石楠藤無機元素指紋圖譜的建立及相關性分析

包鵬杰

（寧波盧米藍新材料有限公司，浙江 寧波 315048）

石楠藤為胡椒科植物毛蒟 [Piper puberulum(Benth.)Maxim.]的干燥枝葉，又名石南藤、毛蒟、爬巖香、巴巖香、南藤、丁公藤、搜山虎、藍藤和小風藤等，在《開寶本草》、《滇南本草》及《本草綱目》等書均有記載[1-4]。石楠藤是貴州、內蒙古、廣西和四川等地少數民族的習用藥材[5]。味辛性溫，入肝、脾、小腸三經，具有祛風濕、強腰膝、補腎壯陽、止咳平喘、活血止痛功效；主治風寒濕痹、腎虛腰痛、痛經、咳嗽氣喘、跌打腫痛、陽萎等[6-7]。有研究發現，木脂素、新木脂素類、酰胺生物堿類、有機酸、甾醇類和揮發油等是石楠藤的主要化學成分，其中木脂素類和新木脂素類是石楠藤的主要有效成分[8-9]。

無機元素作為植物中必不可少的一類成分之一，其在植物次生代謝產物合成、化學成分的結構組成和中藥活性的表達等方面起著十分重要的作用[10-11]。指紋分析是一種表征天然植物多組分特征，全面反映天然植物多組分體系整體現狀的綜合性質量分析方法。此外，指紋分析對鑒別藥材等非直接質量評價方面也具有重要意義[12]。冉金鳳等以稀土元素含量的平均值構建了黃精稀土元素標準指紋圖譜，作為鑒定黃精中藥材的參考依據[13]。劉倩倩等使用ICP-MS 法測定了不同產地玉竹和黃精中26 種無機元素，同時繪制了玉竹和黃精的無機元素指紋圖譜，并找出Sr、Se、V、Cd、Al、Ga、Fe、Cr、Ni、Co 等10 種特征無機元素，可有效區分不同產地的2 種藥材[14]。于喆源等使用ICP-MS 法對甘草中27 種無機元素進行了定量測定，并繪制了無機元素質量分數分布圖，得出Ba、Te、Al、Cs、Co、Ce、Fe、La、V、As、Mn、Cr、Y 對產地溯源具有明顯的統計學意義，將其作為產地溯源的特征元素[15]。譚新寧等從無機元素角度分析了青葙子及其混偽品的差異，而喬婷婷等使用ICP-OES/MS 技術對白礬及其偽品銨明礬的無機元素差異進行了分析，結果表明，從無機元素的角度出發，可以很好地區分青葙子/白礬及其偽冒產品[16-17]。然而，目前對于石楠藤的研究大多集中在有機化學成分方面，而對于石楠藤無機元素指紋圖譜研究未見報道。

為全面評價石楠藤的品質，本實驗以不同產地（江西省新余市、宜春市上高縣、新余市分宜縣、宜春市高安市、宜春市三陽縣）的石楠藤作為研究對象，通過微波消解-ICP-OES/MS 法同時測定石楠藤中Li、Be、Ti、V、Cr、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Sn、Sb、Ba、Tl、Bi、Mg、K等20 種無機元素的含量，分析不同產地石楠藤中無機元素含量的差異，繪制了無機元素指紋圖譜，進行了相關性分析。以期為石楠藤的科學研究、質量監控提供參考依據。

1 實驗部分

1.1 材料與試劑

石楠藤收集于江西省新余市、宜春市上高縣、新余市分宜縣、宜春市高安市、宜春市三陽縣5 個產地，樣品編號依次為S1、S2、S3、S4 和S5；硝酸，UP 級，蘇州晶銳化學試劑公司；實驗用水為一級水；內標元素為鍺（72Ge）、銦（115In）；多元素（Li、Be、Ti、V、Cr、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Sn、Sb、Ba、Tl、Bi、Mg、K、Fe、Mn、Ca）標準溶液，批號GSB04-1767—2004，100 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；Ge（批號：22072635,1 000 μg/mL）、In（批號：21122035，1 000 μg/mL），國家鋼鐵材料測試中心。

1.2 主要設備

ETHOS UP 微波消解儀和趕酸器，北京萊伯泰科；ICAP RQ 電感耦合等離子體質譜，Thermo Fisher；XSR205DU/A 型電子天平，梅特勒-托利多；DHG-9240A 型臺式電熱恒溫鼓風干燥箱；Pulverisette 11 刀式研磨儀，德國Fritsch。

1.3 實驗方法

精密稱取約0.5 g 石楠藤粉末于消解管中，加入5 mL 高純硝酸和2 mL 雙氧水后，預消解過夜，之后進行微波消解。試樣消解完成后，冷卻至60 ℃以下取出，將消解液定容至50 mL 容量瓶中，搖勻，即得；同法制備試劑空白溶液。

待測液在ICP-MS 開機穩定30 min 后進行調諧和質量校正，使儀器的狀態調至最佳。儀器工作條件如下：等離子體功率1 550W；霧化器流量0.996 8 L/min；輔助氣流量0.800 L/min；采樣深度5 mm；冷卻氣流量14 L/min；碰撞氣1 流量5.122 L/min 檢測器電壓（脈沖）1 278.59 V；檢測模式KED；蠕動泵泵速為40 r/min。其中使用ICP-OES 測定石楠藤樣品中Mg、K、Fe、Mn和Ca 的含量。

