ICP-MS法测定白术中48种微量元素的含量

杨娜，周柏松，王亚茹，李雅萌，刘金平，李平亚

（吉林大学药学院，长春 130021）

白术为菊科植物白术(Atractylodesmacrocephala Koidz.)的干燥根茎[1]，是我国常用中药之一，性温，味甘、苦，具有健脾益气、燥湿利水、止汗、安胎之功效，常用于脾虚食少、腹胀泄泻、水肿、胎动不安等症。现代研究表明，白术化学成分丰富，包括挥发油、内酯、多糖、氨基酸等，其中挥发油及内酯类成分为白术的主要药效成分[2]。研究表明，白术具有抗肿瘤、抗衰老、抗菌、抗炎、增强免疫、调节胃肠运动、调节子宫平滑肌以及安神促眠等作用，临床上可用于治疗溃疡、便秘、失眠、糖尿病、高血压及癌症等[3～5]。

中草药是我国宝贵的中医学财富，中药的功效与药材中微量元素含量有着密切的关系，对中草药中微量元素的研究是阐明传统药理、毒理及药品分类的重要方法之一。汤洪波等[6]采用原子吸收光度法测定了赣产白术中11种微量元素的含量，结果发现K、Mg、Fe、Zn、Mn等元素的含量丰富。李爱红等[7]采用火焰原子吸收法研究了白术中Mg、Cu、Fe、Ca、Mg、K等 6种元素在氯仿、沸水和不同浓度乙醇中的溶出情况，结果表明，6种元素在氯仿提取液中的含量均高于在水煎液中含量，说明这6种元素在白术中主要以有机结合态形式存在。

电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）作为一种微量元素测试分析技术，具有检出限低、线性范围广、精密度高、准确性好以及多种元素同时分析的特点。在食品科学和药学等分析领域得到了广泛的应用[8]。本试验首次建立了ICP-MS法，同时测定了白术药材根茎中48种微量元素的含量，填补了白术微量元素测定的空缺，为进一步开展白术的药化、药理以及临床应用研究提供了科学依据。

1 材料

1.1 仪器

FW177型高速万能粉碎机（北京市永光明医疗仪器厂）；AL104型电子天平（瑞士Mettler Toledo公司）；7500a型ICP-MS（美国Agilent公司）；Milli-Q超纯水机（美国Millipore公司）。

1.2 试剂

Li、Be、B、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ta、W、Hg、Tl、Pb、Bi的标准溶液（质量浓度均为10mg/L），In、Rh单元素标准溶液（质量浓度均为50mg/L）（美国安捷伦公司）；Li、Y、Co、Bi质谱调谐液（质量浓度均为10mg/L）；超纯水（电阻率18.2M/cm）；硝酸（优级纯，=1.42g/mL）；氢氟酸（色谱纯）。试验用器皿均用10%硝酸浸泡过夜，用超纯水冲洗后备用。本实验所用各种酸均经亚沸腾二次蒸馏后使用。

1.3 药材

白术，产于湖南省（白术道地产区之一）隆回县、平江县、龙山县，分别编号为S1、S2、S3。经吉林大学药学院李平亚教授鉴定为菊科植物白术（A.macrocephala Koidz.）的干燥根茎。

2 方法与结果

2.1 仪器工作条件

用质量浓度均为 10mg/L的Li、Y、Co、Bi调谐液对仪器进行最佳工作条件的选择，使仪器的各项参数均达到测量指标。射频（RF）入射功率1350W；等离子体气速15.0L/min，载气流速1.12 L/min，冷却气流速13.0L/min；高盐雾化器，雾化室温度2℃；采样深度7.0 mm，采取锥孔径1.0mm，截取锥孔径0.4mm；蠕动泵转速0.1rps；氧化物指标（CeO+/Ce）小于0.5%，双电荷指标（Ba2+/Ba+）小于1%，积分时间0.1s。

2.2 溶液制备

2.2.1 标准溶液制备 从48种元素标准容液中，分别精密吸取所选组合元素的标准溶液（组合内元素等量），分别置于容器中混合，然后用3%HNO3溶液逐级稀释，制备成浓度分别为10.0µg/L、30.0µg/L、60.0µg/L、120.0µg/L、250.0µg/L、500.0µg/L 的 Li、Be、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Cd、Sn、Sb、Cs、Ba、Hg、Pb、Bi等22 种元素的混合标准溶液；浓度分别为5.0µg/L、10.0µg/L、20.0µg/L、50.0µg/L、100.0µg/L、200.0µg/L 的 B、Sc、Ti、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、La、Ce、Pr、Nd、Sm、W等15种元素的混合标准溶液；浓度分别为2.0µg/L、4.0µg/L、8.0µg/L、15.0µg/L、30.0µg/L、50.0µg/L的Eu标准溶液；浓度分别为0.5µg/L、1.0µg/L、2.0µg/L、3.0µg/L、5.0µg/L、10.0µg/L 的Gd 和Dy2 种元素的混合标准溶液；浓度分别为0.2µg/L、0.5µg/L、1.0µg/L、2.0µg/L、3.0µg/L、5.0µg/L 的 Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ta、Tl等 8 种元素的混合标准溶液。

