ICP-MS法同时测定白石脂药材中27种重金属及微量元素的含量Δ

朱仁愿，姬良亮，张晓萍，邱国玉，马潇（.兰州市食品药品检验所，兰州730050；2.甘肃省药品检验研究院/甘肃省中藏药检验检测技术工程实验室，兰州 730070）

白石脂（Halloysitum album）属于矿物药，为硅酸盐类多水高岭石族矿物多水高岭石。《新编中药志》[1］对其药用历史进行了考证，发现白石脂始载于《神农本草经》“青赤黄白黑石脂”条，列为上品，为甘肃省地方习用药材。该药材未收录于《中国药典》历版及现行版中，仅收载于2009年版《甘肃省中药材标准》中，来源为硅酸盐类多水高岭石族矿物多水高岭石。其全年可采挖，采挖后除去杂质、泥土，挑选白色者。该药材味甘、酸，性平，无毒，具涩肠止泻、固脱、敛疮之效，用于久泻久痢、大便出血、崩漏、带下、遗精，外治疮疡不敛，湿疹脓水浸淫[2］。白石脂主要成分为水化硅酸铝，含二氧化硅46.5%、三氧化二铝39.5%、水14.0%，但常含铁（Fe）、镁（Mg）、钙（Ca）等杂质[3］。

重金属及微量元素作为中药材、尤其是矿物药的重要组成部分，与药材的药性、药效乃至毒副作用密切相关[4］。高慧慧等[5］研究结果表明，矿物药的毒性、药效与重金属及微量元素的溶出情况密切相关。电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）作为2015年版《中国药典》（四部）中推荐的一种重金属测定方法[6］，具有灵敏度高、干扰小、线性范围宽、检测限低和同时或顺序测定多元素等特点，可在短时间内完成70多种元素的定量检测，是现代科学研究和生产中的一种重要分析测试手段，也是当前国内外普遍采用的一种痕量元素分析工具[7］。湿法消解是目前进行元素分析的最直接、最有效、最经济的一种样品前处理手段[8］。鉴于此，本研究以湿法消解对样品进行前处理，采用ICP-MS法对26批不同产地白石脂中锂（Li）、铍（Be）、钠（Na）、Mg、铝（Al）、钾（K）、Ca、铬（Cr）、锰（Mn）、Fe、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、镓（Ga）、砷（As）、硒（Se）、铷（Rb）、锶（Sr）、银（Ag）、镉（Cd）、铯（Cs）、钡（Ba）、铅（Pb）、铊（Tl）、铀（U）、钒（V）等27种重金属及微量元素进行定量分析，并结合聚类分析对其进行综合评价，旨在为有效控制其质量提供参考依据。

1 材料

1.1 仪器

7900型ICP-MS仪，包括真空系统、自动进样器、四级杆、检测器、碰撞池、雾化器、离子透镜和蠕动泵等（美国Agilent公司）；MS105DU型十万分之一电子天平[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司］；Milli-Q IQ7000型超纯水系统[密理博（中国）有限公司］；SCG-4型数控恒温水浴锅（宁波新芝生物科技股份有限公司）；BHW-09C型恒温消解仪（上海博通化学科技有限公司）。

1.2 试剂

27种元素混合对照品溶液（含有Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb、Tl、U、V，批号:K2-MEB653023，美国Inorganic Ventures公司，各元素质量浓度均为10 000 μg/L）；铋（Bi）、铈（Ce）、铟（In）、镥（Lu）、铑（Rh）、钪（Sc）、铽（Tb）混合内标溶液（Part#:5188-6525，各元素质量浓度均为100 000 μg/L）和Ce、Co、Li、Mg、Tl、钇（Y）标准调谐液（Part#:5185-5959，各元素质量浓度均为1 μg/L）均由美国Agilent公司提供；氢氟酸、高氯酸均为分析纯，其余试剂均为分析纯，水为超纯水。

