ICP-MS及其联用技术在化药、中药及中成药中的应用进展

2017-07-10符传武广西柳州市食品药品检验所广西柳州545006

中国民族民间医药 2017年12期

符传武广西柳州市食品药品检验所，广西柳州 545006

符传武
广西柳州市食品药品检验所，广西柳州 545006

电感耦合等离子体质谱由于其灵敏度高、可同时进行多元素分析的优点，现已广泛用于药物元素分析。随着分析技术的发展，ICP-MS与各种分离装置联用技术也逐渐在药物元素分析中应用。笔者查阅近年来ICP-MS及其联用技术的文献，综述其在化药、中药及中成药中的应用。

电感耦合等离子体质谱法；化药；中药；中成药；联用技术

电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS )是20世纪80年代初在分析化学领域出现的一门以电感耦合等离子体作为离子源、以质谱进行检测的无机多元素分析技术，从1980年第一篇ICP-MS可行性文章[1]发表到1983年第一台商品化仪器的问世只有3年的时间,到现在为止，全球商品化的ICP-MS仪器型号已有约二十多种[2]。凭借其高灵敏度、低检出限、分析速度快、干扰少及能同时多元素分析等优势[2-4]，这项技术的发展十分迅速，目前已在环境科学[5-9]、食品科学[10-14]、材料科学[15-16]、生命科学[17-18]、地球科学[19-21]等领域获得了广泛的应用，成为痕量分析与元素形态分析等最有力的分析手段之一。在药物元素分析和安全监测领域，ICP-MS及其联用技术的应用也日趋广泛，俨然已成为一种常用、成熟的分析检测手段。笔者就近年来ICP-MS及其联用技术在化药、中药及中成药中的应用进展做一综述和展望。

1 电感耦合等离子体质谱( ICP-MS) 及其联用技术在化药分析中的应用

ICP-MS 及其联用技术在化药中主要用于对其无机杂质的监测和控制。化药在生产过程中可能引入的无机杂质，如催化剂和来自生产工艺设备的污染物，不仅本身具有毒性，而且会对药品的稳定性、保质期产生不利的影响，甚至可能引发有害的副作用。因此必须对药品生产所用原料、中间体和活性成分(API)、赋形剂(稳定剂、着色剂、调味剂、糖衣等)，以及最终药物产品所含的有机和无机(元素)杂质进行检测和控制。在我国历版药典和世界许多地区药典一样，使用的方法都是有着100多年历史的比色法。该方法被称为“重金属限量检查法”，其原理是十种元素(Ag、As、Bi、Cd、Cu、Hg、Mo、Pb、Sb、Sn)与硫代乙酰胺反应生成硫化物沉淀，产生的有色沉淀再与Pb标准溶液进行颜色比对，以确定是否超出重金属限度。“重金属限量检查法”除了有主观的目测颜色比对相关的明显误差外，不能给出单个元素的浓度，且也不能测定一些常用元素，如Cr,以及生产催化剂中常用的铂系元素(PGE)。“重金属限量检查法”另一个公认的问题是其样品制备方法，需要在500-600℃的马弗炉中灼烧样品，不可避免挥发性分析物的损失，比如有害元素Hg[22-23]。Wang曾在2000年的文章指出该方法的缺陷，认为不灵敏、费时费力，回收率很低或者根本没有回收率，并提出用一种现代仪器方法(ICP-MS)替代该比色法[24]。在2013年美国药典(USP)已执行通则USP<233>中推荐使用现代仪器，如多元素技术ICP-MS技术替代比色检测法。

Evans等[25]应用高效液相色谱与ICP-MS联用技术测定了西咪替丁的含量及所含的17种杂质，其中15种杂质用ESI-MS进行结构确认。该研究结合运用了无机质谱和有机质谱，结果表明ICP-MS能够定量到0.08%的主成分水平。Baker等[26]选用了CE-ICP-MS来进行维生素B12的分析，结果表明，ICP-MS既不引入测量死体积，也不降低系统分离效率，与UV和有机MS相比，具有更好的定量功能。Axelsson等[27]报道了用LC与ICP-MS联用，通过检测I和P等普通元素，对化学结构未知的药物进行定量分析。

综上，ICP-MS及其联用技术在化药分析中主要用于监控无机杂质及对化学结构未知的药物进行定量分析，国外研究人员在这方面做了大量的研究报道，但国内在这方面的研究报道较少。

