礦物藥禹余糧微波消解/ICP-AES無機元素分析及綜合評價△

劉圣金，楊歡，林瑞超，徐春祥，田金改，房方，吳德康*

(1．南京中醫藥大學 藥學院，江蘇省中藥資源產業化過程協同創新中心/中藥資源產業化與方劑創新藥物國家地方聯合工程研究中心，江蘇 南京 210023；2．北京中醫藥大學 藥學院，北京 100029；3．江蘇省食品藥品監督管理局，江蘇 南京 210008；4．中國食品藥品檢定研究院，北京 100050)

·專題·

礦物藥禹余糧微波消解/ICP-AES無機元素分析及綜合評價△

劉圣金1，楊歡1，林瑞超2，徐春祥3，田金改4，房方1，吳德康1*

(1．南京中醫藥大學 藥學院，江蘇省中藥資源產業化過程協同創新中心/中藥資源產業化與方劑創新藥物國家地方聯合工程研究中心，江蘇 南京 210023；2．北京中醫藥大學 藥學院，北京 100029；3．江蘇省食品藥品監督管理局，江蘇 南京 210008；4．中國食品藥品檢定研究院，北京 100050)

目的：測定不同產地禹余糧藥材中無機元素的含量并進行綜合分析評價。方法：采用微波消解/ICP-AES及主成分分析法對禹余糧藥材所含元素進行分析和產地綜合評價，同時對各元素進行相關性分析及無機元素指紋圖譜分析。結果：檢測的21種元素中，Fe、Al、Ca、K、Mg、Mn含量較高，重金屬Hg、Pb、Cd、Cu均有檢出，有害元素As、微量元素Se未檢出。建立了含13種無機元素的特征指紋圖譜，均數相似度(夾角余弦值)、中位數相似度(夾角余弦值)均大于0.90。元素相關性分析表明，14對元素顯著正相關，2對元素顯著負相關(P<0.01)，10對元素正相關，6對元素負相關(P<0.05)。主成分分析選擇了5個因子，從無機元素的角度對禹余糧質量和產地進行了綜合評價，結果表明江蘇宿遷、建湖產禹余糧質量較好。結論：本研究為禹余糧藥材的質量控制標準的制定提供了基礎數據，并為礦物類藥材的研究提供了研究方法和思路。

礦物藥；禹余糧；電感耦合等離子-原子發射光譜法；無機元素；指紋圖譜；主成分分析

禹余糧(Limonitum)是臨床常用礦物藥之一，始載于《神農本草經》。其來源為氫氧化物類礦物褐鐵礦，主含堿式氧化鐵。性甘、澀，微寒。歸胃、大腸經。具有澀腸、止帶止血之功能，用于久瀉久痢、大便出血、崩漏帶下[1]。臨床可治療胃原性腹瀉[2]、泄瀉[3]、便血休克[4]、子宮脫垂[5]、無排卵性月經不孕癥[6]、潰瘍性結腸炎[7]等。礦物藥富含多種礦物質和人體必需的微量元素，其成分及其賦存狀態是其藥性、臨床效用的物質基礎。無機元素的種類與含量是礦物藥質量評價的重要指標之一。禹余糧原礦物成因復雜，通常有多種礦物組成且組成比例不一，導致目前市場礦物藥禹余糧品種來源較混亂，質量參差不齊，真假難以分辨。《中華人民共和國藥典》2010版所收載礦物藥禹余糧的質量控制標準僅有簡單的性狀和鐵鹽的化學鑒別項目，不能很好地控制禹余糧的質量。本文利用ICP-AES法對禹余糧中的無機元素進行分析測定，并建立其無機元素指紋圖譜，為禹余糧藥材的質量控制標準研究等提供參考。

1 儀器與材料

1.1 儀器

OptimaTM4300DV電感耦合等離子體-原子發射光譜儀(美國Perkin Elmer公司)；Mars型微波消解系統(美國CEM公司)；電子分析天平(XS205，瑞士，Mettler Toledo)。

