ICP-MS测定植物中药材中的多种元素

2013-11-03彭光宇郑国灿朱美文李贤良王国民

质量安全与检验检测 2013年3期

彭光宇王晶郑国灿刘毅朱美文李贤良王国民

（重庆出入境检验检疫局重庆市进出口食品安全工程研究中心重庆 400020）

1 前言

中药材是中国医药学发展的物质基础，几千年来，以之作为防治疾病的主要武器，对保障人民健康和民族繁衍起着不可忽视的作用。近年来，由于环境污染等原因，导致中药材中某些有害元素含量超标，严重危害人类的身体健康。特别是上世纪90年代以来发生的多起“中药材重金属超标事件”，使得我国的中药材出口受到较大影响[1]。有害重金属元素含量已成为中药材一个很重要的质量控制指标，美国、韩国、加拿大等国均制定了中药材中Pb、As、Hg、Cd等重金属元素含量的限量要求，我国外经贸部标准《WM/T 2-2004药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》以及《中国药典》也对中药材中Pb、As、Hg、Cd、Cu等重金属元素含量的限量做出了规定[2]。与此同时，有研究[3-4]指出中药材的药效与其所含元素特别是微量元素的种类、含量等有着密切的关系。因此建立准确、灵敏、可靠的中药材中多种元素的检测方法具有十分重要的意义。

目前，针对中药材中元素的检测，主要有紫外-可见分光光度法[5-6]、原子吸收分光光度法[7-8]、原子荧光光度法[9]、电感耦合等离子体发射光谱（ICP）法[10-12]、电感耦合等离子体质谱（ICPMS）法[13-17]等。由于ICP-MS可对质量数为6-260的元素进行同时检测，且可同时测定含量差别较大的各种元素，具有简便、快速、灵敏度高等优点[18]，因此成为中药中多种元素同时测定的最佳手段。本研究对样品的消解条件、仪器检测条件等进行了优化筛选，并通过有证标准物质验证、回收率实验、精密度实验等手段验证方法的准确性和可靠性，建立了以Ge、In、Bi为内标，微波消解-ICP-MS测定植物中药材中Pb、As、Hg、Cd、Cu、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ni、Sn等12种元素含量的方法，并对实际样品进行了检测。该方法具有操作简单快速、灵敏度高、准确性好的特点，能满足根类、茎类、叶类、花类、果类、全草类植物中药材的相关检测要求。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 试验样品

（1）有证标准物质

GBW 07602（GSV-1）灌木枝叶、GBW 10027人参、GBW 10020柑橘叶、GBW 10026花粉：地球物理地球化学勘查研究所。

（2）实际样品

本试验所用的样品为：人参、黄柏、紫苏叶、金银花、枸杞、麻黄、砂仁、黄连、菊花、广藿香、甘草、山楂、红花、肉桂、大青叶、连翘、川穹、白芷等18种植物中药材。从市场上随机购买，均为炮制好的中药材。

2.1.2 仪器

ELAN DRC-e电感耦合等离子体质谱仪：美国Perkin Elmer 公司，配有在线加内标装置；Mars5微波消解仪：美国CEM公司；FW80微型高速万能试样粉碎机：河北省黄骅市振兴电器仪器厂；Milli-O 超纯水器：美国Milli-pore公司。

玻璃器皿在使用前均用50% HNO3溶液浸泡12h以上，然后用超纯水冲洗干净，烘干备用。

2.1.3 试剂

浓HNO3、30%H2O2：优级纯，重庆川东化工有限公司；实验用水为GB/T 6682 规定的一级水。

2.1.4 标准储备液、标准工作溶液、内标溶液

（1）标准储备液

Pb、As、Hg、Cd、Cu、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ni、Sn、Ge、In、Bi标液：1000μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

（2）标准工作溶液

将Pb、As、Hg、Cd、Cu、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ni、Sn 标液按一定比例（见表1）用5%HNO3溶液配置成12种元素的混合标准中间溶液。然后根据试样待测元素的大致含量范围，用1%HNO3溶液将混合标准中间溶液进行逐级稀释，配置成相应浓度的混合标准工作溶液，详见表1。

表1 混合标准工作溶液浓度(μg/L)

（3）内标工作溶液

将Ge、In、Bi标液用1% HNO3溶液逐级稀释至20 μg/L，利用在线加内标装置，与标准工作溶液和样品溶液同时泵入雾化装置，其实际检测浓度为2 μg/L。

2.2 方法

2.2.1 样品制备

取有代表性的样品约200 g，60℃干燥2 h，用样品粉碎装置将其制成粉末，选取能通过700 μm孔径标准筛但不能过250 μm孔径标准筛的粗粉，装入洁净容器，存储于干燥器中。

2.2.2 样品消解

称取0.2g样品（精确至0.1mg），置于微波消解罐中，加入6mL消解液（HNO3:H2O2，体积比为2:1），盖上聚四氟乙烯盖子，拧紧外套，在微波消解仪中进行消解。采用匀速升温方式，分三个阶段消解：

第一阶段：在1600W（100%）功率下，用5min升温至120℃，保持10min；

第二阶段：在1600W（100%）功率下，用5min升温至160℃，保持10min；

第三阶段：在1600W（100%）功率下，用5min升温至190℃，保持20min；

待消解罐冷却至室温后，将消解液转移至50 mL容量瓶中，用超纯水洗涤消解罐及内盖3-4次，洗涤液并入容量瓶中，用超纯水定容，同时做试剂空白试验。每一样品均取2份进行平行处理。

