ICP-MS法測定石斛中重金屬元素的含量

楊世波 張滿常 楊麗英 李曉頎

（保山市食品藥品檢驗檢測中心，云南 保山 678000）

石斛屬（Dendrobium Sw.）是蘭科植物中第二大屬，全世界約有1 400種，廣泛分布于亞洲、歐洲、大洋洲等地。我國有76種石斛，分布于秦嶺以南諸地區，尤其以云南南部為多[1]。在我國傳統醫學中，石斛屬植物有30多種的新鮮或干燥莖被收做藥用，具有滋陰清熱、益胃生津、潤肺止咳的功效[2]。石斛在《神農本草經》中被列為上品，與人參、靈芝、冬蟲夏草等并稱“中華九大仙草”，其位居之首。現代科學研究也證明，從事有毒、有害物作業的工人，如果能科學地選擇保健膳食，則可有效地減輕甚至抵消職業有害因素對人體的危害[3]。2010年版《中國藥典》記載了鐵皮石斛和紫皮石斛的藥用功效，其中以鐵皮石斛的藥用價值為最優。

紫皮石斛（Dendrobium devoninum Paxt.）又名齒瓣石斛、紫皮蘭、萬丈須，是藥用植物石斛的一個品種，是極具高原特色優勢的生物資源，以云南龍陵紫皮石斛尤為出名[4]。鐵皮石斛（Dendrobi?um candidium Wall.ex Lindl.）又名黑節草、云南鐵皮、鐵皮斗，是蘭科草本植物，表面灰綠色、黃綠色或略帶金黃色，有多數縱皺紋，有時可見殘留的灰白色葉鞘，質堅實，易折斷，斷面平坦，略角質狀。鐵皮石斛因其藥用價值高，治病防病功效明顯，養生保健療效顯著，現代藥理研究證明其具有抗腫瘤、抗衰老、降血糖等作用[5]，被列入《中國藥典》。石斛的加工方法繁多且復雜，石斛楓斗是由石斛鮮條的莖經加工而成的半成品，在制作過程中需要人工邊烤邊扭曲成螺旋狀或彈簧狀[6]。目前市場上除了傳統的石斛楓斗外，還出現了一些深加工產品，比如石斛含片、石斛膠囊、石斛口服液等[7]產品，它們大多以石斛的粉末或顆粒為主要原料。本研究以保山兩個產地的紫皮和鐵皮石斛為研究對象，分別對其鮮條、楓斗和成品粉進行重金屬檢測，測試方法簡單易行，無需復雜儀器和設備，為石斛重金屬檢測提供便捷可靠的檢測依據。

1 材料與方法

1.1 儀器、劑藥與材料

1.1.1 儀器

美國Thermo Fisher iCAP Qc電感耦合離子質譜儀（美國賽默飛公司）；YHZ-1820-I超純水系統（杭州恒諾微電子有限公司）；Multiwave TM PRO微波消解儀（奧地利安東帕有限公司）；CAP 225D電子分析天平（德國賽多利斯公司）；GS趕酸器（南京瑞尼克有限公司）；FW 100萬能超速粉碎機（北京永光明有限公司）；各型號容量瓶、移液管和量具（使用前經20%硝酸溶液浸泡24 h以上，一級純水清洗多次自然晾干）。

1.1.2 試劑與標準物質

65%優級純硝酸（德國默克股份有限公司）；標準調諧液：7Li、59Co、89Y、205Tl、156CeO、140Ce（美國賽默飛公司）；ICP分析專用（GNM-M33198-2013）多元素標準溶液（100 ug/mL，國家有色金屬分析檢測中心，唯一標識為GNM-M33198-2013-17D2065，相對擴展不確定度k=2時，U為1.4%）；柑橘葉成分分析標準物質GBW 10020（GSB-11），國家標準物質研究中心。

1.1.3 材料

石斛樣品分別采集于龍陵縣龍山鎮和騰沖市團田鄉兩個產地，樣品采集點信息見表1。

表1 樣品采集點信息

1.2 方法

1.2.1 樣品預處理

取石斛樣品均勻切碎，石斛鮮條烘干，置烘箱37±1.0℃烘烤24 h，充分揮發貯存過程中藥材飲片潮解吸收的水分，冷卻至室溫后采用高速萬能粉碎機打磨至粗粉，過80目篩。樣品預處理結束后，分別收集于自封袋中待測，用記號筆標注采集地點、樣品名稱及編號。

