微波消解-原子荧光光谱法四通道同时测定中草药中砷、锑、铋和汞元素含量

(1．北京吉天仪器有限公司，北京100015；2．中国科学院过程工程研究所，北京 100190)

1 前言

中药在我国传统医疗中发挥了巨大的作用，并且随着近年的发展，也越来越受到国际上的重视。但因种植土壤、使用农药、生产过程中的带入等因素，中药中含有砷、锑、铋、汞、铅、镉等重金属，重金属对人体健康有危害。国际上对中药中重金属的含量有明确的规定，中国药典中也规定了砷、汞、铅、镉等的限值[1]，因此，控制中草药中重金属的含量很有必要。

目前，中草药中砷、锑、铋、汞的测定方法主要有原子吸收光谱法[2]、原子荧光光谱法[3]、电感耦合等离子体质谱法[4]等。其中，原子荧光光谱法因其灵敏度好、重复性好、准确度高等优点而被广泛使用。但是，目前文献报告的采用原子荧光光谱法测中草药中砷、锑、铋、汞元素，一般都是单道测定或双道测定[5-7]，还未发现四通道同时测定砷、锑、铋、汞的报道。本研究采用微波消解前处理，原子荧光光谱法四通道同时测定草药中砷、锑、铋、汞4种元素。该方法操作简单，准确可靠，且检测效率高，为中草药中重金属元素含量的测定提供了较好的参考方法。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

Kylin-S18四通道双光束原子荧光光度计(北京吉天仪器有限公司)；分析天平(十万分之一)；粉碎机；微波消解仪；超纯水仪。

砷单元素溶液标准物质(GBW(E)080117)、锑单元素溶液标准物质(GBW(E)080545)、铋单元素溶液标准物质(GBW(E)080271)、汞单元素溶液标准物质(GBW(E)080124)，中国计量科学研究院；柑橘叶标准物质(GBW10020)、黄芪标准物质(GBW10028)，地球物理地球化学勘查研究所；硝酸、盐酸，过氧化氢(30%)，氢氧化钾，均为优级纯；硫脲、抗坏血酸、硼氢化钾，均为分析纯。

样品：药店购买的三七、杜仲、柴胡、细辛、龙胆草、灵芝等。

还原剂：1.5%硼氢化钾(溶于0.5%氢氧化钾中)。

载流：5%盐酸溶液。

2.2 实验方法

2.2.1 仪器工作条件

负高压270V，灯电流：砷主电流80mA，辅电流40mA；锑主电流80mA，辅电流40mA；铋主电流80mA，辅电流40mA；汞主电流40mA，辅电流0mA；

载气流量400 mL/min，屏蔽气流量800mL/min，读数时间12s，延迟时间2s；

汞灯双光束扣光源漂移。

2.2.2 样品的前处理

称取标准物质或经粉碎的样品0.3g，精确至0.0001g，置于微波消解罐中，加入硝酸5mL、过氧化氢1mL。微波消解程序如表1。消解完毕，待消解罐冷却后打开，加入15mL水，加热120℃赶酸，至5mL左右止。用少量水分3次冲洗消解罐，将溶液移至10mL比色管，加入1.0mL盐酸溶液(1+1)，加入1.0mL10%的硫脲和10%的抗坏血酸混合溶液，用水稀释定容至10mL，摇匀，预还原后测定As、Sb、Bi、Hg元素。同时做试剂空白试验。

表1 微波消解条件

2.2.3 校准曲线的绘制

配制混合标准溶液，用5%盐酸溶液稀释，加入1%硫脲和抗坏血酸，砷、锑、铋的质量浓度均为10ng/mL，汞的质量浓度为1ng/L，放置30min后，上机测定，仪器自动稀释标准系列，建立标准曲线。砷、锑、铋的质量浓度范围在0.5ng/mL～10ng/mL，汞的质量浓度范围在0.05ng/mL～1ng/mL。

3 结果与讨论

3.1 消解条件的选择

本实验试用了微波消解和湿法消解两种消解方法。实验结果表明：两种消解方法得到的As、Sb、Bi的结果基本一致，且回收率较好；微波消解得到的Hg的回收率也较好，但湿法消解得到的Hg的回收率较低，且重复性差。因此本实验选用微波消解。消解完毕后赶酸时，加热温度不易过高，120℃比较合适。如果赶酸之前加入水，则赶酸至5mL左右即可，不可烧干，否则会影响Hg的回收率。