2 电感耦合等离子体质谱( ICP-MS) 及其联用技术在中药(民族药)分析中的应用

中药(民族药)是我国的特色和优势产业，一直以来中药(民族药)都是世界同行研究的热点。有研究表明[28-29]，中药(民族药)有效成分的发挥，不仅与所含的有机成分有关，而且与所含的微量元素有关。从2010版中国药典一部附录ⅨB开始收载有电感耦合等离子体质谱法( ICP-MS)，到2015版中国药典四部通则0412开始收载有高效液相色谱与电感耦合等离子体质谱联用的方法。现把电感耦合等离子体质谱( ICP-MS) 及其联用技术在中药(民族药)分析中的应用列于表1。

表1 ICP-MS及其联用技术在中药(民族药)分析中的应用

综上，在中药(民族药)分析领域，电感耦合等离子体质谱( ICP-MS) 及其联用技术在研究中药(民族药)微量元素与药效的关系、元素形态与毒理学的关系、元素的含量测定及无机指纹图谱方面研究报道较多，但除了在元素含量测定方面，其他方面研究还不够深入。

3 电感耦合等离子体质谱( ICP-MS) 及其联用技术在分析中成药中的应用

中成药是在中医药理论指导下，以中药材为原料，按照规定的处方、生产工艺和质量标准生产的制剂，是我国历代医药学家经过千百年医疗实践创造、总结的有效方剂的精华。受历史影响，我国积累下大批忠实的中成药使用者, 随着国家扶持力度不断加大与产业结构的深入调整，中成药行业竞争力显著增强，行业稳步发展, 涌现出了一批龙头企业，规模效应开始显现。如今我国中成药行业开始向现代化、消费品市场及美容保健品市场方向延伸，呈现出良好的发展前景，然而在中成药无机(元素)杂质进行检测和控制方法，在我国药品标准，甚至历版药典中，重视的程度不高，现很多研究者都已开始关注到中成药中的微量元素、重金属及有害元素的问题。

刘译等[41]采用 ICP-MS 检测鱼腥草注射液中铅、镉、砷、汞、铜及刘永利等[42]测定了血栓通注射剂中 As、Se、 Pb、Zn、Cd、Mo、Cr、Cu、Fe、Ni等 14 种重金属元素含量, 均取得了较为满意的结果,该法可用于中药注射剂中微量元素含量的检测和控制。

包丽丽等[43]对甘露消渴胶囊、降糖宁胶囊等 9 种临床常用治疗糖尿病的中成药中Pb、Cd、Hg、As、铀(U)、Th、Tl 共 7 种有害元素的含量进行了分析,结果显示,7种有害元素在中成药样本中均有检出,其中 Pb、Cd、Hg、As 的含量与国内外食品及药品相关标准进行对比存在一定的超标；马少妹等[44]用微波消解电感藕合等离子体质谱测定六味地黄丸中的有害元素，结果表明,不同厂家的六味地黄丸中铅、镉、砷、汞的含量有明显差别，且均不符合美国FDA相关的标准规定，这也说明在中药现代化进程中,有害元素含量的监控十分必要。赵洪芝等[45]采用ICP-MS对全国不同厂家六味地黄丸(胶囊)15种元素的含量进行测定, 探讨不同剂型中无机元素对六味地黄丸(胶囊)质量的影响。通过对5种重金属元素和 10 种人体必需元素与微量元素日摄入量进行聚类分析，结果显示不同剂型之间元素含量存在差异,水蜜丸和大蜜丸的元素日摄入量高于胶囊和浓缩丸,意味着其重金属的摄入量也较高。因此,对传统方剂进行剂型改变时,应充分考虑有机物、无机物转移率二个层面,同时应考虑重金属摄入情况,以保证药物安全与疗效。

聂黎行等[46]采用 ICP-MS 结合 HMI 和 ORS 技术，建立了参麦注射液中 26 种元素的同时测定方法，其操作简便快速，结果准确可靠，为中药注射剂的质量评价提供了新的思路。徐海娟等[47]采用微波消解—ICP-MS 法对散结镇痛胶囊中 Li、Be、V、Cr、Co、Ni、Cu、Ga、As、Sr、Cd、Sn、Sb、Ba、Hg、Tl、Pb 和 Bi 共 18 种重金属及微量元素进行了测定，为提高中药质量控制水平，保证其安全性和有效性，提供了试验基础。