1.4 數據分析

采用EXCEL 軟件進行數據處理，Origin 軟件進行繪圖。

2 結果與討論

2.1 方法的線性與檢出限

在儀器狀態穩定的條件下測定制備好的混合標準溶液，其中，Mg、K、Fe、Mn 和Ca 采用ICP-OES 測定，其他元素采用ICP-MS 測定，結果見表1。結果顯示，各元素的標準曲線線性關系良好，R2均大于0.99。

表1 各元素回歸方程、相關系數及檢出限

2.2 精密度實驗

精密吸取混合元素標準溶液，根據上述方法平行測定6 次，計算得到20 種無機元素響應峰強度的RSD 均小于2.85%，說明儀器的精密度良好。

2.3 穩定性實驗

取S3 石楠藤供試品溶液，按上述方法分別于0、2、4、6、8、10、12 h 進行測定。記錄各元素的響應信號值，計算得到20 種無機元素的RSD 均小于2%，表明供試品溶液在12 h 內穩定性良好。

2.4 重復性實驗

取S3 石楠藤供試品6 份，按照上述方法制備供試品溶液，同法測定，計算的到20 種無機元素的RSD為1.33%～2.81%，表明該方法的重復性良好，可以滿足檢測要求。

2.5 加標回收率實驗

取S3 石楠藤供試品粉末約0.5 g，分別加入適量的各元素標準溶液，按照上述方法制備供試品溶液，記錄響應值，計算得到各元素的加標回收率為93.25%～122.91%，RSD 為1.79%～4.22%。

2.6 無機元素含量分析

石楠藤樣品中20 種無機元素的含量如表2 所示。石楠藤中Ca、K、Mg 的含量最高，其中人體必須常量元素Ca 和K 均大于7 000 mg/kg，其次含量較高的元素有Ti、Ni、Zn、Sr、Ba、Fe 和Mn，平均值均大于1 mg/kg，而其余元素含量均小于1 mg/kg。Ca 是人體骨骼和牙齒的主要成分，Mg 可以舒張血管和降低血壓，Fe 是血紅蛋白的主要成分，參與細胞酶的合成，維持細胞的正常功能[18-19]。因此，石楠藤可以作為補充人體必需元素的藥材。

表2 石楠騰中無機元素測定結果 單位：mg/kg

將石楠藤中20 種無機元素根據其含量的數量級分為6 組，并繪制石楠藤無機元素含量折線圖，結果見圖1。在5 個產地中，Ca、Ti、Be、V、Li、Co、Ga 的含量較為平均。采自宜春市上高縣的石楠藤S2 中Ba、Tl、Ni、Zn 和Mn 含量較其他產地要高（見圖1），這可能與當地的氣候環境以及土壤等有關。

圖1 石楠藤無機元素含量折線圖

2.7 石楠藤無機元素指紋圖譜

石楠藤無機元素含量的數量級相差比較大，為了更直觀的繪制石楠藤無機元素指紋圖譜，將20 種無機元素進行放大或縮小，統一為同一數量級。其中將Be、Sn、Sb、Tl、Bi 擴 大1 000 倍，Li、V、Ga、Co 擴 大100 倍，Cr、Ni 擴大10 倍，Mg、K、Ca 縮小100 倍，Fe和Mn 縮小10 倍，其余元素保持不變。之后以元素種類為橫坐標，相對含量為縱坐標繪制20 種無機元素相對質量分數分布曲線圖，結果如圖2 所示。不同樣品之間峰形相似，但其譜線具體走勢因石楠藤樣品中各元素含量的高低差異而有所不同。利用石楠藤無機元素含量的平均值繪制石楠藤無機元素對照圖譜（見圖3），以方便鑒別石楠藤與其他偽冒藥材。

圖2 石楠藤無機元素指紋圖譜

圖3 石楠藤無機元素對照圖譜

2.8 相關性分析

為了探究石楠藤中各種無機元素直接的相互關系，利用Origin 軟件對石楠藤中20 種無機元素進行相關性分析，結果見圖4 所示。由圖4 可知，石楠藤中有4 對元素呈顯著正相關，分別是Ni-Ti、Mn-Ti、Ca-Ti 和Ca-Mn，說明在石楠藤樣品中這4 對元素在被吸收積累的過程中具有相互協同、促進吸收的關系。而Co-Be、Tl-Be、V-Ti、Fe-Ti、Ca-Ti、Tl-Co、Ba-Ni、Sn-Ga、Ca-Sr 和Bi-Sb 這10 對元素呈顯著負相關，Mn-Ni 呈極顯著負相關，說明這11 對元素在吸收積累的過程中具有拮抗作用。

圖4 無機元素相關性分析圖

3 結論

本文分析了石楠藤樣品中20 種無機元素的含量，石楠藤中無機元素含量最高的是Ca、K、Mg，其平均值均大于1 000 mg/kg，其次含量較高的元素有Ti、Ni、Zn、Sr、Ba、Fe 和Mn，平均值均大于1 mg/kg，而其余元素含量均小于1 mg/kg。此外，在5 個產地中，Ca、Ti、Be、V、Li、Co、Ga 的含量較為均一，相差不是很大。根據石楠藤中無機元素的相對含量繪制石楠藤無機元素指紋圖譜，并利用石楠藤中各無機元素相對含量的平均值進一步生成石楠藤無機元素對照圖譜，可用于鑒別石楠藤及其偽冒產品。此外，相關性分析顯示，共有4 對元素呈顯著正相關，10 對元素呈顯著負相關，只有Mn-Ni 呈極顯著負相關。相關性分析表明石楠藤中這15 對無機元素之間在一定程度上具有拮抗或相互協同的作用。結果可為石楠藤的質量評價提供一定的借鑒。