不同產(chǎn)地艾葉35種礦物元素的分析與評價

李 超，崔占虎，黃顯章*，張重義

1.南陽理工學(xué)院，河南 南陽 473000 2.福建農(nóng)林大學(xué)，福建 福州 350002

引 言

艾ArtemisaargyiLevl.et Vant.為北溫帶地區(qū)特有的菊科蒿屬植物，尤其在中國、日本、韓國等國家，艾葉作為藥用植物和食用植物的使用歷史悠久。在我國，艾葉作為一種常用的傳統(tǒng)中藥材，其性溫，味苦、辛，歸肝、脾、腎經(jīng)，具有散寒止痛、溫經(jīng)止血、理氣安胎等功效[1-3]。艾葉既可外洗，也可內(nèi)服，以其為原料制成的艾絨是中醫(yī)臨床施灸的主要材料，理療效果顯著。歷代本草已明確提出的艾葉道地產(chǎn)地有“四明”、“復(fù)道”、“蘄州”、“祁州”等地，即現(xiàn)在的浙江寧波 “海艾”、河南安陽 “北艾”、湖北蘄春 “蘄艾”和河北安國 “祁艾”。現(xiàn)如今，宛艾持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模居全國之首。因此，開展以上產(chǎn)區(qū)艾葉礦物元素的研究能夠涵蓋我國目前艾葉主產(chǎn)區(qū)的整體情況，具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，國內(nèi)、外學(xué)者對艾葉的研究主要集中在化學(xué)成分及藥理作用[4-7]，而礦物元素方面的研究卻少有報道。現(xiàn)代研究表明，中藥材的品質(zhì)和療效不僅與有機成分有關(guān)，也與礦物元素的種類和含量有密切聯(lián)系[8-9]，礦物元素對藥效發(fā)揮的協(xié)同作用不容忽視。本研究采用ICP-MS法和ICP-AES法對不同主產(chǎn)區(qū)艾葉中35種礦物元素進行測定，并采用多種計量學(xué)方法進行分析和評價，其結(jié)果可為艾葉品質(zhì)評價及資源的綜合開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

ICAP-6300型ICP-AES儀(美國Thermo Electron公司)；Thermo X Series-Ⅱ型ICP-MS儀(美國Thermo Fisher Scientific公司)；Mars-5微波消解系統(tǒng)(美國CEM公司)；多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(美國Spex公司)；優(yōu)級純硝酸(德國 Merk 公司)。

1.2 樣品處理

艾葉樣品于2019年5月—6月在河南省南陽市和安陽市、湖北省黃岡市、浙江省寧波市以及河北省保定市等地采集，經(jīng)南陽理工學(xué)院黃顯章副教授鑒定為菊科蒿屬草本植物艾Artemisiaargyilevl.et Vant.。將不同產(chǎn)地的艾葉樣品去雜、挑選、干燥、剪碎并混勻后備用。

1.3 儀器及參數(shù)

ICP-MS主要工作參數(shù)：RF功率為1 200 W，霧化器壓力為1.0 bar，輔助氣(氬氣)流量為0.7 L·min-1，等離子氣流量為13 L·min-1，蠕動泵轉(zhuǎn)速(r·min-1)為分析(30)+沖洗(70)；ICP-AES主要工作參數(shù)：RF功率為1 150 W，蠕動泵轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，輔助氣流量為0.50 L·min-1，霧化器氣體流量為0.7 L·min-1。

1.4 樣品消解及測定

準(zhǔn)確稱取預(yù)處理后的艾葉樣品約0.4 g于消解內(nèi)罐，加濃HNO35 mL浸泡過夜，160 ℃保持6 h，冷卻，加熱趕酸至近干，移入25 mL容量瓶中，合并洗液，用1% HNO3定容，混勻備用，同時做試劑空白試驗，上機測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0和SIMCA-p 12.0軟件對測定數(shù)據(jù)進行多元分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 工作曲線

用1% HNO3介質(zhì)配制不同濃度梯度的混標(biāo)溶液，以標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(X)，離子數(shù)為縱坐標(biāo)(Y)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明，各待測元素線性關(guān)系良好，線性范圍及定量限均符合分析要求(見表1)。