1.2.2 重金屬元素測定方法與原理

參照食品國家標準GB 5009.268-2016[8]，采用微波消解法對樣品進行前處理后，由電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）測定。以元素特定質量數（質荷比，m/z）定性，采用外標法，以待測元素質譜信號與內標元素質譜信號的強度比與待測元素的濃度成正比，對石斛中鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）5種重金屬的含量進行定量分析。

1.2.3 微波消解條件

稱取石斛試樣（龍山紫皮石斛鮮條、楓斗和石斛粉，團田鐵皮石斛鮮條、楓斗、石斛粉）約0.3～0.5 g（精確至0.000 1 g）置于清洗干凈且經過高溫烘干的微波聚四氟乙烯消解罐中，加入65%優級純硝酸8 mL，混勻，置于趕酸器（110℃）上預消解30 min。旋緊罐蓋置于微波消解儀中，參照楊世波[9]等ICP-MS法測定藥材中重金屬含量的工作條件進行微波消解。消解結束后取出消解罐放入通風櫥中，冷卻至室溫后，緩慢打開罐蓋排氣，于趕酸器上（145℃）趕酸至0.5 mL左右。趕酸完畢應得到無色或淡黃色的澄清溶液，用超純水反復洗滌消解罐，萃取4～5次，將洗滌液合并于25 mL容量瓶中，用0.3%稀硝酸溶液定容，混勻備用。空白對照組使用同法制備。

1.2.4 ICP-MS工作條件

ICP-MS的儀器工作參數見表2。

表2 儀器工作條件及參數

1.2.5 標準溶液的配制與標準曲線繪制

1.2.5.1 標準儲備液的配制

精密量取ICP分析專用多元素標準溶液，用體積分數為1.0%的酸溶液逐級稀釋，稀釋為1 mL中分別含10 μg鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）的標準儲備溶液，備用。

1.2.5.2 系列標準溶液的配制

分別精密量取多元素混合儲備液適當，用體積分數為0.3%的硝酸純水配制成每1 mL中分別含有鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）為20 ng、40 ng、60 ng、80 ng、100 ng的系列濃度標準溶液（現配現用）。

1.2.5.3 標準曲線的繪制數據

測試中每個標準溶液平行測定3次，以金屬元素濃度的平均數值繪制5種重金屬元素的標準曲線，實測數值見表3。

表3 五種重金屬元素的標準曲線濃度的平均數值（n=3）

五種重金屬元素的線性數據具體見表4。

表4 五種重金屬元素的線性關系

由表4可知，五種重金屬的標準曲線相關系數R2在0.998 7～0.999 9之間，線性范圍為0～100 ng/mL，線性關系良好。

2 結果與分析

2.1 方法檢出限（LoD）

LoD（limit of detection）值是儀器的最低檢出限，是一個能夠判斷檢測方法、儀器靈敏的度量度指標。五種重金屬的最低檢出限見表5，數據表明鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）的檢出限均達到檢測要求，且儀器的靈敏度較高。

表5 五種重金屬元素的最低檢出限

2.2 精密度試驗

在設定相同的工作狀態下平行測定6次石斛處理樣品并求其平均值，分別計算五種重金屬元素的相對標準偏差，結果數據見表6。五種重金屬元素的處理溶液所測定的RSD≤5.0%，表明相對標準偏差均較小，儀器精密度良好。

表6 石斛中五種重金屬元素的相對標準偏差（n=6）

2.3 重復性試驗

以龍山紫皮石斛粉試樣溶液為例，平行進樣11次，在相同儀器工作情況下測定五種重金屬元素含量，求平均值，結果見表7。

表7 五種重金屬元素的相對標準偏差

五種重金屬元素的試樣溶液RSD%<5.0%，n=11，表明該試驗方法重復性良好。

2.4 加標回收率試驗

以龍山紫皮石斛粉為例，平行進樣6次，在前處理試樣中精密量取并加入適量多元素混合標準溶液，測定并計算各元素回收率和RSD值，結果見表8。

表8 五種重金屬元素的加標回收率（n=6）

五種重金屬元素試樣溶液的回收率在94～105%之間，加標回收率良好，且RSD%≤5.0%。

2.5 方法準確性試驗

本次檢測采用柑橘葉成分分析標準物質GBW10020（GSB-11）作為參考，來評價檢測方法的準確性，分析結果見表9。結果表明測定數據與參考數據基本相符，且RSD%<5.0%。說明該檢測方法準確可靠。

表9 標準參考物質測試結果與標準參考值的比較（n=6）

2.6 檢測結果

每個石斛樣品測定3組數據，設置重復測定3次，數據處理詳見艾薇[10]等關于保山羅勒的微量元素測定的方法。在溫度17.1℃，濕度45%下稱取的石斛樣品質量（精確至小數點后四位）數據見表10。

