电感耦合等离子体质谱法测定刺梨籽中15种微量元素△

李剑豪，杨天歌，倪诗婷，曹一佳，曲玉霞，孙雨，刘润花，林宏英，陶欧

北京中医药大学 中药学院，北京 102488

刺梨Rosaroxburghii为蔷薇科多年生落叶灌木缫丝花的果实，又名文先果、刺莓果、送春归等，广泛分布于暖温带及亚热带地区，我国主要分布在贵州、湖南等省份。刺梨营养丰富，富含维生素C，在贵州当地被加工成果脯、果酒、果汁饮料等商品[1-2]。刺梨籽为刺梨果实的子粒，在刺梨加工过程中，刺梨籽由于味苦、外壳坚硬、个体较小，基本被丢弃。然而，近年来，随着对刺梨的研究越来越广泛，发现刺梨的根、果、籽等均有较高的药用价值，在健胃、消食、滋补、止泻方面的功效都有报道[3-5]。

人体内的微量元素对人体健康影响很大[6-7]，近年来的研究证实，中药疗效作用与其所含有的微量元素的种类、含量密切相关[8-14]。微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)以独特的接口技术，将电感耦合等离子体(ICP)的高温电离特性与四极杆质量分析器(MS)快速灵敏扫描的优点相结合，成为了目前痕量、超痕量元素分析的首选工具[15-18]。具有分析速度快、检出限低、线性范围宽、准确度高等优势。

因此，本研究以刺梨籽的应用开发为目的，采用微波消解进行前处理，用电感耦合等离子体质谱法对刺梨籽中的微量元素进行测定，旨在建立一种快速、准确的刺梨籽中微量元素含量的测定方法，为刺梨籽产品开发提供参考。

1 仪器与试药

1.1 仪器

电感耦合等离子体质谱仪(ICAP-RQ，美国Thermo Fisher Scientific公司)；微波消解仪(CEM MARS，美国CEM公司)；电热赶酸仪(H26841，恒奥德)；Milli-Q advantageA10超纯水系统(美国Millipore公司)；AE240型分析天平(瑞士Mettler公司)。

1.2 试药

刺梨籽购于贵州省都匀刺梨种植基地；HNO3(68.8%～69.8%，Trace Metal级别硝酸，美国Thermo Fisher科技有限公司)；30%过氧化氢(AR，国药集团)；iCAP Q/RQ TUNE solution：Ba、Bi、Ce、Co、In、Li、U(1.0 μg·L-1in 2% HNO3+0.5% HCl，美国Thermo Fisher科技有限公司)；iCAP Q/Qnova CALIBRATION solution：25 elements(3～35 μg·L-1in 2% HNO3，美国Thermo Fisher科技有限公司)；超纯水(Milli-Q 超纯水处理系统)；高纯氩气(氩气体积分数>99.999%，北京氧利来科技发展有限公司)；内标溶液：钪(Sc,批号：GSB04-1750-2004)、钇(Y,批号：GSB04-1788-2004)、铑(Rh,批号：GSB04-1746-2004)、铟(In,批号：GSB04-1731-2004)、铼(Re,批号：GSB04-1745-2004)国家有色金属及电子材料分析测试中心提供，1000 μg·mL-1。

元素[镁(Mg)、铬(Cr)、铜(Cu)、砷(As)、镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb)]标准溶液(1000 μg·mL-1)由中国计量科学研究院提供，7种元素的单元素标准溶液批号分别为：镁GBW(E)083298、铬GBW08614、铜GBW08615、砷GBW08611、镉GBW08612、汞GBW08617、铅GBW08619；元素[铝(Al)、锰(Mn)、铁(Fe)、锌(Zn)、钼(Mo)、镍(Ni)、锡(Sn)、铋(Bi)]标准溶液(1000 μg·mL-1)由国家有色金属及电子材料分析测试中心提供，8种元素的单元素标准溶液批号分别为：铝 GSB 04-1713-2004、锰GSB 04-1736-2004、铁GSB 04-1736-2004、锌GSB 04-1761-2004、钼GSB 04-1737-2004、镍 GSB 04-1740-2004、锡 GSB 04-1753-2004、铋GSB 04-1719-2004。

2 方法

2.1 仪器工作参数

电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)主要工作参数见表1。

表1 ICP-MS主要工作参数

2.2 标准品溶液的制备

内标溶液：精密量取Sc、Y、Rh、In、Re的标准溶液适量，用2%的硝酸溶液稀释成质量浓度为10 μg·L-1的内标溶液。

外标溶液：精密量取适量Mg、Al、Mn、Fe、Cu、Zn、Cr、Ni、Mo、As、Cd、Sn、Hg、Pb、Bi标准溶液，将Al元素用2%的硝酸溶液稀释成质量浓度分别为0.1、0.2、0.5、1、2、5 mg·L-1的标准溶液；将Mg元素用2%的硝酸溶液稀释成质量浓度分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1、2 mg·L-1的标准溶液；将Mn、Fe、Cu元素用2%的硝酸溶液稀释成质量浓度分别为1、2、5、10、20、50 μg·L-1的混合标准溶液；将Cr、Ni、Zn、Mo元素用2%的硝酸溶液稀释成质量浓度分别为0.5、1、2、5、10、25 μg·L-1的混合标准溶液；将As、Cd、Sn、Hg、Pb、Bi元素用2%的硝酸溶液稀释成质量浓度分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1、2 μg·L-1的标准溶液。

2.3 供试品溶液的制备

取刺梨籽样品粉末约0.1 g，精密称定，将样品置于微波消解罐中，精确加入硝酸5 mL、过氧化氢1 mL，在赶酸仪中预消解15 min，静置、室温加盖密封，装入微波消解仪中，按照设计程序(见表2)对样品进行微波消解。

