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福州市售蔬菜中稀土元素测定及结果分析

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中国预防医学杂志2016年10月第17卷第1O期Chin Prev Med,Oct.2016,Vo1.17 No.10 DOI:10.16506/j.1009—6639.2016.10.007 ・论 著・ 福州市售蔬菜中稀土元素测定及结果分析 陈宏靖,杨艳 福建省疾病预防控制中心,福建福州 350001 摘要:目的 建立微波消解一电感耦合等离子体质谱(ICP—MS)测定蔬菜中16种稀土元素含量的方法。了 解福州市售蔬菜中稀土元素的含量及组成特征。方法 采用ICP—MS法,CCT碰撞池模式对国家标准参考 物质圆白菜(编号:GBW10014 GSB-5)中16种稀土元素分析测定,其测定结果在标准样本参考值的置信 区间。从福州市区四个农贸市场和超市中随机采集81份蔬菜样本,以铑(Rh)、铼(Re)为内标,测定样 本中16种稀土元素含量。结果16种稀土元素混合标准溶液在相应范围内(0~50 g/L)具有良好的线性 (r>O.999),精密度高(RSD ̄8 , 一6),各元素加标回收率在92 ~108 。测定结果显示,福州市售 蔬菜中稀土总量、轻稀土、重稀土含量分别为0.102 mg/kg、0.083 9 mg/kg、0.018 6 mg/kg,组成特征以 轻稀土元素为主,铈含量最高,其次为镧、钕,重稀土以钇含量最高。按可食部分类,叶菜的稀土含量远 高于瓜果和根茎,蔬菜中稀土氧化物总量合格率为93.8 。结论 ICP—MS法是蔬菜中稀土元素含量测定 的可行方法。应用该方法检测市售蔬菜,其稀土残留状况较为乐观,绝大部分蔬菜的稀土含量均低于国家 限量标准。 关键词:稀土;蔬菜;电感耦合等离子体质谱;限量标准 中图分类号:R155.59 文献标识码:A 文章编号:1009—6639(2016)10—0754一OS The measurement of rare earth elements in vegetables on markets in Fuzhou city CHEN Hong—jing.YANG Yan Fujian Center for Disease Control and Prevention,Fuzhou,F fan 350001,China Corresponding author:CHEN Hong—jing,E-mai:bsy29@126.com Abstract:Objective To measure the 1 6 rare earth elements in vegetables on markets by microwave digestion inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP—MS). Methods 1 6 rare earth elements in cabbage which was a national standard reference material(No.GBWl0014 GSB-5)were measured by microwave digestion in— ductively coupled plasma mass spectrometry(ICP—MS)under CCT mode and all values were in the confidence interval of reference values of the standard sample.8 1 vegetable samples were randomly collected from 4 mar— kets or supermarkets in Fuzhou city and 1 6 rare earth elements were measured using Rh and Re as internal con— tro1. Results A standard solution mixed with 16 rare earth elements had nice linearity(0-50 pg/L),high precision(RSD ̄8 , 一6),and the recovery rate of each element was in the range of 92%一108 .The result showed that contents of rare earth elements,light rare earth elements and heavy rare earth elements in vegeta— ble in Fuzhou were 0.102,0.083 9 and 0.018 6mg/kg.respectively.Light rare earth elements were predomi— nant with the highest content of Ce followed by La and Nd,Y was the highest among heavy rare earth ele— ments.The content of rare earth elements was higher in leafy vegetables than in fruits and root vegeta— bles.93.8 of vegetables had reasonable amount of oxide in rare earth. Conclusions ICP—MS method can be used in the measurement of rare earth elements in vegetables.The contents of rare earth elements measured by ICP—MS in majority of vegetables in Fuzhou are lower than national standard limit. Key words:Rare earth;Vegetable;ICP—MS;Standard limit 稀土元素(rare earth element,REE)是由化 作者简介: 陈宏靖, 本科,副主任技师,主要从事理化检 验研究 通讯作者 陈宏靖, E—mail:bsy29@126.com 学元素周期表中镧系元素一镧 (La)、铈 (Ce)、镨 (Pr)、钕(Nd)、钷(Pro)、 钐(Sm)、 铕(Eu)、 钆(Gd)、铽(Tb)、镝( Dy)、钬 (Ho)、铒 (Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、 镥(I u), 以及与镧 中国预防医学杂志2016年l0月第17卷第1O期Chin Prev Med,Oct.2016,Vo1.17 No.10 系的15个元素密切相关的2个元素一钪(Sc)和钇 (Y)共l7种元素组成,其中钷(Pm)在稀土矿 中并不存在,它是人工放射性元素。其他16种元 素因其天然丰度小,又以氧化物或含氧酸盐矿物共 生形式存在,故叫“稀土”。随着稀土在我国农业 方面应用研究的不断进展,稀土微肥的增产作用已 得到充分的肯定。有研究表明,适量的稀土元素可 以提高植物的叶绿素含量 ],促进根系发育,增加 根系对养分吸收,提高种子萌发能力,提高植物产 量,改善果实品质,增强植物的抗逆性并且对一些 植物病害有一定防治作用,被喻为农牧渔业的“生 长调节剂”_2j。稀土元素被人体摄人后可在体内蓄 积,对人体健康产生一定的不良影响;如损害大脑 功能、加重肝肾负担、损害免疫功能、影响女性生 殖功能、损害心脏功能、引起血液成分变化、辐射 及引发多种急性中毒现象等,并对环境造成污 染l_3]。我国《食品中污染物限量》¨4 规定,蔬菜 (菠菜除外)的稀土限量指标(以稀土氧化物总量 计)不超过0.7 rag/kg。 蔬菜的质量安全问题与每一个人息息相关,直 接关系到消费者的身体健康。蔬菜中稀土元素的残 留问题是继农药残留及重金属污染后人们关注的又 一热点。本研究从福州市4个农贸市场和超市中采 集了81份蔬菜样本,应用微波消解一电感耦合等离 子体质谱仪(ICP-MS)测定蔬菜中的16种稀土元 素,计算其氧化物总量,研究市售蔬菜中稀土元素 含量及分布特征。 1材料与方法 1.1材料来源 本研究主要是从福州市区2个农 贸市场和2个超市随机抽取的蔬菜样本共81份, 按蔬菜的可食部分类大致可分为叶菜、根茎、瓜果 三类。其中叶菜4O份(超市25份,农贸市场 l5份);瓜果类25份(超市l8份,农贸市场7 份);根茎类16份(超市10份,农贸市场6份)。 1.2仪器与试剂 iCAP Q电感耦合等离子体发 射光谱质谱仪(美国Thermo),ETHOS A微波消 解系统(意大利Milestone),GM200型研磨仪 (德国Retsch),Barnstead Gen Pure超纯水系统 (美国Thermo)。 