ICP-MS 法測定不同產地烏蕨5 種重金屬

陳 明,段 萍,萬紅才,劉曉艷,羅洪蓮,徐作剛

(1.黔南民族醫學高等專科學校,貴州 都勻 558000;2.黔南州檢驗檢測院,貴州 都勻 558000)

在保障人類健康及用藥安全的大背景下,國家有關部委對藥用植物及制劑中殘留有害重金屬制訂并完善了相應的質量控制標準。由于中藥的使用周期一般比化學藥要長,容易出現重金屬體內蓄積,因此中藥材的重金屬污染防控工作尤其應該受到普遍關注。烏蕨作為近年來研究較多且具有開發應用前景的藥用植物,對其有害元素的控制也應引起高度重視。

烏蕨Stenoloma chusanum (L.) Ching.為鱗始蕨科烏蕨屬的多年生草本植物,又名雉雞尾、烏韭、大葉金花草、石青葦等,在長江流域以南如廣西、湖南、湖北、江西、安徽、廣東、福建、浙江、云南、貴州、四川、重慶等省市區均有分布。烏蕨蘊藏量較大,在很多地方的藥物志中均有收載,民間稱其為萬能解毒藥,也是苗醫常用的藥物,具有悠久的臨床用藥歷史和確切的療效。烏蕨主治感冒發熱、腸炎、痢疾、食物中毒、燒傷燙傷、農藥中毒等；野外受傷或遇蛇咬,可就近取葉揉碎敷于傷口暫緩病情發展。近期報道烏蕨還具有降血糖、抗腫瘤的作用[1-2]。

2020 年版《中國藥典》 一部[3]及《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》[4]對藥用植物重金屬含有量有明確的限度規定,但迄今為止未見到國內外關于烏蕨中重金屬元素的研究報道。為深入挖掘烏蕨的應用價值,保障用藥安全,課題組對不同產地烏蕨中重金屬含有量進行研究,擬建立微波消解處理樣品、電感耦合等離子質譜法(ICPMS) 測定烏蕨樣品中銅、砷、鎘、汞、鉛單元素含有量的方法,并進行方法學驗證,以期為烏蕨質量控制體系的完善提供參考。

1 材料

1.1 儀器 Agilent 7800 ICP-MS、Agilent G3292A 冷水循環機(美國Agilent 公司)；ETHOS UP 微波消解儀、VB24 UP智能樣品處理儀(北京萊伯泰科科技有限公司)；Mettler Ag 135 電子天平(瑞士梅特勒科技有限公司)。

1.2 標準物質與試劑 銅、砷、鎘、汞、鉛混合標準溶液(GNM-M05063-2013,批號19D4470,1 000 μg/mL)、鍺、銦、鉍混合標準溶液(批號151c42-1,1 000 μg/mL)、金元素(GSB04-1715-2004,批號191082-1,1 000 μg/mL),均購于國家有色金屬及電子材料分析中心；黃芪標準物質(地球物理地球化學勘查研究所,GBW 10028,批號200702)；調諧液7Li、59Co、89Y、140Ce、205Tl (美國Agilent 公司,1 μg/mL)。硝酸(優級純,國藥集團化學試劑有限公司)；娃哈哈純凈水(貴陽娃哈哈飲料有限公司,批號20190629)。

1.3 樣品 本實驗收集到14 批烏蕨,經貴陽中醫學院何順志教授鑒定為鱗始蕨科烏蕨屬Stenolomachusanum (L.)Ching.的干燥品,具體信息見表1。取地上部分晾干,粉碎,過3 號篩,置干燥器中保存,備用。

