貴州不同產(chǎn)地前胡24種無機元素評價分析

姜 濤，姚藝新，劉子禎，陳林明，陳學敏，林曉坤，陳丹純，陳欣欣

(康美藥業(yè)股份有限公司，廣東 普寧 515300)

前胡來源于傘形科植物白花前胡PeucedanumpraeruptorumDunn的干燥根，其功效為“降氣化痰，散風清熱”，中醫(yī)臨床上用于痰熱喘滿、略痰黃稠、風熱咳嗽痰多[1]。貴州是前胡的主產(chǎn)區(qū)之一，近幾年貴州在前胡的種植上狠下功夫，產(chǎn)量有了較大提高，貴州產(chǎn)前胡是目前前胡市場的主流商品之一。

研究中藥所含無機元素的含量是中藥現(xiàn)代化關注的焦點之一。無機元素可分為營養(yǎng)元素和重金屬有害元素，這些無機元素具有兩面性，在植物體內，有維持正常生理活動的必須礦質元素(也就營養(yǎng)元素)，如B、Mg、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Mo等[2]；但這些必須礦質元素有一部分是重金屬元素，如Zn、Fe、Cu等，人體過量攝入會損害身體健康[3-5]。關于中藥重金屬及有害元素的安全性問題，目前主要是對鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、銅(Cu)、砷(As)等元素進行限量[3]；但在食品中除了上述的5種重金屬及有害元素之外，Al、Zn、Fe等元素的限量要求也是食品安全的重點關注問題之一[4-6]。說明中藥可能也有潛在的多種重金屬的安全性問題，需要引起重視。除此之外，無機元素還具有極強的形成配合物的能力，易與生物體內含氮、氧、硫的配體形成配位鍵，協(xié)調體內物質平衡，這些都表明無機元素的種類和含量對藥效的發(fā)揮具有一定的協(xié)同作用[7-10]。

1 儀器與試劑

CEM MARS6 型微波消解儀(德國 Berghof 公司)；7900型電感耦合等離子體質譜(ICP-MS，美國安捷倫公司)；BAS2245 型電子分析天平(德國賽多利斯公司)；DHG-9013A電熱鼓風干燥箱(上海一恒儀器有限公司)；Milli-Q 型超純水機(Millipore Bedford MA，美國)。

SPEXertificate 9種標準溶液包含Mo、Pd、Re、S、Sb、Si、Sn、Ti、W(批號1-194AB，美國SPEX公司)；SPEXertificate 24種標準溶液包含B、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Ba、W(批號2-192AB，美國SPEX公司)，質量濃度1 000 μg/mL；內標溶液：73Ge(批號 GSB 04-1728-2004)、115In(批號 GSB04-1731-2004)、209Bi(批號 GSB 04-1719-2004)的單元素標準溶液(1 000 μg/mL)，購于中國計量科學研究院國家標準物質研究中心；濃硝酸為MOS級(天津市科密歐化學試劑有限公司)；超純水由ULUP-IV-10T型優(yōu)普超純水器(四川優(yōu)普超純科技有限公司)制備。

21份樣品分別從貴州省畢節(jié)市、遵義市、福泉市、銅仁市收集，其中編號1、4、7，2、5、8，3、6、9分別收集于同一產(chǎn)地的同一棵植物，樣品7-21均由康美藥業(yè)股份有限公司質量管理部劉茂貴主任藥師鑒定為傘形科植物白花前胡PeucedanumpraeruptorumDunn的干燥根。樣品來源信息詳見表1。

表1 貴州不同產(chǎn)地前胡的樣品信息

2 方法

2.1 樣品預處理

取樣品粉末 0.2 g(80目)，精密稱定，放入聚四氟乙烯消解罐中，置于通風櫥，加入濃硝酸8 mL，放置過夜。第2天放入微波消解儀中，按設定的消解程序處理：先經(jīng)10 min由室溫升溫至130 ℃，并維持5 min消解，然后10 min由130 ℃升溫至165 ℃，并維持10 min消解，然后15 min由165 ℃升溫至180 ℃，并維持30 min消解。消解完畢后，冷卻至室溫，取出消解罐，在通風櫥中將酸揮盡，轉移用去離子水定容至 50 mL。同步以濃硝酸 8 mL做空白試驗。

2.2 測定條件優(yōu)化

儀器自動調諧設定工作參數(shù)，以靈敏度、背景、穩(wěn)定性等各項指標對儀器的工作參數(shù)進行優(yōu)化。測定條件：等離子射頻功率1 550 W，等離子氣體 15 L/min，輔助氣體流量1 L/min，霧化氣流量1 L/min，補償/稀釋氣體1 L/min，霧化室溫度 2 ℃，蠕動泵速度0.3 rps。積分時間1 s，延遲時間1 s，重復次數(shù)3次；測量方式：標準曲線法；讀數(shù)方式：峰強。以73Ge、115In、209Bi為內標，監(jiān)測信號的變動情況，能有效克服儀器信號的漂移和校正基體效應。