表1 35種元素的定量限及線性回歸方程Table 1 The LOQ and linear regression equations of 35 elements

2.2 方法學(xué)考察

精密度試驗中，取各標(biāo)準(zhǔn)溶液進樣6次并測定，RSD值顯示均小于2.28%，即精密度良好；穩(wěn)定性試驗中，取同一供試品溶液，每隔1 h測定(6次)，RSD值顯示均小于2.72%，即6 h內(nèi)穩(wěn)定性良好；重復(fù)性試驗中，取同一供試品溶液6份，測定后RSD值顯示均小于3.06%，即重復(fù)性較好；加樣回收率試驗中，取已測定的樣品0.4 g(5份)，測定后 RSD值顯示均值在98.66%～102.17%之間。

2.3 不同產(chǎn)地艾葉礦物元素分析

分別測定蘄艾、宛艾、海艾、祁艾及北艾中35種礦物元素的含量，并進行方差分析和多重比較，分析結(jié)果詳見表2。

從表2可以看出，不同產(chǎn)地艾葉樣品中35種礦物元素均被有效檢出，且產(chǎn)地間元素含量差異顯著。元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體呈現(xiàn)出K>Ca>Mg>Al>Fe>Mn>Na>Zn>Cu>Ti>Ba>Sr>Cr>V>Pb>Ni>La>Zr>As>Y>Cd>Co>Mo>Ga>Sc>Sn>Nb>Bi>Be>Tl>Sb>Hg>Ge>Ag>Se的規(guī)律，數(shù)量級在10-6～102g·kg-1之間。方差分析和多重比較結(jié)果表明，蘄艾與宛艾在Mg，Sn和Hg等10種元素的含量差異上達到顯著水平(p<0.05)；蘄艾與海艾在Ca，As和Al等21種元素的含量差異上達到顯著水平；蘄艾與祁艾在Na，F(xiàn)e和Ti等12種元素的含量差異上達到顯著水平；蘄艾與北艾在Bi，La和Ba等9種元素的含量差異上達到顯著水平；宛艾與海艾在Be，Co和Ni等14種元素的含量差異上達到顯著水平；宛艾與祁艾在V，Sc，Cr等16種元素的含量差異上達到顯著水平；宛艾與北艾在Ni，Sb和Sr 3種元素的含量差異上達到顯著水平；海艾與祁艾在Zn，Ge和Se等22種元素的含量差異上達到顯著水平；宛艾與北艾在Ni，Sb和Sr 3種元素的含量差異上達到顯著水平；海艾與北艾在Se，Ti和Zr等11種元素的含量差異上達到顯著水平；祁艾與北艾在Bi，Ga和Nb等18種元素的含量差異上達到顯著水平。由此可見，不同產(chǎn)地艾葉的礦物元素含量具有各自的特征，且產(chǎn)地間差異顯著。

表2 測定結(jié)果及差異分析Table 2 Determination results and variance analysis

Pb，Cd，Hg，Cu和As是重金屬及有害元素，當(dāng)在體內(nèi)蓄積至一定量時可引起免疫系統(tǒng)障礙和多種生理功能損害，在2019國家藥典《藥材和飲片檢定通則公示稿》中明確限度檢查(Pb含量≤5 mg·kg-1，Cd含量≤1 mg·kg-1，As含量≤2 mg·kg-1，Hg含量≤0.2 mg·kg-1，Cu含量≤20 mg·kg-1)。本研究中不同產(chǎn)地艾葉Pb，Cd，Hg和As 4種元素的檢出最高值分別為3.912，0.787，0.055及1.594 mg·kg-1，說明以上4種有害元素的含量均在限度之內(nèi)，而Cu元素的檢出最高值44.104 mg·kg-1，是限度的2倍以上，這可能與艾葉對Cu元素的富集能力較強有關(guān)，需要重視和關(guān)注。

2.4 不同產(chǎn)地艾葉主成分分析

主成分分析是利用降維的方式將原始多個變量擬合為少數(shù)的幾個主成分，且盡可能多地保留原始變量的信息。為進一步探索不同產(chǎn)地艾葉礦物元素間的關(guān)系，采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行主成分分析，分析結(jié)果詳見表3。

