对于重金属及有害元素的含量控制和风险评估是极其重要的。

王志嘉等[5]采用原子荧光光谱法（Atomic Fluorescence Spectrometry，AFS）对黄芪、丹参、甘草、人参、白芍和细辛6种药材中的砷、汞（Hg）、锑（Sb）的含量进行了测定。结果表明，标准曲线相关系数r>0.999 2，回收率为90.0%～107.4%，RSD<7%，说明AFS法是中药材中As、汞（Hg）、锗（Ge）重金属含量測定的一个较好的方法。李伟等[6]采用电感耦合等离子体质谱（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）法测定中药三七粉中Pb、Cd、Cr、Cu、As和Sn等元素的含量，结果表明各元素测定线性范围宽、相关系数好、相对标准偏差较小，加标回收率较高，具有操作简单，测定结果准确，灵敏度高等特点。相比其他检测方法，ICP-MS法灵敏度、准确度高，速度快，节省耗时，被广泛应用于痕量或者超痕量的多元素同时分析[7]。因此，本文选择208Pb、112Cd、75As、65Cu、和202Hg作为测量同位素，采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定枸杞中5种金属元素含量，并对有害金属元素的健康风险进行评估。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

市售枸杞;ICP分析用多元素标准溶液（GNM-M 261674-2013，100 μg/mL）;ICP分析用多元素内标溶液（GNM-M 061667-2013，100 μg/mL）;国家标准样品GSB 04-1729-2004汞单元素标准溶液，100 μg/mL，以上3个标准溶液均由国家有色金属及电子材料分析测试中心提供;浓硝酸、浓盐酸、30%过氧化氢和氢氧化钠，均为优级纯，国药。

1.2 仪器和设备

ICP-MS iCAP Q电感耦合等离子体质谱仪，德国赛默飞世尔;AFS-9531原子荧光光谱仪，北京海光;Multiwave PRO微波消解仪（配微波消解罐），奥地利安东帕;AL104电子天平，感量为0.000 1 g，梅特勒-托利多;超纯水机，赛多利斯。

1.3 實验方法

1.3.1 样品前处理

分别准确称取已处理好枸杞样品0.3 g（精确至0.001 g），置于微波消解罐中，分别加入8 mL浓硝酸，在120 ℃下预消解45 min。再按照表1微波消解仪的工作参数进行消解，消解完成后，于100 ℃恒温赶酸至0.5～1.0 mL，将赶酸后的消解液转移于50 mL容量瓶中，用超纯水定容，待测。

1.3.2 仪器条件

（1）微波消解仪工作条件。表1为微波消解仪的相关参数，完成预消解后需要按照表中参数对样品进行上机操作。

（2）ICP-MS工作条件。通过优化ICP-MS设备条件，确保灵敏度、响应值达到要求。工作条件：RF射频功率为1 550 W;等离子体气体流量为14 L/min;载气流量为0.80 L/min;补偿气流量为1.05 L/min;CCT氦气流量为1.40 L/min;雾化室温度为3 ℃;蠕动泵转速为90 r/min;样品提升速率为0.5 mL/min;积分时间为0.02 s;内标元素及质量数为45Sc、73Ge、115In和209Bi;测定同位素及质量数为208Pb、112Cd、75As、65Cu和202Hg。

1.3.3 标准品溶液配制

采用逐级稀释的方式，用体积分数为2%的硝酸将质量浓度为100 μg/mL的Pb、As、Cd和Cr混合标准溶液稀释为0 μg/L、1.0 μg/L、2.0 μg/L、4.0 μg/L、8.0 μg/L、10.0 μg/L、20.0 μg/L和50.0 μg/L的系列浓度;将质量浓度为100 μg/mL的汞标准溶液稀释为0 μg/L、0.1 μg/L、0.2 μg/L、0.4 μg/L、0.6 μg/L、0.8 μg/L和1.0 μg/L的系列浓度，通过三通在线添加质量浓度为50 μg/L内标，考察方法的相关参数。

