ICP—OES法同時測定煅爐甘石中氧化鋅及13種金屬元素雜質(zhì)的含量

謝凱 楊洋 薛汝增 徐單單 鄭公銘 王如意 李志平

摘 要 目的：建立同時測定煅爐甘石中氧化鋅及13種金屬元素雜質(zhì)含量的方法。方法：經(jīng)硝酸、氫氟酸微波消解后，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定。發(fā)射功率為1 300 W，載氣流量為15 L/min，輔助氣流量為0.1 L/min，蠕動泵速為0.8 L/min，霧化氣流量為0.8 L/min，霧化器壓力為315 kPa，以軸向觀察方式在不同波長下檢測。結果：鋁、砷、鋇、鈣、鎘、鈷、鉻、銅、鐵、汞、鎂、錳、鉛、鋅檢測質(zhì)量濃度線性范圍為0.001～4.000 μg/mL（r為0.999 2～0.999 8）；定量限為0.000 7～0.044 0 μg/mL，檢測限為0.000 2～0.013 2 μg/mL；中間精密度、穩(wěn)定性、重復性試驗的RSD均小于4%；加樣回收率為86.1%～116.9%（RSD為0.9%～3.6%）；耐用性試驗的RSD均小于5%。結論：該方法操作簡便、準確，精密度、穩(wěn)定性、重復性、耐用性好，可用于煅爐甘石中氧化鋅及13種金屬元素雜質(zhì)含量的同時測定。

關鍵詞 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；煅爐甘石；氧化鋅；金屬元素雜質(zhì)

中圖分類號 R927.1；R282 文獻標志碼 A 文章編號 1001-0408（2018）16-2179-05

ABSTRACT OBJECTIVE： To establish a method for simultaneous determination of zinc oxide and 13 metallic element impurities in calcined calamine. METHODS： After microwave digestion of nitric acid and hydrofluoric acid， inductively coupled plasma atomic emission spectrometry （ICP-OES） was used to determine the content of various metallic element in calamine with emssive power of 1 300 W， carrier gas current flow of 15 L/min， auxiliary gas current flow 0.1 L/min， peristaltic pump flow of 0.8 L/min， atomizing air current flow of 0.8 L/min， atomizer pressure of 315 kPa and axial observation at different wavelengths. RESULTS： The linear range of Al， As， Ba， Ca， Cd， Co， Cr， Cu， Fe， Hg， Mg， Mn， Pb， Zn in calamine were 0.001-4.000 μg/mL （r were 0.999 2-0.999 8）. The quantitation limit ranged 0.000 7-0.044 0 μg/mL， detection limits ranged 0.000 2-0.013 2 μg/mL. RSDs of intermediate precision， stability and repeatability tests were all lower than 4%. The recoveries were 86.1%-116.9% （RSDs were 0.9%-3.6%）. RSDs of durability tests were all lower than 5%. CONCLUSIONS： The method is simple， accurate， precise， stable， reproducible and durable， and it is can be used for simultaneous determination of zinc oxide and 13 metallic element impurities in calcined calamine.

KEYWORDS Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry； Calcined calamine； Zinc oxide； Metallic element impurity

爐甘石洗劑是常用的皮膚科混懸型洗劑，局部外用具有斂瘡、抑菌、止癢、消炎等作用[1-2]，臨床多用于丘疹、濕疹、痱子、蕁麻疹、褥瘡等皮膚病的治療。其主要原料煅爐甘石主要由爐甘石（菱鋅礦、水鋅礦等天然礦物加工）煅制而成[3]。研究表明，我國大部分地區(qū)的菱鋅礦、水鋅礦均為鉛鋅礦次生氧化礦物，因此在爐甘石中難免混有鉛（Pb）、鎘（Cd）等有害重金屬元素[4]，長期用藥可引起人體內(nèi)重金屬積蓄，引發(fā)毒副反應。此外，爐甘石中常混有鎂（Mg）、鋁（Al）、鈣（Ca）、鐵（Fe）、銅（Cu）等豐度較高的金屬元素，可與復方制劑中的其他藥物成分發(fā)生沉淀或絡合反應，導致藥效降低。目前，2015年版《中國藥典》（一部）僅要求對爐甘石（煅爐甘石）中的有效成分氧化鋅（ZnO）作含量測定，尚無對其他金屬元素雜質(zhì)作測定的規(guī)定[5-6]。因此，本課題組嘗試采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）同時測定煅爐甘石中ZnO及Al、砷（As）、鋇（Ba）、Ca、Cd、鈷（Co）、鉻（Cr）、Cu、Fe、汞（Hg）、Mg、錳（Mn）、Pb等13種金屬元素雜質(zhì)的含量，為提高爐甘石（煅爐甘石）的質(zhì)量標準提供一定參考。

