9種中藥材中25種微量元素含量的ICP-MS法測定及統(tǒng)計分析

方文清，郭 娜，董昌平，黃鳳妹

（1.福建生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建福州350002；2.南平市食品藥品檢驗檢測中心，福建南平353000）

福建省中藥材眾多，其中薏苡仁、蓮子、太子參、巴戟天、金線蓮、絞股藍、黃精、靈芝、鐵皮石斛九味中藥材，品質(zhì)特別優(yōu)異，為福建省道地藥材，稱為“福九味”。“福九味”藥材代表著福建省中藥材產(chǎn)業(yè)的整體形象，具有區(qū)域發(fā)展的特色和優(yōu)勢。由于環(huán)境污染、不規(guī)范種植等因素導(dǎo)致中藥材中重金屬等有害物質(zhì)超標的現(xiàn)象時有發(fā)生［1-4］，福建產(chǎn)“福九味”藥材的安全性備受關(guān)注。在中藥材生長過程中，土壤中的微量元素通過根、莖遷移至果實并保存了生長地的特征信息。因此，選擇痕量、微量元素進行檢測分析，成為研究中藥材中微量元素和產(chǎn)區(qū)相關(guān)性的重要手段［5-6］。

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）是近年來發(fā)展最快的痕量元素分析技術(shù)之一，具有靈敏度高、檢出限低、線性范圍寬、干擾少和多種元素同步快速檢測等優(yōu)點，對快速準確檢測中藥材中微量元素有著極高的應(yīng)用價值［7-9］。

本研究使用ICP-MS測定福建產(chǎn)“福九味”藥材中的25種微量元素包括52Cr、60Ni、65Cu、75As、114Cd、138Ba、202Hg、208Pb、140Ce、133Cs、164Dy、166Er、153Eu、158Gd、165Ho、139La、175Lu、142Nd、141Pr、187Re、103Rh、152Sm、159Tb、169Tm、174Yb。同時對分別來自6個不同省份產(chǎn)區(qū)的薏苡仁、蓮子、太子參藥材中所含的25種微量元素進行比較測定，并對檢測結(jié)果進行方差分析、統(tǒng)計比較，旨在準確測定“福九味”藥材中微量元素的質(zhì)量濃度，同時為中藥材的產(chǎn)區(qū)鑒別和微量元素攝入風(fēng)險評估研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

中藥材：蓮子（產(chǎn)地福建建寧）；巴戟天（產(chǎn)地福建永定）；金線蓮（產(chǎn)地福建南靖）；絞股藍（產(chǎn)地福建南靖）；黃精（產(chǎn)地福建邵武）；靈芝（產(chǎn)地福建邵武）；鐵皮石斛（產(chǎn)地福建武平）；薏苡仁（產(chǎn)地福建建甌）；太子參（產(chǎn)地福建柘榮）。以上9味中藥材均為福建省道地藥材，同時分別收集6個不同產(chǎn)地的薏苡仁、蓮子、太子參藥材進行產(chǎn)地溯源研究。藥材品種經(jīng)作者鑒定，福建省南平市食品藥品檢驗檢測中心董昌平主任藥師復(fù)核，均符合2020年版《中國藥典》（一部）藥材品種。樣品保存于福建生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院實訓(xùn)實驗中心。藥材品種、產(chǎn)地及采集時間見下表1。

表1 中藥材品種、產(chǎn)地及采集時間Table 1 Variety，origin and collection time of Chinesemedici?nal materials

試劑：硝酸（HNO3，MOS級）：北京化學(xué)試劑研究所；鹽酸：優(yōu)級純，上海國藥集團化學(xué)試劑有限公司；去離子水（電阻率18.2 MΩ·cm）；Cu、Cr、Ni、Ba、Pb、As、Cd、Hg的單標標準溶液均購自中國計量科學(xué)研究院；混合元素標準溶液（100 mg/L，介質(zhì)為0.5%HNO3/2%HCl/1%HF）：含Ce、Cs、La的混合系列標準溶液（A）；含Re、Rh、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、Lu、Nd、Pr、Sm、Tb、Tm、Yb的混合系列標準溶液（B）；調(diào)諧溶液（含Mg、Ce、Ba和U各1.00μg/L），內(nèi)標溶液（含45Sc、72Ge、115In、209Bi）；均購自Agilent公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ETHOSONE微波消解儀（Milestone公司）；Agi?lent 7700x ICP-MS（美國安捷倫科技有限公司）；Ag?ilent玻璃同心霧化器（廣州步步宏科學(xué)儀器設(shè)備有限公司）；LabTech EHD 36電熱消解板（北京萊伯泰科儀器公司）；微量移液器（德國eppendorf公司）；AL2104電子分析天平（梅特勒-托利多上海有限公司）。

