應用ICP-MS同時測定人參和西洋參提取物中47種元素

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(1．中國食品藥品檢定研究院，北京 100050；2．天津市藥品檢驗研究院，天津 300070)

1 引言

人參(Panax ginseng C.A. Mey.)和西洋參(Panax quinquefolium L.)均為五加科人參屬，入藥部位是植物的干燥根(和根莖)[1]。二者是親緣關系密切的異種多年生宿根草本植物，前者原產于遠東國家，尤指我國東北、朝鮮和韓國等[2]；后者原產于美國和加拿大[3]。人參和西洋參在功能主治上同為補氣，均具有較強的滋補作用，但根據中醫藥傳統理論，二者在藥性和功效上又有很大區別[4]。古醫書記載人參味甘微寒，安神定魄，止悸除邪，明目益智。現代研究表明人參在增強免疫力、抗氧化衰老、改善血管環境、降血降脂、美容美白等多個方面具有作用[5]。而西洋參味苦微甘，滋陰生津，除躁清火，且“西洋參性涼而補，凡欲用人參而不受人參之溫者皆可用之”[6]。從2002年將人參和西洋參列入“可用于保健食品的物品名單”[7]，到2012年批準人工種植的人參作為新資源食品[8]，人參和西洋參在特殊食品行業的應用愈發廣闊，目前的產品包括含片、粉劑、沖劑、膠囊、口服液、酒、茶、蜜等。人參的活性成分主要是多種人參皂苷，另含多糖、維生素、蛋白質、多肽、氨基酸及微量元素等[5]。

關于人參和西洋參的元素分析研究較多，有原子吸收光譜法(AAS)[9，10]、原子熒光光譜法(AFS)[11，12]、電感耦合等離子體光譜法(ICP-AES)[13，14]和電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)[15-17]等。AAS的譜線窄，選擇性高，但一般不能同時分析多種元素；AFS在分析砷、汞等元素時具有獨特優勢，但應用范圍有限；ICP-AES可同時分析多種元素，但痕量分析的靈敏度仍然不夠理想；ICP-MS靈敏度高，線性范圍寬，可同時快速分析多種元素，是目前高通量多元素分析的首選方法。另外，以上報道均為對人參和西洋參藥材的元素分析研究，且主要集中在幾種污染物元素和10余種常見元素，作為保健食品原料的人參和西洋參提取物的元素分析研究鮮有報道。本課題組在進行人參提取物化學成分及質量研究[18]的過程中應用微波消解-ICP-MS同時測定人參和西洋參的根及莖葉提取物中47種元素，其中包括3種常量元素(鈉Na、鎂Mg、鉀K)，11種人體必需微量元素(釩V、鉻Cr、錳Mn、鐵Fe、鈷Co、鎳Ni、銅Cu、鋅Zn、硒Se、鉬Mo、錫Sn)，15種稀土元素(釔Y、鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tm、鐿Yb、镥Lu)和18種其他元素(鋰Li、鈹Be、硼B、鋁Al、鎵Ga、砷As、銣Rb、鍶Sr、銀Ag、鎘Cd、銦In、銫Cs、鋇Ba、汞Hg、鉈Tl、鉛Pb、鉍Bi、鈾U)，考察其元素含量水平。

2 材料與方法

2.1 儀器、試劑與材料

電子天平(AL204，瑞士METTLER)；純水儀(Milli-Q3，美國Millipore)；酸蒸餾純化器(BSB-939-IR，德國Berghof)；真空干燥箱(VO200，德國Memmert)；微波消解儀(ETHOS ONE，意大利Milestone)；ICP-MS(iCAP-Qc，美國Thermo Fisher)。

硝酸(HNO3，優級純，Merck，使用前用酸蒸餾純化器進行亞沸蒸餾)；雙氧水(H2O2，優級純，Merck)；實驗用水為一級純水。

單元素標準溶液：B(GBW(E)080217)、Mo(GBW(E)080218)、Sn(GBW(E)080546)和Hg(GBW08617)，濃度均為100 μg·mL-1；多元素標準溶液(109492，德國Merck)，其中Ag、Al、As、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、Ga、In、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Rb、Se、Sr、Tl、V、U、Zn的濃度均為10 mg·L-1；稀土元素標準溶液(GSB04-1789-2004)，其中Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的濃度均為100 μg·mL-1；內標元素標準溶液：Rh(Inorganic Ventures，CGRHN1-5)和Re(Inorganic Ventures，CGRE1-5)，濃度均為1 000 μg·mL-1；生物成分分析標準物質-綠茶(GBW10052)。

21批人參根提取物、18批人參莖葉提取物、13批西洋參根提取物和4批西洋參莖葉提取物，共56批樣品分別購于13家保健食品原料生產企業，樣品為黃色或淺棕色固體粉末。

2.2 方法

2.2.1 標準溶液配制

以5%稀HNO3逐級稀釋B、Mo、Sn單元素標準溶液、多元素標準溶液和稀土元素標準溶液并進行混合，得到0、1、2、5、10、20和50 μg·L-1標準工作曲線溶液；Hg標準工作曲線溶液單獨配制，逐級稀釋配制成0、0.1、0.2、0.5、1.0 μg·L-1，混合并逐級稀釋Rh和Re標準溶液得到濃度為10 μg·L-1Rh-Re混合內標溶液。

2.2.2 樣品前處理

稱取樣品、綠茶標準物質各1 g，置于真空干燥箱(40 kPa，60 ℃)4 h進行干燥，取出后置于干燥器中至少0.5 h備用。精確稱取供試品0.5 g于聚四氟乙烯消解罐中，加入2 mLHNO3、1 mLH2O2和2 mL純水，微波消解梯度升溫至185 ℃保持30 min，冷卻至室溫后將消解液轉移至50 mL容量瓶，淋洗定容。樣品平行2份，綠茶標準物質平行5份，試劑空白溶液平行11份。

