微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定根莖類中藥材中多種重金屬元素含量

馮 俊，李清清

（上海市質量監督檢驗技術研究院，國家食品質量監督檢驗中心（上海），上海 200233）

由于中藥的天然生長屬性，在環境中受水、土壤等因素影響較大，特別是重金屬元素，會隨藥材的生長富集，如果含量過高會影響其在臨床使用上的安全性[1-2]。《中國藥典》（2020年版）對中藥中鉛（Pb）、砷（As）、汞（Hg）、鎘（Cd）、銅（Cu）制定了限量值[3]。測定中藥中重金屬的方法主要有原子吸收光譜法[4-5]、原子熒光光譜法[6-9]和電感耦合等離子體質譜法[10-15]。電感耦合等離子體質譜法是目前發展迅速的一種元素檢測方法，具有檢測靈敏度高、線性范圍寬、精密度高，多元素同時分析等優點，較多應用于中藥分析。本研究以根莖類中藥材為基質，研究測定8種代表性重金屬元素的方法，并對市售的38批次中藥進行測定，為中藥的質量安全、風險評估和產品監管提供技術支持和數據支撐。

1 儀器與材料

Mars 6微波消解儀（美國CEM公司）；Nexlon 300D電感耦合等離子體質譜儀（珀金埃爾默股份有限公司）；Miletone酸純化系統（意大利Miletone公司）；PT60石墨消解儀（北京普立泰科儀器有限公司）。

市售根莖類中藥材38批次，具體品種見表2。

Pb單元素標準溶液[GBW(E)080129]；As單元素標準溶液[GBW（E）080117]；Hg單元素標準溶液[GBW（E）080124]；Cd單元素標準溶液[GBW（E）080119]；Cu單元素標準溶液（GBW08615）（中國計量科學研究院）；鍺（Ge）單元素標準溶液（GSB 04-1728-2004）；銦（In）單元素標準溶液（GSB04-1731-2004）；錸（Re）單元素標準溶液（GSB04-1745-2004）（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；硝酸（優級純，國藥試劑）；超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm，美國Millipore公司）；ICP-MS 調諧溶液（1 μg/L，Be、Ce、In、Li、Mg、U，珀金埃爾默股份有限公司）。

2 方法與結果

2.1 樣品前處理

樣品經混勻后，稱取0.3～0.5 g（精確至0.0001 g）于微波消解管中，加入經純化的硝酸6 ml，再置于電爐上，100 ℃預反應30 min，后置入微波消解儀，按照微波升溫程序進行消解，冷卻取出，置于石墨消解儀，170 ℃將酸液揮發至約2 ml，冷卻，用超純水轉移至50 ml量瓶，定容，上機檢測。同時做試劑空白試驗。微波升溫程序見表1。

表1 微波消解升溫程序

2.2 儀器測試條件

載氣為高純氬氣；入射功率：1350 W；等離子體氣流量：16.0 L/min；輔助氣流量：1.0 L/min；碰撞氣流量：2.0 L/min；霧化氣流量：1.0 L/min；采樣深度：5.0 mm；進樣后沖洗時間：10 s；檢測質量數：m/z=208（Pb），m/z=75（As），m/z=202（Hg），m/z=111（Cd），m/z=63（Cu），As、Cu采用m/z=72（Ge）作為內標，Cd采用m/z=115（In）作為內標，Hg、Pb采用m/z=185（Re）作為內標。

2.3 樣品檢測結果

按照實驗優化的條件，對市售8個品種共38批次根莖類中藥進行測定，計算5種元素含量，結果見表2。

表2 市售根莖類中藥材中元素含量

3 討論

3.1 消解條件的選擇

分別采用純硝酸、硝酸-鹽酸、硝酸-雙氧水等3種消解液對樣品進行處理，經過消解后，發現3種酸液均可將樣品完全消化至澄清，均沒有沉淀和懸浮物干擾，考慮到樣品處理的便捷性以及減少質譜檢測中的干擾，故選擇純硝酸對樣品進行處理。

3.2 質譜分析條件的選擇

分析前，使用質譜調諧液對儀器進行調諧，使高中低質量數的響應值達到調諧參數要求，氧化物CeO+/Ce+低于0.025 %，雙電荷Ce2+/Ce+低于0.03 %。為了減少進樣后Hg元素的記憶效應，設置進樣后沖洗10 s，沖洗液為1 %硝酸溶液。

