中藥材中重金屬含量檢測方法研究進(jìn)展

張文星 何玲玲 韋國兵

（江西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江西 南昌330004）

0 引言

當(dāng)前中藥材質(zhì)量由于人工種植、飲片炮制研究落后、中藥材的質(zhì)量控制方法落后以及市場監(jiān)控不力等原因，導(dǎo)致中藥材品種退化及重金屬超標(biāo)等質(zhì)量問題，存在用非藥典品種代替藥典品種[1]等以次充好的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到中藥材的藥效和安全性。目前我國中藥材中重金屬殘留嚴(yán)重超標(biāo)的問題時(shí)有報(bào)道，嚴(yán)重影響了我國的中藥材及其相關(guān)產(chǎn)品的出口質(zhì)量，也損害到中醫(yī)藥的信譽(yù)和聲譽(yù)。因此中藥材中重金屬含量控制已成為目前中藥材質(zhì)量控制的重點(diǎn)。為了提高中藥材及其相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量和人類的健康，也為了讓我國中藥材及其加工產(chǎn)品更快更好的走出國門，走向世界，就必須嚴(yán)格控制中藥材及其加工產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是中藥材及其加工產(chǎn)品中的重金屬含量。

1 中藥材中重金屬對人體的危害

中藥材的安全性有和效性取決于所使用的中藥材質(zhì)量的高低，而重金屬成為一種嚴(yán)重影響中藥材品質(zhì)的污染源。中藥材中的重金屬通常包括汞、鉛、鎘、鉻、銅等比重在5以上的金屬元素，能直接或通過積累對人體產(chǎn)生不良影響[2]。通過相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，因?yàn)橄嚓P(guān)中藥材的重金屬含量超標(biāo)，我國大約有30%的中草藥不合格。受中藥材中重金屬超標(biāo)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)混亂等因素影響，世界中藥材的銷量中只有1%左右是來自我國[3]，許多國家都制定了專門的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)來進(jìn)行限制中藥材中的重金屬含量，例如，美國禁止含有鉛、汞、朱砂成分的中藥進(jìn)口[4]。

因重金屬易與人體內(nèi)的蛋白質(zhì)（尤其是生物酶）乃至核酸相互結(jié)合進(jìn)而導(dǎo)致酶的生物活性降低甚至受到抑制，從而使得人體不能很好地合成生物酶，或是導(dǎo)致核酸結(jié)構(gòu)改變，阻礙其生長甚至使機(jī)體發(fā)生病變。如重金屬汞通過與蛋白質(zhì)或生物酶分子內(nèi)的巰基、嘌呤基等的相互結(jié)合使得細(xì)胞的通透性發(fā)生變化，從而導(dǎo)致生物體神經(jīng)系統(tǒng)、中樞和周圍神經(jīng)等發(fā)生損傷，甚至產(chǎn)生急性腎功能衰竭和腎炎。鎘將抑制生物體肝細(xì)胞線粒體的氧化磷酸化過程，甚至將因?yàn)殒k超標(biāo)使得生物體內(nèi)的生物酶如過氧化酶、脫氫酶及氨酸酶的生物活性受到抑制而使得組織代謝發(fā)生障礙甚至導(dǎo)致病變發(fā)生。砷由于其易與蛋白質(zhì)及生物酶中的巰基相結(jié)合的特點(diǎn)，當(dāng)生物體內(nèi)砷含量超標(biāo)時(shí)，往往導(dǎo)致生物體內(nèi)含有巰基的且參與體內(nèi)代謝的生物酶收到砷的影響而失去其生物活性。

2 中藥材中的重金屬檢測的常用方法

（1）紫外—可見分光光度法（UV）。紫外—可見分光光度法指通過測定化合物在200～800 nm光區(qū)范圍內(nèi)的吸收光譜而對化合物進(jìn)行定性或定量分析的光學(xué)分析方法。大多數(shù)重金屬元素本身不具有紫外可見吸收，但能夠通過顯色反應(yīng)生成有色配合物而進(jìn)行測定。而且由于不同重金屬元素形成配合物后的吸光度不同，通過顯色反應(yīng)后會在紫外光下有不同的吸收，可以測得中藥材中重金屬的含量，得到了滿意的結(jié)果[5]。

（2）原子熒光光度法（AFS）。原子熒光光度法是利用金屬原子在激發(fā)光照射下發(fā)生能級躍遷并發(fā)射熒光而對金屬元素進(jìn)行定性和定量的光學(xué)分析方法。原子熒光光度法具有檢出限低、靈敏度高、特異性強(qiáng)及快速等優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)行多元素同時(shí)測定，主要用于樣品中金屬元素的定量分析，為中藥材中重金屬測定及中藥材質(zhì)量控制提供一種簡便方法[6]。

