ICP-MS 半定量和全定量联合筛查小儿咳喘灵颗粒中元素

陈 荣，张华锋

（苏州市药品检验检测研究中心，江苏 苏州215104）

小儿咳喘灵颗粒是由麻黄、金银花、板蓝根、苦杏仁、石膏、甘草、瓜蒌7味药材，经分步水提、醇沉、浓缩、制粒而成。主要用于治疗上呼吸道感染、咳嗽、气管炎等，临床应用广泛［1］。作为一种常见儿科用药，其原药材种植、炮制、制剂生产加工、贮藏等过程中的重金属及毒性元素污染问题更应引起重视。

电感耦合等离子体质谱因其样品需求量少、动态范围极宽（＞10个数量级）、极低的检出限（达ng／kg 级）、适用多种元素分析、可进行同位素鉴别及测定、干扰较少且易于消除等优点，在医药、地质、环境等领域有非常重要的作用［2］。半定量分析是根据各元素的响应因子，对未知样品中所有元素进行粗定量。对于全定量来说，半定量这一手段可以帮助更有针对性地检测元素、估算标准样品浓度范围、优化内标选择。目前针对中药材、中成药的元素全定量分析已成为常规检验手段，半定量分析在食品、环境等领域的应急监测中应用也时有报道［3-4］，左甜甜等［5］应用半定量方法筛查了13种中药材的重金属及有害元素，但将半定量分析与全定量结合应用在中药制剂方面的报道较少。本实验以小儿咳喘灵为例，经微波消解后，采用ICPMS 半定量方法进行全元素的扫描和浓度预估，再利用全定量方法对部分含有量较高或重金属、有害元素进行定量测定。

1 仪器与试药

1.1 仪器 Agilent 7900电感耦合等离子体色谱（美国Agilent 公司）；CEM MARS6微波消解仪（美国培安公司）；Mettler Toledo XS105DU 电子天平（瑞士梅特勒托利多公司）；Millipore Synergy 超纯水机（美国密理博公司）。

1.2 试药 混合对照品溶液（含Ag、Al、As、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、Ga、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Rb、Se、Sr、Tl、U、V、Zn 各10μg／mL，批号3-148MKBY2）、内标溶液（含 Bi、Ge、In、Li、Lu、Rh、Sc、Tb 各100 μg／mL，批号3-189MKBY2）和调谐液（含Ce、Co、Li、Mg、TI、Y 各 1μg／L，批 号 24-19GST2）均购于美国Agilent 公司，Hg 单元素对照品溶液（1000μg／mL，批号174026-3）购于国家有色金属及电子材料分析测试中心。硝酸为UP 级（苏州晶瑞化学股份有限公司），水由Millipore Synergy 超纯水机制得。小儿咳喘灵颗粒为收集市售样品，涉及12个厂家，26批次。具体信息见表1。

表1 样品信息Tab.1 Information of samples

2 方法与结果

2.1.1 内标、参比溶液 精密量取质量浓度为100 μg／mL 的内标溶液适量，加入2%硝酸配制成质量浓度分别为1、100 ng／mL 的混合溶液，其中1 μg／mL溶液作为内标溶液，100 ng／mL 溶液作为半定量测定的参比溶液。

2.1.2 对照品溶液 精密量取混合对照品溶液适量，用2%硝酸溶液稀释成每1 mL 含各元素均为0、1、5、10、50、500 ng 的系列质量浓度混合对照品溶液。同时用2%硝酸溶液将汞单元素对照品溶液，稀释成每1 mL 含汞0、0.5、1、1.5、2 ng的系列对照品溶液。

2.1.3 供试品溶液 取供试品0.4 g，精密称定，加入硝酸8 mL，90 ℃预消解30 min，放冷，密塞，微波消解（消解程序为1 400 W，120 ℃，爬坡5 min，保持10 min；185 ℃，爬坡10 min，保持25 min，放冷，取出，用超纯水转移至50 mL 量瓶中，并冲洗3次，定容，作为供试品溶液。同法制备空白对照品溶液。

2.2 半定量分析

2.2.1 半定量分析仪器参数 氦反应模式；采集方式为质谱图；峰型取6个点；积分时间0.1 s；重复次数1；扫描次数100；半定量分析；样品提升速度0.3 r／s，提升时间20 s，稳定时间20 s；等离子体流量15 L／min；射频功率1 550 W；载气流量1.09 L／min。

