微波消解—石墨炉原子吸收法测定川芎镉含量方法学研究

李阳　韩桂琪　何难　黄彪　彭成　国锦琳

摘要[目的]建立准确测定川芎中镉含量的分析方法。[方法]微波消解法消化经粉碎混匀的川芎块根样品0.1 g，消解总时间25 min，消化液赶酸后稀释定容100 mL，以石墨炉原子吸收法测定总镉浓度。选择1.0 g/L磷酸作基体改进剂提高灰化温度至550 ℃。[结果]方法检出限为0.08 mg/kg，线性范围为0.08～2.00 μg/L，日内精密度的RSD为0.2%～6.5%。测定5个种植区域的川芎样品共48份的加标样品回收率为96.0%～109.6%。[结论]该方法测定川芎中镉含量灵敏、准确、高效、易普及，为准确掌握川芎镉含量分布提供了可靠的定量方法。

关键词 镉含量；川芎；微波消解；石墨炉原子吸收法；定量测定

中图分类号 S567 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）05-130-03

Abstract[Objective]To establish an analysis method to accurately determine the cadmium concentration of Chuanxiong Rhizoma.[Method]The tuberous root of Chuanxiong Rhizoma was pulverized and 0.1 g of the powder was digested by microwave. After 25 min of digestion， the acid was drove by heating and diluted to 100 mL. The cadmium concentration of the sample solution was detected by graphite furnace atomic absorption. 1.0 g/L phosphoric acid was used as the matrix modifier and the ashing temperature was raised to 550 ℃.[Result]The detection limit was 0.08 mg/kg； linear range was 0.08-2.0 μg/L； RSD of intraday precision was 0.2%-6.5%. The recovery rates of 48 samples were 96.0%-109.6% in five planting areas.[Conclusion]This method is sensitive， effective and accurate to detect the cadmium concentration in Chuanxiong Rhizoma， and provides reliable quantitative method for the investigation of accurate distribution of cadmium concentration in Chuanxiong Rhizoma.

Key words Cadmium concentration； Chuangxiong Rhizoma； Microwave digestion； Graphite furnace absorption； Quantitative analysis

川芎是伞形科川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的干燥根茎[1]，是重要川产道地药材，主产区成都的产量占全国总产量的90%以上，是我国中药出口创汇的重要品种。重金属超标问题是川芎国际贸易壁垒的主要成因，其中镉超标是川芎重金属超标问题中最突出的[2-4]。川芎中镉限量《中国药典》规定为0.3 mg/kg[1]，欧洲规定更为严格，为0.2 mg/kg[5]。

测定川芎中镉含量方法主要有湿消化-火焰原子吸收法[4，6]、湿消化-石墨炉原子吸收法[3]、湿消化-ICP/MS法[2]。火焰原子吸收灵敏度有限，湿消化-火焰原子吸收法取样量一般为1.0 g以上，样品前处理难度大、时间长，易造成损失，影响定量准确性；ICP/MS方法成本较高，尚不易普及；石墨炉原子吸收法灵敏度高，是测定川芎中微量镉的理想方法，但镉受热易挥发，湿消化敞口进行有可能损失且效率低，不适宜用于测定川芎中镉含量的样品前处理。微波消解是适合于易挥发无机元素的高效消解方式，是适用于川芎样品镉含量测定的前处理方法。目前中药材中镉含量测定的研究侧重于具体样品含量的报道[7-8]，也有对检测方法中某一项单项条件的研究[9-10]，但对检测方法各方面影响因素的研究和检测参数选择过程报道少见。为准确测定川芎中镉含量，建立准确、高效的川芎中镉含量测定方法，需要对检测方法各步骤、条件、参数进行全面研究。该研究通过对样品前处理方法条件及石墨炉原子吸收测定条件的全面优化，建立了定量检测川芎中镉的微波消解-石墨炉原子吸收法，以期为其他中药中镉含量的定量测定方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

石墨炉原子吸收光谱（安捷伦GTA120，200 Series AA，240Z AA）；微波消解仪（上海新仪MDS6G）；不锈钢小型磨粉机、尼龙筛网（60目）、镉标准储备溶液（1 000 μg/mL），实验室用水为超纯水（18.2 MΩ·cm）。

