ICP-MS法分析不同产地何首乌中40种无机元素

杨健 周利 胡玲 解会群 余意 刘汉伟 何雅莉 彭华胜 郭兰萍

摘要 目的：建立采用电感耦合等离子体质谱法测定中药材何首乌中40种无机元素的方法，该方法的建立为何首乌药材的质量控制及优质资源的开发提供依据。方法：采用压力罐消解法对样品进行消解，利用电感耦合等离子体质谱法测定何首乌药材中40种无机元素的含量，并对检测方法进行方法学考察。结果：40种无机元素检测方法经方法学考察，结果合理有效，标准曲线的线性相关系数均>0.95，平均加样回收率在88.9%～119.2%，RSD均<12%.测定不同来源的49批何首乌样品，K，Ca，Mg，Al，Fe等5种元素含量最高，均达到100 mg/kg以上;Be，Sc，Ge，Eu，Tb，Ho，Tm，Yb和Lu等8种无机元素的平均含量较低，均<0.02 mg/kg;不同产地的何首乌样品表现出一定的聚类性特征。结论：该方法操作简便，快速、准确，结果可靠，适用于中药材何首乌中无机元素的测定。

关键词 何首乌;无机元素;电感耦合等离子体质谱;微波消解;多元统计分析

Quantitative Analysis of 40 Inorganic Elements in Polygoni Multiflori Radix from Different Origins by ICP-MS

Yang Jian1，Zhou Li1，Hu Ling2，Xie Huiqun3，Yu Yi4，Liu Hanwei2，He Yali1，Peng Huasheng3，Guo Lanping1

（1 State Key Laboratory Breeding Base of Dao-di Herbs，National Resource Center for Chinese Materia Medica，China Academy of Chinese Medical Sciences，Beijing 100700，China; 2 Ningbo Academy of Inspection and Quarantine，Ningbo 315000，China; 3 College of Pharmacy，Anhui University of Chinese Medicine，Hefei 230012，China; 4 Infinitus（China）Company Ltd.，Guangzhou 510663，China）

Abstract Objective：To establish a method for the simultaneous determination and analysis of 40 inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix.by using Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry（ICP-MS），and provide an experimental basis for improving the quality standard and developing excellent resources of Polygoni Multiflori Radix.Methods：40 inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix were determined by using high pressure digestion and ICP-MS.And the methods were validated.Results：The methods of 40 inorganic elements were reasonable and effective by validation.The standard curves were linear and the linear correlation coefficients were greater than 0.95.The recovery was between 88.9%～119.2%，and RSD were all lower than 12%.In the determination of 49 batches of Polygoni Multiflori Radix samples from different regions，5 elements of K，Ca，Mg，Al，Fe were higher than 100 mg/kg，and 8 elements of Be，Sc，Ge，Eu，Tb，Ho，Tm，Yb and Lu were lower than 0.2 mg/kg; and the samples from different regions showed some clustering characteristics.Conclusion：The established method is simple with fast analysis and high sensitivity，and the method is suitable for determination of inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix.

Key Words Polygoni Multiflori Radix; Inorganic elements; ICP-MS; Microwave digestion; Multivariate statistics

中圖分类号：R284.1文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2019.11.001

何首乌（Polygoni Multiflori Radix）系蓼科植物何首乌Polygonum multiflorum Thunb.的干燥块根;具有解毒、消痈、截疟、润肠通便之功效[1-2]。现代药理研究表明，何首乌具有保护神经、抗衰老、增强免疫力、抗肿瘤、降血脂、抗动脉粥样硬化和促进生长等多方面的药理作用[2-4]。作为一种常用补益中药，何首乌历来被古今医家、食疗养生家所推崇，目前大量应用于药品、保健食品、日化产品及食疗保健中[5]。近年来，人们认识到中药微量元素的种类、含量影响中药品质和疗效，对中药中微量元素的研究日益活跃。严寒静等应用ICP-AES法测定了不同地区何首乌植物及其生境土壤中的15种元素，分析比较了各种元素在不同地区何首乌体内和生境土壤中的分布规律及不同地区何首乌对无机元素的吸收富集能力[6];罗益远等采用ICP-MS法测定不同采收时间何首乌中铝、铁、钾、镁等23种无机元素的含量，结果表明部分元素动态积累呈现一定规律性[7];罗益远等应用ICP-MS法对不同产地何首乌及商品药材中24种无机元素进行分析比较，确定铁、硅、钙、铝、钾、铍、锑、锰、锌、钡是何首乌的特征无机元素[8]。

