11种中药材中14种重金属及有害元素测定

谢 萍, 杨 璐, 杨 帆, 李 浩, 刘 洋, 梁 多

(长春海关技术中心, 长春 130062)

0 引 言

中药作为中华民族传统文化的瑰宝以其独特的优势日益受到人们的信赖和追捧,也越来越多地被国内外医学界关注和使用。然而,近年来由于工业三废的排放、农药使用不当和各种污染物在环境中的累积引起的中药材中重金属超标和农药残留等问题备受关注[1-2],中药材中重金属污染对中药质量和用药安全性造成很大威胁,给中药行业的发展造成了极大的负面影响,是我国中药出口受限的重要因素之一。现代科学已证明了重金属残留能够进入人体并与酶蛋白牢固结合,导致组织细胞出现结构和功能上的损害[3]。中药材中过高浓度的重金属元素积累直接影响中药的质量和用药安全性,对患者健康产生危害。2015版《中国药典》[4]规定了部分种类中药材的重金属限量范围(砷、铅、镉、汞和铜),而对其他有害元素如铬、镍、钡、钼和锡等未被列入控制对象, 也缺少相应的限量标准。而这些元素对人体健康也存在着潜在风险,因此,也应对各个中药材品种的其他有害元素残留量进行控制和监管,以确保中药材的品质和安全性。

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS),是近年来发展最快的无机痕量分析技术之一[5-9],具有极高灵敏度、检出限低、线性范围宽、干扰少和多种元素同步快速检测等优点,对快速准确检测中药材中有害元素有着极高的应用价值。本文采用微波消解结合ICP-MS技术[10],对不同产地人参、甘草、五味子、防风、细辛、柴胡、龙胆和黄芪等11种中药材(350批)中铅、镉、砷、汞、铜、铬、镍、钡、锰、铊、硒、钼、锑和锡等14种元素同时进行测定,并对样品中未列入2015版《中国药典》的9种有害元素如铬、镍、钡、锰、钼、锡、硒、锑和铊等的含量进行考察,运用SPSS 19.0软件对11种中药材中14种重金属及有害元素含量进行统计学分析,为健全和完善中药材中有害元素相关检测标准和方法,以及中药材质量控制提供了科学依据和技术支持[11-12]。

1 实验部分

1.1 试 剂

14种元素标准溶液均购自国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院。其中,铅、镉、砷、汞、铜、铬、镍、钡、锰、钼、铊和硒等12种单元素标准溶液浓度均为1 000 μg/mL,锑和锡单元素标准溶液浓度为500 μg/mL;浓硝酸(65%),水为超纯水,其余试剂均为优级纯。

1.2 仪器及测试条件

Agilent Technologies电感耦合等离子体质谱仪(美国Thermo Fisher Scientific公司)。MARS 240/50微波消解仪(美国CEM公司),Milli-Q 纯水机(密理博公司)。仪器分析参数:射频功率1.5 kW,等离子体气流速(Ar)15.0 L/min,辅助气流速(Ar)1.0 L/min,载气流速1.0 L/min。

1.3 标准溶液的配制

准确量取各元素标准溶液,加2%硝酸溶液配制成质量浓度为2 μg/mL的多元素混合标准储备液。取混合标准储备液,加2%硝酸溶液制成一系列不同质量浓度的标准溶液,进行线性关系考察。

1.4 内标溶液的制备

分别精密量取浓度为100 μg/mL的混合内标溶液(45Sc、72Ge、115In、209Bi)适量,用2%硝酸溶液逐步稀释配制成浓度为1 μg/mL混合内标溶液。

1.5 试验方法

1) 样品前处理。350批样品共涵盖11个中药材品种,来源于主产区、道地产区、主流市场和集散地,各品种样本收集情况见表1。样品于60 ℃干燥2 h并粉碎至粗粉,取样品粉末约0.5 g,精密称定。将试样置于微波消解罐中,加入4 mL硝酸(65%)和2 mL过氧化氢(30%),预消解放置过夜,然后将消解罐放入微波消解仪中消解完全,冷却后,将样品转移至50 mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀备用,同法制备试样空白。

2) 测定方法。按照内标同位素质量数与待测元素质量数相近的原则,选取:53Cr(45Sc)、55Mn(45Sc)、60Ni(72Ge)、65Cu(72Ge)、75As(72Ge)、82Se(72Ge)、95Mo(115In)、114Cd(115In)、118Sn(115In)、121Sb(115In)、137Ba(115In)、202Hg(209Bi)、205Tl(209Bi)、208Pb(209Bi)括号内作为内标元素,在ICP-MS最优化的条件下,分别对标准曲线、试样空白及待测样品进行分析,采用内标法定量。