1.2 方法

1.2.1 样品处理方法。取川芎块根部去杂后切片烘干，粉碎并过60目尼龙筛，制成均匀粉末装样品袋、编号、密封、常温干燥保存。准确称取样品粉末约0.1 g放入消解内罐，加入浓硝酸10 mL，微波消解设置温度主控模式，消解温度程序设置为130 ℃、10 min，150 ℃、5 min，180 ℃、10 min，消解功率根据消解罐数量设置。微波消解后得到红棕色澄清消化液，转移至经10%硝酸浸泡的锥形瓶，电热板加热赶酸至略带黄绿色澄清溶液，转入100 mL容量瓶，水定容，待上机测定。

1.2.2

石墨炉原子吸收测定条件。仪器条件为检测谱线 228.8 nm，狭缝宽度0.5 nm，灯电流0.3 mA，塞曼校正。石墨炉升温程序为干燥95 ℃、40 s，160 ℃、10 s，灰化550 ℃、9 s，原子化1 800 ℃、3 s。将镉标准储备液逐级稀释，配制浓度为2.0 μg/L的标准溶液，仪器自动稀释为标准系列的各浓度0.2、0.4、0.8、1.0、1.5、2.0 μg/L。基体改进剂为1.0 g/L磷酸。进样量10 μL，基体改进剂采取共进样方式，体积85 μL。

1.2.3 方法学考察。

1.2.3.1

方法检出限。以超纯水作空白溶液，测定20次吸光度值，计算标准偏差，由公式计算得到方法检出限：检出限=置信因子×空白标准偏差/灵敏度，其中置信因子取3。

1.2.3.2 精密度。取0.1 g经预处理的川芎样品按“1.2.1”方法条件制备样品溶液，于此后的0、1、2、3、4、5 h按“1.2.2”方法条件分别测定1次，计算样品溶液镉含量6次测定值的相对标准偏差（RSD，n=6）。

1.2.3.3

线性范围。配制浓度为0～10 μg/L范围的镉标准溶液系列，测定吸光度值，以标准溶液镉浓度为横坐标、吸光度值为纵坐标绘制相关趋势图，拟合相关方程，求得呈线性相关关系的浓度范围。

1.2.3.4

准确度。以实际样品加标回收率评价方法的准确度。测定5个种植区域的川芎样品8批共48份，每批设置2份加标平行样品。经预处理后的川芎样品按0.500 mg/kg水平加入镉标准溶液得到加标样品，按优化后方法测定样品镉含量及加标样品镉含量，计算加标回收率。

2 结果与分析

2.1 检出限及精密度

以超纯水作空白溶液，测定吸光度值标准偏差为0.000 4（n=20），计算出方法检出限为0.08 μg/L，样品中镉的检出限为0.08 mg/kg，测得方法日内精密度的RSD为0.2%～6.5%。

2.2 线性范围

从0～10 μg/L镉浓度与吸光度值的相关趋势（图1）拟合得到多项式y=0.000 4x2+0.009 8x+0.001 8（r=0.999 3），可见在0～10 μg/L浓度范围内吸光度与镉浓度不具有线性关系。缩小浓度范围，最后确定线性范围为0.08～2.00 μg/L，线性方程为y=0.010x+0.001（r= 0.999 5）。

2.3 准确度

5个种植区域的川芎样品共48份分8批测定，测得镉含量背景值为0.302～1.025 mg/kg，加标回收率为96.0%～109.6%。

3 讨论

3.1 取样量优化

按照文献[6]方法尝试取样量为1.0 g，称取6份平行样品同时测定。采用硝酸-高氯酸消化，酸用量达30 mL后消化液仍浑浊并有碳化颗粒残留，说明1.0 g样品难以消化完全。将该消化液稀释至250 mL，离心取上清液测定镉浓度，6份平行样品溶液浓度范围为6.048～68.768 μg/L，重复性差（RSD=93.90%），说明取样量1.0 g难以准确定量。由方法线性范围0.08～2.00 μg/L可知，样品溶液浓度过高造成精密度差，但样品溶液的稀释倍数已达100倍，继续增加稀释倍数，定量不确定度将显著增加。因此尝试减少取样量，缩减至0.5 g仍存在上述问题，缩减至0.1 g时硝酸-高氯酸（4∶1）10 mL浸泡过夜后消化得到略带黄绿色澄清溶液，消化完全；消化液定容250 mL后测定镉浓度，6份平行样品溶液浓度范围为0.194～0.219 μg/L，重复性好（RSD=5.34%），符合准确定量要求。可见，取样量0.1 g易于消化完全，样品溶液浓度符合方法线性范围，且能确保取样的代表性，因此将取样量确定为0.1 g。