表1 樣品信息

2 方法與結果

2.1 分析條件 射頻功率1 500 W；載氣體積流量0.8 L/min；霧化氣體積流量14 L/min；輔助氣體積流量0.8 L/min；蠕動泵轉速60 r/min；采樣模式全定量；測定時間40 s；采樣深度8 mm；采樣點3 次；循環水溫度15～20 ℃；循環水壓力230～400 kPa。使用調諧液調整儀器至最佳工作狀態后,按照2020 年版《中國藥典》 四部2321、0412 中ICP-MS 法進行測定,待測元素分別為63Cu、75As、111Cd、201Hg、208Pb,72Ge 為63Cu、75As 的內標,118In 為111Cd 的內標,209Bi 為201Hg、208Pb 的內標。按順序依次對2% 硝酸、標準溶液、空白溶液、樣品溶液和標準物質溶液進行測定[5-7]。

2.2 標準溶液制備

2.2.1 金元素標準溶液 取金元素標準溶液適量,純凈水稀釋制成400 ng/mL,即得。

2.2.2 混合標準溶液 精密吸取銅、砷、鎘、汞、鉛混合標準溶液適量,純凈水制成各單元素質量濃度均為1 μg/mL的貯備液,精密吸取1 mL 置100 mL 量瓶中,2%硝酸稀釋至刻度,搖勻,精密吸取適量,加入已預先加有“2.2.1”項下標準溶液0.5 mL 的量瓶中,2%硝酸稀釋制成0、0.4、0.8、2、4、8、20、40、80、200 ng/mL,即得。

2.2.3 內標溶液 精密吸取含1 000 μg/mL 銦、鍺、鉍單元素的混合標準溶液適量,2% 硝酸稀釋制成2 ng/mL,即得。

2.3 供試品溶液 取供試樣品(過3 號篩) 約0.5 g,精密稱定,置聚四氟乙烯消解罐中,加硝酸8 mL,浸泡過夜,旋緊上蓋,置微波消解爐消解,程序見表2。消解完畢后冷卻至室溫,打開上蓋,置智能樣品處理儀上,于120 ℃下趕酸至約1 mL,純凈水轉移至50 mL 量瓶中,加入“2.2.1” 項下標準溶液0.5 mL,純凈水稀釋至刻度,搖勻,離心,取上清液作為供試品溶液,同法制備空白樣品10 份(不加“2.2.1” 項下標準溶液)[8]。

表2 微波消解程序

2.4 線性關系考察 ICP-MS 經調諧液調至最優化的條件后,取“2.2” 項下標準溶液及內標溶液,以待測元素響應值與內標元素響應值之比率為縱坐標(Y),元素質量濃度為橫坐標(X) 進行回歸,結果見表3,表明各元素在各自范圍內線性關系良好。

2.5 檢測限與定量限 取“2.3” 項下空白樣品溶液10份,測定CPS 值,計算其方差(SD),以3 倍SD 值作為檢測限,10 倍SD 值作為定量限,結果見表3。

表3 各元素線性關系

2.6 精密度、重復性試驗 取含銅、砷、鎘、汞、鉛的混合標準溶液(8 ng/mL),連續進樣6 次,測得銅、砷、鎘、汞、鉛CPS 值的RSD 1.59%～3.73%,表明儀器精密度良好。樣品S7 平行稱取6 份,按“2.3” 項下方法制備供試品溶液,測得銅、砷、鎘、汞、鉛含有量RSD 1.87%～4.83%,表明該方法重復性良好。

2.7 加樣回收率試驗 稱取樣品S79 份,精密加入5 種被測元素的混合標準溶液(質量濃度均為50 ng/mL) 中,按“2.3” 項下方法制備高、中、低3 個質量濃度的供試品溶液,計算回收率,結果見表4。

2.8 準確性試驗 取標準物質黃芪,按“2.3” 項下方法配制標準物質溶液,測定其中各單元素的含有量,再與“標準物質認定證書” 中“生物成分標準物質認定值與不確定度” 的標準值進行比較,見表5。由此可知,5 種元素的測定值與標準值相符,表明該方法測定結果準確。