1.3 药材

26批白石脂药材样品经兰州市食品药品检验所张彩霞副主任中药师鉴定为硅酸盐类多水高岭石族矿物多水高岭石（Kaolinite），来源及性状见表1。

表1 药材来源及性状Tab 1 Source and characteristics of medicinal material

2 方法与结果

2.1 ICP-MS条件

采用氦气碰撞反应池模式，用调谐液对仪器质量轴、分辨率、灵敏度、双电荷、氧化物进行优化。仪器参数设置:载气为氩气；碰撞气体为氦气；等离子体气流速为15.0 L/min；载气流速为1.17 L/min；碰撞气体流速为5.0 mL/min；雾化器为Barbinton；采样深度为8.0 mm；石英双通道雾化室，雾化室温度为2℃；等离子体射频功率为1.3 kw；蠕动泵转数为30 r/min；采用全定量分析模式[9-12］，测点数为3，分析时间为0.1 s，重复次数为3。

2.2 溶液的制备

2.2.1 混合对照品溶液 精密量取27种元素混合对照品溶液适量，用2%硝酸稀释制成Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb、Tl、U、V质量浓度均分别为0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、100.0、200.0 μg/L 的系列混合对照品溶液。

2.2.2 混合内标溶液 精密量取混合内标溶液0.5 mL，置于100 mL量瓶中，用水稀释制成Bi、Ce、In、Lu、Rh、Sc、Tb质量浓度均为500 μg/L的混合内标溶液。

2.2.3 供试品溶液 白石脂样品捣碎，研细，取细粉约0.2 g，精密称定，置于150 mL聚四氟乙烯烧杯中，加5%氢氟酸溶液30 mL，于沸水浴上加热溶解，再加高氯酸1 mL，混匀后将溶液转移至聚四氟乙烯消解罐中，用少量水清洗烧杯内壁3次，洗液并入消解罐中，放置于恒温加热消解仪中，150℃加热蒸发至约1 mL，取出，放冷，置于50 mL量瓶中，用少量水洗涤聚四氟乙烯消解罐3次，洗液置于量瓶中，摇匀，作为供试品原液；取上述供试品原液1 mL用水稀释至100 mL，作为供试品稀释液1；取上述供试品原液1 mL用水稀释至1 000 mL，作为供试品稀释液2。其中，供试品原液用于测定Li、Be、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb、Tl、U、V，供试品稀释液1用于测定Na、Mg、K、Ca，供试品稀释液2用于测定Al、Fe。

2.2.4 空白对照溶液 不加白石脂样品细粉，其余按“2.2.3”项下供试品原液方法操作，即得空白对照溶液。

2.3 线性关系考察

取“2.2.1”项下系列质量浓度的混合对照品溶液和“2.2.2”项下混合内标溶液各适量，按“2.1”项下ICP-MS条件进样测定，记录仪器响应值。以各待测元素质量浓度（x，μg/L）为横坐标、各待测元素与内标（以Sc为内标测定Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、V，以Ce为内标测定Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr，以Rh为内标测定Ag，以In为内标测定Cd、Cs、Ba、U，以Bi为内标测定Pb、Tl）仪器响应值的比值（y）为纵坐标进行线性回归，回归方程与线性范围见表2[13］。

2.4 定量限与检测限考察

精密吸取“2.2.4”项下空白对照溶液和混合对照品溶液（质量浓度为50.0 μg/L）适量，倍比稀释，按“2.1”项下ICP-MS条件进样测定，记录仪器响应值，以连续测定空白对照溶液仪器响应值的10倍标准偏差对应的各待测元素质量浓度为定量限，以连续测定空白对照溶液仪器响应值的3倍标准偏差对应的各待测元素质量浓度为检测限，结果见表2。

2.5 精密度试验

取“2.2.1”项下混合对照品溶液（质量浓度为50.0 μg/L）适量，按“2.1”项下ICP-MS条件连续进样6次，记录仪器响应值。结果，Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U仪器响应值的RSD分别为2.3%、6.1%、1.3%、1.0%、0.7%、0.8%、1.7%、0.8%、0.5%、1.0%、0.8%、0.8%、0.7%、2.0%、1.9%、3.6%、2.0%、6.6%、2.6%、1.5%、4.3%、4.7%、3.7%、1.4%、2.5%、2.0%、2.4%（n＝6），表明仪器精密度良好。

2.6 稳定性试验

取“2.2.3”项下供试品溶液（编号:S5）适量，共6份，分别于室温下放置0、3、6、9、12、24 h时按“2.1”项下ICPMS条件进样测定，记录仪器响应值。结果，Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U仪器响应值的RSD分别为1.3%、5.4%、0.8%、0.2%、1.1%、2.1%、0.5%、3.1%、3.7%、2.7%、2.8%、2.6%、2.7%、1.8%、2.5%、1.4%、2.7%、4.2%、3.2%、2.4%、3.4%、3.6%、1.2%、1.0%、1.5%、0.7%、1.0%（n＝6），表明供试品溶液在室温下放置24 h稳定性良好。