l6种REE混合标准溶液(编号GNM— M16181—2013)、铑(编号GSB 04—1746-2004)、铼 (编号GSB 04—1745-2004)单标溶液作为混合内 标,圆白菜标准物(编号GBW10014 GSB一5),均 购自国家标准物质中心,溶液为优级纯(德国 默克公司)。 1.3 方法 依据《植物性食品中稀土元素的测 定》 ],对蔬菜样本中钪(Sc)、钇(Y)、镧 (La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、 铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬 (Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(I u) 等16种稀土元素进行检测[钷(Pm)在稀土矿中 并不存在,它是人工放射性元素。不检测],据仪 器条件对测定方法优化。 1.3.1标准系列配制 取7个100 ml容量瓶,分 别加入0、lO、20、50、lOO、300、500/,1的 lO mg/L稀土混合标准贮备液,用2 定容。 配成0、l、2、5、10、30、50 g/L标准系列溶液。 1.3.2同位素的选择 同位素的选择原则是一般 选择丰度值最大的质量数,以提高其检测灵敏度, 并且应同时避免多原子干扰和同量异位素重叠 ]。 1.3.3 标准曲线测定 以铑、铼(10 ̄g/L)为 混合内标,采用ICP—MS,CCT模式测定样本中各 稀土元素的含量。ICP—MS工作参数如下:等离子 体射频功率l 500 W;扫描模式跳峰模式;扫描次 数25次;辅助器流速0.90 L/rain;雾化室温度2 ℃;蠕动泵转速40 t/rain;驻留时间25 ITIS;冷却 气流速8.0 I./min;雾化器流速0.95 L/min。 1.3.4线性范围、检出限及定量限 16种稀土元 素在0h50 g/L范围内有良好的线性关系,各稀 土元素相关系数r>0.999 5。以试剂空白溶液(5 )12次测定值的3倍标准偏差所对应的分析物 的浓度值(n一12)计算仪器检出限,以1O倍的标 准偏差为定量限。将仪器检出限、定量限乘以样本 的稀释倍数25作为方法检出限及定量限。各稀土元 素的线性方程、方法检出限和定量限,见表1。 1.3.5方法准确度和精密度 分别加入低、中、 高(5、20、50 Fg/L)三种浓度的稀土元素混标 液于粉碎混匀的上海青样本中,消解后测定。各浓 度分别测定6次,各元素加标回收率在92 ~ 108 。相对标准偏差RSD<8 。另对国家标准 物质圆白菜测定,见表2。 1.4样本测定 1.4.1 样本前处理 准确称取经研磨粉碎、混合 均匀的蔬菜样本1.0 g,置于消解内罐中,加10 ml 放置过夜;装上消解外罐,放入微波消解炉中 按消解程序进行消解。采用功率1 500 W,5 rain 升温至120。C,保持3 min,之后3 min升温至 180℃,保持8 min,最后2 rain升温至180℃, ・756・ 中国预防医学杂志2016年1O月第17卷第10期 Chin Prey Med,Oct.2016,Vo1.17 No.10 表2标准参考物质(圆白菜)的测定结果 组分 铈镝铒铕钆钬镧钕(Ce)(Dy) (Er) (Eu) (Gd) (Ho) (I a)(Nd)标准值 0.044土0.004 2.6±0.7 (1.4) (3.6) 3.1±0.5 (0.5)0.024±0.O03 0.0l5±0.002 测定值 0.048 2.9 1.1 3.2 2.8 0.4 0.023 O.0l6 单位 (10—6) (10 ) (10 9) (10 9) (1O 9) (10 ) (10 ) (10—6) 镨钪钐铽铥钇镱镥组分 (Pr)(Sc) (Sm) (Tb) (Tm) (Y)(Yb) (Lu) 标准值 4.04-_0.6 (7) 3.2±0.7 (0.5)(0.23)0.015±0.002 1.44-_0.4 (0.16)测定值 4.3 6 3.8 0.3 0.32 0.015 1.7 0.14 单位 (10 ) (10 ) (10 ) (10 ) (10 ) (10 ) (10 ) (10 ) 保持3O min;待程序结束后取出消解罐,冷却后 开罐。将消解内罐置于180℃电热板上赶酸至近 稀土氧化物残留小于限量标准0.7 mg/kg,总合格 率为93.83 。