方军等[48]采用HPLC-ICP-MS对牛黄解毒片、补肾片、十二太保丸、保婴丹、明眼丸、正心丹、鼻敏清等9种中药制剂样品中的As形态进行分析,采用阴离子交换柱, 以含 0.2mmol/L EDTA和2mmol/L NaH2PO的水溶液为流动相,成功分离测定了 As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、MMA、DMA共 4 种 As 形态,结果所示样品中 As 的形态主要是有毒的无机砷,有机砷的量较低。吴倩等[49]对六神丸和雄黄中可溶性 As的形态进行了研究,建立了同时分析中药中 As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、MMA、DMA的 HPLC-ICP-MS 方法,并对六神丸中几种药材对单味雄黄中 As溶出量的影响进行了考察,结果六神丸中几种药材与单味雄黄混合后,测得的可溶性 As 含量均低于单味雄黄中的可溶性 As含量，六神丸复方中的几种单味药均有抑制雄黄中砷溶出的作用。

陈秋生等[50]采用仿生提取技术, 结合高效液相色谱-电感耦合等离子质谱联用技术(HPLC-ICP-MS),建立了用于含雄黄中药制剂中可溶性砷(亚砷酸盐As(Ⅲ )、砷酸盐As(Ⅴ )、一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA))的分析测定方法。采用人工胃液作为提取溶剂, 对含雄黄中药制剂中的可溶性砷进行了有效提取, 对其形态进行分离测定。并利用所建立的分析方法对部分不同剂型的含雄黄中药制剂的可溶性砷进行分析测定。结果表明, 在该类中药制剂中只检测到无机砷, 且含量远远低于总砷含量。但这部分可溶性砷的含量相对来说还是较高, 对其毒性和用药安全及用药量的关系还需进一步的研究。李丽敏等[51]采用高效液相色谱-电感耦合等离子质谱( HPLC-ICP-MS) 联用技术分析6 种不同价态砷，对雄黄及5种不同处方含雄黄复方制剂中可溶性砷的形态进行研究，结果显示雄黄及其复方制剂的酸可溶性砷远远小于其总含砷量，复方制剂中其他成分的存在可能会对可溶性砷中有毒形态溶出产生抑制作用。

综上，电感耦合等离子体质谱( ICP-MS) 及其联用技术在中成药中主要用于微量元素含量的测定、有毒有害元素的监控、元素的价态分析等。可以预见，使用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS) 及其联用技术对含有矿物类药物的复方中成药制剂进行分析，特别是其他药味对有毒元素是否产生抑制及采用仿生提取技术测定有害元素及其价态对人体危害机理的研究必将成为今后研究的热点。

4 小结

随着经济的发展和科技的进步，电感耦合等离子体质谱( ICP-MS)在各个实验室将越来越普及，在药物分析领域，有逐步取代AAS、AFS及ICP-AES的趋势，特别是随着对药物安全及其作用机理研究的深入，ICP-MS与高效液相色谱、气相色谱、离子色谱仪、毛细管电泳等其他分析仪器的联用技术，在以后的药物分析领域，也将得到广泛的重视和发展。

[1]Houk R S, Fassel V A, Flesch G D, et al．Inductively coupled argon plasma as an ion source for mass spectrometric determination of trace elements[J]．Analytical Chemistry, 1980,52:2283-2289.

[2]刘虎生，邵宏翔．电感耦合等离子体质谱技术与应用[M]．北京:化学工业出版社出版，2005: 167．

[3] 王小如．电感耦合等离子体质谱应用实例[M]．北京:化学工业出版社出版，2005: 258．

[4] 李冰,杨红霞．电感耦合等离子体质谱原理和应用[M]．北京: Geological Press 地质出版社，2005: 85．

[5] 鲁照玲，胡红云，姚洪．HPLC-ICPMS对环境样品中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)分析研究[J]．环境科学与技术, 2012,35(12J):230-233.

[6]Hsieh Y K, Chen L K, Hsieh H F, et al. Elemental analysis of airborne particulate matter using an electrical low-pressure impactor and laser ablation/inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2011, 26(7):1502-1508.

[7] 张士杰，戚小京，陆思华，等． ICP-MS 测定大气颗粒物中的痕量钒元素[J]．现代科学仪器，2014( 6) : 162-165．

[8]刀谞，吕怡兵，滕恩江，等．离子色谱- 电感耦合等离子体质谱联用测定大气颗粒物PM2.5和PM10中的六价铬[J]．色谱，2014，32 ( 9) : 936 - 941.