1.3 試樣的制備

用粉碎機粉碎已干燥過的樣品，過60目篩，收集粉碎過的樣品，待測定［5］。

1.4 微波消解

稱取0.5 g粉碎好的中藥材于微波消解管，加入7.0 mL濃HNO3靜置過夜進行預(yù)消解，然后再加入2.0 mL鹽酸，加蓋密閉后進行微波消解。溫度：190℃；壓力：1.38 MPa；爬升時間：20.0 min；保持時間：10.0 min，結(jié)束后以100℃趕酸至約2.0 mL，冷卻至室溫后轉(zhuǎn)入容量瓶，用2.0%硝酸溶液定重至25.0 g，中藥材消解完全，溶液呈清亮透明，待測。用相同的方法準備空白試劑。

1.5 測定方法

儀器開機至穩(wěn)定，用調(diào)諧液優(yōu)化儀器參數(shù)，儀器工作參數(shù)見表2。

表2 ICP-MS工作參數(shù)Table 2 Working parameter of ICP-MS

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Office 2013、SPSSSta?tistics 19.0軟件進行處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法學(xué)考察

分別配制含Cu、Cr、Ni、Ba、Pb、As、Cd、Hg、Ce、Cs、La、Re、Rh、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、Lu、Nd、Pr、Sm、Tb、Tm、Yb系列標準混合工作使用液。分析元素同位素的選擇是在避開同質(zhì)異數(shù)和氧化物等多原子離子干擾的前提下，盡可能選擇高豐度的同位素。本方法中各元素測定的同位素線性范圍見表3。按照表2設(shè)定的儀器條件測定所配制的混合標準溶液，繪制標準曲線并計算相關(guān)系數(shù)和斜率，連續(xù)平行測定11次2%硝酸空白溶液，依據(jù)IUPAC，以3倍標準偏差對應(yīng)濃度作為檢出限LOD，以10倍標準偏差對應(yīng)濃度作為定量限LOQ。隨機選取“福九味”藥材中的太子參為樣品［10］，測算各元素加標回收率。表3中數(shù)據(jù)顯示，25種微量元素的標準曲線相關(guān)系數(shù)在0.998 8～0.999 7范圍內(nèi)，說明被測元素在各自線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好；LOD和LOQ分別在0.001 2～0.034 2μg/L和0.003 3～0.104 2μg/L范圍內(nèi)，表明該方法靈敏度較高；太子參各元素在加標水平下回收率在89.88%～109.03%范圍內(nèi)，重復(fù)性試驗RSD值在0.72%～2.52%范圍內(nèi)（n=6），表明該方法重復(fù)性和精密度良好。

表3 各元素線性范圍、檢出限及重復(fù)性試驗Table 3 Linear range，detection limit and repeatability of each elemen

2.2 微量元素測定及分析

采用微波消解-ICP-MS法測定福建產(chǎn)薏苡仁、蓮子、太子參、巴戟天、金線蓮、絞股藍、黃精、靈芝、鐵皮石斛9味藥材中含有的25種微量元素含量，結(jié)果見表4。同時分析25種微量元素質(zhì)量分數(shù)的相關(guān)性，結(jié)果見表5。由表4可看出，9種藥材中的微量元素Pb、Cd、As、Hg、Cu含量均符合《中華人民共和國藥典》2020年版四部中規(guī)定的藥材及飲片（植物類）限量值（Pb≤5 mg/kg；Cd≤1 mg/kg；As≤2 mg/kg；Hg≤0.2 mg/kg；Cu≤20 mg/kg）。由表5分析可看出，9味藥材中所含的Ni、Cu、As元素之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，Tb、Dy、Pr、Tm、Yb元素之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，Ba與Er、Re元素呈顯著或極顯著正相關(guān)，說明這幾種元素中，某種元素含量升高或者降低時，與其相關(guān)的元素含量也會呈現(xiàn)相應(yīng)升高或降低的趨勢。

表4 9種中藥材中各元素平均質(zhì)量分數(shù)（n=6）Table 4 The average contents of each element in 9 kind of Medicinal herbs（n=6） （mg/kg）

表5 各元素在9種藥材中質(zhì)量分數(shù)的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of contents of each element in 9 kinds of Medicinal herbs