1.2 試藥

元素標準溶液Al、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Ti、V、Zn、Fe、Ca、K、Hg、Pb、P、Se(質量濃度為1000 μg·mL-1，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院)；硝酸(優級純，蘇州晶瑞化學有限公司)；鹽酸(優級純，南京化學試劑有限公司)；氫氟酸(優級純，國藥集團化學試劑有限公司)；硼酸(分析純，南京化學試劑有限公司)；超純水經EPED超純水系統自制。

1.3 樣品來源與處理

禹余糧藥材樣品為實地收集或由相關單位提供，均經南京大學地球科學與工程學院孔慶友教授鑒定為氫氧化物類礦物褐鐵礦，留樣保存于南京中醫藥大學中藥鑒定教研室。禹余糧樣品來源見表1。

表1 禹余糧樣品來源

精密稱取樣品粉末(過200目篩)0.1 g，放入50 mL聚四氟乙烯消解罐中，精確加入濃鹽酸(HCl)6 mL，濃硝酸(HNO3) 2 mL，氟化氫(HF)2 mL，置于通風櫥中靜置30 min，待反應不劇烈后加蓋密封，裝入微波消解儀中，按表2設定的消解程序消解[9]。消解完畢后，冷卻至室溫，取出消解罐，加入飽和硼酸溶液10 mL，在通風櫥中加熱揮酸，冷卻后轉移至50 mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度，即為供試品溶液1。由于禹余糧樣品中Fe、Al、K、Ca、Mg等元素的含量在常量范圍，遠大于單元素標準溶液，故將供試品溶液1稀釋25倍后作為供試品溶液2，用于Fe、Al 2種元素的測定，K、Ca、Mg等元素采用徑向觀測。

表2 微波消解程序

1.4 電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)測定條件

功率為1.3 kW；冷卻氣流量為1.5 L·min-1；載氣流速為0.8 L·min-1；輔助氣流量為0.2 L·min-1；樣品提升量為1.5 mL·min-1。測量條件：積分時間為10 s；延遲時間為1 s；重復次數為1；測量方式為標準曲線法；讀數方式為峰強。

2 方法與結果

2.1 標準曲線

根據試樣中待測元素的水平配制對照品溶液。依次測定21種無機元素的系列濃度對照品溶液，以對照品濃度X(μg·mL-1)為橫坐標，對照品峰強Y為縱坐標，繪制標準曲線，得各元素對照品的回歸方程、相關系數和線性范圍。詳見表3。

表3 21種無機元素的標準曲線和分析線

2.2 測定結果

在上述方法學考察基礎上，將不同禹余糧樣品按照上述樣品處理方法制備相應供試品溶液，采用標準曲線法測定各樣品中無機元素含量，結果見表4。結果顯示，主元素Fe含量最高，達52.6%，除S8和S12外，其他樣品含鐵量均大于20%，均值為30.8%；Al的含量范圍在2%～8.2%，相對較為穩定；Ca在樣品中的分布則不夠均勻，最高達5.5%，最低僅0.04%，多數低于0.3%；K、Mg、Mn、Ti元素的含量均值分別為0.838%、0.545%、0.496%、0.227%；Zn的含量均值為0.163%，有10個樣品未檢出；其他微量元素含量相對較低；Se、As均未檢出。

2.3 禹余糧藥材中的元素間相關性分析

采用SPSS16.0軟件進行各元素間相關性分析，因多數變量不服從正態分布，故采用Spearman等級相關系數法，統計結果見表5。相關矩陣分析顯示，有14對元素顯著正相關(P<0.01)：Al-Li、Ba-V、Zn-Mn、K-Ti、Mg-Ti、Ni-Co、Mg-Cr、Cr-Ti、Ni-Pb、Co-Pb、Ni-Cu、Co-Cu、Pb-Cu、Zn-Cd；2對元素顯著負相關(P<0.01)：Fe-Al、Fe-Li；10對元素正相關(P<0.05)：K-Mg、Ba-Li、Ca-V、K-V、Mg-V、K-Cr、Ni-Cr、Fe-Pb、Hg-Pb、Mn-Cd；6對元素負相關(P<0.05)：Zn-Al、Ca-P、Al-Mn、Fe-Ti、Fe-Cr、K-Pb。正相關表明禹余糧在礦物形成中這些元素能夠促進相互間的富集，而負相關表明這些元素在禹余糧礦物形成過程中能夠抑制對方的富集。