[9]Arroyo L, Trejos T, Hosick T, et al. Analysis of Soils and Sediments by Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS): An Innovative Tool for Environmental Forensics[J]. Environmental Forensics, 2010, 11 (4):315-327.

[10]李骥超，王小燕，欧阳荔，等．离子色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定中成药，水体及饮料中痕量BrO3-及Br-[J]．光谱学与光谱分析，2010,30(11):3136-3139．

[11] 王丙涛，林燕奎，颜治，等．HPLC-ICP-MS同时检测As和Se形态的方法研究[J]．湘潭大学：自然科学学报，2010,32(2):88-92．

[12] 崔维刚，李景喜，陈发荣，等，高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定浒苔中总锡及有机锡形态[J]．分析试验室，2010,29(7):49-51．

[13] 李妍，刘书娟，江冬青，等．气相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术应用于水产品中汞形态分析[J]．分析化学，2008,36(6):793-799.

[14] 赵云强，付凤富，杨明伟，等．毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱法测定藻类中6种不同形态的砷化合物[J]．色谱，2011,29(2):111-114．

[15]Wiltsche H, Guntherd D. Capabilities of femtosecond laser ablation ICP-MS for the major, minor, and trace element analysis of high alloyed steels and super alloys[J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2011, 399(6):2167-2174.

[16]Becker J S. Applications of inductively coupled plasma mass spectrometry and laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry in materials science[J]. Spectrochimica Acta Part B Atomic Spectroscopy, 2002, 57(12):1805-1820.

[17]Lear J, Hare D J, Fryer F, et al. High-resolution elemental bioimaging of Ca, Mn, Fe, Co, Cu, and Zn employing LA-ICP-MS and hydrogen reaction gas[J]. Analytical Chemistry, 2012, 84 (15):6707-6014.

[18]Becker J S, Zori M, Dobrowolska J, et al. Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) in elemental imaging of biological tissues and in proteomics[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2007, 22(7):736-744.

[19] Ripperger S，Rehkämper M． Precise determination ocadmium isotope fractionation in seawater by doublespikeMC-ICP-MS [J]． Geochimica et CosmochimiaActa，2007，71( 3) : 631 -642．

[20] Gao B，Liu Y，Sun K，Liang X R，Peng P A，Sheng G Y， Fu J M． Precise determination of cadmium and leadisotopic compositions in river sediments [J]．Analytica Chimica Acta，2008，612( 1) : 114-120．

[21] Wombacher F，Rehkämper M，Mezger K，Münker C．Stable isotope compositions of cadmium in geologicalmaterials and meteorites determined by multiple-collector ICP-MS[J]．Geochimica et Cosmochimia Acta，2003，67( 23) : 4639- 4654．

[22]Blakek. Harmonization of the USP, EP, and JP heavy metals testing procedures[J].pharm.Forum, 1995, 21(6): 1632-1637.

[23]Lewen N, Mathew S, Schenkenberger M, et al. A rapid ICPMS screen for heavy metals in pharmaceutical compounds[J]. J Pharm Biomed Anal, 2004, 35(4): 739-752.

[24]Wang T, Wu J, Hartman R, et al. A multi-element ICP-MS survey method as an alternative to the heavy metals limit test for pharmaceutical materials[J]. Journal of Pharmaceutical & Biomedical Analysis, 2000, 23(5):867.

[25]Evans EH, Wolff JC, Eckers C . Sulfur-Specific detection Of impurities in cimetidine drug substance using liquid chromat ography coupled to high resolution inductively coupled plasm a mass spectrometry and electrospray mass spectrometry[J]. Anal Chem,2001,73(19):4722.

[26]Baker SA，Miller-Ihli NJ. Determination of cobalamins using capillary electrophoresis inductively coupled plasma mass spectrometry[J].Spectrochi Act a Part B,2000,55(15):1823．

[27]Axelsson BO, Jornten-Karlsson M, Michelsen P，et al. The potential of inductively coupled plasma mass spectrometry detection for high-performance liquid chromatography combined with accurate mass measurement of organic pharmaceutical compounds[J].Rapid commun Mass Spectrom,2001,15(6):375．

[28]胡雪梅．中药中微量元素的水平及形态研究[D].成都:四川大学，2003:32-33.