三类蔬菜中叶菜的合格率略低,为 87.5O 9/6(35/4o),而瓜果和根茎类蔬菜的合格率 干,用5 多次冲洗内罐,合并转移至比色管 中并定容到25 ml,同时做试剂空白。所有样本测 定在质量控制下进行,均进行平行样测定。平行样 为100.O0 ,其稀土含量范围、平均值及中位数 也远低于叶菜。 2.2 不同采样地点蔬菜稀土含量的差异 按照国 测定的相对标准偏差RSD<5 。每批样本处理与 检测均带国家标准物质,标准参考物的测定值在其 定值范围内的同批样本检测值为有效结果。 1.4.2 评价标准根据《食品中污染物限量 中蔬 家现行稀土限量标准,四个采样点蔬菜稀土合格率 如下(稀土氧化物<0.7mg/kg):超市 l(95.83 )>农贸市场l(95.O0%)>超市2 (92.86 A)>市场2(88.89 ),见表4。o 菜的稀土限量指标(以稀土氧化物总量计)进行评价。 2 结 果 2.3 不同分类蔬菜中各稀土元素的含量和组成特 征所采集的蔬菜样本各稀土元素含量及检测的 2.1 不同蔬菜品种的稀土残留水平 本次研究共 16种稀土元素,稀土总量分布在0.020 2~ 0.258 mg/kg,平均值为0.102 rng/kg。3种蔬菜分类 的轻稀土元素(即镧、铈、镨、钕、钐、铕)含量范 采集81份蔬菜样本,按可食部分为三个品种,包 括叶菜4O份(如大白菜、上海青、茼蒿、芥菜 等)、瓜果25份(如苦瓜、冬瓜、西红柿、黄瓜 等)、以及可食部为根茎的蔬菜16份(如萝卜、茭 自、洋葱、蒜薹等),所测定稀土氧化物总量结果, 见表3。81份样本的稀土总量在0.000 372~ 1.161 6 mg/kg,平均值为0.141 mg/kg,中位数 为0.022 4 mg/kg;以稀土氧化物计,含量范围在 0.000 522~1.952 mg/kg,平均值为0.171 mg/kg, 中位数为0.027 1 mg/kg。其中有76份蔬菜样本 围为0.015 6~O.212 mg/kg,平均值0.083 9 mg/kg, 占稀土总量的77.23 9/6~82.17 。重稀土元素 (即钪、钇、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥) 含量范围为0.004 61~0.045 9 mg/kg,平均值为 0.018 6 mg/kg,占稀土总量的17.83 ~22.77 。 蔬菜中各稀土元素含量大小及所占比例为:铈 (36.24 )>镧(24.07 )>钕(12.77 )>钇 (8.93 9/6)>钪(4.88 7/6)>镨(3.79 )>钆 中国预防医学杂志2016年10月第17卷第10期Chin Prev Med,Oct.2016。Vo1.17 No.10 (2.32 )>钐(1.99 )>镝(1.30 )>铕 (1.15 9/6)>铒(0.66%)>镱(0.54 )>铽 (0.37 )、钬(0.37 )>铥(0.30 )、镥 高。这三种蔬菜分类REE的分布特征,虽然不同 分类蔬菜的稀土含量存在明显差异,但组成特征曲 线相似,均以铈(Ce)含量最高。三种分类蔬菜 中可以明显地看出叶菜的各稀土元素含量最高,瓜 果和根茎稀土含量相对低得多,说明稀土含量在蔬 菜中存在着分布差异。 (O.30 ),见表5。不同分类蔬菜的各稀土元素组 成特征,见图1。蔬菜样本中稀土分布以轻稀土为 主,而其中又以铈(Ce)的含量最高,其次是镧 (La)、钕(Nd),而重稀土以钇(Y)的含量最 表3不同分类的蔬菜中稀土氧化物总量(mg/kg) 表4不同采样点蔬菜中稀土氧化物含量(mg/kg) 表5不同分类蔬菜中各稀土元素的含量及构成 ̄L[mg/kg( )] 叶菜瓜果 08)n O459(1L 78)  0. ̄37(1.43)0.000695(0.27)0. ̄I74(0.66)0.ooO2(n 08) n o014(Q 54) O.Oo02(0.0064(2.48) 0.0007(n 27)n n n   8  0.0006(2.03) 0.0oo1(O.34) O.Ooo3(1.02) n O0O3(1.46)0.OO05(2.44) 0.0001(0.49)0.34)0.o052(18.31) 20.0001(0.34)0.0002(0.68)0.0001(0.34) 0.0 ̄1(0.34) 0.0001(50.0001(0.49)0.O002(0.98)0.OoO1(O.49) 0001(O.49) 0.0O01(0.49)0.0046(23.9O) 2O O 1 2 2 0 9 O 2 5 5 7 根茎0003(0.37) 均值 旺0025(2.32) n  ̄14(1.3O)n 30)0.0186(19.99) 0.0003(0.37)0.0007(0.77)0.0001(0.30) 0.0005(0.46) 0.0001(0・ 内造成蓄积,特别是脑部的蓄积可诱发脑毒效 应 ,通过小鼠实验证明稀土元素的蓄积会引起骨 质疏松等疾病,并且还具有一定的遗传毒性¨g]。