3.2 载气流量与屏蔽气流量的选择

实测载气与荧光强度的关系发现，载气流量小时，氩氢火焰不稳定，测量的重复性差；载气流量大时，原子蒸气被稀释，荧光强度降低。屏蔽气流量小时，氩氢火焰肥大，荧光强度不稳定；屏蔽气流量大时，氩氢火焰细长，灵敏度降低。实验发现，测砷、锑、铋时，最佳载气流量为300～400mL/min，屏蔽气流量为700～800mL/min；测汞时，最佳载气流量为400mL/min左右，屏蔽气流量为800mL/min左右。因此，在四通道同测时，为了各元素都能得到相对最佳指标，载气流量选择400mL/min，屏蔽气流量选择800mL/min。

3.3 双光束扣光源漂移的选择

众所周知，汞灯需要预热时间较长，且长期稳定性差，即长时间测量过程中仍存在漂移。Kylin-S18四通道双光束原子荧光光度计具有双光束扣灯漂移的功能，进行扣漂移效果对比实验。如图1所示，没有扣漂移的情况下，0min～150min内，每隔30min，漂移率分别为12.55%、7.98%、4.28%、2.76%和2.43%；使用双光束扣漂移后，漂移率分别降至-1.42%、-0.22%、-0.54%、0.35%和0.15%，由此可见，双光束扣漂移可有效校正汞灯的漂移，因此实验时选择汞灯双光束扣漂移。

图1 汞灯扣漂移效果对比

3.4 原子化器温度的选择

原子化器温度是指石英炉芯内的温度，即预加热温度。当氢化物通过石英炉芯进入氩氢火焰原子化之前，适当的预加热，可提高原子化效率、降低猝灭效应和气相干扰，同时降低环境温度的波动对测量的影响，可以使仪器更稳定。但原子化器温度不易太高，否则容易产生记忆效应。实验表明，4种元素的荧光强度与温度的关系如图2所示，砷元素在200°C～350°C较佳，锑的荧光强度随着原子化器温度的升高而升高，铋的荧光强度随着原子化器温度的升高而降低，汞的荧光强度随原子化器温度变化不大。因此综合考虑四通道同测时，使各元素条件相对最佳，实验时原子化器温度选择200°C。

3.5 载流和还原剂浓度的选择

实验表明，载流选用3%～10%之间的盐酸，对于砷、锑、铋、汞的荧光强度无明显差异，但盐酸浓度过高浪费试剂，因此选择5%的盐酸作为载流。硼氢化钾的浓度在1.0%～2.0%的范围内，砷、锑、铋的荧光强度和重复性较佳，汞的较佳浓度范围为1.0%～1.5%，而且实验表明，硼氢化钾的浓度为1.5%时，砷、锑、铋、汞四通道同测的荧光强度和重复性都较佳。因此，选择1.5%的硼氢化钾作为还原剂。

图2 四种元素的荧光强度与原子化器温度的关系

3.6 标准曲线及检出限

按优化后的实验条件，砷、锑、铋、汞四通道同测，仪器自动稀释标准系列，建立标准曲线，得到线性回归方程和线性相关系数。连续测量11次空白值，按照检出限公式：DL=3*SD/b计算检出限，结果见表2。

表2 线性范围、线性回归方程、相关系数及检出限

3.7 方法精密度

取制备好的样品溶液重复测定7次，得到砷、锑、铋、汞的RSD分别为0.58%、0.67%、0.54%和0.87%，实验结果表明，仪器的精密度良好。

3.8 准确度

对柑橘叶标准物质GBW10020和黄芪标准物质GBW10028进行准确度测试，测定结果见表3，采用本方法测定的结果在标准物质的标称范围内，说明该方法的测定结果准确可靠。

表3 准确度结果表

3.9 加标回收

分别对三七和细辛样品中的砷、锑、铋、汞4种元素进行加标回收率实验，分别做两个平行样，结果见表4。样品加标回收率为90.8%～114.1%，加标回收率比较好。

表4 加标回收率结果表 ng/g

3.10 样品测量

用该方法测定中草药样品，结果如表5。

表5 样品测定结果表 ng/g

从表5中可以看出，所测的几种中草药中，砷和汞的含量均低于中国药典中规定的砷和汞的限值(砷不得过2mg/kg，汞不得过0.2mg/kg)，锑和铋的含量虽然在中国药典和食品中均没有规定限量值，但所测几种中草药中锑和铋的含量均很低。

4 结论

研究了一种微波消解-原子荧光光谱法四通道同时测定中草药中砷、锑、铋和汞元素含量的方法，实验结果表明，采用该方法可以准确地测定中草药中砷、锑、铋和汞元素含量。所测的几种中草药中砷、汞的含量均低于2015年版中国药典规定的砷、汞的限量值，锑和铋的含量也很低，这为中草药的质量控制提供了参考。四通道同时测定四种元素，减少了试剂消耗，提高了分析效率，该方法值得推广。