表3 主成分的特征值及貢獻率Table 3 The eigenvalues and variance contribution of PCA

從表3可以看出，不同產(chǎn)地艾葉35種礦物元素共提取7個主成分(特征值均大于1)，累計貢獻率達82.75%，說明所提取的主成分因子能夠較為全面的反映艾葉產(chǎn)地間礦物元素的綜合信息。通過因子分析發(fā)現(xiàn)，第一主成分中Ca，K，Mg，Na，F(xiàn)e，Be，As，Al，V，Sc，Cr，Co，Bi，Ga，La，Mo，Ag，Nb，Ge，Se，Sb，Y，Ti，Pb及Zr共25種元素具有較高的載荷值，說明第一主成分主要反映了這25種元素的信息，方差貢獻率占44.91%；同理，第二主成分中Sn，Mn，Hg，Zn，Tl，Cd及Ba共7種元素具有較高的載荷值，方差貢獻率占11.80%；第三主成分中Ni，Cu及Sr共3種元素具有較高的載荷值，方差貢獻率占9.72%；而第四、五、六、七主成分的元素載荷值分布不明顯，方差貢獻率分別為5.55%，4.25%，3.45%及3.07%。用方差貢獻率較大的第一、第二主成分繪制PC1/PC2散點圖(圖1)，從圖1可以看出，雖有少部分樣品出現(xiàn)重疊和混亂，但大多數(shù)樣品的分布相對集中且獨立，說明本方法對不同產(chǎn)地艾葉的分類和評價具備可行性。

圖1 不同產(chǎn)地艾葉主成分散點圖Fig.1 The scatter plots of A.argyi by PCA

2.5 不同產(chǎn)地艾葉的綜合評價

以各主成分因子得分與方差貢獻率乘積之和相加，得出不同產(chǎn)地艾葉綜合評價函數(shù)為F=0.449 1F1+0.118 0F2+0.097 2F3+0.055 5F4+0.042 5F5+0.034 5F6+0.030 7F7，并計算綜合得分。結(jié)果顯示，綜合評價函數(shù)加權(quán)值(n=15)高低順序為：河北安國的祁艾(6.44)>湖北蘄春的蘄艾(1.79)>河南南陽的宛艾(0.82)>河南安陽的北艾(-3.22)>浙江寧波的海艾(-5.82)。以上結(jié)果表明，從礦物元素角度考慮，河北安國的祁艾與湖北蘄春的蘄艾品質(zhì)較好，這可能與不同產(chǎn)地之間的氣候、土壤、水文等多種生態(tài)因子差異有關(guān)。

3 結(jié) 論

中藥材中礦物元素的種類和含量是決定中藥寒、熱、溫、涼四性的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，與其質(zhì)量和療效密切相關(guān)。艾葉作為一種常用的中藥材，因其顯著的臨床療效及保健作用備受關(guān)注，但關(guān)于不同產(chǎn)地艾葉的礦質(zhì)元素研究卻尚未見報道。

本研究以4個省份5個主產(chǎn)區(qū)的75份艾葉樣品為實驗材料，建立了ICP-MS法和ICP-AES法測定艾葉中35種礦物元素含量的方法，并進行分析與評價。結(jié)果表明，所建立的檢測方法線性關(guān)系、穩(wěn)定性及精密度均良好，回收率較高；通過主成分分析與因子分析構(gòu)建綜合因子評價函數(shù)并計算，其高低順序為：河北安國的祁艾>湖北蘄春的蘄艾>河南南陽的宛艾>河南安陽的北艾>浙江寧波的海艾，說明從礦物元素角度考慮，河北安國的祁艾與湖北蘄春的蘄艾品質(zhì)較好。本研究結(jié)果可為艾葉的質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)，也可為制定元素限量標(biāo)準(zhǔn)提供有益參考，具有一定的現(xiàn)實意義。本研究還有一些不足之處，如應(yīng)把礦質(zhì)元素與藥效成分相結(jié)合進行綜合評價，本課題組將進一步持續(xù)研究。