微波消解ICP-MS法测定板栗壳微量元素

苏丽娜，杨本寿，浦亚清（曲靖医学高等专科学校药学系，云南曲靖　655000）



微波消解ICP-MS法测定板栗壳微量元素

苏丽娜，杨本寿，浦亚清
（曲靖医学高等专科学校药学系，云南曲靖655000）

［摘要］建立微波消解电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法同时测定云南11个产地板栗壳中43Ca、24Mg、66Zn、56Fe、63Cu、55Mn、75As、72Ge、201Hg、208Pb、52Cr、72Ge和95Mo 13种元素的方法并对所建立的方法进行方法学验证。13种元素浓度在0～0.2 μg/mL范围内线性关系良好（r≥0.999 3），检测限在0.12～48.5 ng/L，定量限在3.18×10-5～1.35×10-2μg/g，加标回收率在88.9%～107.5%，精密度RSD＜6.0%。结果表明板栗壳中43Ca和24Mg的含量最高，其他微量元素含量高低依次为55Mn、56Fe、66Zn、63Cu、52Cr、72Ge、95Mo。板栗壳中重金属随产地不同含量不同；11个不同产地的板栗壳中75As和208Pb的含量符合标准；部分产地中111Cd和201Hg的含量不符合标准。该法具有快速、准确、可靠、灵敏度高及多元素同时分析等特点，可进行板栗壳微量元素的测定。

［关键词］电感耦合等离子体质谱法；板栗壳；微量元素

［DOI］10. 3969/j. issn. 1672-2345. 2016. 02. 003

板栗Castanea mollissima Blume属壳斗科Faga⁃ceae栗属坚果类植物，起源于中国，在中国分布多达26个省（市、自治区）。随着板栗种植面积的扩大和板栗加工技术的不断深入，板栗产业加工的废弃物——板栗壳数量日益增加，造成资源浪费和环境污染，直接影响板栗的综合利用价值。历代的医药古籍中都有记载，板栗壳属板栗入药部位之一，药性甘、涩、平，具有降逆、止血的功效，主治反胃、鼻蛆、便血等症〔1〕。《安徽中草药》记载，栗壳研末，每服3 g，水送服，治便血和反胃呕吐〔2〕。吴龙云等〔3〕研究发现，板栗壳浸膏能抑制巴豆油所致小鼠耳廓肿胀及醋酸所致小鼠腹膜炎症；能抑制正常小鼠胃肠推进运动；能拮抗乙酰胆碱对豚鼠离体回肠平滑肌的兴奋效应，体外对痢疾杆菌、大肠杆菌、绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌具有不同程度的抑制和杀灭作用。由板栗壳、水东哥等药材组成的纯中药制剂（克咳片）具有镇咳、祛痰、平喘、消炎等作用，可用于治疗慢性支气管炎〔4〕。目前对板栗壳的化学组分研究主要集中在有机成分研究，研究表明板栗壳除含有纤维素、木质素〔5〕外，还含有酚类、有机酸、糖、多糖（或甙类）、黄酮（或皂甙类）、植物甾醇（或三萜）、内酯、香豆素（或其甙类）和鞣质等化学成分〔6〕；贾陆等〔7〕对板栗壳的95%乙醇提取浸膏进行化学成分研究，确定了16种化合物的结构分别是：β-谷甾醇、豆甾-5-烯-3β，7α-醇、麦角甾-6，22-二烯-3β，5α，8α-三醇、豆甾-4-烯-6α-醇-3-酮、豆甾-4-烯-6β-醇-3-酮、豆甾-5-烯-3β-羟基-7-酮、β-胡萝卜苷、齐墩果酸、原儿茶酸、水杨酸、对羟基桂皮酸甲酯、没食子酸、绿原酸、香草醛、乳糖和芦丁。中药发挥作用的有效成分不仅仅是有机成分，无机元素尤其是微量元素在药效的发挥中也有较大的作用，微量元素既可作为营养成分，也可与有机成分形成配合物，提高药物活性〔8〕。程庚金生等〔9〕采用微波消解-火焰原子吸收光谱法测定板栗壳中6种微量元素钙、镁、锌、铁、铜及锰的含量，结果表明板栗壳中钙和镁元素含量较高，铜和锌元素含量较低，锰和铁元素含量居中，这个结果符合人体对各种微量元素的需求。有害重金属元素含量是中药材一个很重要的质量控制指标。现代中药产业倡导“绿色中药”，要求严格保证所用的药材原料无污染，重金属及农药残留量在安全的限量范围内〔10〕。因此本文采用微波消解电感耦合等离子体质谱法同时测定板栗壳中13种微量元素，除了钙、镁、锌、铁、铜及锰，还有重金属元素砷、镉、汞、铅，及其他微量元素铬、锗和钼，为板栗壳的质量控制及药效研究提供理论依据。

1　仪器与材料

1.1仪器Agilent 7700x型电感耦合等离子体质谱仪（美国安捷伦）；Anton paar multiwave PRO型微波消解仪（奥地利安东帕）；DFY-200摇摆式高速万能粉碎机（温岭市林大机械有限公司）；Mili-Q纯水处理系统（美国MILLIPORE公司）。