1 材料

1.1 儀器

Optima 7000DV型ICP-OES儀（美國PE公司）； MDS-6型微波消解儀（上海新儀微波化學科技有限公司） ；Milli-Q型超純水系統(tǒng)（美國Millipore公司）；XSE型十萬分之一電子分析天平（瑞士Mettler-Toledo公司）。

1.2 藥品與試劑

煅爐甘石粉末（上海京華化工廠有限公司，批號：201708271、201705031、201703281、201707041、201610251）；Al、As、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Pb、Zn混合標準液（上海市計量測試技術研究院，批號：SGB-YYA220011，各元素質(zhì)量濃度均為1 g/L）；Hg標準液（中國計量科學研究院，批號：GBW08617，質(zhì)量濃度：1 g/L）；硝酸、氫氟酸為超高純，其余試劑均為分析純，水為純化水（電阻率≥18.2 MΩ·cm）。

2 方法與結果

2.1 ICP-OES條件

發(fā)射功率：1 300 W；載氣流量：15 L/min；輔助氣流量：0.1 L/min；蠕動泵速：0.8 L/min；霧化氣流量：0.8 L/min；霧化器壓力：315 kPa；觀察方式：軸向觀察；檢測波長：369.232 nm（Al）、197.185 nm（As）、233.527 nm（Ba）、315.887 nm（Ca）、226.502 nm（Cd）、228.616 nm（Co）、267.716 nm（Cr）、327.413 nm（Cu）、238.204 nm（Fe）、254.605 nm（Hg）、285.213 nm（Mg）、257.610 nm（Mn）、220.353 nm（Pb）、206.433 nm（Zn）。

2.2 溶液的制備

2.2.1 標準溶液 精密量取“1.2”項下混合標準液適量，用5%硝酸溶液進行逐級稀釋，得質(zhì)量濃度分別為0.005、0.010、0.020、0.040、0.080、0.200、0.600、1.000、2.000、4.000 μg/mL的系列混合標準溶液。精密量取“1.2”項下Hg標準液適量，用5%硝酸溶液稀釋，得質(zhì)量濃度分別為0.001、0.01、0.1、1、2、3、4、5 ng/mL的系列Hg標準溶液（為了降低Hg在檢測中產(chǎn)生的記憶效應，需單獨配制低質(zhì)量濃度的標準溶液）[7]。

2.2.2 供試品溶液 精密稱取煅爐甘石粉末樣品1 g，置于聚四氟乙烯消解罐中，加6 mL硝酸和1 mL氫氟酸密封浸泡過夜，次日進行微波消解（消解程序[8]見表1）。消解完畢后在110 ℃下加熱趕酸120 min，待冷卻后取出。將消解液轉移至 25 mL 量瓶中，用水定容，用于測定各金屬元素雜質(zhì)的含量； 取上述溶液1.0 mL用水定容至50 mL，用于測定Zn的含量。

2.2.3 空白對照溶液 缺煅爐甘石粉末樣品，其余按“2.2.2”項下方法從“加6 mL硝酸……”開始操作，制備空白對照溶液。

2.3 線性關系考察

精密量取“2.2.1”項下系列混合標準溶液和系列Hg標準溶液各適量，按“2.1”項下ICP-OES條件進樣測定，記錄儀器響應值。以待測元素質(zhì)量濃度（x，μg/mL）為橫坐標、儀器響應值（y）為縱坐標進行線性回歸，回歸方程、線性范圍見表2。