[29]汪学楷．中药中微量元素的水平及形态研究[D].成都:四川大学，2004:11.

[30]黄志勇，庄峙夏，王小茹，等．GAP质控下栽培丹参重金属内控标准物质的制备与表征[J].中国中药杂志，2003,28(9)：808.

[31]傅兴圣，刘训红，林瑞超，等．中药磁石无机元素的 ICP-MS 分析 [J]．药物分析杂志，2010，31( 11) : 2055.

[32]余彦鸽，张晓丹，侯卓尼，等．不同产地野生丹参药材及其土壤无机元素的相关性研究[J]．浙江理工大学学报(自然科学版)，2017，37( 2) : 289-296.

[33]包永睿，王惠媛，隋晓峰，等． ICP-MS 用于羌活药材亲缘关系的分析研究[J]．亚太传统医药，2010，6( 3) : 26.

[34]刘圣金，吴德康，林瑞超，等．矿物药青礞石无机元素的ICP-MS分析[J]．药物分析杂志，2010，30( 11) : 2067.

[35]曾栋，文瑞芝，潘振球，等．电感耦合等离子体质谱法分析异地丹参中 52 种无机元素[J]．药物分析杂志，2010，30( 11) : 2096.

[36]王庚，荆淼，曹煊，等．高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱测定蟾酥中铜、砷、镉、汞、铅含量及砷化学形态[J].分析化学，2008，9(9)：1182-1186．

[37]陈军辉, 谢明勇, 王凤美，等．RP-HPLC-ICP-M S技术用于西洋参中多元素溶出特性及形态分析[J]. 高等学校化学学报，2006,27(10):1844-1848.

[38]王英锋,竺梅,冯敏，等．仁青芒觉中可溶性砷形态的 HPLC-ICP-MS 研究[J]．药物分析杂志，2011，31( 10) : 1884-1886.

[39]Yathavakilla S K, Shan M, Mounicou S. Speciation of cationic selenium compounds in Brassica juncea leaves by strong catioexchange chromatography with inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. J Chromatogr A, 2005, 1100(2): 153-159.

[40]崔彦杰, 巢静波,康天放,等．高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定牡蛎中的有机锡[J]．质谱学报，2011，32( 2) : 82-85.

[41]刘译，张耕. 电感耦合等离子体质谱法检测鱼腥草注射液中的铅、镉、砷、汞、铜[J].中国药业, 2017,26(2)：32-34.

[42]刘永利,苏建,范圣浩，等.ICP-MS 法测定血栓通注射剂中14种重金属元素含量[J].中医药导报,2016,22(14)：51-53.

[43]包丽丽,于昆,薛大方,等.九种治疗糖尿病中成药中七种有害元素含量测定[J].药学实践杂志,2010,28(5)：342-344.

[44]马少妹，黄志勇，邱招钗,等. 用微波消解电感藕合等离子体质谱测定六味地黄丸中的有害元素[J].药物分析杂志,2005,25(5)：554-556.

[45]赵洪芝,孟宪生,陈秋生,等.用 ICP-MS 对不同厂家六味地黄丸(胶囊)进行元素分析[J].药物分析杂志,2008,28(11)：1804-1809.

[46]聂黎行,刘燕,王钢力,等.ICP-MS 直接测定中药参麦注射液中26种元素[J]. 中国药学杂志,2011,46(11):866-868.

[47]徐海娟，秦建平，王金玲，等.基于 ICP-MS 法的散结镇痛胶囊中18种重金属及微量元素分析[J].2015,17(1):278-282.

[48]方军,舒永红,滕久委,等.HPLC-ICP-MS测定中药中砷的形态[J].分析试验室,2006,25(12)：95-98.

[49]吴倩,梁琼麟,罗国安,等.六神丸可溶性砷形态的 HPLC-ICP-MS 研究[J].中国药科大学学报,2007,38(4)：332-335.

[50]陈秋生,程奕,孟兆芳,等. 仿生提取-HPLC-ICP-MS测定含雄黄中成药中可溶性砷含量[J].药物分析杂志,2010,30(10)：1829-1835.

[51]李丽敏，夏晶，王欣美,等. HPLC-ICP-MS 法研究5种含雄黄中成药的可溶性砷及其形态[J]. 中成药,2012,34(11)：2118-2123.