三重串联四极杆电感耦合等离子体质谱法测定植源性中药材中总硫含量

王晓伟，刘景富，关 红，王小艳，邵 兵*，张 晶，刘丽萍，张妮娜

1. 北京市疾病预防控制中心与北京市预防医学研究中心食物中毒诊断溯源技术北京市重点实验室，北京 100013 2. 中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室，北京 100085 3. 北京市顺义区疾病预防控制中心, 北京 101300

三重串联四极杆电感耦合等离子体质谱法测定植源性中药材中总硫含量

王晓伟1，刘景富2，关 红3，王小艳1，邵 兵1*，张 晶1，刘丽萍1，张妮娜1

1. 北京市疾病预防控制中心与北京市预防医学研究中心食物中毒诊断溯源技术北京市重点实验室，北京 100013 2. 中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室，北京 100085 3. 北京市顺义区疾病预防控制中心, 北京 101300

三重串联四极杆电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS/MS); 中草药; 二氧化硫; 微波消解; 硫磺熏蒸

引 言

二氧化硫(SO2)是一种无色、有刺激性气味气体，易溶于水生成亚硫酸。由于具有优秀的抑菌与抗氧化能力，SO2常作为抗菌剂与漂白剂被广泛应用于中药材加工过程中。植源性中药中的SO2主要来源于植物的自然生长过程与加工处理过程。其中来自于人工熏蒸过程的SO2远远超过药物自然生长过程中吸收的SO2[1]。由于熏制处理过程中残留的SO2会对人体造成健康危害，因此，我国与世界各国均对药物中SO2的限量浓度作了严格规定。我国国家药典委员会规定山药、牛膝、粉葛等11种传统习用硫黄熏蒸的中药材及其饮片，SO2残留量不得超过400 mg·kg-1； 其他中药材及其饮片的二氧化硫残留量不得超过150 mg·kg-1[2]。FAO/WHO制定的“食品添加剂通用标准”规定，草药及香料中亚硫酸盐残留量“以SO2计不得超过150 mg·kg-1”，蘑菇、豆类、海藻类等干菜以及种子类产品中亚硫酸盐残留量“以SO2计不得超过500 mg·kg-1”。同时我国规定，以SO2计，人体每日允许摄入量(ADI)为0～0.7 mg·kg-1体重[3]。

目前，我国的食品与药品安全问题引起了广泛的关注。中药加工过程中滥用硫磺熏蒸的现象日趋严重。药材中SO2残留量超标，对人体健康产生危害的事件时有报道，亟需加强对植源性中药中SO2含量的监管。因此，建立快速、可靠的SO2分析方法具有重要意义。

通常采用的SO2检测方法包括滴定法[4]、离子色谱法[5]、气相色谱法[6-7]、光谱法[8-9[10-12]。目前，欧盟推荐采用滴定法测定食品中SO2浓度[13]。中国国家药典委员会发布的SO2残留量检测方法中规定可采用酸碱滴定法、离子色谱法、气相色谱法测定熏蒸处理过的药物中SO2残留量[14]，但是这三种方法均需要对样品进行复杂的前处理, 不适宜开展大量样品的分析测定。而作为最直接、快速的元素分析技术，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)一直是元素分析的首选方法。由于存在较强的电离电位与多原子离子干扰，目前基于单四极杆的ICP-MS技术一直未能有效的应用于硫元素的测定工作[15]。

最新研发的三重串联四极杆ICP-MS(ICP-MS/MS)实现了离子的选择性提取与反应，为硫元素的检测奠定了技术基础。ICP-MS/MS首先通过第一级四极杆(Q1)实现指定质荷比离子的筛选，将指定质荷比的离子送入二级碰撞/反应池(ORC)，同时过滤掉其他质荷比的干扰离子； 随后，根据目标离子性质在ORC中通入不同种类碰撞/反应气，消除多原子离子干扰，或生成目标多原子离子以将目标离子与同质荷比干扰离子区分； 最后，通过第三级四极杆(Q2)实现对ORC中生成的目标质荷比离子进行选择分析，实现高灵敏度、低背景干扰检测。目前，ICP-MS/MS技术已经成功应用于生物油中硫含量[16]，以及含硫蛋白质的定量测定[17]。

本研究以植源性中药中SO2为研究对象，考察不同分析模式与反应气条件下，ICP-MS/MS对SO2的定量分析能力，确定最佳仪器分析条件； 建立植源性中药的前处理方法，考察样品基质与消解过程对定量分析结果的影响，保证分析结果的准确性； 最终建立基于微波消解、ICP-MS/MS技术的植源性中药中SO2高灵敏度分析方法。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

安捷伦8800电感耦合等离子体质谱仪，CEM MARS微波消解仪，梅特勒AL204分析天平，IKA MS3数字混匀器。

1.2 样品处理

称取0.3～0.5 g柑橘叶样品，置于50 mL微波消解罐中，加入6 mL硝酸、2 mL双氧水，盖盖子静置30 min后将盖子拧紧进行微波消解，微波消解程序如表1所示。消解结束后，待消解罐冷却至室温，使用去离子水将消解液定容至50 mL，混匀待测。将样品稀释10倍后上机测定。

Table 1 Program of microwave digestion process

1.3 标准曲线的配置

2 结果与讨论

2.1 仪器参数优化与定量离子选择

由于ICP-MS/MS可通过改变Q1的设置分别以单四极杆(QMS)模式和串接(MS/MS)模式运行，为了考察不同分析模式与反应气对于S检测灵敏度的影响，获得最佳的设备条件，首先考察了QMS和MS/MS模式下，使用不同碰撞/反应气时，S的定量离子及其方法学参数。