无机元素是人体内必不可少的部分，也是评价药材质量的特征指标之一。目前对中药的无机元素测定方法主要有原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等[9-10]。常规的分析方法如AAS，AFS等存在分析速度慢，检出限高而难以达到分析要求;而ICP-MS法具有灵敏度高、干扰小、线性范围宽、检出限低等优点，可同时或顺序测定多种元素，是当前国内外普遍采用的一种痕量元素分析工具。本研究采用ICP-MS法对来自不同产地的49份何首乌样品中40种无机元素进行测定，并对测定结果进行多元统计分析，为何首乌药材的质量控制及优质资源的开发提供依据。

1 仪器与试药

1.1 仪器 电感耦合等离子体质谱仪（赛默飞公司，美国，型号：ICAP-Q）;微波消解仪（CEM公司，美国，型号：Mars 6）;混合球磨仪（Retsch公司，德国，型号：MM 400）;电子天平（岛津公司，日本，型号：AUW120D）;超纯水机（Millipore公司，美国，型号：Millipore Mill-Q）;酸纯化器（Savillex公司，美国，型号：DST-1000）。

1.2 试剂 标准溶液由Muti-element Solution 1和Muti-element Solution 2（SPEX Certi Perp公司，批号：XPNCN-17-100）混合标准溶液配制而成;内标溶液为10 μg/mL的Rh溶液稀释1 000倍使用（钢研纳克检测技术股份有限公司，批号：NCS141058-2017）;硝酸（分析级，默克公司，由酸纯化器二次纯化，批号：6191082001735）;过氧化氢溶液（分析纯，天津市大茂化学试剂厂，批号：N3504-201712）;水为经Millipore Milli-Q水处理系统处理后的去离子水。

1.3 分析样品 何首乌药材于2016年8—12月分别收集于四川、广东、安徽、贵州、云南等11个省份，共49批。所有样品经中国中医科学院中药资源中心金艳副研究员鉴定均为蓼科植物何首乌（Polygonum multiflorum Thumb.）的干燥块根;经球磨仪打粉后过60目筛备用。

2 方法与结果

2.1 质谱条件 射频功率：15 500 W;采样深度：5.0 mm;辅助气和载气（均为氩气）流速分别为0.8和1.05 L/min;冷气流流速14.0 L/min;雾化器类型：同心雾化器;雾化室温度：2 ℃;扫描方式：STD模式;采集点数：3;重复次数：3次。

2.2 对照品溶液的制备 精密量取混合标准溶液适量，用2%硝酸溶液稀释，制成各元素质量浓度均为10 μg/mL的标准储备液，4 ℃贮存备用。

2.3 供试品溶液的制备 精确称量何首乌药材粉末0.1 g置聚四氟乙烯微波消解罐中，依次加入1 mL过氧化氢溶液和5 mL硝酸，密闭消解罐，置于微波消解仪中消解（微波消解程序如表1）。消解完全后，自然冷却，取消解内罐置电热板上180 ℃赶酸至剩余1 mL，放冷，用超纯水定容至10 mL，摇匀，过0.45 μm滤膜，即得无机元素供试品溶液。分别精密量取上述供试品溶液1、10、50 mL至量瓶中，以超纯水定容，摇匀，过0.45 μm滤膜，即得Na，Al，Fe，Zn元素和Mg，K，Ca元素供试品溶液。按相同方法制备空白对照。