表4 各元素加樣回收率試驗結果（n=9）

表5 標準物質黃芪中各元素的測定值與標準值比較（mg/kg，，n=3）

表5 標準物質黃芪中各元素的測定值與標準值比較（mg/kg，，n=3）

注:±后為不確定度,0.012 為參考值。

2.9 各元素含有量測定 按“2.3” 項下方法制備供試品溶液,在“2.1” 項條件下測定含有量,結果見表6。

表6 各元素含有量測定結果（mg/kg，n=3）

2.10 重金屬污染評價 根據單因子指數法及內梅羅綜合指數法對烏蕨重金屬污染情況進行評價。單因子指數計算公式為Pi=Ci/Si,其中Pi為重金屬i 的單因子指數,Ci為重金屬i 實測值,Si為重金屬i 評價規定值,Pi≥1 即為重金屬i 污染；內梅羅綜合指數計算公式為P綜={ ()/2}1/2,其中,P綜為樣品重金屬污染綜合指數,Pmax為所有重金屬元素污染物單因子指數的最大值,Pave為所有重金屬元素污染物單因子指數的平均值。 P綜≤0.7,安全級,清潔；0.7＜P綜≤1.0,警戒線,比較清潔；1.0＜P綜≤2.0,輕度污染,植物開始被污染；2.0＜P綜≤3.0,中度污染,植物被污染明顯； P綜＞3,重度污染,植物被污染嚴重[9-11]。結果見表7。

將表7 數據繪制成趨勢圖,可見銅、砷、汞Pi的變動幅度較小,而鎘、鉛Pi的變動幅度較大,表明被鎘、鉛污染的可能性大,見圖1。

表7 各元素的污染評價結果

圖1 各元素單因子指數趨勢圖

3 討論

ICP-MS 法具有操作簡單,能夠消除其他元素干擾,同時測定多種元素,檢出限低、靈敏度高等優點。但泵管、進樣管、霧化室、矩管、采樣錐等會對汞元素產生吸附,即記憶效應。而金元素能與汞元素形成金汞齊,增加汞元素的溶解性,并且能夠很好的保證汞元素的穩定性,降低記憶效應[12]。為此,2020 年版《中國藥典》 四部規定在供試品溶液中加入金元素(標準溶液不加金元素)。本實驗使用的是混合標準溶液,因此在混合標準溶液、供試品溶液和標準物質溶液中均加入金元素標準溶液作為汞元素穩定劑。

2020 年版《中國藥典》 一部和現行《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》 規定,重金屬總量≤20.0 mg/kg,Cu≤20.0 mg/kg,As≤2.0 mg/kg,Cd≤0.3 mg/kg,Hg≤0.2 mg/kg,Pb≤5.0 mg/kg,14 批樣品中,鎘超標樣品占總數的35.7%,含有量為標準規定值的1.4～8.5 倍；鉛超標樣品占總數的21.4%,含有量為標準規定值的1.1～4.5 倍。

采用單因子指數法及內梅羅綜合指數法評價烏蕨重金屬污染的情況[13-15],發現四川宜賓樣品鎘、鉛元素單因子指數超標,綜合指數屬重度污染；貴州都勻6 批樣品中有3 批鎘元素單因子指數超標,綜合指數屬輕度或重度污染；從單因子指數繪出的趨勢圖可知,銅、砷、汞元素含有量波動不大,鎘、鉛元素含有量波動大,建議重點監控烏蕨鎘、鉛元素的含有量。同時在制訂烏蕨質量標準時應該對有害重金屬含有量進行限度控制。

烏蕨樣品采集地的自然環境對樣品是否被重金屬污染的影響很大,以貴州都勻為例,從有關資料來看[16],都勻市及其周邊地區鉛鋅汞等礦產資源豐富,而鎘元素是鉛鋅礦的主要伴生物質,因此成為土地污染頻率最高的重金屬,從而導致烏蕨易被鎘污染。而四川宜賓、湖南元江烏蕨樣品出現重金屬污染的原因尚待進一步考察。另外,烏蕨對環境中的重金屬是否有一定的富集作用,尤其是對鎘與鉛元素的富集作用較強,有待下一步探討。