蔬 菜是人们每天营养摄人的必需品之一。因此,本研 罐0. 究对蔬菜中残留稀土元素进行检测,了解经该途径 摄人人体的稀土元素含量。 利用ICP-MS能同时快速准确地测定蔬菜中 图1不同分类蔬菜中稀土元素的组成特征 16种稀土元素。以铑(Rh)、铼(Re)为内标, 通过测定国家标准参考物质圆白菜质控及加标回收 实验进行方法验证,所得出的结果准确性良好、精 3讨 论 密度高,优于国家标准,适合于蔬菜中痕量级稀土 元素的分析。 稀土是植物正常生长所需要的元素 ,通过食 物链,人们长期摄人低剂量的稀土元素,从而在体 研究中采集的蔬菜均来自超市及农贸市场,为 中国预防医学杂志2016年1O月第17卷第1O期Chin Prev Med,Oct.2016,Vo1.17 No.10 福州市民餐桌蔬菜主流来源,覆盖大部分蔬菜品 种,具有代表性。样本处理与检测过程采用平行样 测定,控制RSD<10 。本次检测发现,所采集 到的81份样本仅有4份样本稀土氧化物含量超出 限量指标0.7 mg/kg,这4份超标样本分别为上海 容许量)的建议值为0.002~O.02 mg/kg,人体按 6O 来计算,则稀土摄入量不得超过1.2 mg: 。 。 本研究检测得出的蔬菜平均稀土总量为0.102 rag/ kg,按每日食用500 g的蔬菜计,则摄人的稀土总 量为0.051 mg,未超过ADI限值。 微波消解一电感耦合等离子体质谱法能快速准 青、苋菜、红苋菜、香菜,均为叶菜,总合格率为 93.8 。按可食部将蔬菜分为叶菜、瓜果、根茎三 类,其稀土氧化物平均值分别为0.314、0.035 6、 0.024 7 mg/kg,可明显看出叶菜的稀土含量远远 确测定蔬菜中稀土元素含量。绝大部分市售蔬菜中 稀土元素含量较少且在限量范围以内,食用El常所 需量的蔬菜摄人的稀土量并不会对人体造成已知的 大于瓜果和根茎,叶菜的各稀土含量也比瓜果和根 明显伤害。即便如此,还需要合理地利用稀土元 茎大得多。说明蔬菜从土壤中吸收的稀土元素多富 集于叶片中,另外叶菜比表面积较大,水分含量低 于瓜果、根茎类蔬菜,导致叶菜稀土含量较高。在 施肥过程中,稀土微肥直接喷洒于叶面,也是叶菜 稀土含量较高的原因之一。从样本来源看超市与农 贸市场的检测结果无显著性差异,推测二者来源 一致。 在蔬菜的稀土组成中可以得到,蔬菜中REE 总量、轻稀土、重稀土平均含量分别为0.102、 0.083 9、0.018 6 mg/kg,蔬菜中存在着的16种 稀土元素,以轻稀土(即镧、铈、镨、钕、钐、 铕)为主,占稀土总量的81.8 ,又以铈(Ce)、 镧(La)、钕(Nd)含量较高,而重稀土以钇 (Y)含量最高。说明蔬菜中稀土元素的组成主要 以镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钇(Y)这四种 为主。不论是叶菜、瓜果还是根茎类蔬菜,其镧 (La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钇(Y)占REE总量 的80 以上,其中又以铈(Ce)的含量最高,达 到33 ,其次是镧(La),含量也高达23 ,而除 这四种稀土元素以外的其他12种稀土元素的总和 不及镧(La)和铈(Ce)。叶菜中镧(La)、铈 (Ce)、钕、钇(Y)含量也远高于根茎及瓜果类蔬 菜,其余稀土元素含量则各类蔬菜含量相差不大, 说明植物叶片对这四种稀土元素有分馏富集作用。 因此,为了提高蔬菜稀土含量的合格率,控制蔬菜 中稀土的残留,可通过控制这四种稀土微肥使用及 改良土壤中稀土含量,减少蔬菜对这四种稀土的吸 收来实现。 2007年修订的《中国居民平衡膳食宝塔》中 蔬菜位于宝塔的第二层,仅次于谷类食物,建议每 日食用蔬菜300~500 g。有研究通过对稀土的遗传 毒性、胚胎发育毒性、细胞、肝脏毒性,内分泌和 神经行为毒性等的研究,提出ADI值(一Et摄取 素,使其在农业方面起到积极作用,保障人们的身 体健康。 参考文献 [1] 龚立科,王姝婷,薛呜,等.水产品中稀土元素的测定与含 量调查[Jj.中国卫生检验杂志,2016,26(5):742—744. 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