2.2.2 供试品溶液制备 称取白术根茎6.0g，粉碎机粉碎（过200目筛），取粉末约0.2g，置于5mL聚四氟乙烯溶样弹中，加入1.0mL硝酸及0.5mL双氧水，混匀。在120℃的电热板上对样品进行预处理，待液体蒸至湿盐状，加入1.4mL氢氟酸、1.6mL硝酸，将溶样弹加盖及钢套密闭，放入恒温干燥箱，190℃保持48h。在箱内自然冷却至室温后，在120℃的电热板上，蒸至溶液剩余至湿盐状，冷却，加50%硝酸3.0mL，将溶样弹加盖及钢套密闭，放入恒温干燥箱，150℃保持12h。冷却后，用高纯水将消解液移至聚氯乙烯样品瓶（PET样品瓶），定容至50mL，摇匀备用。同法制备空白溶液。

2.2.3 内标溶液制备 选用In、Rh作为内标，所有空白溶液、标准溶液及测试样品均加入内标。精密吸取适量In、Rh标准溶液，分别用3%HNO3溶液稀释制成1µg/L的内标溶液。

2.3 测定方法

选择Li、Be、B、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ta、W、Hg、Tl、Pb、Bi等 48 种元素的相应同位素进行分析测定。根据元素质量数差别采用不同的内标进行校正，每个样品取3个数值。以校正后的强度结果为纵坐标（Y）、质量浓度为横坐标（X），绘制标准曲线，根据标准曲线计算得到样品的质量浓度。

2.4 方法学验证

2.4.1 线性关系 取“2.2.1”项下配制的不同质量浓度的混合标准溶液，根据“2.1”项下工作条件进行测定，以标准溶液的质量浓度（g/L）为横坐标、测量值与内标测量值的比值为纵坐标，绘制标准曲线，得到各元素的线性方程及相关系数，见表1。

2.4.2 检测限（LOD） 精密吸取3%HNO3空白溶液，在相同的条件下连续测定11次，测定元素的信号响应值，以信号响应值的3倍标准偏差（3）所对应的质量浓度为各个元素的仪器检出限，见表1。结果显示，各元素的检出限均能满足分析要求。

2.4.3 精密度试验 取“2.2.1”项下配制的质量浓度为10µg/L的各元素的混合标准溶液，分别连续进样6次，计算各元素6次测得质量浓度的RSD，见表1。各元素RSD均小于4.7%，表明本法的精密度良好。

表1 各元素线性关系、检测限及精密度Table 1 Linearity，LODs and precision for test of elements （n=6）

续表1

2.4.4 重复性试验 取白术根茎粉末（样品编号S1），按照“2.2.2”项下方法平行制备6份供试品溶液，分别测定，统计6次重复进样的测定结果，见表2。各元素RSD小于4.9%，表明本法重复性良好。

2.4.5 稳定性试验 取白术根茎粉末（样品编号S1）0.1g，精密称定，按照“2.2.2”项下方法制备供试品溶液，分别于 0h、2h、4h、8h、12h、24h 依次进样，测定各元素的含量，见表2。各元素RSD小于4.4%，结果表明，室温放置24h内，供试品溶液稳定性良好。

表2 重复性及稳定性试验结果Table 2 Results of repeatability and stability tests （n=6）

2.4.6 加样回收试验 精密称取白术根茎粉末（样品编号S1）0.25g，加入与样品中各元素质量相当的混合标准品。按“2.2.2”项下方法配制，平行制备5份供试品溶液，同法制备试剂空白溶液，测定各元素含量，计算回收率，见表3。

表3 加样回收实验结果Table3 Results of recovery tests （n=5）

续表3

2.5 样品测定结果

按照“2.2.2”项下方法制备白术根茎（样品编号S1、S2、S3）的供试品溶液，分别测定Li等48种微量元素的含量，见表4。

表4 药材样品中微量元素含量测定结果Table 4 Contents of inorganic elements in the samples

3 讨论

本研究采用ICP-MS法测定了白术根茎中的48种微量元素的含量，研究结果表明，重金属元素Pb、As、Cd、Hg含量分别为1.006g/g、0.526g/g、0.124g/g、0.120g/g，均低于《中国药典》2015版对中药材重金属含量的限定[9]。

白术中人体必需微量元素的含量普遍较高，分别为Cu120.319g/g、Sr38.360g/g、Mn38.230g/g、Zn31.980g/g、Sn29.060g/g、B28.140g/g、Cr26.904g/g、Rb12.840g/g、Ni11.390g/g、V3.752g/g、Se1.144g/g、Co0.639g/g。这些元素影响人体内多种酶的活性，参与蛋白质、氨基酸的合成，对该药用植物药效的发挥产生直接或间接的影响。

目前，广泛应用的测量微量元素含量的方法主要有原子吸收分光光度法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICPAES）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等。其中，AAS是微量元素测定应用最广泛的方法之一，但在测定不同元素时需要更换光源，难以实现多元素同时测定；AFS有较低的检出限、较高的灵敏度、可以实现多元素同时测定，但可测定的元素比较少，应用范围比较窄；ICP-AES具有多元素同时检测、分析精度高、样品检测范围广、光谱特征性强、选择性好等特点，但对非金属测定的灵敏度较低，与ICP-MS相比，检出限相对较高。ICP-MS几乎克服了传统分析方法的大多数缺点，提供了极低的检出限、极宽的动态线性范围，并且，能同时分析多个元素，特别适合大量样品中微量、痕量元素的分析，在中药及其制剂重金属限量控制、元素分析以及质量标准的制定中应用十分广泛[10]。