1.2试剂混合元素标准溶液：5% HNO3基体，c （Ag，Al，As，Ba，Be，Ca，Cd，Co，Cr，Cs，Cu，Fe，Ga，K，Li，Mg，Mn，Na，Ni，Pb，Rb，Se，Sr，Ti，U，V，Zn）= 100 μg/mL，购于美国安捷伦公司，Part#8500-6940；质谱调谐溶液：2% HNO3基体，c（Ce，Co，Li，Mg，Tl，Y）=1 μg/L，购于美国安捷伦公司，Part#5185-5959；内标溶液：5% HNO3基体，c（Bi，Ge，In，6Li，Sc，Tb，Y）=10 mg/L，购于美国安捷伦公司，Part#5183-4681；Hg单元素标准溶液（c=10 mg/L，Part#8500-6941）购于美国安捷伦公司。超纯水（电阻率≥18.2 MΩ.cm，Mili-Q纯水处理系统制得）。实验中所用玻璃器具均在10%硝酸中浸泡48 h后，再分别用蒸馏水和超纯水冲洗干净。

1.3样品板栗购于农贸市场，剔除栗仁，将板栗壳置于洁净阴凉处备用。

2　方法与结果

2.1标准储备液的制备分别精密量取混合元素标准溶液（100 μg/mL）和Hg标准溶液（10 mg/L）1 mL至100 mL量瓶，用1%硝酸溶液准确稀释得0.1 μg/mL标准储备液。

2.2标准溶液的制备取上述适量标准储备液，用1%硝酸溶液逐级稀释为0、0.002 5、0.005、0.01、0.05、0.1、0.2 μg/mL的系列标准溶液。

2.3内标应用液的制备取内标溶液（10 mg/L），用2%硝酸溶液配制浓度为0.05 μg/mL内标应用液。

2.4样品溶液的制备板栗壳用蒸馏水冲洗3次，然后用超纯水洗涤3次，晾干放入烘箱60℃烘干，粉碎，干燥至恒重。准确称取样品0.500 0～0.600 0 g，置于聚四氟乙烯罐内，加入浓硝酸6 mL，微波消解。消解参数试验工作程序见表1。消解后的溶液自然冷却至室温后转移至聚四氟乙烯杯中，盖上玻璃盖子，置于消解器上加盖130℃蒸发至剩消解液1 mL左右，用少量超纯水反复润洗聚四氟乙烯杯，转移至50 mL容量瓶中，用超纯水定容，备用。用同样方法制备样品空白溶液。

表1　微波消解参数

2.5仪器测定条件选用八级杆碰撞/反应池模式-He碰撞模式检测，选择合适的功率，用1 μg/L的质谱调谐溶液和同浓度的内标液对电感耦合等离子体质谱仪条件进行最优化，使仪器的灵敏度达到最高，信号稳定，同时氧化物和双电荷产率最低。优化参数见表2。

表2　ICP-MS仪器操作条件及参数

2.6测定方法在上述优化的仪器参数测定条件下，根据Agilent 7700x型号仪器内置的标准干扰校正方程（EPA 20018）作为校正干扰方法，用内标混合溶液校正基体干扰和漂移。以体积分数5%的硝酸溶液作为空白溶液，分别测定空白溶液和标准品溶液，以3次测量值的平均值为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线，计算线性回归方程。将仪器的样品管插入供试品溶液中，取3次测量值的平均值，代入线性回归方程计算各元素的浓度，扣除相应的空白溶液的浓度，计算得出各元素的含量。微量元素最终含量计算为仪器测定值乘以稀释倍数50，再除以称量值，单位为μg/g。

2.7方法学验证

2.7.1线性及检测限取11次平行测定试剂空白溶液的标准偏差，以3倍空白溶液的标准偏差除以线性相关系数（标准曲线的斜率）作为仪器的检测限。10倍空白溶液的标准偏差除以线性相关系数作为仪器的定量限〔11〕。本方法中各元素的标准曲线方程、检测限和定量限见表3。从表3中可以看出，各元素浓度在0～0.2 μg/mL范围内线性关系良好，相关系数r＞0.999 3。

表3　标准曲线方程及各元素检测限

2.7.2精密度及加标回收率测定取样本1，按上述样品溶液的制备方法处理后测定。每个浓度平行测定6次，计算其加标回收率及相对标准偏差，结果显示准确度在88.9%～107.5%，精密度RSD＜6.0%，见表4。

2.8样品测定结果按照“2.6”项下的测定方法对样品进行消解处理，测定。云南不同产地板栗壳药材的测定结果见表5。测定结果表明板栗壳中43Ca 和24Mg的含量最高，其微量元素含量高低依次为55Mn、56Fe、66Zn、63Cu、52Cr、72Ge、95Mo。板栗壳中重金属随产地不同含量不同，其中样品9（产地：曲靖陆良）75As含量最高，样品1（产地：昭通永善）111Cd含量最高，样品10（产地：宣威板桥）201Hg含量最高，样品1（产地：昭通永善）208Pb含量最高。