（3）原子吸收光譜（AAS）。原子吸收光譜法是基于氣態(tài)金屬原子對特定波長電磁輻射的吸收而對金屬元素進(jìn)行定性和定量分析的光學(xué)分析方法，具有靈敏度高、選擇性高、檢出限低及快速等優(yōu)點(diǎn)。火焰原子吸收法是利用火焰原子化器使樣品轉(zhuǎn)化為所需要的氣態(tài)基態(tài)原子而實(shí)現(xiàn)檢測；但該法因原子化效率較低導(dǎo)致靈敏度不高，主要用于對金屬元素含量較高的樣品的檢測分析（其檢測限為4μg/mL-1），是近年來重金屬檢測的常用方法之一。冷原子吸收分光光度法是目前測定樣品中微量和痕量汞元素的常用特異方法[7]。原子吸收分光光度法作為一種檢出限低和靈敏度高的檢測分析技術(shù)，在分析中比于原子熒光光度法容易受到外來干擾因素的干擾，使得檢測結(jié)果發(fā)生偏離[8]。

（4）電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）。電感耦合等離子體質(zhì)譜法是將電感耦合等離子體的超高溫電離能力與質(zhì)譜的快速分析能力結(jié)合形成的一種元素分析新技術(shù)，具備高溫電離特性和高靈敏度相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，能夠同時(shí)測定多種元素及同位素，有著很高的效率，《中國藥典》（2020版）將ICP-MS法作為重金屬及有害元素項(xiàng)目檢查的法定檢測技術(shù)[9]。李春盈[10]等人運(yùn)用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）建立了100批植物類中藥材及飲片中18種重金屬元素含量的檢測方法。

（5）高效液相色譜法。在現(xiàn)代色譜分析技術(shù)中，高效液相色譜法（HPLC）是最受重視的色譜分析技術(shù)之一[11]。目前，HPLC通過選擇衍生試劑來實(shí)現(xiàn)對金屬離子的靈敏測定。HPLC的廣泛應(yīng)用的同時(shí)也受到一定的限制，這是因?yàn)榻j(luò)合試劑的選擇有限[12]。董黎[13]等人運(yùn)用HPLC法建立了中藥材中汞、銅、鉛等多種重金屬的含量測定方法，提高了中藥材中重金屬檢測及含量測定方法的選擇性。

（6）電化學(xué)生物傳感器。電化學(xué)生物傳感器通過將生物敏感分子固定在固體電極表面進(jìn)而通過特異識別作用將目標(biāo)分子識別并捕捉到電極表面并產(chǎn)生電信號，從而對目標(biāo)分子進(jìn)行定性或定量分析。電化學(xué)生物傳感器作為一種高新分析測試技術(shù)，具有選擇性高、速度快、成本低及靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)[14]，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥、化學(xué)、食品科學(xué)等領(lǐng)域，在當(dāng)前分析科學(xué)發(fā)展中占據(jù)研究前沿地位[15]。因DNA上堿基互補(bǔ)配對特性，通過固定在電極上的DNA會選擇性識別特異靶基因。而靶基因的存在和含量可以由雜交指示劑（電化學(xué)標(biāo)示物）的電化學(xué)信號進(jìn)行測定[16]。