表1 11种中药材样本收集情况Table 1 The samples and their sources

2 结果与讨论

2.1 药材代表性及分析元素的选择

2015年版《中国药典》[4]规定了部分种类中药材的重金属限量范围(砷、铅、镉、汞和铜),而对其他有害元素如铬、镍、钡、钼和锡等未被列入控制对象, 也缺少相应的限量标准。而这些元素对人身安全也存在着潜在风险,因此,也应对各个中药材品种的其他有害元素残留量进行控制和监管,以确保中药材的品质和用药安全。因此,本文引用中药材中常见的14种有害元素(包括中国药典要求控制的5种重金属元素)作为监测对象。

2.2 中药材前处理方法

由于测定的几种有害元素含量较低,易受环境和试剂等因素的影响,因此在测定时防止污染与干扰是分析的关键点。为确保取样的均匀性,对所有样品进行粉碎处理。由于试验中测定铜金属元素,因此,避免使用铜盅。中药材中所含成分含量较多,为使样品能够充分消解,加入浓硝酸后盖上内外盖旋紧,预消解放置过夜,然后将消解罐放入微波消解仪中消解至完全。测定过程中由于中药材中所含汞元素不稳定,不易测出,因此,在样品消解后加入金元素标准品,便于汞元素测定。

2.3 干扰的消除

在ICP- MS中发现的干扰主要为基体效应和质谱干扰。采用内标法校正基体效应信号漂移。质谱干扰通过选择无干扰的同位素可避免同量异位素干扰,如114Cd 受114Sn 的干扰,故选择111Cd 避免。

2.4 线性关系及方法检出限

建立了采用电感耦合等离子体质谱法测定Ni、Cr、Ba、Mn、Tl、Sn、Sb、Se、Mo等9种元素的方法,进行线性、准确度、精密度、重复性和检出限的考察,结果表明9种元素的含量与信号强度均呈线性关系,相关系数r>0.999,因此,该法可用于中药材中Ni、Cr、Ba、Mn、Tl、Sn、Sb、Se、Mo等元素的测定。检出限的测定方法按试剂空白液重复测定10次所得到的标准偏差的3倍确定, 其结果见表2。

表2 9种元素方法检出限和线性范围Table 2 Detection limits and linear ranges of 9 elements

2.5 回收率与精密度

选取具有代表性的防风、龙胆、人参、甘草、灸甘草、柴胡、醋柴胡、五味子、醋五味子、细辛和黄芪等样品约0.5 g,精密称定,分别加入混合对照品溶液,按“1.5.1”方法制得样品溶液进行测定并计算其回收率(见表3)。从表中可以看出各元素的RSD值在1.9%～4.8%之间,表明方法重现性良好。各元素加标回收率在90.2%～108.7%之间,适用于中药材中痕量元素的测定。

表3 9种元素的加标回收率及相对标准偏差Table 3 Recoveries of spiked samples for 9 elementsand relative standard deviations

图1 不同药材同一元素箱型图Fig.1 Tabular analysis ofthe same element in 11 kinds of Chinese medicinal herbs

2.6 样品测定及统计分析

表4 350批中药材样品中的14种元素含量

由于所测样品数量较大且结果较为分散,为更好地统计数据结果,运用SPSS 19.0软件对样品测定结果进行统计学分析,见表4。并对所测数据制作了箱形图,以便更加直观地反映各元素的样品异常值情况。

将测定数据与2015年版《中国药典》限量指标(砷≤2 mg/kg、铅≤5 mg/kg、镉≤0.3 mg/kg、汞≤0.2 mg/kg、铜≤20 mg/kg)对比分析,结果表明,350批样本中,1批样本中铜超标,35批样品中镉元素超出限度范围,超标率10%。不同品种镉和铜元素箱型图见图1。从超出限度范围的样品看,主要集中在细辛、龙胆和黄芪。细辛、龙胆和黄芪中钡元素和锰元素含量均明显高于其他品种。由此可见,元素残留量与药材品种存在一定的相关性,镉元素在细辛、龙胆和黄芪药材中容易蓄积。针对现已发生的药害事件以及国际贸易争端绝大多数集中于中药材中重金属及有害元素超标等问题[13-16],且镉元素的致癌性及半衰期长等特点[3],有关部门应重点关注和加强监管。

3 结 论

建立了ICP-MS法对不同来源350批次中药材中铅、镉、砷、汞、铜、镍、铬、钡、锰、钼、锡、硒、锑和铊等14种重金属及有害元素进行含量测定。方法简便快速、准确灵敏。为中药材安全性标准制定提供科学依据和技术支持,为评价植物类中药材质量提供了参考。中药材中部分重金属元素出现超标,可能与其地区生态环境有着密切联系。另外,部分药材中钡和锰元素浓度过高也会带来潜在危害,有必要对中药材中其他有害无机元素进行分析和风险评估研究,以保证中药材中重金属及其他有害元素标准制定的科学性与合理性。