2.2.2 半定量测定方法 检测包括m／z为7至238的所有质量数，依次采集仪器背景噪音（超纯水）、参比溶液、空白对照溶液、8批样品溶液（编号1～8）数据，以参比溶液元素响应值及浓度值，计算并更新半定量响应因子，用于8批样品的元素种类筛查及浓度测定。

2.2.3 半定量分析结果 8批样品经半定量分析，显示元素Li～U 中的75种元素的每秒计数（CPS值）及浓度值，通过与背景噪音、空白对照的CPS值、浓度值比较，计算各同位素间CPS 比值是否与其丰度比值对应等方式判定各个元素是否存在或有无定量必要。另外排除内标元素、部分非金属元素（N、P、S、O、Si 等），以及考虑到重金属元素及有害元素（Pb、Cd、As、Hg、Cu）筛查的必要，综上考虑，选择混合对照品溶液中Ag、Al、As、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Rb、Sr、V、Zn 以及单元素Hg进行定量测定。部分元素半定量结果见表2。

2.3 全定量分析

实验材料有芹菜、芦蒿、无机碱,实验仪器有电动搅拌机(7312-I型,上海标本模型厂制造)、恒温水浴锅(HH-S,)、旋转粘度计(NDJ-1型，上海昌吉地质仪器有限公司)、电子分析天平(AB204-N型，梅特勒-托利多仪器有限公司).

2.3.1 全定量分析仪器参数 氦反应模式；峰型取3个点；重复次数3；扫描次数100；全定量分析；一般元素积分时间设置为0.3 s，灵敏度度、难电离元素延长积分时间（Hg 为2 s，As、Cd 为1 s），采用虚拟内标进行内标修正，其余参数与半定量分析一致。

2.3.2 全定量分析方法 根据半定量分析中各元素浓度范围，结合对照品溶液线性范围，将供试品溶液用于Ag、Al、As、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Ni、Pb、Rb、Sr、V、Zn 及Hg的测定，另将供试品溶液再稀释50倍用于Na、Mg、K 的测定。依次采集系列浓度混合对照品溶液、空白对照溶液、26批样品溶液（编号1～26）、50倍稀释后的26批供试品溶液、系列浓度汞元素对照品溶液数据，同时引入内标监测仪器状态。

表2 部分元素半定量测定结果（mg／kg）Tab.2 Semi-quantitative results of several elements（mg／kg）

2.3.3 方法学

2.3.3.1 线性关系和检出限 以对照品溶液质量浓度为横坐标（X）、CPS 值为纵坐标（Y），进行回归，各元素线性关系良好。连续采集样品空白溶液11次，以其CPS 值标准偏差的3倍所对应的质量浓度作为检出限，结果见表3。

表3 22种元素线性关系及检出限Tab.3 Linear relationships and detection limit of twenty-two elements

2.3.3.2 精密度试验 将10 ng／mL 混合对照品溶液以及含汞为1 ng／mL 对照品溶液，分别连续进样5次，计算出22种元素RSD，除K、Al、Ca、Hg分别为6.7%、6.1%、5.4%、5.7%外，其他元素为0.2%～2.9%，表明仪器精密度良好。

2.3.3.3 重复性试验 取编号1（批号1707033）的供试品，按“2.1.3”项下方法平行制备6份供试品溶液，测定除Na、Mg、K 外的其他元素，各元素RSD 为0.4%～5.1%。将上述供试品溶液，分别稀释50倍，用于测定Na、Mg、K，3种元素RSD 分别为1.6%、0.8%、1.1%，表明该方法重复性良好。

2.3.3.4 加样回收率试验 将已知各元素含有量的编号1供试品取6份，精密加入10 μg／mL 混合对照品溶 液200 μL，1 μg／mL 汞对照品 溶液25 μL，按“2.1.3”项下方法制备供试品溶液，计算22种元素平均回收率，各元素加样回收率为90.5%～115.1%。