2 结果与分析

2.1 条件优化结果

2.1.1 方法的相关参数考察结果

由表2可知，5种元素在各线性范围内，该方法的相关系数均大于0.999，检出限为0.001～0.020 μg/L。

2.1.2 样品的加标回收率和精密度实验

由表3可知，该方法的加标回收率在92.00%～99.20%，RSD在1.06%～3.80%，进一步证实本方法能准确测定枸杞中的多元素的含量。

2.2 样品测定

采用已优化的微波消解-ICP-MS法同时测定20种枸杞中铅、砷、镉、铜和汞5种金属元素的含量，结果见表4。

参考《中华人民共和国药典》2020版通则9302中药有害残留物限量制定指导原则，即铅不得超过5 mg/kg，镉不得超过1 mg/kg，砷不得超过2 mg/kg，汞不得超过0.2 mg/kg，铜不得超过20 mg/kg[8]。由表4可知，枸杞样品中铅、镉、砷、汞和铜的含量均低于《中国药典》2020版通则9302中药有害残留物限量值。20批枸杞样品中5种元素含量分布情况为铜>铅>镉>砷>汞，且均未检出汞元素以及无超标样品，铅、镉、砷和铜的均值分别为（0.092 5±0.092 0） mg/kg、（0.041 6±0.017 0） mg/kg、（0.027 6±0.012 0） mg/kg和（6.823±1.472） mg/kg。其中，铅含量最高的是Y11样品，为0.331 mg/kg，含量最低的是Y05和Y19样品，均为0.007 mg/kg。镉含量最高的是Y03样品，为0.070 mg/kg，含量最低的是Y05样品，为0.014 mg/kg。砷含量最高的是Y17样品，为0.053 mg/kg，含量最低的是Y19样品，为

0.004 mg/kg。铜含量最高的是Y01样品，为9.55 mg/kg，含量最低的是Y19样品，为3.26 mg/kg。

2.3 健康风险评估

本实验采用“确定性评估”的方式，按照风险评估的4个基本步骤，即危害识别、危害特征描述、暴露评估和风险特征描述，对枸杞中的Pb、Cd、As、Hg和Cu的健康风险进行评估[9]。

2.3.1 危害识别和危害特征描述

根据世界卫生组织的研究报告，Cd的每月可耐受摄入量（Per Tolerable Monthly Intake，PTMI）修改为25 μg/（kg bw）[10];Hg的每周可耐受摄入量（Per Tolerable Weekly Intake，PTWI）为4 μg/（kg bw）[11];Pb的收缩压基准剂量下限（BMDL01）为1.3 μg/（kg bw），As的基准剂量下限（BMDL0.5）为3.0 μg/（kg bw）;Cu的暂定最大理论日摄入量为50 μg/（kg bw）[13]。

2.3.2 暴露评估

重金属及有害元素每千克体质量日暴露量的计算公式为：

Exp=（EF×ED×IR×C×t）/（W×AT）（1）

式中：Exp为日暴露量，μg/（kg bw）;EF为中药材的暴露频率，以90 d/年计;ED为一生服用中药的年限，一般不超过20年;IR为处方中药材的日摄入量，以0.5 kg计;C为中药材中重金属及有害元素的残留量，mg/kg;t为经过煎煮等方式提取后重金属及有害元素的转移率，在水煎的条件下，Pb、Cd、As、Hg和Cu的t值分别以14%、14%、35%、24%和15%计[12];W为人体质量，以63 kg计;AT为平均寿命天数，一般为365 d×70年。

2.3.3 Cd、Hg、Cu的风险特征描述

采用危害指数法对于Cd、Hg、Cu进行风险特征描述，计算公式为：

HI=（Exp×10）/HBGV（2）

式中：HI為危害指数，单位为1;Exp为日暴露量，μg/（kg bw）;10为安全因子[13];HBGV为重金属及有害元素的健康指导值，μg/kg，对于Cd和Hg，HBGV=PTWI/7;对于Cu，HBGV=PMTDI。所以Cd为0.83 μg/kg，Hg为0.57 μg/kg，Cu为500 μg/kg。如果HI≤1，则表示枸杞中重金属及有害元素的健康风险较低;如果HI>1，则表示其健康风险应该予以关注。