2.4 线性关系考察 分别精密量取混合标准储备液适量，加2%硝酸溶液稀释，分别配成含Mg，K，Ca 20，50，100，200，500，1 000，2 000 ng/mL;Na，Al，Cr，Mn，Fe，Ni，Zn，Rb，Sr，Ba 1，2，5，10，50，100，200，500 ng/mL;Li，Be，Sc，V，Co，Ga，Ge，Se，Y，Nb，Cs，La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Tl，Th 0.1，0.2，0.5，1，2，5，10，50 ng/mL的系列标准混合溶液，以计数比率为纵坐标，质量浓度为横坐标，绘制标准曲线。见表2。结果显示，各元素的标准曲线线性关系良好，相关系数均在0.99以上。将标准品溶液逐步稀释，直至各元素信号值为空白溶液信号值的3倍左右（S/N≈3），此时各元素的质量浓度即为该元素的检出限。

2.5 精密度考察 精密吸取同一混合对照品溶液，按照“2.1”项下方法分别连续进样6次，计算各元素响应信号值RSD，均<3%，表明仪器精密度良好。

2.6 稳定性考察 取同一份供试品溶液（贵州凯里），按“2.1”项下方法分别于0，2，4，8，12，18，24 h进样测定，记录各元素响应信号值，计算不同时间点间各元素计数比率值的RSD均<3.5%，表明供试品溶液在24 h内能稳定性良好。

2.7 重复性考察 取贵州凯里何首乌药材粉末0.1 g，平行操作6份，分别按各供试品溶液的制备方法操作，按“2.1”项下条件进行测定，计算各元素含量。结果表明，各元素含量的RSD在1.33%～8.74%，在痕量分析的要求下，重复性良好，可以满足检测要求。

2.8 加样回收率试验 取已知各元素含量的何首乌样品（重庆石柱）3份，精密称定，每份约0.1 g;分别加入“2.2”项下的各元素对照品储备液适量，再按照“2.3”项下方法制备供试品溶液，“2.1”项下的方法測定，记录各元素响应信号值，计算各元素的平均加样回收率在88.9%～119.2%，RSD均<12%，表明在痕量分析的要求下，各元素回收率良好，该方法有效可行。

2.9 样品含量分析 分别精密称取49批不同来源的何首乌样品，按“2.3”项下方法制备各供试品溶液，按“2.1”项下的方法测定，含量测定结果见表3。

在测定的40种无机元素中，K元素平均含量最高，达到3 791.42 mg/kg;其次为Ca和Mg元素，分别为1 423.91 mg/kg和1 519.05 mg/kg;此外，Fe和Al元素的平均含量亦达到100 mg/kg以上，分别为168.67 mg/kg和116.68 mg/kg.上述5种元素中，Fe元素含量变异系数最大，达到66.4%，表明不同来源何首乌中Fe元素含量变异程度最大，其含量变化在62.90～570.34 mg/kg;Al元素含量变异系数亦较大，为62.7%，其含量分布在16.87～326.00 mg/kg之间;K元素含量变异系数最小，仅为24.2%，其含量变化范围为2 486.58～6 906.01 mg/kg。Be，Sc，Ge，Eu，Tb，Ho，Tm，Yb和Lu等8种无机元素的平均含量较低，均<0.02 mg/kg，部分或大部分批次未检出。

3 讨论

3.1 何首乌无机元素间的相关性分析 何首乌各种无机元素含量之间存在一定的相关性。见表4。结果显示，何首乌中40种无机元素含量之间有233个极显著正相关（P<0.01），53个显著正相关（P<0.05）;有14个显著负相关（P<0.05），而不同来源何首乌无机元素间未出现极显著负相关。正相关表明何首乌中不同无机元素的吸收积累过程可能有很好的协同作用;而负相关则表明这些元素的吸收积累过程可能存在一定的拮抗作用。