2.3 標準曲線的制備

取Mo、Pd、S、Sb、Si、Sn、Ti、W的混合標準品母液，標記為混標 1；取元素 B、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Ba的混合標準品母液，標記為混標 2，分別用5%HNO3和5%HNO3作空白溶液，把母液稀釋成5、10、20、50、100 μg/mL。

根據(jù)試樣中待測元素的水平配制標準溶液，依次測定 24種無機元素的系列質量濃度標準溶液，加入73Ge、115In、209Bi內標溶液，同時配制標準空白溶液。以標準品質量濃度為橫坐標(X)，以待測元素分析峰信號值與內標元素參比峰響應值的比值為縱坐標(Y)，繪制標準曲線，得各元素標準品的回歸方程、相關系數(shù)和線性范圍。結果各元素在0～100 μg/L范圍內線性良好，詳見表2。

富察氏掃了殿中一眼，嘆了口氣：“是青福晉安排的吧？果然事事妥帖?！彼娝匦挠行┎环?，看向青櫻道，“你做得甚好，月福晉說我累了……唉，我當為后宮命婦表率，怎可在眾人面前累暈了？只怕那些愛興風作浪的小人，要在后頭嚼舌根說我托懶不敬先帝呢。來日太后和皇上面前，我怎么擔待得起？”

表2 24種無機元素的線性回歸方程，相關系數(shù)，檢出限和線性范圍

2.4 方法學考察

2.4.1 精密度試驗 取混標1和混標2，分別連續(xù)進樣6次測定本研究涉及到的元素含量，24種無機元素的RSD值分別為1.54%、2.34%、1.33%、3.65%、3.02%、1.48%、2.33%、1.47%、1.32%、1.46%、1.23%、1.76%、1.29%、1.43%、0.78%、0.49%、2.11%、3.41%、2.98%、1.67%、1.59%、1.88%、1.77%、1.27%，表明儀器的精密性良好。

2.4.2 重復性試驗 精密稱取同一份前胡樣品6份，制成供試品溶液，測定24種元素的含量。RSD值分別為 1.62%、1.43%、1.45%、1.90%、1.27%、1.66%、0.98%、2.65%、2.31%、1.09%、2.22%、1.45%、1.72%、1.48%、3.47%、3.12%、3.56%、2.15%、2.18%、2.01%、0.81%、1.12%、2.44%、1.25%，說明方法的重復性良好。

2.4.3 穩(wěn)定性試驗 取同一份前胡樣品的待測溶液，分別于 0、4、8、12、16、20、24 h測定 24種元素的含量。RSD值分別為 1.90%、1.45%、1.65%、1.10%、2.01%、1.47%、2.13%、1.08%、2.74%、3.01%、2.23%、2.09%、2.29%、1.41%、2.13%、1.61%、1.35%、1.28%、2.61%、2.32%、2.50%、2.13%、1.61%、2.33%，表明待測溶液在 24 h內穩(wěn)定。

2.4.4 加樣回收率試驗 精密稱取已測定的前胡樣品0.2 g，6份，精準加入一定量的各元素標準溶液，測定其含量，計算24種元素的回收率分別為 96.90%、99.30%、100.08%、102.15%、99.32%、104.15%、103.17%、104.45%、102.31%、101.04%、102.25%、102.71%、103.53%、100.44%、103.96%、101.37%、98.36%、104.17%、103.45%、102.31%、97.01%、98.15%、101.22%、98.27%。其RSD值分別為1.45%、2.12%、1.68%、2.61%、1.55%、3.01%、1.09%、2.07%、2.11%、1.67%、1.72%、1.98%、2.65%、2.77%、2.44%、2.35%、2.01%、3.05%、2.92%、1.64%、1.88%、2.15%、2.31%、2.50%，說明方法的準確性高。

2.5 樣品測定

按照 “2.1.1” 項制備前胡樣品的供試品溶液；在設定的實驗條件下，測定供試品溶液中這24種無機元素的含量。21份樣品中24種無機元素的含量，見表4。

2.6 計算

富集系數(shù)(BCF)= 植物無機元素的含量 / 土壤的背景值 × 100%

平均富集系數(shù)=(BCF1+BCF2+BCF3)/3×100%

注：1、2、3分別為不同樣品。

表3 貴州不同部位和不同產(chǎn)地前胡24種無機元素的含量 (mg/kg)

