ICP-MS法測定不同產地紅參中9種無機元素

劉慧香,李啟艷,劉春霖,高天陽,胡文岳,謝強勝

(山東省食品藥品檢驗研究院,國家藥品監督管理局化妝品原料質量控制重點實驗室,山東 濟南 250101)

紅參為五加科植物人參(PanaxginsengC.A.Mey.)的栽培品經蒸制后的干燥根及根莖,秋季采挖、洗凈、蒸制、干燥后所得[1]。根據產地的不同,紅參主要分為中國紅參、韓國紅參和日本紅參等,其中中國紅參主產于中國東北地區。紅參的質量受產地土壤、水分、光照、生長年限及采收后處理加工方法等影響。紅參性溫、味甘微苦,具有大補元氣、復脈固脫、益氣攝血功能,主治體虛欲脫、肢冷脈微、氣不攝血、崩漏下血。紅參作為一味藥食同源的名貴藥材,被開發到多個領域,如用來制備中成藥或補益類保健食品。

紅參富含皂苷類成分[2-4]、揮發油類成分[5]、蛋白質、多糖[6-7],此外也含有豐富的無機元素[8],如鐵、鋅、銅、鈷、錳、鎳等。從1995年紅參作為單獨品種載入《中國藥典》,就開始有紅參中無機元素的研究。吳錦忠等[9]對鮮人參和紅參中19種無機元素(包括Fe、Mn、Cu、Pb、Cd等)進行比較分析,表明紅參和人參各元素含量差異較大。郭金芝等[10]采用ICP-MS法對四年生和五年生紅參中Mn、Cu、Zn、Ba、Co、Fe、Ni、Cd 8種微量元素進行測定,表明五年生紅參各元素含量略高于四年生紅參。關于紅參元素報道以對人體有益元素為主,對其有害元素報道較少。中藥中殘留的重金屬及有害元素問題,已是中藥行業十分關注的問題之一。對于紅參這樣的藥食同源補益類藥材,若重金屬及有害元素超標,將會產生重金屬及有害元素的蓄積,進而危害人類健康。因此對紅參中重金屬及有害元素的控制是十分必要的。

本試驗擬采用微波消解法-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)技術測定樣品中Fe、Mn、Zn、Cu、Se、Pb、As、Hg和Cd 9種元素含量,考察不同產地紅參各元素含量差異,為制訂相關元素限量標準提供實驗依據,為紅參的安全應用提供參考。

1 儀器與試藥

1.1 儀器 Perkin Elmer NexION2000電感耦合等離子體-質譜儀(美國Perkin Elmer公司);CEM MARS Xpress 微波消解儀(美國CEM公司);Mettler Toledo Ms電子天平(德國Mettler公司);Milli-Q IQ7000 超純水儀(美國Millipore公司)。

1.2 試藥 Zn、Cu、Pb、As、Hg、Cd標準溶液(1 000 mg·mL-1,中國計量科學研究院);Fe、Se標準溶液(1 000 mg·mL-1,國家有色金屬及電子材料分析測試中心);Mn、Ge、In、Bi標準溶液(1 000 mg·mL-1,Inorganic Ventures);調諧液為Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U 的混合標準溶液 (1 mg·L-1,美國PE公司);硝酸(UP級,蘇州晶瑞化學股份有限公司);過氧化氫(GR級,國藥集團化學試劑有限公司);水為超純水;工業高純氬氣(濟南德洋特種氣體有限公司)。

28批紅參為相關課題收集的樣品,均經山東中醫藥大學田景振教授鑒定為五加科植物人參(PanaxginsengC.A.Mey.)經蒸制后的干燥根,詳細信息見表1。

表1 樣品信息

2 方法與結果

2.1 溶液配制

2.1.1 多元素對照品溶液制備 精密量取Fe、Mn、Zn、Cu、Se、Pb、As、Cd單元素標準液適量,用5%硝酸溶液稀釋制成每升對照液含Mn、Zn、Cu元素量均為10、50、100、300、500 mg,含Se、Pb、As、Cd元素量均為1.0、5.0、10、30、50 mg,含Fe元素100、500、1 000、3 000、5 000 mg。

2.1.2 Hg元素對照品溶液制備 精密量取Hg元素標準液適量,用5%硝酸溶液稀釋制成每升對照液含Hg元素0.10、0.50、1.0、1.5、2.0 mg。

2.1.3 內標溶液制備 精密量取Ge、In、Bi標準溶液適量,用5%硝酸溶液配制制成每升含Ge、In、Bi 100 mg的混合內標溶液,其中208Pb、202Hg以209Bi作為內標,111Cd以115In作為內標,56Fe、55Mn、66Zn、63Cu、82Se、75As以74Ge作為內標。