表2 回归方程、线性范围、定量限及检测限Tab 2 Regression equation，linear range，quantitation limit and detection limit

2.7 重复性试验

精密称取白石脂样品细粉（编号:S5）适量，按“2.2.3”项下方法制备供试品溶液，共6份，再按“2.1”项下ICP-MS条件进样测定，记录仪器响应值，并按标准曲线法计算含量。结果，Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U 的平均含量分别为 9.95、0.23、738.05、80.03、21 620.35、1 583.37、127.97、0.45、3.57、0.98、388.99、0.60、4.85、89.66、6.76、32.70、4.78、2.09、9.30、1 006.35、0.07、0.01、0.21、229.34、0.11、64.93、2.90 mg/kg（n＝6），仪器响应值的RSD分别为2.3%、2.6%、1.3%、1.0%、0.7%、0.8%、2.0%、0.5%、0.5%、0.8%、0.7%、0.6%、0.7%、1.9%、1.8%、3.7%、1.8%、5.8%、2.5%、1.5%、0.7%、0.3%、1.4%、1.4%、0.6%、2.0%、2.1%（n＝6），表明本方法重复性良好。

2.8 加样回收率试验

采用加样回收法，称取已知含量的白石脂样品细粉（编号:S5）共6份，每份约0.15 g，加入5%氢氟酸溶液30 mL，再加入 50.0 μg/L混合对照品溶液 1 mL，按“2.2.3”项下方法制备供试品溶液，再按“2.1”项下ICPMS条件进样测定，记录仪器响应值并计算加样回收率。结果，Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U仪器响应值的加样回收率范围分别为78.5%～87.3%、90.2%～92.6%、106.9%～115.8%、102.1%～106.8%、121.3%～124.1%、113.5%～121.1%、116.2%～122.7%、70.1%～77.4%、100.6%～105.9%、122.2%～128.4%、102.3%～106.9%、89.6%～95.2%、111.4%～120.1%、105.3%～118.9%、97.4%～105.7%、91.6%～112.3%、125.6%～135.5%、101.2%～111.1%、75.9%～87.6%、122.1%～131.9%、71.8%～76.5%、91.2%～119.6%、110.4%～124.4%、127.1%～129.9%、95.3%～108.7%、106.8%～117.7%、105.5%～124.0%，平均加样回收率分别为83.8%、91.4%、111.6%、104.6%、112.8%、118.3%、119.1%、72.3%、102.6%、125.6%、104.7%、92.7%、115.8%、112.8%、100.8%、103.6%、129.1%、106.6%、82.6%、127.3%、74.1%、111.2%、118.3%、128.5%、104.6%、111.4%、116.1%，RSD分别为4.5%、1.0%、3.4%、1.7%、0.9%、2.4%、2.2%、3.8%、1.8%、1.7%、1.8%、2.4%、2.5%、4.8%、2.8%、7.0%、2.7%、3.1%、5.0%、2.6%、2.3%、9.4%、5.0%、1.0%、4.7%、3.5%、5.9%（n＝6）。

2.9 药材样品27种元素的含量测定

取26批白石脂样品细粉适量，按“2.2.3”项下方法制备供试品溶液，再按“2.1”项下ICP-MS条件进样测定，平行测定3次，记录仪器响应值并按标准曲线法计算药材样品中重金属及微量元素的含量，结果见表3。

2.10 白石脂重金属及微量元素测定数据聚类分析

采用Excel 2007软件汇总原始数据，结果显示，Al含量最高，此外Li、Na、Mg、K、Ca、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Se、Rb、Sr、Ba和U是白石脂中微量元素的主成分。采用PASW Statistics 18.0软件，使用组间联接的聚类方法进行聚类分析，以“平方Euclidean距离”为度量标准，绘制不同产地白石脂中重金属及微量元素的树状图，见图1。

由图1可知，白石脂所有样品可分为4类，第一类为S1、S2、S6、S12，第二类为S3、S5，第三类为S7、S8、S9、S10、S11、S14、S15、S18、S19、S20、S22、S25，第四类为S4、S13、S16、S17、S21、S23、S24、S26。