3 結果分析

3.1 前胡地上部分、土壤、根24種無機元素的含量比較

前胡各部分無機元素的含量比較，見表4。前胡地上部分、土壤、根的24種無機元素中，土壤>根>地上部分的無機元素有B、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Se。土壤 >地上部分 >根的無機元素有Mn、Cu、Zn、As、Pd、Ba。地上部分 >根 >土壤的無機元素有S、K、Ca。地上部分 >土壤 >根的無機元素有Sr、Cd、Sn。Mo，土壤 >地上部分 =根的無機元素。

表4 前胡土壤、根、地上部分24種無機元素的平均值和根、地上部分的無機元素平均富集系數(shù) (n=3，mg/kg)

地上部分24種無機元素的富集系數(shù)從大到小依次為：Ca>Cd>S>Sn>K>Sr>Cu>Zn>Si>B>Ba>Mg>Mn>Mo>As>Se>Ti>V>Fe>Al>Co>Cr>Ni>Pd。

根24種無機元素的富集系數(shù)從大到小依次為：S>K>Ca>B>Si>Sr>Mg>Cd>V>Se>Ba>Ti>Cu>Fe>Zn>Al>Co>Mn>Mo>As>Cr>Ni>Pd>Sn。

采用單因素方差分析的LSD多重比較分析結果，見表5。

表5 單因素方差分析的LSD多重比較分析結果

(續(xù)表5)

Mg、S、K地上部分、根、土壤之間存在極顯著性差異(P<0.01)。Se，地上部分與根存在顯著性差異(P<0.05)，地上部分與土壤、根和土壤存在極顯著性差異(P<0.01)。Sn，根與土壤存在顯著性差異(P<0.05)，地上部分分別與根、土壤存在極顯著性差異(P<0.01)。Si、Ca、Sr、Cd地上部分分別與根、土壤存在極顯著性差異(P<0.01)。B，地上部分與土壤存在顯著性差異(P<0.05)，地上部分與根存在極顯著性差異(P<0.01)。Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ba，土壤分別與地上部分、根存在極顯著性差異(P<0.01)。As、Mo，土壤分別與地上部分、根存在顯著性差異(P<0.05)。Zn，地上部分與根存在顯著性差異(P<0.05)，根與土壤存在極顯著性差異(P<0.01)。Cu，根和土壤存在顯著性差異(P<0.05)。其余之間的差異無統(tǒng)計學意義。

3.2 貴州前胡無機元素特征圖譜的建立

由于Mg、Al、S、K、Fe在前胡中的含量較高，在表4的結果中換算成μg/mg，其余元素不變，得到15份前胡樣品24種無機元素的特征圖譜和前胡24種無機元素的平均特征圖譜(圖1，圖2)。說明從整體的角度來看，貴州前胡24種無機元素的圖譜的特征性強。

圖1 15份前胡樣品24種無機元素的特征圖譜

圖2 前胡24種無機元素的平均特征圖譜

3.3 貴州不同產(chǎn)地前胡24種無機元素的主成分分析

主成分分析可以通過降維方式，綜合多指標形成一個新的指標，并可以分析各個指標與綜合指標的相關性。前5個主成分的累積百分比為85.53%(>85%)，初始特征值分別為8.644、4.132、3.464、2.839、1.448，根據(jù)得到總方差的解釋和成分矩陣，計算5個主成分的表達式，分別用Z1、Z2、Z3、Z4、Z5，把5個主成分相加，得到總的表達式：Z總=(8.644*Z1+ 4.132*Z2+ 3.464*Z3+ 2.839*Z4+1.448*Z5)/ 5=1.028*B + 0.148* Mg + 1.629* Al +0.319* Si-0.654* S +1.169* K+1.196* Ca+0.535*Ti+1.709*V+0.931*Cr+0.416*Mn+1.736*Fe+1.819*Co+1.644*Ni+1.861*Cu-0.091*Zn-0.102*As+1.578*Se+1.583*Sr-0.627*Mo-0.334*Pd-1.026*Cd+0.324*Sn+0.948*Ba

在Z總表達式中，以每種元素的系數(shù)來代表每種元素與主成分分析綜合得分的相關性，根據(jù)Z總表達式可以看出，呈正相關的元素的相關性從大到小依次為Cu、Co、Fe、V、Ni、Al、Sr、Se、Ca、K、B、Ba、Cr、Ti、Mn、Sn、Si、Mg；呈負相關的元素的相關性從大到小依次為Zn、As、Pd、Mo、S、Cd。見表6。

表6 15份樣品主成分分析的綜合得分值排序

以主成分分析的綜合得分為指標，15份樣品從大到小依次為7、10、9、19、15、8、18、14、20、12、13、11、17、21、16。畢節(jié)黔西(4 605.67，n=4)>遵義紅花崗(3 858.28，n=2)>遵義綏陽(3 363.1，n=5)>銅仁德江(2 715.14，n=2)>福泉黎平(2 223.28，n=2)。