2.3.4 全定量分析结果 22种元素全定量测定结果见表4～5，以全定量结果为真值，编号1～8号样品中除Ca、Fe、Ga、Na、Mg、K 元素外，其他元素半定量测得值的相对偏差均小于±20%，且2种测量模式下的浓度范围基本一致。参照国际人用药物注册技术协调会议（ICH）Q3D 元素杂质指南，将测定元素分为1类（Pb、As、Cd、Hg）、2A 类（Co、Ni、V）、2B 类（Ag）、3类（Ba、Cr、Cu）、其他（Al、Ca、Fe、Ga、Mn、Rb、Sr、Zn、Na、Mg、K）［6］。其中1类元素和Cu 根据2015年版《中国药典》 中对甘草等重金属含有量及有害元素含有量限定标准［7］，26批样品中，Pb均小于5 mg／kg；As 均小于2 mg／kg；Cd 均小于0.3 mg／kg；Hg 均小于0.2 mg／kg；Cu 均小于20 mg／kg。2A 类元素中Co 均小于0.4 mg／kg，V均小于0.1 mg／kg，参照2015年版《中国药典》对Ni 的最严要求（≤1 mg／kg，辅料硬脂酸、氢化大豆油等），编号4～5、25～26均超过标准。2B 类Ag 均小于0.06 mg／kg，3类中Ba 元素含有量编号25～26明显高于其他批次，此外这2个批次的Pb、Al、Ca、Mn、Rb、Sr、Zn、Mg、K 均明显偏高，表明生产这2个批次的四川L 厂在生产工艺上与其他厂家存在明显差异，原药材元素转移进入制剂中的量偏高。参照2015年版《中国药典》 中对胶囊用明胶中铬的限值（不得过百万分之二），编号4的Cr 含有量超标了7倍。

表4 26批样品根据ICH Q3D 分类1类～3类元素测定结果（mg／kg）Tab.4 Full quantitative results of 1-3 types of elements according to the classification of ICH Q3D in twenty-six batches of samples（mg／kg）

表5 26批样品中其他11种元素测定结果Tab.5 Full quantitative results of other eleven elements in twenty-six batches of samples

3 讨论

本实验采用微波消解法联合ICP-MS 对小儿咳喘灵颗粒进行了半定量全元素扫描和全定量测定。半定量测定结果，为全定量中元素种类选择和对照品溶液浓度配制提供了参考。将2种模式下的定量结果进行比较，半定量能给出较为准确的元素浓度范围，本实验中除Ca、Fe、Ga、Na、Mg、K 外，其他元素的准确率均达到80%以上，这可能与参比溶液元素种类以及供试品中元素浓度与之接近程度相关，参比元素种类越多、范围分布越广，获得的半定量结果就越加准确［8］。供试品中如Na、K、Mg、Ca 等常量元素浓度远远高于参比浓度，半定量值相对误差就会偏大。

全定量对照品溶液的配制，直接关系定量结果的准确性，由于各元素间量相差数个数量级，要兼顾痕量、微量、常量元素的准确测定，势必要扩大标准曲线线性范围。但考虑到标准曲线的权重，本实验分2步稀释，第1次稀释50倍用于痕量、微量元素测定，在标准曲线中去除最高点（500 ng／mL）再进行线性拟合，第2次再稀释50倍用于常量元素测定，在标曲中去除最低点（1 ng／mL）后进行线性拟合。所有检测元素在线性范围内线性关系良好（r≥0.999 5）。

本实验参考2015年版《中国药典》 部分药材和辅料中对重金属元素及有害元素的限值规定，发现部分样品存在Cr、Ni 超标，而且集中在个别厂家，提示该厂家的药材来源存在问题，也可能在生产过程引入了金属催化剂铬和镍。参照美国NSF／ANSI 173-2010标准中有关“膳食补充剂”原材料中重金属限值规定（Cr6＋≤2.0 μg／g）［9］，该厂家样品中毒性较高的Cr6＋是否超标还需进一步确证，可通过联用液相或离子色谱等方法实现［10］。由于本实验共定量测定了22种元素，并未全部覆盖USP 232／233和欧洲药物评审委员会（EMEA）收载的全部元素杂质及金属催化剂［11］，如Pt、Ir、Ru、Rh、Os 等，在缺乏相应对照品溶液的情况下，对于一些问题比较突出的样品，可以单独进行半定量扫描，验证有无其他元素残留。

小儿咳喘灵颗粒的现行标准中并无重金属及有害元素的限度规定［12-13］，如不对其进行扩大范围的元素测定，很难发现其他有害元素的残留。但目前针对中药制剂的有害元素残留量并无统一规定，2015年版《中国药典》 仅对部分中药限制了Pb、Cd、As、Hg、Cu 的量，ICH Q3D 元素杂质指南亦不适用于中药制剂，因此建立中药材和中药制剂范围较广的有害元素限量标准势在必行。

本实验建立的ICP-MS 半定量筛查方法准确度较高，操作简便，与全定量相结合，检查26批小儿咳喘灵颗粒的元素种类及部分元素含有量，为中药制剂特别是在成分复杂、有害元素种类未知的情况下，提供范本。也为中药制剂质量控制及有害元素的快速检测提供依据。