（1）電化學(xué)標(biāo)示物。電化學(xué)標(biāo)示物主要指電活性物質(zhì)，在電化學(xué)標(biāo)示物的世界里，各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。①二茂鐵線性。二茂鐵基萘二酰亞胺（FND）是一種常用的電化學(xué)標(biāo)示物，它與DNA雙螺旋的鍵合比通常使用的插入劑更緊密。廣泛應(yīng)用于電化學(xué)傳感器的氧化還原反應(yīng)發(fā)生在二茂鐵上[17]，二茂鐵和二茂鐵基絡(luò)合物有著很大的利用價(jià)值，不僅可以通過它直接檢測到分子內(nèi)部所發(fā)生的反應(yīng)，而且電子的轉(zhuǎn)移還可以用它作為介質(zhì)。在一定條件下二茂鐵標(biāo)記信號的強(qiáng)度與其衍生基團(tuán)的長短密切相關(guān)，并且他們保持成正比的關(guān)系。②納米材料。納米材料（nanometer materials）指至少在三維立體空間中有一個(gè)維度（如長、寬、高）的尺寸出在0.1～100 nm或由它們作為基本單元構(gòu)成的新型材料，如二氧化硅納米線、石墨烯、碳納米管等均是目前應(yīng)用較多的納米材料，具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特性，在目前高速發(fā)展的高科技領(lǐng)域得到了快速應(yīng)用，為現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)新提供了機(jī)會。納米材料可以作為生物物質(zhì)與電極的紐帶，得益于納米材料中的金屬納米粒子和碳納米管具有很好的導(dǎo)電性能，氧化還原物質(zhì)在電極表面發(fā)生反應(yīng)的可逆性也可以得到加強(qiáng)[18]。近年來納米材料與金屬材料的有機(jī)結(jié)合使得電子轉(zhuǎn)移率的研究得到人們廣泛的關(guān)注。納米復(fù)合材料的電子傳遞性能比簡單單一的納米顆粒更加優(yōu)越的觀點(diǎn)已經(jīng)得到證明。比起單一的納米顆粒，納米復(fù)合材料更加容易形成連續(xù)的電場，提高了電子轉(zhuǎn)移速度，增強(qiáng)了電化學(xué)生物傳感器的電流響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)效率。此外，納米材料還可以作為電化學(xué)傳感器的電化學(xué)信號標(biāo)記物，通過增強(qiáng)和放大電信號提高電化學(xué)傳感器檢測的靈敏度。③石墨烯材料。石墨烯是一種碳原子緊密堆積而成的單層二維蜂窩狀晶體納米材料，以碳原子通過sp2雜化軌道呈單層二維蜂窩晶格排列，表現(xiàn)出良好的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)機(jī)可塑性等特性。石墨烯作為一種新發(fā)現(xiàn)的材料，由于其本身特有的性質(zhì)，不管是與其他物質(zhì)一起還是單獨(dú)作為修飾物，都可以極大地提高檢測的靈敏度。石墨烯因其單層二維蜂窩結(jié)構(gòu)使得其具有表面積大和良好的電學(xué)特性，使得利用其作為電化學(xué)標(biāo)識物構(gòu)建的電化學(xué)傳感器表現(xiàn)出高的檢測范圍和低的檢測限，當(dāng)檢測糖類、血紅蛋白、脂類、核酸、中藥活性成分如蒽醌類化合物等具有氧化還原性質(zhì)的化合物時(shí)，使得發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)被測物質(zhì)與電極通過形成電子環(huán)路而實(shí)現(xiàn)被測物質(zhì)的快速靈敏檢測。

（2）電化學(xué)分析技術(shù)。最近幾年，關(guān)于重金屬快速檢測方法這個(gè)研究領(lǐng)域，電化學(xué)生物傳感器在科學(xué)前沿領(lǐng)域也是一個(gè)重要的分析檢測方法[19]。①極譜法：極譜法是提供使用滴汞電極或其他表面能夠周期性更新的液體電極作為化學(xué)電池的極化電極，具有工作電極比表面積小、濃差極化明顯的特點(diǎn)，已被廣泛用于鉛的測定，經(jīng)典極譜法最早被用于藥物的檢驗(yàn)和質(zhì)量監(jiān)控，謝治民[20]等人報(bào)道了運(yùn)用極譜法測定中藥材中的銅、鋅、鉛、鎘等重金屬。②溶出伏安法：溶出伏安法是利用待測離子發(fā)生電解后在電極上進(jìn)行富集導(dǎo)致電極電位發(fā)生改變，從而導(dǎo)致富集在電極表面上的該金屬重新溶出，根據(jù)電解富集與電解溶出兩個(gè)過程中電流與電壓的關(guān)系對金屬離子進(jìn)行定量分析。目前溶出伏安法廣泛應(yīng)用于樣品中痕量重金屬離子的測定，結(jié)果一致較好[21]。③計(jì)時(shí)電流法：計(jì)時(shí)電流法是通過向工作電極施加單電位階躍或雙電位階躍后，電活性物質(zhì)（或稱去極劑）發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，記錄電流隨時(shí)間的變化關(guān)系而對試樣進(jìn)行定量分析，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、臨床診斷及食品安全等領(lǐng)域。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對中藥材的有效性和安全性有著越來越高的標(biāo)準(zhǔn)，中藥材質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展也是非常迅速。中藥材質(zhì)量檢測方法一直是中藥走向國際化、現(xiàn)代化的必經(jīng)之路，而中藥材中重金屬含量超標(biāo)已成為嚴(yán)重影響中藥材療效和質(zhì)量安全的重要因素，因此中藥材中重金屬含量測定方法研究將是中藥質(zhì)量控制中一項(xiàng)十分有意義的工作。