2.2.3 儀器條件

以10 μg·L-1Rh-Re混合溶液作為在線內標溶液，采用單一He碰撞KED模式對標準工作曲線溶液、試劑空白溶液、綠茶標準物質試液和試樣進行測定，每試液重復3次(儀器工作參數見表1)。對于Na、Mg、K、Mn、Fe等自然界豐度高的元素需酌情減少進樣量或進行在線稀釋。

表1 儀器工作參數

3 結果與分析

3.1 線性及檢出限

以每秒的ICP計數數值cps(counts per second)為縱坐標(C)，以標準曲線溶液濃度為橫坐標(c)，得到標準曲線；儀器檢出限為11份試劑空白溶液測定結果的3倍標準偏差，乘以稀釋倍數得相應方法檢出限，結果見表2。

表2 各元素的線性、范圍和檢出限

續表2

注：—為儀器檢出限< 10-6mg·L-1或方法檢出限<10-3mg·kg-1。

3.2 綠茶標準物質測定結果

測定值與標準值基本吻合，同時，平行5份綠茶測定值的相對標準偏差(RSD)除Be和Sn外均在10%以內，具體結果見表3。

表3 綠茶標準物質標示值與測定結果(質量分數)

續表3

注：*為質量分數× 10-2；**為質量分數× 10-9；()內的數值為參考值；—為無相應數值。

3.3 樣品測定結果與分析

不同提取物樣品的來源不同，測定結果存在一定差異，因此采用中位數對不同類型提取物中元素含量水平進行表征，按常量元素、必需微量元素、稀土元素和其他元素分類，結果見表4～7。

3.3.1 常量元素

對于3種人體必需常量元素，無論人參還是西洋參，均較多集中在根提取物中，K的分布尤為明顯；且在根提取物中K含量遠高于Na和Mg。

表4 常量元素測定結果 ×103 mg·kg-1

3.3.2 必需微量元素

對于11種人體必需微量元素，無論人參還是西洋參，均呈現根提取物含量高于莖葉提取物的規律，在根提取物中的Mn、Ni、Zn含量明顯高，而Fe在4種提取物中均較豐富。另外值得關注的是，微量元素超過一定閾值后會表現出毒性，因此GB2762-2012[19]在對消費者膳食暴露量可能產生較大影響的食品中規定了Cr、Sn的限值，以蔬菜及其制品的限值作為參考，部分西洋參根提取物中Cr含量較高，提示保健食品原料生產企業應采取質量控制措施，努力降低其含量水平。

表5 必需微量元素測定值 mg·kg-1

3.3.3 稀土元素

稀土元素對人體健康有著正反兩方面作用，研究[20]表明稀土元素對于促進生長、調節免疫、抑癌具有積極作用；另一方面，作為重金屬的稀土元素具有一定毒性，其在動植物體內蓄積并通過食物鏈進入人體，長期低劑量暴露或攝入會對人體健康產生諸多不良后果[21]。實驗測定結果顯示人參和西洋參提取物中存在一定含量的稀土元素，但不同元素間差異較大，并總體呈現出根提取物高于莖葉提取物的規律，Y、La、Ce、Nd等含量相對較高；從品種看，西洋參提取物略高于人參提取物。另外，將各元素含量乘以換算系數F后進行加和可得到稀土氧化物總量[22]，參考GB2762-2012[19]中的植物性食品中稀土限量指標，各提取物中稀土元素含量總體較低，在安全范圍之內。

表6 稀土元素測定值 ×10-3 mg·kg-1

注：—為<10-6mg·kg-1。

3.3.4 其他元素

其他18種元素中，B、Al、Rb在根提取物中含量較高，而Sr和Ba則在莖葉提取物中含量較高。另外，參考GB2762-2012[14]中As、Cd、Hg、Pb在蔬菜及其制品中的限值，部分西洋參根提取物樣品中As含量較高，生產企業應進一步加強原料的質量控制。

表7 其他元素測定值 mg·kg-1

續表7

注：—為<10-3mg·kg-1。

4 結語

應用微波消解-ICP-MS法同時測定了人參和西洋參根及莖葉提取物中47種元素，結果表明標準曲線r值在0.996 ～ 1.000 %之間，方法線性良好；對綠茶標準物質的測定結果與標準值基本吻合，定量準確；平行測定的RSD除Be和Sn外均在10%以內，精密度較好；一次實驗可同時測定47中元素，方法的選擇性高；方法檢出限≤2.045 mg·kg-1，靈敏度好。對56批人參和西洋參提取物主要金屬和類金屬元素的考察結果按常量元素、必需微量元素、稀土元素和其他元素進行分類，從營養元素和食品污染物等角度分析了當前提取物中各元素的含量水平，并為進行生物活性研究提供了參考依據。本研究以市售17個廠家的56批提取物為樣品，目前人參和西洋參提取物暫無檢驗標準和產品標準來控制其內在質量，生產企業大多參考藥典和《保健食品檢驗與評價技術規范》[23]并結合客戶要求建立內控質控，希望本研究有助于企業加強質量控制，提高產品質量。采用ICP-MS同時分析大量元素時應合理選擇分析模式及用于定量的同位素，以使待測離子信號強而干擾離子信號弱，從而提高方法選擇性。另外，特別應注意內標元素的選擇，以待測物中該元素豐度極低為佳，內標元素的質核比和響應值也應盡可能與被測元素接近。