表10 稱取石斛樣品的重量

根據食品國家標準GB 5009.268-2016中的電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）中的公式所計算得出的平均值即為五種重金屬的平均測定含量，見表11。

表11 五種重金屬元素的平均含量（n=6）

2.7 含量分析

2.7.1 紫皮與鐵皮石斛中五種重金屬元素含量的對比分析

根據紫皮和鐵皮石斛樣品檢測結果，建立五種重金屬元素含量分析圖（a～e）。

由分析圖1可知，紫皮石斛和鐵皮石斛樣品中均檢測出一定含量的五種重金屬元素：鉻（Cr）平均含量排列順序為6>3>1>5>2>4；團田鐵皮石斛粉（6號）中鉻含量最高，為4.06 mg/kg；團田鐵皮石斛鮮條（4號）鉻含量最低，為0.127 mg/kg；團田鐵皮石斛鮮條（4號）低于其楓斗含量（5號），而龍山紫皮石斛鮮條（1號）含量卻高于其楓斗含量（2號）。鉛（Pb）平均含量排列順序為5>6>2>3>1>4；團田鐵皮石斛楓斗（5號）鉛含量最高，為0.372 mg/kg；在團田鐵皮石斛鮮條（4號）鉛含量最低，為0.028 9 mg/kg；同一產地石斛鉛含量呈現出：石斛楓斗＞石斛粉＞石斛鮮條。銅（Cu）平均含量排列順序為6>3>2>5>1>4；團田鐵皮石斛粉（6號）含量最高，為4.23 mg/kg；團田鐵皮石斛鮮條（4號）含量最低，為0.425 mg/kg；同一產地石斛銅含量呈現出：石斛粉＞楓斗＞鮮條。砷（As）平均含量排列順序為5>6>3>1>4>2；團田鐵皮石斛楓斗（5號）含量最高，為0.108 mg/kg，龍山紫皮石斛楓斗（2號）含量最低，為0.011 0 mg/kg。鎘（Cd）平均含量排列順序為6>5>2>3>1>4；團田鐵皮石斛粉（6號）含量最高，為0.160 mg/kg；團田鐵皮石斛鮮條（4號）含量最低，為0.015 1 mg/kg。

圖1 石斛中重金屬元素含量分析圖

本試驗運用《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》來判斷本試驗的石斛樣品是否存在重金屬超標。標準中重金屬及砷鹽限量指標為As≤2.0 mg/kg，Pb≤5.0 mg/kg，Cu≤20.0 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg，Cr未見規定。結合計算數據可知，所測六組石斛樣品中的Cu、As、Cd、Pb四種重金屬元素均符合標準規定。

2.7.2 兩個產地石斛中五種重金屬元素含量的對比分析

根據圖2可知：從整體來看，鮮條、楓斗、石斛粉中鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）五種重金屬元素含量基本一致（除兩個產地石斛鮮條中鉻含量有較大差異外），銅（Cu）元素含量都較高的，砷（As）和鎘（Cd）元素含量都較低的。

圖2 兩個產地石斛中五種重金屬元素含量對比圖

單從兩個產地石斛鮮條樣品來看，龍山紫皮石斛五種重金屬元素均高于團田鐵皮石斛，除鉻含量有較大差異外，其他重金屬元素含量變化基本一致；單從兩個產地石斛楓斗樣品來看，團田鐵皮石斛中鉻（Cr）、鉛（Pb）、砷（As）和鎘（Cd）的含量均高于龍山紫皮石斛楓斗，而銅（Cu）的含量卻比其略低；單從兩個產地石斛粉樣品來看，團田鐵皮石斛中鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）五種重金屬元素均略高于龍山紫皮石斛粉，且含量變化基本一致，鉻（Cr）和銅（Cu）兩種重金屬元素都較高。

3 結論與展望

石斛樣品中均能檢測出一定量的鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）重金屬。通過對比，兩個產地、不同品種、不同屬性之間的重金屬元素含量各異，但均未超標。

保山市作為石斛栽培的重要地區更應該對石斛栽培中的農藥使用量進行嚴格把控，加強綠色無公害的石斛種植，促進其種植產業的發展。著重推廣綠色健康的石斛產品，對保山本地石斛進行宣傳推廣，努力發展地方經濟特色，增加特色產品的經濟盈利。其次，推動石斛產業鏈的發展，打造保山特色食用石斛品牌。石斛產業是一個開發度尚低的市場，發展潛力巨大，通過對石斛的研究，總結生產與種植技術，更好地推動石斛經濟的發展。