在選擇檢測質量數時，一方面考慮元素的質量數豐度比和響應值，另一方面考慮儀器和基質中的元素干擾，如Pb和Hg元素有多個質量數，Pb的同位素質量數中豐度較大的為206，207，208，同位素干擾較少；Hg的同位素質量數中豐度較大的是199，200，201，202，其主要受同質量數Wo202干擾。經分析，在檢測溶液中幾乎不存在對此兩個元素形成多原子離子干擾的元素，所以Pb和Hg均選擇最大豐度比的質量數m/z=208（Pb）、m/z=202（Hg），以獲得較好的靈敏度。Cd的同位素質量數中豐度比較大的為110，111，112，113，114，其主要受Pd、Sn、In同位素質量數和氧化物ZrO、多原子離子ArGe干擾，經綜合比較，選擇m/z=111（Cd）作為分析質量數；Cu有63和65兩個質量數，由于質量數65受Ba2+和TiO2干擾，故選擇m/z=63（Cu）進行檢測；As只有1個質量數，遂選擇m/z=75（As）進行分析。同時為了盡量消除質譜中多原子離子的干擾，5種元素均選擇碰撞反應池分析模式。

為了校正進樣霧化量、質量歧視和儀器波動等產生的信號變化，在上機檢測時在線加入與待測元素質量數接近的內標進行校正，內標元素質量數應盡量與待測元素相近，且樣品溶液中不含有內標元素，經對目標元素質量數的對比和樣品溶液中內標元素的信號檢測，As，Cu采用m/z=72（Ge）作為內標，Cd采用m/z=115（In）作為內標，Hg，Pb采用m/z=185（Re）作為內標。

3.3 線性范圍和檢出限

用5 %的硝酸溶液配制5種元素混合標準溶液，Pb，As，Cd，Cu標準曲線配制濃度為1.00，5.00，10.0，25.0，50.0 μg/L，Hg標準曲線配制濃度為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，在上述優化的條件下進行分析，繪制標準曲線，檢測20次試樣空白，計算20次空白濃度的標準偏差SD，則3倍和10倍的SD值分別為儀器的檢出限和定量限，再將儀器的檢出限和定量限作為檢測值帶入到稱樣量和定容體積中進行計算，得到方法定性限和定量限。各元素線性方程和相關系數及檢出限分別見表3和表4。

表3 各元素線性方程和相關系數

表4 各元素檢出限

由結果可見，5種元素的線性關系均良好，檢出限均可達到μg/kg級別，可滿足檢測需求。考慮到Hg有一定的記憶效應，并結合樣品中Hg的普遍含量，Hg的標準曲線最高點設置較其他元素低，最高點為2.5 μg/L。

3.4 加標回收率

由于植物根莖類中藥樣品的消化液組成成分相近，選擇38批次市售根莖類中藥中一種，進行基質加標回收試驗。試驗采用4號葛根樣品為基質，選擇低、中、高3個不同水平濃度加標，Pb，As，Cd，Cu加標濃度分別為0.10，1.00，4.00 mg/kg，Hg加標濃度分別為 0.05，0.10，0.20 mg/kg，各元素加標回收率結果見表5。由結果可見，Pb，As，Cd，Cu在回收率為92.5 %～107 %；Hg回收率為85.1 %～91.5 %。由于Hg是低溫元素且添加量較低，在消化過程中可能造成散失，回收率較其他元素稍低。根據GB/T 27404-2008《實驗室質量控制規范食品理化檢測》[16]，各元素相應濃度的回收率均在可接受范圍之內。

表5 各元素加標回收率

3.5 精密度

以2號黃芪為基質，處理6個平行樣，經檢測后計算平均含量，考察方法精密度，以RSD表示，結果見表6。結果表明各元素RSD均在5 %以內，可滿足檢測需求。

表6 檢測精密度

3.6 耐用性

小幅度改變各項試驗條件考察對目標物質檢測結果是否產生較大影響，本實驗涉及的主要因素有微波消解溫度、微波消解時間、定容體積和儀器霧化氣流量、碰撞氣流量、采樣深度等，以2號黃芪消化液為實驗基質，采用不同的條件進行實驗，考察前處理條件及儀器條件改變對檢測的影響，結果見表7和表8。