2.1.4 供試品溶液制備 取供試品于60 ℃干燥2 h,粉碎成粗粉,精密稱定適量,至微波消解儀專用的聚四氟乙烯消解管中,加硝酸7.0 mL靜置浸泡過夜,加30%的過氧化氫2.0 mL,振搖使樣品充分浸沒。在溫度可調的電加熱器中100 ℃加熱30 min,放冷,移入微波消解儀,按照微波消解儀標準操作步驟進行消解(消解條件見表2)。冷卻后取出,緩慢打開罐蓋排氣,用少量水沖洗內蓋,將消解罐放在控溫電熱板上,于100 ℃加熱10 min,以驅除多余氮氧化物,用水轉移并定容至25 mL塑料容量瓶中,搖勻待測,根據實際測定濃度進行相應稀釋,同時做空白試驗。

表2 微波消解程序

2.2 儀器測定條件 ICP-MS工作參數 RF功率 1150 W;冷卻氣流量 15 L·min-1;輔助氣流量 1.0 L·min-1;霧化氣流量 0.85 L·min-1;十字交叉霧化器;采樣錐孔徑1.0 mm;截取錐孔徑 0.8 mm;掃描方式 單點跳峰;重復次數 3;樣品提升速度 0.5 mL·min-1;進樣沖洗時間 20 s;駐留時間 50 ms。

2.3 線性及范圍 按“2.2”項下對標準系列溶液進行測定,以各元素的濃度為橫坐標,待測元素與所選內標元素響應信號值的比值為縱坐標,繪制標準曲線,線性結果見表3。結果表明,Fe在0～5 000 mg·L-1、Mn、Zn、Cu在0～500 mg·L-1、Se、Pb、As、Cd在0～50 mg·L-1、Hg在0～2.0 mg·L-1范圍內線性關系均良好。

表3 各元素線性關系和檢出限

2.4 檢出限 重復測定空白樣品溶液10次,根據IUPAC規則以3倍標準偏差所對應的質量濃度作為各元素的方法檢出限。由試驗結果可知檢出限范圍為0.003～0.36 mg·kg-1,能滿足待測無機元素分析需求,結果見表3。

2.5 精密度試驗 分別取9種元素的混合標準溶液連續測定6次,計算其RSD值,9種元素的RSD在0.9%～6.1%之間,表明該方法精密度良好。

2.6 回收率試驗 選取空白樣品分別配制低、中、高3個濃度水平的基質加標樣品,平行配制3份,Fe的加入量分別為7.5、50、100 mg;Mn、Zn、Cu 3個水平加入量均為0.75、5.0、10.0 mg;Se、Pb、As、Cd 3個水平加入量均為0.075、0.50、1.00 mg;Hg的加入量分別為3.00、20.0、40.0 ng。照“2.1.4”項下對基質加標樣品進行處理,并進行測定,標準曲線法進行定量,計算各元素的回收率,結果見表4,各待測元素回收率范圍均在80%～120%,表明該方法對9種元素均有較好的回收率,符合分析要求。

表4 各元素的回收率結果

2.7 樣品測定 在方法學考察基礎上,對樣品進行測定,結果見表5,由表可知,源自韓國、日本和中國東北地區的紅參均富含微量元素Fe、Mn和Zn,且含量高低趨勢一致,即Fe>Mn>Zn,這與文獻報道“補氣藥中Fe、Mn、Zn含量較高”[11]保持一致。高麗紅參Fe、Mn、Zn的平均含量分別為106.30、71.27、13.01 mg·kg-1,日本紅參Fe、Mn、Zn的平均含量分別為147.07、47.10、17.54 mg·kg-1,中國不同產地紅參Fe、Mn、Zn的平均含量范圍分別為109.53～139.22、39.00～87.82、14.62～22.62 mg·kg-1。通過比較不同產地各元素含量差異可知,高麗紅參Mn含量較高,高于日本紅參和大部分中國紅參,而Fe和Zn的含量最低;日本紅參Fe含量最高,Mn和Zn含量較低;中國不同產地紅參各元素含量存在一定差異,其中吉林通化紅參Mn和Zn含量在所有樣本中含量最高,Fe含量在中國紅參中含量最高。我國不同產地紅參Fe和Zn的平均含量變化范圍較小,其最高值與最低值的比值分別為1.27和1.55,不同產地Mn平均含量變化范圍稍大,其最高值與最低值的比值為2.25。各產地紅參中有益微量元素Se含量很低,且含量變化較小,其平均含量范圍為0.040～0.044 mg·kg-1。

表5 不同產地紅參各元素含量

不同產地紅參中有害元素Pb、As、Hg、Cd和Cu的含量也存在一定差異。高麗紅參Pb和Cd含量較高,其平均含量分別為0.357和0.152 mg·kg-1,日本和中國紅參Pb和Cd含量相對較低。所有紅參樣本中As和Hg含量較低,其最大值均不超過0.035和0.049 mg·kg-1。不同產地紅參中Cu含量差異較小,其平均含量范圍為6.92～10.22 mg·kg-1,且最大值不超過11.28 mg·kg-1。Cu在有害元素中占比較高,這可能與藥材自身富集Cu元素[12]、生長地土壤類型等有關。