3.2 样品前处理方法选择

湿消解法可将0.1 g样品消化完全，但需使用高氯酸且消化时间长。用微波消解代替湿消化可提高前处理效率，处理一批川芎粉末样品（6个）可缩短消化时间2 h，采用微波消解可避免使用高氯酸。微波消解程序的优化应同时考虑镉受热（超过300 ℃）挥发性质及消化所需能量条件，通过试验优化确定消解最高温度180 ℃，确定“1.2.1”微波消解程序。该条件下消解0.1 g样品可得到澄清透明溶液，样品加标回收试验得到回收率96.0%～109.6%。说明采用微波消解在该消解程序下能将0.1 g川芎样品消解完全，且不造成镉挥发损失，保证测定结果准确性。

3.3 基体改进剂的选择及石墨炉升温程序优化

由于镉受热（超过300 ℃）挥发，最初石墨炉升温程序设置为干燥120 ℃、灰化250 ℃、原子化1 800 ℃，该条件下平均加标回收率为63.3%（表1）。说明川芎样品经微波消解在该方法条件下检测镉含量仍存在严重基体干扰，需要通过提高灰化温度增强方法基体净化能力。使用基体改进剂提高镉的气化温度，同时调整石墨炉升温程序提高灰化温度。磷酸/磷酸盐基体改进剂是适合于镉检测的基体改进剂，PO3+4可与镉生成难挥发磷酸镉，不同基体中灰化温度可提高至500～800 ℃[11]，同时H+、NH+4等可与Cl-等卤族离子生成易挥发化合物，减小干扰。该研究将灰化温度提高至550 ℃，同时通过加标样品回收试验比较了磷酸二氢铵与磷酸作基体改进剂对方法准确度的影响。由表1可见，相比磷酸二氢铵，磷酸作为基体改进剂样品加标回收率更好，即磷酸作基体改进剂测定川芎中镉含量可获得更高的准确度，因此选择磷酸作基体改进剂。

4 结论

该研究通过对样品前处理方法条件及石墨炉原子吸收测定条件的全面优化，建立了测定川芎中镉含量的微波消解-石墨炉原子吸收方法。结果表明，方法检出限为0.08 mg/kg，线性范围为0.08～2.00 μg/L，日内精密度的RSD为0.2%～6.5%；测定5个种植区域的川芎样品共48份的加标样品回收率为96.0%～109.6%。由此可见，该方法检出限低于我国限量标准，精密度、准确度均符合微量成分定量检测的方法要求。该方法应用于大量川芎样品镉含量的测定，适应性良好，分析结果稳定、高效、成本可控，是川芎中镉含量测定的良好方法，可推广于其他中药材中镉含量的测定。

参考文献

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典：一部[S].北京：中国医药科技出版社，2015.

[2]周骁腾，卢恒，李耿，等.川产道地药材川芎重金属富集能力及健康风险分析[J].环境化学，2014（4）：562-567.

[3]吴亚东，耿伟，宋玉龙，等.17种常用中药饮片重金属含量测定[J].新疆中医药，2014，32（4）：57-59.

[4]李晓念.川芎中重金属元素来源途径研究[D].成都：成都中医药大学，2011：7-23.

[5]The Pharmacopoeia European Commission.European pharmacopoeia[S].8th ed，PEC，2015：127.

[6]李青苗，李彬，徐琴，等.川产道地药材川芎中镉含量的影响因素初探[J].安徽农业科学，2013，41（16）：7114-7115.

[7]杨健，王宏洁，边宝林.中药材鲜地黄中砷、汞、铅和镉的含量测定[J].中国实验方剂学杂志，2010（4）：33-34.

[8]廖丰华，陈宜，阳群，等.微波消解-原子吸收光谱法测定马鞭草中重金属元素的含量[J].安徽农业科学，2015（19）：74-75，158.

[9]吴晓平.原子吸收石墨炉法测定中药中镉的基体改进剂研究[J].中国中医药科技，2014（4）：400-402.

[10]王吉秀，祖艳群，陈海燕，等.中药材圆果中重金属检测的消解方法研究[J].云南农业大学学报（自然科学版），2011（6）：856-860.

[11]殷秋妙.GFAAS测定铅镉的基体改进技术研究进展[J].广东农业科学，2011（8）：138-141.