2.4 禹余糧無機元素指紋譜的建立

根據各元素檢測結果，篩選出13種共有無機元素(Fe、Al、Ca、K、Mg、Mn、Ti、Ba、Li、V、Cr、Pb、Cu)建立余糧石的無機元素特征指紋圖譜，結果見圖1。禹余糧藥材中各種無機元素含量雖有差異，但鑒別過程中可以根據元素的特征曲線譜圖的走勢來進行識別。

夾角余弦法計算相似度結果顯示，禹余糧樣品中均值相關系數、中位數相關系數、均值夾角余弦值、中位數夾角余弦值除S12在0.88～0.90外，其他樣品均大于0.97。說明禹余糧無機元素指紋特征圖譜的相似度較良好。見表6。

表4 禹余糧樣品中無機元素含量分析 /mg·g-1

注：“—”表示未檢出；汞的含量單位為mg·kg-1。

表5 禹余糧樣品中無機元素的相關性分析

注：**表示P<0.01；*表示P<0.05。

注：A.禹余糧無機元素譜；B.無機元素對照特征譜。圖1 禹余糧無機元素譜和無機元素對照特征譜

S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16S17均值相關系數0.99780.98060.99670.99820.99460.99840.99820.90790.99840.99720.99840.88800.99850.99470.99770.97970.98981.0000夾角余弦值0.99710.98120.99670.99780.99510.99860.99810.90520.99850.99750.99850.90190.99820.99450.99780.98170.99051.0000中位數相關系數0.99820.97680.99620.99860.99590.99910.99760.90760.99930.99550.99700.89090.99870.99450.99670.98120.98891.0000夾角余弦0.99770.97750.99600.99830.99610.99920.99770.90340.99940.99590.99720.90380.99860.99450.99700.98270.98991.0000

2.5 禹余糧無機元素主成分分析及其產地綜合評價

為了研究各地禹余糧樣品中各種元素的分布規律，對其主成分進行分析，同時為各主成分因子更好地解釋各變量，分析中對特征值及因子載荷矩陣采用了方差最大化正交旋轉，結果見表7。前5個特征值均大于1，累積貢獻率達88.237%，說明前5個因子在禹余糧元素組成中起著主導作用，能夠較客觀地反應禹余糧中元素組成情況，故選取前5個主成分進行分析。以各主成分因子得分與方差貢獻率乘積相加[11]，得出各禹余糧樣品的無機元素總因子得分值F，F=0.350 17F1+0.223 31F2+0.147 04F3+0.085 22F4+0.076 63F5。按綜合評價函數計算出的不同樣品的綜合得分(F)及排名見表8。綜合排序靠前的分別為S8、S12和S2，說明從無機元素角度考慮，江蘇宿遷、建湖產的質量相對較好。

表7 主成分方差貢獻率

3 討論

研究結果表明，禹余糧無機元素成分復雜，含量不一，這與礦物在富集形成過程中常常有多種礦物伴生相關。本文建立了禹余糧無機元素特征指紋圖譜，相似度較好。采用主成分分析方法將測定的21種無機元素指標簡化為5個主成分，并依此對不同產地的禹余糧樣品質量進行綜合評價。元素相關性分析可知，禹余糧中有14對元素顯著正相關，10對元素正相關，2對元素顯著負相關，6對元素負相關。