3.2 聚类分析 采用SPSS 19.0统计软件，以各无机元素含量进行系统聚类分析（采用组间联结、余弦距离）;由于各元素含量差异较大，需要先对各元素含量数据采用Z值得分标准化。由树形图可见（图1），在遗传距离为10时，来自河南、陕西、甘肃、安徽等北方省份的样品表现出一定的聚集趋势;遗传距离为15时，样品P17，P24，P25和P26与其他样品之间差异较大，其产地分别是安徽石台、四川达州、四川汉源和四川遂宁。遗传距离为20时，所有样品大致可以区分为2大类;纬度相对较高的省份，如河南、陕西、甘肃、安徽、湖北等省份的样品表现出一定的聚集趋势;纬度相对较低的省份，如四川、重庆、云南、贵州、广西、广东等来源样品表现出一定的聚集趋势。结果表明，无机元素含量测定结合聚类分析对不同产地来源的样品表现出一定的溯源潜力，但是无法对所有产地进行有效区分。

植物源中药的元素组成、含量与其生长的气候环境、地理位置、土壤环境、种植习惯等外界因素关联较大，同时也与其自身品种、基因型等内在因素密切相关[11]。何首乌在全国的分布区域较广，既有野生资源，亦有栽培来源。对于栽培何首乌，在长期的种植过程中，不同地区形成了一些特色的栽培品种，加之不同地域间相互引种的影响，使不同产地来源的何首乌内在品种（基因型）亦存在较大的差异。由此可见，外在和内在影响因素相互交织，使得仅从元素分布角度对何首乌产地来源进行区分或归类难度较大。

无机元素是植物生长的物质基础，又可作为植物内某些有机物合成反应的催化剂，同时其还参与植物有效成分的结构功能而影响植物化学成分的形成和积累。本研究建立了ICP-MS法测定何首乌中K，Ca，Mg，Al，Fe等40种无机元素含量的方法，并对来自不同产地的49份何首乌样品进行比较分析;该方法快速、准确，结果可靠，为何首乌药材的质量控制及优质资源的开发提供技术支持和科学依据。

参考文献

[1]国家药典委員会.中华人民共和国药典2015年版[S].1部.北京：中国医药科技出版社，2015：176.

[2]梅雪，余刘勤，陈小云，等.何首乌化学成分和药理作用的研究进展[J].药物评价研究，2016，39（1）：122-131.

[3]杨红莉，葛珍珍，孙震晓.何首乌药理研究新进展[J].中药材，2013，36（10）：1713-1717.

[4]楼招欢，吕圭源，俞静静.何首乌成分、药理及不良反应相关的研究进展[J].浙江中医药大学学报，2014，38（4）：495-500.

[5]孙瑞芬，赵荣华，阮志国，等.何首乌应用研究进展[J].河南科技大学学报：医学版，2016，34（4）：316-320.

[6]严寒静，房志坚，余世孝.不同地区何首乌无机元素含量的比较[J].应用与环境生物学报，2007，13（3）：313-316.

[7]罗益远，刘娟秀，刘训红，等.何首乌无机元素动态积累的电感耦合等离子体质谱分析[J].中国药学杂志，2014，49（22）：1978-1982.

[8]罗益远，刘娟秀，侯娅，等.何首乌不同产地及商品药材中无机元素的ICP-MS分析[J].中草药，2015，46（7）：1056-1064.

[9]杨江，董小萍.中药中重金属元素检测方法的研究进展[J].中药与临床，2014，5（4）：46-49，55.

[10]杨红本，杨凡，胡赠彬，等.食品中无机元素分析方法研究进展[J].食品安全质量检测学报，2017，8（10）：3935-3943.

[11]周伟明，郑海，陈妍.中药无机元素影响因素的研究进展[J].今日药学，2016，26（1）：66-69.

（2019-10-15收稿 责任编辑：王明）基金项目：财政部中央本级专项（2060302）;国家重点研发计划项目（2017YFC1700701，2018YFF0214202）;国家自然科学基金重大项目（81891014）;国家自然科学基金青年基金项目（81603241）;浙江省基础公益研究计划项目（LGN18H280003）;宁波市科技创新团队项目（2015C110018）作者简介：杨健（1981.07—），男，博士，副研究员，研究方向：中药资源，E-mail：yangchem2012@163.com通信作者：郭兰萍（1969.08—），女，博士，研究员，研究方向：中药资源，E-mail：glp01@126.com