2.8 聚類分析 采用SPSS 22.0統計軟件組間平均連接法進行分層聚類分析,測度選用歐氏距離平方,結果見圖1,在平方歐式距離15處可將28批紅參聚為兩大類,HSGL01、HSGL02、HSRB03、HSJL14、HSJL15、HSJL22聚為一類,其余22批樣品聚為一類。表明兩類紅參中9種無機元素的含有量特征存在明顯的差異。每一類樣品中取各元素含量平均值,以元素名稱為橫坐標,以各元素含量的平均值為縱坐標,繪制元素含量分布曲線(見圖2)。可知兩類樣品的元素含量分布曲線存在差異,如Mn、Pb、Hg、Cd處走勢具一定差異。其中第一類樣品Mn、Pb、Hg、Cd含量較高,為部分產自中國、日本和韓國的紅參。

圖1 28批樣品聚類樹狀圖

圖2 兩類紅參中9種無機元素含量分布曲線

3 結論

本研究建立了同時測定紅參中9種無機元素的ICP-MS法。通過對28批不同產地紅參中9種元素含量測定發現,紅參含有豐富的對人體有益的元素Fe、Mn和Zn,且含量變化趨勢大體一致,即Fe>Mn>Zn,Se元素含量較低,有害元素Pb、As、Hg、Cd和Cu含量均符合《中國藥典》限量要求,表明紅參有害元素污染程度低,安全性較好,這可能與人參的規范化種植及炮制中受器具污染較小有關。通過對28批樣品進行聚類分析發現,不同產地紅參Fe、Zn、Cu、Se和As元素含量差異性均較小,Mn、Pb、Hg和Cd元素含量差異性較大。這可能與產地緯度、土壤類型及其加工工藝有關。

本文建立的方法具有操作簡單、多元素同時測定、準確性高、靈敏度好的優點,為完善紅參的質量標準及產地溯源等提供一定的數據支撐,也為其他藥材的無機元素測定提供了參考。

4 討論

本研究表明,不同產地紅參中均含有豐富的微量元素Fe、Mn和Zn。Fe作為血紅蛋白的重要構成,用以維持正常的供血功能,還利用其催化特性參與肝臟解毒、維持淋巴細胞數量等過程,從而發揮免疫調節功能。Mn可維持正常的糖代謝和脂肪代謝,還可抑制自由基的產生,從而發揮抗氧化功能。Zn促進人體生長發育,有助于提高免疫力。紅參具有補元氣、補脾肺、生津安神的作用,其藥性更溫,具有火大、勁足、功效強的特點。從保健角度講,紅參則是氣血不足且偏陽虛者的補益佳品,久服可增強免疫力、調整內分泌系統。可推測紅參補氣、增強免疫力等功效與上述微量元素相關,其量效關系及作用機理有待進一步研究。

《中國藥典》2020年版(四部)“9302中藥有害殘留物限量制定指導原則”項下規定:植物類藥材及飲片鉛≤5 mg·kg-1,鎘≤1 mg·kg-1,砷≤2 mg·kg-1,汞≤0.2 mg·kg-1,銅≤20 mg·kg-1。《地理標志產品 吉林長白山人參》(GB/T 19506-2009)[13]對紅參有害元素限量做如下規定:Pb≤0.50 mg·kg-1,As≤2.00 mg·kg-1,Hg≤0.10 mg·kg-1,Cd≤0.50 mg·kg-1,Cu≤20.0 mg·kg-1。《韓國藥典》(KP X)“紅參”項下規定:Pb≤5 mg·kg-1,As≤3 mg·kg-1,Hg≤0.2 mg·kg-1,Cd≤0.3 mg·kg-1。《日本藥典》(JP XVII)“紅參”項下規定:Pb≤15 mg·kg-1,As≤2 mg·kg-1。各國之間紅參重金屬標準存在一定差別,且側重點有所不同。參照上述標準,發現2號高麗紅參Pb含量超出GB/T 19506-2009的規定限值,含有量為標準規定值的1.2倍,但符合《韓國藥典》的相關規定,其余27批樣品Pb、As、Hg、Cd和Cu含量均符合上述標準規定。表明紅參重金屬及有害元素污染程度低,安全性相對較好,這可能與人參的規范化種植及炮制中受器具污染較小有關。

本研究僅測定了紅參中的9種元素,未能對其他無機元素進行含量考察,在進一步的研究中應增加無機元素的測定種類,從而更全面地評價紅參的無機元素分布。