表7 改變前處理條件檢測結果

表8 改變儀器條件檢測結果

結果表明，當小幅度改變前處理條件時，5種元素的檢測結果RSD均在5 %以內，方法對前處理條件的耐用性較好，可接受前處理條件的小幅波動。

本法使用的霧化氣流量1.0 L/min、碰撞氣流量3.0 L/min、采樣深度5 mm等條件，均為進樣前對儀器進行調諧而確定，在此基礎上小幅度改變儀器條件考察結果的變化。當改變霧化器流量時5種元素的檢測結果RSD均在5 %以內；改變碰撞氣流量時，As和Hg檢測結果RSD超過5 %，主要是由于改變碰撞氣流量對儀器信號值影響明顯，而As和Hg的響應值相對較低，所以波動較大；改變采樣深度時，Pb，As，Hg的檢測結果RSD超過5 %，采樣深度對元素進入儀器時的狀態有較大影響，說明Pb，As，Hg元素受進樣狀態影響較明顯；綜合分析，碰撞氣流量和采樣深度對檢測結果有一定影響，但5種元素檢測結果RSD仍在10 %以內，本法對儀器條件波動有一定耐受性，但要注意開始檢測前對儀器進行調諧，確定儀器達到較好的檢測狀態。

3.7 溶液穩定性

以2號黃芪消化液為實驗基質，對溶液按照0，1，3，6，9，12 h間隔進行測定，考察樣品溶液的穩定性，結果見表9。用特性量值隨時間變化曲線是否具有單方向變化趨勢判斷，并采用經典線性模型對其穩定性進行評估。

表9 穩定性檢測結果

根據趨勢法計算規則，計算斜率b1及其不確定度s(b1)，然后比較斜率的絕對值|b1|和t(α，n-2)×s(b1)的大小，考察斜率b1的顯著性。如果|b1|＜ t(α，n-2)×s(b1)，表明溶液穩定；若|b1|＞t(α，n-2)×s(b1)，則表明溶液不穩定，其中 n為考察次數，α為t檢驗分位數置信水平。由結果比較可見，Pb，As，Cd，Cu元素在12 h內溶液濃度未發生明顯變化；Hg在12 h內溶液變化顯著，呈下降趨勢，而在6 h內變化不明顯。所以消化后的樣品溶液需在6 h內進行檢測，以免造成Hg檢測結果偏低。

3.8 樣品檢測結果討論

按照《中國藥典》2020年版四部通則中Pb，As，Hg，Cd，Cu的限量值分別為5，2，0.2，1，20 mg/kg，由表2可見，38批次中藥材中有35批次5種元素含量均符合中國藥典的限量值要求，有3批次中藥材的Hg含量超過藥典的限量值要求，分別為4號黃芪、3號三七、5號黃精，其中3號三七Hg含量超過限量值近百倍；另外，5號葛根和2號當歸的Pb含量較高，雖沒有超過藥典限量值，但明顯高于其他批次中藥材。由結果可見，市售中藥材總體情況向好，但也存在個別藥材不符合藥典要求的情況，特別是Hg在自然界代謝運輸中易富集在動植物體內，需在監管中進一步重視，同時也需密切關注重金屬Pb含量在中藥材中的富集代謝情況。

4 結論

本文以中藥材中應用廣泛的根莖類中藥作為檢測對象，建立了微波消解-電感耦合等離子體質譜法同時測定根莖類中藥材中Pb，As，Hg，Cd，Cu的方法。以微波消解對樣品進行消化，通過比較不同酸液消化效果，采用純硝酸體系進行前處理；同時，對電感耦合等離子體質譜檢測參數進行優化，采用碰撞反應模式、內標法定量，并對檢測質量數的選擇進行了分析討論。在優化條件下，對方法的線性、檢出限、加標回收率以及精密度進行了驗證，并對市售38批次根莖類中藥材進行測定。結果表明本法前處理操作簡便，檢測結果準確性好、精密度高，可滿足中藥中多種重金屬元素檢測需求；多種藥材檢測結果也可給相關部門監管提供數據支撐和技術依據。