为了获得最佳的仪器灵敏度，首先对QMS和MS/MS模式，三种ORC条件下的仪器参数进行了优化，结果如表2所示。随后，分别考察QMS和MS/MS模式(将Q1分别设置为通过全部离子和仅通过m/z=32和34的离子)，不使用碰撞/反应气(NG)，以He为碰撞气(HE)，以及以O2为反应气(O2)三种条件时，32S和34S的标准曲线。在NG和HE条件下，设置Q2通过m/z=32和34的离子，以32S+和34S+作为S的定量离子； 在O2条件下，设置Q2通过m/z=48和50的离子，以32S16O+和34S16O+作为S的定量离子。

Table 2 Critical operating parameter settings for the ICP-MS

在O2条件下，QMS模式时无法获得令人满意的32S16O+与34S16O+的标准曲线。通过前驱离子扫描功能(即监测所有可以形成m/z=48和50的离子)，在不使用Q1对进入ORC的离子进行筛选时，m/z=16，32，34，40，48，50，80的离子都会在ORC中产生m/z=48和50的离子干扰，并最终将定量离子32S16O+与34S16O+的信号湮没，导致其标准曲线线性关系较差。而MS/MS模式时，通过Q1的离子选择功能，可以首先去除m/z=32和34之外的所有干扰离子，将背景中本身存在的m/z=48和50以及可以在ORC中产生m/z=48和50离子干扰的背景离子降低到最小程度，继而通过S与O2在ORC中反应，产生32S16O+与34S16O+，回避进入ORC中m/z=32和34的同质荷比离子的干扰，降低背景噪声，提高检测灵敏度，获得更好的线性范围与线性关系，以及较低的检出限。

Fig.1 Calibration curves of measured under QMS and MS/MS mode with three different ORC condition

而由图1(b)可以发现，O2条件下的MS/MS模式在μg·L-1浓度范围内具有更加优秀的定量能力。在20～500 μg·L-1的低浓度水平，由于S绝对浓度降低，而背景中33S1H+和16O18O+等m/z=34的多原子离子干扰强度并未改变，背景信号对34S信号的掩盖效应显著增强[16]，因此不管是否开启Q1的离子筛选功能，在NG和HE条件下均已无法获得34S的标准曲线。此时MS/MS模式下，以32S16O+与34S16O+为定量离子时，依然表现出非常好的线性关系。并且通过对比20～500 μg·L-1与0.5～100 mg·L-1浓度范围的标准曲线线性方程可知，在20 μg·L-1～100 mg·L-1浓度范围内，32S16O+与34S16O+均呈现出一致的标准曲线线性关系。因此，通过以上结果有理由判断，相比于传统的QMS模式，MS/MS模式具有更强的去除背景干扰的能力； 而通过将S+与O2在ORC中反应生成SO+的方式，可以获得更低的检出限与更宽的线性范围。

2.2 方法性能与背景干扰

2.3 方法可靠性验证及实际样品分析

采用柑橘叶标准参考物质(GBW10020)对方法的可靠性进行验证。柑橘叶标准参考物质中S的含量为0.41%±0.03%。

采用微波消解方式对柑橘叶样品进行前处理，针对柑橘叶样品的特性，首先对微波消解过程中硝酸与双氧水的用量进行了优化。最后，使用优化后的微波消解方法与ICP-MS/MS检测条件对柑橘叶样品进行6次平行处理与测定。

检测结果如表3所示。由结果可知，采用ICP-MS/MS方法测定植源性中药材总S浓度时，样品经微波消解处理后，样品基质及样品中的其他元素不会对测定结果的准确性产生不利影响，测定结果具有优秀的准确性与重现性。

Table 3 S concentration in the citrus leaf standard reference material (GBW10020)

3 结 论

采用最新研发的ICP-MS/MS技术，建立了植源性中药材中总S含量的检测方法。通过Q1的离子选择技术，以及ORC中O2与S+的碰撞反应，有效去除了背景基体中m/z=32和34及m/z=48和50的离子干扰，获得了较低的检出限与较宽的线性范围。通过对柑橘叶标准参考物质的分析，对方法在实际样品分析中的可靠性与准确性进行了评价。结果表明，ICP-MS/MS技术具有优秀的检测准确性与结果重现性，实际样品中的其他元素以及样品的微波消解处理过程均不会对测定结果的准确性产生影响。此外，通过与液相色谱、离子色谱等分离技术的串联使用，本方法还有望应用于药品及食品中各类含S物质的分析检测工作。

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*Corresponding author

Determination of Total Sulfur Dioxide in Chinese Herbal Medicines via Triple Quadrupole Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

WANG Xiao-wei1, LIU Jing-fu2, GUAN Hong3, WANG Xiao-yan1, SHAO Bing1*, ZHANG Jing1, LIU Li-ping1,ZHANG Ni-na1

1. Beijing Key Laboratory of Diagnostic and Traceability Technologies for Food Poisoning, Beijing Centers for Diseases Control and Prevention & Centers for Preventive Medical Research, Beijing 100013, China 2. State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China 3. Shunyi District Centers for Diseases Control and Prevention, Beijing 101300, China

Triple quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS/MS)； Chinese herbal medicines； Sulfur dioxide； Microwave digestion； Sulfur fumigation

Nov. 30, 2014; accepted Apr. 12, 2015)

2014-11-30，

2015-04-12

国家自然科学基金项目(31301474)，国家科技支撑计划项目(2012BAK17B01)，北京市预防医学研究中心公益应用课题项目(2014-BJYJ-12)资助

王晓伟，1984年生，北京市疾病预防控制中心与北京市预防医学研究中心助理研究员 e-mail: u02055208@hotmail.com *通讯联系人 e-mail: shaobingch@sina.com

O657.3

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)02-0527-05