2.3.4 Pb和As的风险特征描述

采用暴露限值法对于Pb、As进行风险特征描述，计算公式为：

MOE=BMDL/（Exp×10）（3）

式中：MOE为重金属及有害元素的基准剂量下限与每千克体质量日暴露量的比值，单位为1;Exp为上面计算得到的日暴露量，μg/（kg bw）;10为安全因子;BMDL为重金属及有害元素的基准剂量下限，μg/kg，Pb为1.3 μg/kg，As为3.0 μg/kg。如果MOE>1，则表示枸杞中重金属及有害元素的健康风险较低;如果MOE≤1，则表示其健康风险应该予以关注。

根据日暴露量（Exp）的计算公式可算出Pb、Cd、As、Hg和Cu的日暴露量，进一步可以计算出Cd、Hg、Cu的危害指数（HI）以及Pb、As的暴露限制（MOE），具体数值见表5。

由表5可知，Cd、Hg、Cu的HI<1，Pb、As的MOE>1，说明中药材中重金属及有害元素的健康风险较低。

2.4 最大限量理论值

2.4.1 重金属及有害元素最大限量理论值的计算

最大限量理论值是标准限量制定的重要参考依据，故本次通过对最大限量理论值的计算来验证标准限量的合理性。重金属及有害元素最大限量理论值计算公式为：

（4）

式中：L为最大限量理论值，mg/kg;A为每日允许摄入量，mg/（kg bw），世界卫生组织/世界粮食及农业组织和其他国家或组织公布了部分重金属的健康指导值，可供参考[8]，即A铅=1.3 μg/kg、A镉=0.83 μg/kg、A砷=3.0 μg/kg、A汞=0.57 μg/kg、A铜=500 μg/kg;W为人体平均体重，kg，一般按63 kg计;M为中药材（饮片）每日人均可服用的最大剂量，kg，以0.5 kg计;AT为平均寿命天数，一般为365 d/年×70年;EF为中药材或饮片服用频率（枸杞子为药食同源的品种，食用频率相对较高，以90 d/年计;ED为一生的服用中药的暴露年限（一般不超过20年，以20年计）;t为中药材及饮片经煎煮或提取后，重金属元素的转移率，%（铅、镉、砷、汞和铜的转移率分别为14%、14%、35%、24%和15%）;10为安全因子，表示每日由中药材及其制品中摄取的重金属量不大于日总暴露量（包括食物和饮水）的10%[14]。

2.4.2 最大限量理论值与药典标准值的比较

由表6可知，通过比较最大限量理论值和当前执行标准可以看出镉和汞的限量标准相对比较严格。铜的最大限量理论值为596 mg/kg，远高于当前的执行标准值。铜的限量值为20 mg/kg，主要包括两方面的原因。①《中国药典》2015年版中铜的限量值为20 mg/kg，其限量值暂且保留不变。②考虑到农药和铜的络合问题，对于铜含量的控制也可以间接控制我国农药滥用问题。铅和砷的最大限量理论值低于药典标准值，受环境背景值、元素背景值的影响，导致最大限量理论值偏低，所以对于现行标准中铅的限量5 mg/kg和砷的限量2 mg/kg来说是合理的。

3 结论

本次实验使用的20批样品中，重金属及有害元素的含量都符合相关限量要求，而且其健康风险均可控、较低。在计算最大限量理论值时，充分考虑了枸杞在药用过程中的频率、用量以及煎煮过程中重金属及有害元素的转移率等参数，可以确保计算结果更加贴近真实值。比较药典中现行限量标准和最大限量理论值的大小可以发现，当前限量标准的制定值是比较合理的。

枸杞是人们日常生活中使用较为频繁的中药材之一，具有良好的市场前景，所以应该使用科学、合理的方法去评估其所含重金属及有害元素的量。需要重点关注测定值异常高、存在摄入风险的样品，其污染与种植及加工环境有一定的关系。另外，中药材中重金属进入人体内的不同化学价态会使其毒性作用也不同，所以有必要加强对其价态有效性和毒性的研究。

参考文献

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作者简介：赵四标（1986—），男，云南大理人，硕士，工程师。研究方向：食品质量安全检测分析。

通信作者：王灿（1994—），男，云南昭通人，本科，助理工程师。研究方向：食品质量安全检测分析。E-mail：648990361@qq.com。