稻谷中6 种重金属元素的含量分析

王冰 邵爱梅（通讯作者）

（扬州市疾病预防控制中心 江苏 扬州 225000）

近年来，环境污染严重，土壤水以及空气污染使粮食中重金属含量增加，并且难以消除[1-2]。稻谷作为人类主要的粮食作物，尤其是在发展中国家[3]，通过食物链传递，其中的重金属将以直接或间接方式进入动物和人体内，从而对人体健康构成严重的威胁。目前，我国受Cd、As、Cr、Pb 等重金属污染的耕地面积将近2.0×106hm2，约占总耕地面积的1/5[4]。长期食用重金属含量超标的稻谷，会导致身体各种病变甚至死亡[5]，因此国家对粮食中砷、铅、汞、镉等有毒重金属有严格的限量规定，所以重金属元素的检测对保障粮食安全和研究粮食品质具有重要意义。

1.资料与方法

1.1 仪器、试剂

仪器 电感耦合等离子体质谱仪：7700e，美国Agilent 公司；

电热板：EH20Aplus，北京LabTech 公司；

超纯水系统：9000602 型，美国Labconco 公司；

电热恒温鼓风干燥箱：DHG-9101.1A 型，常州普天仪器制造有限公司；

电子天平：XS205DU,Mettler Toledo。

1.2 试剂

29 种混合元素标准溶液（20mg/L），Sc、Ge、In 等内标混合溶液(100mg/L)，Li、Y、Ce、Tl、Co 质谱调谐液(0.1mg/L)均购于上海安谱公司；

纯硝酸：优级纯，美国Fisher 公司；

过氧化氢：分析纯，国药集团有限公司；

大米标准物质：GBW10010，地球物理地球化学勘查研究所。

2.实验条件

2.1 微波消解仪消解参数：

（1）.150℃，1300w，20min；

（2）.180℃，1300w，15min；

（3）.180℃，1300w，30min。

2.2 ICP-MS 仪器的工作参数：

射频功率：1550W；等离子气体流量：15L/min：

辅助气流速：1.0L/min：载气流速：1.06L/min：

载气补偿气流速：0.0L/min：采样深度：8.0mm：

碰撞反应池气体：氦气,流速为4.5mL/min，

满足仪器使用所要求的灵敏度、背景、氧化物、双电荷、稳定性等各项指标。

3.操作方法

本次食品检测程序均严格按照GB5009.268-2016。准确称取0.5000g 左右样品粉末于聚四氟乙烯塑料内罐，加入8.0mL HNO3,静置过夜，次日加2.0mL H2O2，按2.1 所示的消解条件，消解试样后,置于电子控温电热板140℃赶酸至干。用水少量多次洗涤并定容至50.0mL。

检测项目包括Cr、As、Cd、Sb、Hg、Pb6 种元素，各元素的检出限分别为：Cr：0.0045、As：0.0045、Cd：0.003、Sb：0.0035、Hg：0.0035、Pb：0.0035（单位为μg/kg）。

4.质量控制

所有玻璃瓶和塑料瓶都先用20%HNO3,浸泡过夜，超纯水洗涤。在样品前处理过程中，同时进行空白、平行、加标回收及标样实验，以确保测定的准确度。

5.结果与分析

5.1 稻谷中6 种元素的结果与比较分析

5.1.1 总体评价 稻谷中各元素的含量区间分别为：铬0.00220 ～0.254mg/kg、砷0.0580 ～0.323mg/kg、镉0.0105～0.253mg/kg、锑0.00180～0.154mg/kg、汞0.00180～0.00180 mg/kg、铅0.00180 ～0.159mg/kg。各金属元素在稻谷富集程度中也存在较大差异，含量区间值见表1。

测定结果见表2 所示，稻谷中重金属元素铅、砷、铬符合国家标准要求，仅有1 个样品中的镉含量超标。稻谷中砷和铬的Pi 值位于0.2 ～0.6，属于轻污染水平，铬和铅处于正常的背景值范围内。

表1 稻谷中重金属含量区间值（mg/kg）

表2 稻谷中4 种重金属元素检出率及合格率统计

5.2 稻谷的健康风险评估

采用是美国EPA 推荐的健康风险评估模型[6]，HQ 来表征单个元素的潜在非癌症风险，计算公式如下：

其中：CF 为谷物中重金属质量比，mg/kg；IR 为摄取率，假定成人、儿童分别为0.109kg/(人·d)、0.0362kg/(人·d)；EF 为暴露频率，365d/a；ED 为暴露周期，成人和儿童暴露周期分别取值为64a 和6a：BW 为平均体重，假定成人和儿童的平均体重分别为61.6kg 和18.7kg：AT 为平均非致癌作用暴露时间，AT=ED×365d/a：R f Do 为基准口服剂量mg/(kg·d)。各参数取值皆参照文献[7]。

表3 为不同暴露人群对6 种重金属的风险系数(HQ)及综合风险指数(HI)，结果显示成人和儿童食用稻谷的单一重金属风险系数(HQ)均＜1，这表明食用稻谷摄入的单一重金属均不会对人的身体健康造成明显危害，儿童食用稻谷摄入重金属污染物HQ 略大于成人，稻谷中各种重金属污染物对同一暴露人群的HQ 遵循相同的排列顺序：As ＞Cd ＞Pb ＞Cr＞Sb ＞Hg。

对于儿童和成人，稻谷中6 种重金属的综合风险水平指数(HI)也均＜1，即通过食用稻谷摄入的 Cr、Cd、Pb、As、Sb 和Hg 6 种重金属均不会对居民健康造成明显危害。儿童的健康风险指数略大于成人，稻谷中As ＞Cd 对健康风险指数的贡献较大。

表3 不同暴露人群对6 种重金属的风险系数(HQ)及综合风险指数(HI)

6.讨论

由于诸多原因，我国水土污染还没有得到有效控制，特别是Cd 和Pb 等重金属污染超标问题，已经成为影响粮食质量安全的主要因素。本文测定了80 份稻谷样品的6 种重金属，结果样品中Cd 超标，合格率为99.5%，其他合格率为100%；同时对稻谷摄入的健康风险进行了评估表明，稻谷摄取Cr、Cd、Pb、As、Sb 和Hg6 种重金属均不会对居民健康造成明显危害。但如果考虑到其他暴露途径和摄入其他重金属的综合风险，仍有可能危害当地居民特别是儿童的健康。

本次检测由于所采稻谷样品产地环境状况不明，关于稻谷污染还难以结合土壤、灌溉水或大气污染问题进行分析。鉴于以上情况，建议尽快完善相应金属元素评价标准，加强对稻米异常产地的专项重金属元素的监测，进一步查找引起其异常的原因，从根源处了解当地重金属污染情况。