2.3 特征元素分析

采用微波消解-ICP-MS對分別來自6個不同產(chǎn)區(qū)的薏苡仁、蓮子、太子參藥材中25種微量元素進行分析，結(jié)果如表6～8所示。利用SPSS 19.0軟件方差分析顯示，不同產(chǎn)區(qū)的薏苡仁、蓮子、太子參藥材中含有的Ni、As、Cs、Lu、Re、Rh、Yb元素存在顯著性差異（P<0.05）。其中福建產(chǎn)區(qū)藥材S1、S7、S13中含的Ni、As、Cs、Lu、Re、Rh、Yb元素含量大多數(shù)比其他產(chǎn)區(qū)藥材低，這可能與福建的綠色生態(tài)環(huán)境有關(guān)；而貴州產(chǎn)區(qū)藥材S3、S15中含的Ni、As、Cs、Lu、Re、Rh、Yb元素含量大多數(shù)都高于其它產(chǎn)區(qū)的藥材，這可能與貴州的礦產(chǎn)資源比較豐富，藥材在種植過程中，土壤中的微量元素通過根、莖遷移至果實保存了生長地的特征信息有關(guān)。因此，Ni、As、Cs、Lu、Re、Rh、Yb這7個元素可作為不同產(chǎn)區(qū)薏苡仁、蓮子、太子參藥材鑒別的特征元素。

表6 不同產(chǎn)區(qū)薏苡仁中各元素質(zhì)量分數(shù)Table 6 Contents of elements in coix seed from different producing areas （mg/kg）

表7 不同產(chǎn)區(qū)蓮子中各元素質(zhì)量分數(shù)Table 7 Contents of elementsin lotus seedsfromdifferent producing areas （mg/kg）

續(xù)表

表8 不同產(chǎn)區(qū)太子參中各元素質(zhì)量分數(shù)Table 8 Contents of elements in pseudostellariae radix fromdifferent producing areas （mg/kg）

2.4 產(chǎn)區(qū)鑒別統(tǒng)計分析

根據(jù)表6～8中不同產(chǎn)區(qū)薏苡仁、蓮子、太子參藥材中25種微量元素的測定結(jié)果，采用SPSS19.0軟件，使用組間聯(lián)接的聚類方法，以“平方Euclidean距離”為度量標準進行系統(tǒng)聚類分析，結(jié)果見圖1。18批不同產(chǎn)區(qū)的藥材微量元素聚類為4類，貴州產(chǎn)區(qū)藥材S3、S15聚為第一類；湖北、湖南產(chǎn)區(qū)藥材S10、S11、S16聚為第二類；福建產(chǎn)區(qū)藥材S1、S7、S13聚為第三類；其它產(chǎn)區(qū)的藥材聚為第四類。說明貴州產(chǎn)區(qū)藥材、湖北和湖南產(chǎn)區(qū)藥材、福建產(chǎn)區(qū)藥材、其他產(chǎn)區(qū)藥材所含微量元素存在差異，通過微量元素聚類分析可以對不同產(chǎn)區(qū)的藥材進行產(chǎn)地溯源。

圖1 不同產(chǎn)區(qū)中藥材聚類分析Fig.1 Cluster analysis of Chinese herbal medicine fromdiffer?ent producing areas

3 討論與結(jié)論

本研究參照2020年版《中國藥典》［5］及《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》重金屬及有害元素的限量標準［11-12］，使用微波消解電感耦合等離子體質(zhì)譜法ICP-MS同時測定福建省“福九味”藥材薏苡仁、蓮子、太子參、巴戟天、金線蓮、絞股藍、黃精、靈芝、鐵皮石斛中25種微量元素。研究表明“福九味”藥材所含微量元素含量符合《中國藥典》規(guī)定，安全性良好。通過對所測數(shù)據(jù)進行微量元素之間的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，其中Ni、Cu、As元素之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，Tb、Dy、Pr、Tm、Yb元素之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，Ba與Er、Re元素呈顯著或極顯著正相關(guān)，說明這幾種微量元素中，某種元素含量發(fā)生變化，與其相關(guān)的元素含量也會呈現(xiàn)相應(yīng)的變化。本研究對不同產(chǎn)區(qū)的薏苡仁、蓮子、太子參藥材中25種微量元素進行分析。結(jié)果表明，不同產(chǎn)區(qū)藥材中所含Ni、As、Cs、Lu、Re、Rh、Yb這7種元素的質(zhì)量分數(shù)差異性顯著，可作為特征元素用于薏苡仁、蓮子、太子參藥材的產(chǎn)區(qū)鑒別。同時，聚類分析表明來自不同產(chǎn)區(qū)的藥材所含微量元素表現(xiàn)出一定的聚類性特征，反映了我國土壤、水質(zhì)、氣候等環(huán)境因素的地區(qū)差異性，微量元素含量指標可作為藥材產(chǎn)區(qū)溯源的研究依據(jù)。本研究所建方法快速、準確、高效，為福建產(chǎn)“福九味”藥材的安全品質(zhì)、產(chǎn)區(qū)鑒別和風(fēng)險評估研究提供支撐。