2.4 定量限與檢測限考察

取“2.2.3”項下空白對照溶液適量，按“2.1”項下ICP-OES條件連續(xù)進樣測定11次，記錄儀器響應值并計算其標準偏差，分別以10倍、3倍標準偏差對應的各待測元素質(zhì)量濃度作為定量限、檢測限，結果見表2。

2.5 中間精密度試驗

由2名分析員分別在不同日期精密稱取煅爐甘石粉末樣品（批號：201708271）適量，按“2.2.2”項下方法制備供試品溶液，各6份，再按“2.1”項下ICP-OES條件在不同儀器上連續(xù)進樣測定，記錄儀器響應值。結果，Al、As、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mg、Mn、Pb、Zn儀器響應值的RSD 為1.2%～3.6%（n=6），表明本方法中間精密度良好。

2.6 穩(wěn)定性試驗

取“2.2.2”項下供試品溶液（批號：201708271）適量，分別于室溫下放置0、2、4、6、12、24 h時按“2.1”項下ICP-OES條件進樣測定，記錄儀器響應值。結果，Al、As、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mg、Mn、Pb、Zn儀器響應值的RSD為1.9%～3.3%（n=6），表明供試品溶液在室溫下放置24 h內(nèi)基本穩(wěn)定。

2.7 重復性試驗

精密稱取煅爐甘石粉末樣品（批號：201708271）適量，按“2.2.2”項下方法制備供試品溶液，共6份，再按“2.1”項下ICP-OES條件進樣測定，記錄儀器響應值。結果，Al、As、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mg、Mn、Pb、Zn儀器響應值的RSD為2.0%～3.5%（n=6），表明本方法重復性良好。

2.8 加樣回收率試驗

取已知含量的煅爐甘石粉末樣品（批號：201708271）適量，共9份，分別加入低、中、高質(zhì)量濃度的待測元素標準溶液，按“2.2.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.1”項下ICP-OES條件進樣測定，記錄儀器響應值并計算加樣回收率，結果見表3。

2.9 耐用性試驗

2.9.1 發(fā)射功率考察 精密稱取樣品（批號：201707041）適量，按“2.2.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.1”項下ICP-OES條件（分別設置發(fā)射功率為1 200、1 300、1 400 W）進樣測定，記錄儀器響應值并計算其中各元素含量。結果，Al、As、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mg、Mn、Pb、Zn含量平均值分別為511.80、84.30、18.27、936.32、21.75、4.44、13.91、48.80、823.82、3.92、2 246.94、207.29、119.52、474 868.25 ng/g，RSD為1.3%～3.9%，表明當發(fā)射功率發(fā)生一定程度變化時，本方法能滿足試驗要求，耐用性良好。

2.9.2 載氣流量考察 精密稱取樣品（批號：201707041）適量，按“2.2.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.1”項下ICP-OES條件（分別設置載氣流量為14、15、16 L/min）進樣測定，記錄儀器響應值并計算樣品中各元素含量。結果，Al、As、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mg、Mn、Pb、Zn含量平均值分別為527.15、86.83、18.22、954.41、22.40、4.51、14.33、50.27、838.53、4.04、2 284.35、213.50、120.11、475 325.08 ng/g，RSD為2.2%～4.3%，表明當載氣流量發(fā)生一定程度變化時，本方法能滿足試驗要求，耐用性良好。

2.10 樣品含量測定

取5批樣品各適量，分別按“2.2.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.1”項下ICP-OES條件進樣測定，平行測定3次，記錄儀器響應值并計算樣品中ZnO及各元素雜質(zhì)的含量，結果見表4、表5。

3 討論

樣品消解是ICP-OES法測定前處理的關鍵步驟，為了使樣品完全消解，除了使用高純度的硝酸，還需根據(jù)樣品理化性質(zhì)特點額外加入其他強酸作進一步處理，包括鹽酸、硫酸、高氯酸和氫氟酸等。考慮到煅爐甘石的原料菱鋅礦和水鋅礦常與硅鋅礦形成共生礦物，難以徹底分離[9]，本試驗在消解過程中加入氫氟酸，目的是溶解樣品中混有的硅酸鹽、二氧化硅等雜質(zhì)，通過反應生成易揮發(fā)的四氟化硅，從而避免硅元素對測定造成干擾[10]。由于氫氟酸對玻璃具有強腐蝕性，而ICP-OES儀器中的等離子炬管由石英制成，為了避免石英炬管在測定過程中受到腐蝕，因此樣品消解后須進行較長時間加熱，盡可能使殘留的氫氟酸揮發(fā)完全。