表8 綜合主成分因子及對禹余糧產地的綜合評價

本研究結果表明，禹余糧樣品中Fe、Al、Ca、K、Mg、Mn等元素含量較高，這可能與禹余糧功能的特點有一定的聯系[12-13]。李波等[14]對鈣鋁混懸液的研究發現，其具有明顯的抗蓖麻油致腹泄作用，且單用碳酸鈣止瀉作用明顯，氫氧化鋁和三硅酸鎂作用不明顯。一方面可能是因為氫氧化鋁和三硅酸鎂劑量較低；另一方面也可能與此二組分在方中并非起抗腹瀉作用，而可能是起到保護腸粘膜的作用有關。另有報道[15]，鐵的稀溶液對腸胃粘膜面有收斂作用，可以止瀉，吸附腸道內異常的發酵產物和炎癥滲出物，對發炎的胃腸粘膜有保護作用。同時，人體久瀉久痢、便血崩漏易造成某些必需的元素大量流失，而禹余糧富含人體必需的元素，對治療起一定的輔助作用，這可能是禹余糧臨床療效的原因所在。

重金屬及有害元素是評價中藥安全性的重要指標，目前許多中藥都已經制定了Pb、Hg、As、Cd、Cu等元素的限量標準。本試驗結果顯示，大多數禹余糧中Pb、Cd、Hg均大于植物藥中Pb(≤5.0 mg·kg-1)、Cd(≤0.3 mg·kg-1)、Hg(≤0.2 mg·kg-1)含量的限量標準[1]，這與禹余糧礦物的來源本質有著直接的聯系。為保障禹余糧用藥的安全有效，重金屬的限量控制應引起足夠的重視，也為禹余糧藥材的炮制減毒提出了要求。

本試驗對不同礦物藥禹余糧樣品中的無機元素進行測定，并作統計分析，為禹余糧藥材的質量控制標準制定、安全性評價提供了科學的參考依據。

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Evaluation and Analysis of Inorganic Elements in Mineral Chinese Medicine Limonitum by ICP-AES after Microwave Digestion

LIU Shengjin1，YANG Huan1，LIN Ruichao3，XU Chunxiang2，TIAN Jingai4，FANG Fang1，WU Dekang1*

(1.Schoolofpharmacy，NanjingUniversityofChineseMedicine；JiangsuCollaborativeInnovationCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrialization；NationalandLocalCollaborativeEngineeringCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrializationandFormulaeInnovativeMedicine，Nanjing210023，China；2.Schoolofpharmacy，BeijingUniversityofChineseMedicine，Beijing100029，China；3.JiangsuInstituteforFoodandDrugControl，Nanjing210008，China；4.NationalInstituteforFoodandDrugControl，Beijing100050，China)

Objective：To determine and analyze the inorganic elements in Limonitum by ICP-AES after microwave digestion.Methods：Inorganic elements fingerprints were researched.Principal components and elements correlations were analyzed with the SPSS16.0 software.Results：The result showed that elements Fe，Al，Ca，K，Mg and Mn were the major elements in twenty one inorganic elements determined.Hg、Pb、Cd、Cu were detected in all samples，Se and As were not detected.Thirteen elements were selected to establish fingerprint for describing and identifying the quality of Limonitum samples.And similarity (angle cosine value) were all more than 0.90.The result showed that fourteen pairs of elements were significant positive correlated，two pairs of elements were significant negative correlated (P<0.01).There were ten pairs of elements were positive correlated，six pairs of elements were negative correlated (P<0.05).The PCA with five factors selected could be used to evaluate the quality of Limonitum and the origin places were selected.Conclution：The result showes some correlations among the inorganic elements.The presented research would have guiding significance to study other mineral medicines.

Mineral Chinese Medicine；Limonitum；ICP-AES；inorganic elements；fingerprints；PCA

10.13313/j.issn.1673-4890.2015.9.005

2015-06-15)

《中華人民共和國藥典》2015版一部標準研究課題；江蘇省高校優勢學科建設工程資助項目(二期)；江蘇高校品牌專業建設工程資助項目(PPZY2015A070)；國家自然科學基金項目(81303178)；江蘇省自然基金項目(BK20130957)

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吳德康，教授，研究方向：中藥鑒定與品質評價、礦物藥研究；Tel：(025)85811511，E-mail：wudekang2008@126.com