2.2.3 测定步骤

根据ICP-MS仪器的操作规程打开仪器，设置雾化器流量为0.81L/min，辅助气体流量为1.2 L/min，ICP射频功率为1200W，镜头电压为1.2V。待仪器稳定后，采用内标校正定量分析方法，在线加入内标工作溶液，对标准工作溶液进行测定。以12种元素的浓度为横坐标，12种元素与相应内标元素的强度比为纵坐标，绘制标准曲线并计算回归方程，然后分别将试剂空白溶液和处理好的样品溶液导入仪器雾化器中进行测定。将12种元素与相应内标元素的强度比代入回归方程式，求出样品中12种元素的含量。

3 结果与讨论

3.1 样品前处理条件的优化

微波消解是一种较新的样品前处理技术，与传统消解方法相比，具有快速、准确、污染少等优点，并且可防止易挥发元素组分的损失[18-19]。本试验中选择有证标准物质GBW 07602（GSV-1）灌木枝叶为样品，按照表2中相应的消解条件进行微波消解，冷却后定容至50 mL，用ICP-MS进行检测。将检测结果与样品的标称值进行比较，获得正交实验优化结果（见表3），从而确定样品的前处理条件，如2.2.2所示。

表2 消解条件正交考察表

表3 消解条件的正交优化结果

3.2 干扰的消除

ICP-MS主要存在非质谱型和质谱型两类干扰，其中非质谱型干扰主要包括：物理干扰、基体效应、记忆效应；质谱型干扰主要包括：同质异位素、多原子离子、双电荷离子等。常用消除干扰的方法除了优化仪器参数外，还包括内标校正、干扰方程校正等[19-21]。根据内标元素应与待测元素质量相近、电离能接近的原则，现有采用内标校正的文献中[16,19,22]，常用的内标元素为Sc45、Y89、Ga70、Ge72、In115、Bi209等。其中Sc45、Y89、Ga70、Ge72用于质量数偏低的As、Cu、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ni等元素的检测。本研究利用有证标准物质GBW 07602（GSV-1）灌木枝叶为样品，按照2.2完成样品前处理及测定后，分别用上述4种内标元素进行校正，将检测结果与样品的标称值进行比较。发现对标液和样品进行检测时，Sc45本身的响应值波动较大，稳定性较差；采用Y89、Ga70为内标时，部分元素的校正所得结果不在证书的标称范围以内；而采用Ge72为内标进行校正时，各元素的检测结果均在证书的标称范围内。因此本试验中，As、Cu、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ni均选择Ge72为内标，Cd、Sn选择In115为内标，Pb、Hg选择Bi209为内标。

3.3 检出限

按照上述分析条件，用1% HNO3溶液作为空白样品，进行11次连续测定，取11次测定结果的3倍标准偏差作为仪器检出限，然后根据本方法的稀释倍数，计算出方法检出限（见表4）。12种元素的检出限，完全满足目前各个国家对于相关元素的限量要求，并且与已有文献报道[13-17,22]中相关元素的检出限相当或者更好。

表4 各元素的分析质量数、相关系数和检出限

3.4 有证标准物质验证

按照本研究所确定的检测方法，对有证标准物质GBW 10027人参、GBW 10020柑橘叶、GBW 10026花粉进行测定。结果表明，各元素的检测结果均在证书的标称范围内，说明本方法测得的数据准确可靠。

3.5 回收率和精密度实验

选择具有代表性的根、茎、叶、花、果、全草类中药材：人参、黄柏、紫苏叶、金银花、枸杞、麻黄作为样品，每个样品称取6个平行，添加一定量的标准溶液，按照上述检测方法进行加标回收实验。结果表明，当添加水平为0.2mg/kg、1.0 mg/kg时，回收率为84.3%-93.9%，6次平行分析所得RSD为1.8%-8.4%，能满足检测要求。

3.6 实际样品的测定

按照本研究确定的方法，检测了从市场上随机购买的人参、黄柏、紫苏叶、金银花、枸杞、麻黄、砂仁、黄连、菊花、广藿香、甘草、山楂、红花、肉桂、大青叶、连翘、川穹、白芷等18种植物中药材中12种元素的含量，结果见表5。

表5 18种中药材中12种元素的检测结果 (mg/kg)

表5显示黄连中Cd、Cu含量，黄柏中Pb含量，金银花中Cd含量，川穹中Cd含量，均超过了我国对于中药材中相关元素的限量要求。说明我国植物中药材中相关元素尤其是重金属元素的污染问题仍较为严重，建立快速、准确的元素分析方法，对于其质量控制有着极为重要的作用。

王欣美等[23]用ICP-OES法分析了18种中药材中的11种元素；李艳丽等[16]采用ICP-MS法对24种中药材中5种有害元素含量进行了检测，文献中对于实际样品的检测值与本方法检测所得的结果基本相当。

4 结论

采用微波消解对样品进行前处理，ICP-MS进行检测，内标法定量，成功建立了植物中药材中Pb、As、Hg、Cd、Cu、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ni、Sn等12种元素的检测方法。该方法能同时完成12种元素的检测工作，具有操作简单快速、灵敏度高、准确性好的特点，适用于植物中药材中12种元素的检测，也对植物中药材中其他相关元素的检测提供参考。

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