把15份貴州前胡的樣品，24種無機元素的含量取平均值，代入Z總，分別計算每種元素在主成分分析綜合得分的占的百分比，24種無機元素對主成分分析綜合得分的貢獻率主要是K(46.78%)、Al(27.51%)、Fe(24.22%)、Mg(4.20%)、Ca(1.03%)、S(-4.70%)，其余無機元素的貢獻率較小。見表7。

表7 24種無機元素與主成分分析綜合得分的百分比

4 討論

B、Mg、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Mo是植物生長過程中的必須礦質元素[2]，在富集系數(shù)大于50%的無機元素中，前胡地上部分有Ca、S、K、Cu、Zn、Si；前胡根有S、K、Ca、B、Si、Mg；說明前胡無論是根還是地上部分，在生長過程中對必須礦質元素Ca、S、K、Si的富集作用強，但是富集系數(shù)不同，說明富集能力有所差異。此外，富集元素的種類也有所差異。說明在同一植物，不同部位的無機元素富集元素的種類和富集作用有相似之處，也有不同之處，可能與植物自身的生理活動有關。

關于中藥重金屬元素的安全性問題，目前只有對Pb、Cd、As、Hg、Cu這5種元素進行限量要求[3]。雖然Fe、Zn、Cu是植物生長過程中必須的礦質元素，但也屬于重金屬元素，過多的攝入對人體有害。Fe、Zn參考食品的標準，貴州不同產(chǎn)地前胡的Fe含量均符合GB15200-1994的限量要求(最高標準 ≤5 mg/kg)[4]，Zn含量符合GB 13106-1991的限量要求(最高標準 ≤5 mg/kg)[5]，Cu含量符合WM/T2-2004的限量要求(≤20 mg/kg)標準規(guī)定[3]。Cd、Sn、Sr、Ba、As、Ti、V、Co、Cr、Pd是重金屬元素，前胡根Cd(≤0.3 mg/kg)、As(≤2 mg/kg)均符合規(guī)定[3]，但是對Cd(BCF =37.59%)還是有一定的富集能力，說明前胡還是有潛在Cd的安全性問題。Al是輕金屬，根據(jù)GB 15202-1994標準要求≤100 mg/kg。前胡根的AlBCF為16.07%，說明前胡對Al的富集能力不強。主要是由于土壤中Al含量太高，導致前胡中Al含量均不合格[6]。目前在臨床上大部分中藥是以水煎劑為主，對于Pb、Cd、As、Hg、Cu、Fe、Zn、Al等重金屬元素的安全性問題，建議要綜合考慮重金屬溶出率的問題，才能進一步明確其安全性問題，不能一味地以食品標準來限定要求。但如果中藥作為粉劑使用，那么中藥的重金屬及有害元素的安全性問題需要引起重視。不同的情況需要區(qū)別對待。Se是人體必需的微量元素，具有抗氧化、抗腫瘤、提高機體免疫力等顯著生理功能，前胡根對Se(BCF=26.78%)具有一定的富集作用，同時畢節(jié)的土壤是富Se的土壤(不少于0.4 mg/kg)，Se的不同形態(tài)的生理作用有所不同，對于貴州畢節(jié)前胡中Se的作用，需要進一步研究[11-13]。

貴州不同產(chǎn)地前胡的24種元素含量有所差異，以主成分分析的綜合得分代表無機元素的豐富性，畢節(jié)黔西 > 遵義紅花崗 > 遵義綏陽 > 銅仁德江> 福泉黎平，說明貴州不同產(chǎn)地前胡無機元素具有多樣性。在主成分分析中，24種無機元素對主成分分析綜合得分的貢獻率主要是K、Al、Fe、Mg、Ca、S。Mg能擴張冠狀動脈，改善心肌代謝等[14]；Fe參與體內的正常造血功能[15]；S對人的頭發(fā)、指甲和皮膚具有保養(yǎng)作用[16]；K具有保護心臟的作用[17]；Ca是牙齒和骨骼的重要組成元素，能促進凝血酶的激活和凝血過程，對心血管具有保護作用等[18]；Al未見相關生理作用的報道。前胡具有“降氣化痰，散風清熱”的作用，中醫(yī)臨床上用于痰熱喘滿、略痰黃稠、風熱咳嗽痰多。現(xiàn)代研究表明，前胡有鎮(zhèn)咳祛痰作用，可通過松弛支氣管平滑肌，抑制過敏介質的釋放，用于上呼吸道感染疾病的治療，同時具有抗心肌缺血、保護心肌、擴張血管等心血管方面的作用[19]。鎮(zhèn)咳祛痰作用與前胡的功效直接相關，但無相關元素有相似的生理作用。雖然前胡和Mg、K、Ca都有心血管方面的作用，但是與臨床功效無直接關聯(lián)，是否相關需要進一步的深入研究。