ICP-OES測定按分光器設置的方向不同，可分為軸向和徑向兩種觀察方式。兩種觀察方式各有優(yōu)缺點，需根據(jù)樣品的理化性質(zhì)特點進行選擇才能獲得理想的測定結果。一般而言，軸向觀察采集的是樣品在原子化或離子化過程中的所有信號，包括等離子火焰的分析區(qū)、尾焰等部分，靈敏度較高，但干擾較大，適合觀察基體相對簡單、待測成分含量較低的樣品。徑向觀察主要采集火焰分析區(qū)中較強的信號，靈敏度相對較低，但由于排除了尾焰中低能量譜線的影響，因此背景干擾較小，適合分析基體復雜、待測成分含量較高的樣品或堿金屬和堿土金屬等易電離的元素[11-12]。由于本研究意在測定煅爐甘石中各種含量各異的雜質(zhì)金屬元素，綜合考慮檢測波長、靈敏度等因素，選擇軸向觀察較為適合。

在2015年版《中國藥典》中爐甘石（煅爐甘石）歸類于藥材飲片收載于一部，而藥用ZnO則歸為化學藥品收載于二部。由于爐甘石的藥效成分主要為ZnO，因此同藥用ZnO一樣均可采用乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-Na2）絡合滴定法測定ZnO的含量[5]。藥用ZnO除了要求測定藥效成分ZnO的含量（不小于99.0%），還需使用比色法檢查鐵鹽、鉛鹽、砷鹽等雜質(zhì)，而對煅爐甘石卻未作出相似的要求，可見煅爐甘石的質(zhì)控項目少于藥用ZnO。嚴格的質(zhì)量控制是保證藥品安全、有效的前提，除了確保煅爐甘石中的有效成分ZnO含量達標，對其他金屬元素雜質(zhì)的控制也非常重要，若As、Pb、Cr、Hg等重金屬元素的含量超標可能會引發(fā)毒性反應；此外，Ca、Cu、Fe、Mn等金屬元素可能與復方制劑中的其他成分發(fā)生化學反應，包括生成難溶性鹽或者絡合物，導致藥效降低。由此可見，增加檢測項目控制煅爐甘石中金屬元素雜質(zhì)的含量具有實際意義。由于ICP-OES法只能測定金屬離子的含量，并不能直接測定ZnO的含量，因此需將Zn的含量換算成ZnO的含量。本研究結果表明，各批樣品ZnO的含量均達到60%以上，符合2015年版《中國藥典》中ZnO含量不少于56%的規(guī)定[5]，同時，Ba、Ca、Fe、Pb等金屬元素雜質(zhì)的含量也符合相關規(guī)定[13-14]。由此說明，本課題組采購的煅爐甘石中含量較高的雜質(zhì)是Mg、Ca、Fe、Al等豐度較高的元素。而含量較高的重金屬元素主要為Pb。這是由于爐甘石的原料菱鋅礦主要產(chǎn)于鉛鋅礦床的氧化帶，且菱鋅礦中的Zn常被Mg、Ca、Fe、Al和Pb等元素所取代，因而導致這幾種金屬元素較多地被引入到藥材中，由此可見，要提高藥材的質(zhì)量，降低雜質(zhì)的含量，生產(chǎn)企業(yè)需對采集原料的礦源進行優(yōu)選和提高礦物的分選技術。

本研究采用ICP-OES法對煅爐甘石中ZnO及13種金屬元素雜質(zhì)進行測定，經(jīng)各項方法學驗證表明，本方法能夠同時準確、靈敏地測定其中多種金屬元素，可作為提高爐甘石（煅爐甘石）質(zhì)量標準的有效檢測方法。

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（收稿日期：2018-03-01 修回日期：2018-03-21）

（編輯：張 靜）