表3 26批白石脂样品中27种元素含量测定结果（n＝3，mg/kg）Tab 3 Results of content determination of 27 kinds of elements in 26 batches of Halloysitum album（n＝3，mg/kg）

图1 26批白石脂样品中27种元素聚类分析树状图Fig 1 Cluster analysis diagram of 27 kinds of elements in 26 batches of Halloysitum album

3 讨论

3.1 消解体系的选择

白石脂为硅酸盐类多水高岭石族矿物多水高岭石，主要含二氧化硅，含量达46.5%；此外还含有三氧化二铝39.5%、水14.0%。因此在选择消解体系时，考虑到二氧化硅的存在，本研究选用氢氟酸-高氯酸进行消解[14］。本课题组前期考察了5%、10%、20%氢氟酸溶液的消解效果，结果显示5%氢氟酸30 mL在沸水浴上就能将样品溶解，故选用此消解溶剂。样品经氢氟酸、高氯酸消解后，于消解仪上浓缩至约1 mL，转移后以水定容，此时发现会出现分层现象，下层为胶体状态，可在沸水浴上加热数分钟使溶解，放冷后再定容至50 mL。

3.2 样品元素结果分析

白石脂收载于2009年版《甘肃省中药材标准》中，仅有性状和理化反应鉴别检测项目，参照2015年版《中国药典》（一部、四部）中黄芪、甘草和明胶空心胶囊项下重金属及有害元素的限度指标，即Pb不得超过5 mg/kg，Cd不得超过0.3 mg/kg，As不得超过2 mg/kg，Cu不得超过20 mg/kg，Cr不得过2 mg/kg[6，15］。本研究检测的26批白石脂中，Pb含量为3.97～64.24 mg/kg，仅1批未超出限度；Cd含量基本在0.3 mg/kg以下，有3批超出限度，含量分别为1.24、2.71、16.45 mg/kg；As含量全部超出限度，含量为4.16～29.63 mg/kg；Cu含量有10批超出限度，最大含量为98.29 mg/kg；Cr含量为1.85～34.92 mg/kg，仅1批未超出限度，提示大部分白石脂药材中重金属及有害元素含量严重超标。因此，为了更好地控制白石脂质量，笔者建议相关部门修订白石脂质量标准，增加重金属检测项目并制定合理的限度指标。此外本研究并未对汞进行测定，有待后续研究予以完善。本研究结果还显示，Al是白石脂中含量最高的元素，以三氧化二铝的形式存在[3］，可能与白石脂发挥止泻、止血、黏膜保护作用有关；本试验个别样品的Al元素含量超出了标准曲线范围，可考虑在试验过程中，适当增加2个高浓度的对照品溶液。同时，通过白石脂中通过27种重金属及微量元素的含量测定结果可以看出，Li、Na、Mg、K、Ca、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Se、Rb、Sr、Ba和U是白石脂微量元素的主成分，可作为其特征元素，而Be、Ag、Cs和Tl的含量则相对较低。由此，考虑到试验中所用试剂对测定结果的影响，按“2.1”项下方法同时对空白溶液进行了检测，其测定结果中各元素含量与白石脂样品相比，均低于0.5%，故认为试剂无干扰[16-20］。

3.3 测定结果的聚类分析

由图1可知，白石脂大体可以分为4类。从产地的角度来看，这种分类并不存在相关性，但是结合白石脂的性状特征发现，其分类与白石脂性状具有一定的关联性，第一类的性状特征为表面类白色或淡黄色，体轻，质略软，手摸有滑润感，轻砸破碎，断面颗粒状；第二类为表面粉白色，有大片红色或粉红色纹理，体重，质硬，不易砸碎，断面较平坦；第三类则是介于第一类和第二类之间，为类白块状集合体，间有红色或棕色条纹，其中红色矿物较第二类少，且质地比第二类略软；第四类为不规则块状，表面为黑白相间色，粗糙，或间有黄褐色条斑，体重，质硬，手摸有沙粒感。由此可见，性状特征是鉴别该药材的重要依据。

综上，本试验通过对白石脂中重金属及微量元素进行测定，为全面认识其元素的组成及其含量范围提供了数据支持，同时对修订完善白石脂质量标准、保证药材有效性和安全性提供了实验基础。