3　结论与讨论

1）本文建立了微波消解ICP-MS法测定板栗壳中75As、111Cd、201Hg、208Pb、43Ca、24Mg、56Fe、63Cu、55Mn、66Zn、72Ge、52Cr、9Mo 13种元素含量的方法。该方法线性关系好、分析快速准确、灵敏度高、检出限低并可同时测定多种元素含量。本实验采用最优化的仪器条件、选择合适的内标元素、采用仪器内设的干扰校正方程EPA 20018减少和消除氧化物、双电荷、多原子离子、质量歧视效应、基体抑制、物理效应等干扰，改善并提高了仪器的准确度和精密度。

表4　精密度及加标回收率实验结果（n=6）

表5　云南不同产地板栗壳药材的测定结果（n=3）

2）参考“药用植物及制剂进出口绿色行业标准”中重金属元素限量标准，75As≤2.0 μg/g，111Cd≤0.3 μg/g，201Hg≤0.2 μg/g，208Pb≤5.0 μg/g，11个不同产地板栗壳中75As和208Pb的含量符合标准；大部分产地中111Cd和201Hg的含量不符合标准，这可能是由于化肥、有机肥的过度施用及区域污染有关，导致农业土壤中的镉和汞含量增加。

［参考文献］

〔1〕中华本草编辑委员会.中华本草（第二卷）〔M〕.上海：科学技术出版社，1999：419-421.

〔2〕席芳.栗壳化学成分的研究〔D〕.郑州:郑州大学，2007.

〔3〕吴龙云，凌桂生，许振朝.栗壳浸膏的抗菌抗炎作用及对胃肠平滑肌运动的影响〔J〕.广西中医药，2002，25（4）：54-56.

〔4〕张家瑞，徐联武.克咳片质量标准研究〔J〕.中药材，2003，26（8）：589-590.

〔5〕李云雁，罗渊，宋光森，等.乙酸乙酯法分离栗壳木质素的研究〔J〕.林业科技，2007，32（4）：41-44.

〔6〕赵德义，高文海，花成文，等.栗壳化学成分的初步研究〔J〕.陕西林业科技，2003（2）：1-3.

〔7〕贾陆，席芳，王娜，等.栗壳化学成分研究〔J〕.中国医药工业杂志，2010，41（2）：98-102.

〔8〕李颖梅.中草药与化学〔J〕.中外健康文摘，2007，4（1）：38.

〔9〕程庚金生，彭金年，李银保，等.微波消解-火焰原子吸收光谱法测定板栗壳中6种微量元素〔J〕.光谱实验室，2010，27（1）：145-147.

〔10〕徐万帮，肖钧，蒋忠军，等.香砂六君丸有害元素检测与限度评估〔J〕.时珍国医国药，2013，24（9）：2281-2283.

〔11〕陈晋红，刘大伟，汤毅珊，等.中药材重金属和农药残留的研究进展〔J〕.中药新药与临床药理，2009，20（2）：187-190.

（责任编辑毛本勇）

Determination of the Trace Elements in Chestnut-Shell by Microwave Digestion ICP-MS

Su Lina, Yang Benshou, Pu Yaqing
（Department of Pharmacy, Qujing Medical College, Qujing, Yunnan 655000, China）

〔Abstract〕A microwave digestion ICP- MS method was proposed and validated for the simultaneous determination of 13 trace elements（43Ca,24Mg,66Zn,56Fe,63Cu,55Mn,75As,72Ge,201Hg,208Pb,52Cr,72Ge and95Mo）in the chestnut-shell produced at 11 different places in Yunnan. The linear range of the calibration curve was 0-0.2 μg/mL with good correlation coefficient（r≥0.999 3）. The detection limit was in the range of 0.12-48.5 ng/L. The quantitation limit was in the range of 3.18×10-5-1.35×10-2μg/g. Recoveries of the elements from the chestnut-shell were in the range of 88.9%-107.5%, and the RSD was less than 6.0%. The results showed that the highest contents were43Ca and24Mg, and the contents of other trace elements were in the order of55Mn,56Fe,66Zn,63Cu,52Cr,72Ge and95Mo. The contents of heavy metals in chestnut shell were different in different places. The contents of75As and208Pb from 11 different habitats were in accordance with the standard, and the contents of111Cd and201Hg at some habitats were not conformed to the standards. The method is fast, accurate, reliable, with high sensitivity and multi elements analysis, which could be applied for the determination of trace elements in chestnut shell.

〔Key words〕inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS）; chestnut-shell; trace element

［中图分类号］O675.31

［文献标志码］A

［文章编号］1672-2345（2016）02-0010-05

［基金项目］云南省教育厅科学研究基金资助项目（2012Y210）

［收稿日期］2015-10-22［修回日期］2015-11-10

［作者简介］苏丽娜，副教授，主要从事药物分析研究.