表2 微波消解仪工作条件

待消解完成后，冷却至室温，取出消解罐，在赶酸仪中110 ℃赶酸，酸剩余量为1 mL左右时，转移至25 mL的容量瓶中，用超纯水清洗微波消解罐数次，将清洗液与试液合并后用超纯水定容至25 mL，作为供试品溶液。

2.4 空白对照溶液的制备

空白对照溶液除不加刺梨籽样品粉末外，其他条件与供试品溶液的制备方法相同。

3 结果与分析

3.1 测定条件的优化

仪器工作之前，进行自动调谐(TUNE solution)、质量校正(CALIBRATION solution)、检测器校正等设定工作参数，以灵敏度、背景、稳定性等各项指标对仪器的工作参数进行优化，保证仪器获得最佳的灵敏度和精确的质量准确度。

3.2 干扰的消除

等离子体质谱中的干扰可分为2大类：“质谱干扰”和“非质谱干扰”或称“基体效应”。

质谱干扰又可分为：1)双电荷离子干扰；2)同量异位素重叠干扰；3)多原子离子干扰；4)难熔氧化物干扰等。3.1项下自动调谐过程能够在一定程度上消除这些干扰，实验前先使用TUNE solution 调谐液于标准(STD)模式下对仪器各项参数进行优化，使仪器的灵敏度和氧化物达到分析要求(Li>50 000 cps；Co>100 000 cps；In>220 000 cps；U>300 000 cps；CeO/Ce<2%；Ba++/Ba<3%等)。本实验中采用的碰撞反应池(KED模式)技术也能有效去除多原子离子、同量异位素、氧化物等大部分的干扰。

非质谱干扰，如信号抑制和增强效应等，其主要来自于样品基质，可以使用内标法来消除。本实验通过蠕动泵在线加入内标溶液用来校正样品的基体效应和仪器的漂移，提高分析结果的准确度和精密度。

3.3 标准曲线的建立

在仪器正常工作条件下，对15种微量元素的标准溶液进行测定，以待测元素的3次测量值的平均值为纵坐标，以待测元素的质量浓度为横坐标，绘制标准曲线，见表3。

表3 刺梨籽中15种微量元素线性相关性分析及仪器检出限

结果表明，Al元素在0～5000 μg·L-1线性关系良好；Mg元素在0～2000 μg·L-1线性关系良好；Mn、Fe、Cu元素在0～50 μg·L-1线性关系良好；Cr、Ni、Zn、Mo元素在0～25 μg·L-1线性关系良好；As、Cd、Sn、Hg、Pb、Bi元素在0～2 μg·L-1线性关系良好。

3.4 检出限

各元素的检出限以空白对照溶液进样11次所得测定值的3倍标准偏差除以斜率计算，结果见表3。结果表明，待测元素的检出限为0.000 6～0.151 3 μg·kg-1。

3.5 回收率

精密称取6份刺梨籽样品粉末，每份0.05 g，置于微波消解罐中，各元素按照1∶1的比例加入消解罐中，即Al 2.95 μg、Mg 24.35 μg、Mn 0.95 μg、Fe 16.6 μg、Cu 0.25 μg、Cr 0.18 μg、Ni 0.013 μg、Zn 0.65 μg、Mo 0.019 μg、As 0.003 5 μg、Cd 0.002 5 μg、Sn 0.066 μg、Hg 0.001 μg、Pb 0.006 μg、Bi 0.001 μg。然后按照2.3项下供试品溶液制备的方法处理样品并进行测定。

各元素的回收率分别为Al 104.27%、Mg 106.88%、Mn 102.63%、Fe 87.81%、Cu 107.78%、Cr 89.69%、Ni 105.21%、Zn 98.26%、Mo 108.82%、As 103.18%、Cd 104.52%、Sn 102.76%、Hg 93.58%、Pb 92.86%、Bi 97.29%。各元素含量的RSD为Al 8.56%、Mg 5.34%、Mn 7.25%、Fe 10.38%、Cu 6.22%、Cr 7.67%、Ni 9.25%、Zn 9.87%、Mo 7.98%、As 11.85%、Cd 10.63%、Sn 8.36%、Hg 9.58%、Pb 7.86%、Bi 8.29%。RSD为5.34%～11.85%，符合《中华人民共和国药典》(以下简称《中国药典》)标准。

3.6 仪器精密度

取同一刺梨籽供试品溶液连续进样6次，计算仪器精密度，见表4。测得各元素含量的RSD为Al 5.98%、Mg 3.64%、Mn 2.75%、Fe 1.57%、Cu 1.10%、Cr 1.57%、Ni 2.49%、Zn 1.56%、Mo 3.56%、As 1.38%、Cd 1.88%、Sn 2.07%、Hg 3.15%、Pb 0.50%、Bi 0.65%，结果表明仪器精密度良好。

表4 刺梨籽中15种微量元素质量分数测定结果

3.7 刺梨籽样品测定

使用微波消解法对刺梨籽样品进行前处理，将刺梨籽样品平行制样3份，按照上述实验方法测定刺梨籽样品中的15种微量元素的含量，测定时每个样品测3次，最后按照样品溶液稀释倍数计算刺梨籽样品中15种微量元素的含量。各元素含量测定值的平均值见表4。Cu、As、Cd、Hg、Pb 5种重金属残留量均符合2015年版《中国药典》中规定的标准。

4 总结与展望

本研究使用ICP-MS法同时测定了刺梨籽中的15种微量元素含量，结果显示标准曲线线性关系良好，r=0.995～1，仪器检出限为0.000 6～0.151 3 μg·kg-1，仪器精密度良好，RSD均低于8%，加标回收率为87.81%～108.82%。本研究检测的刺梨籽中的15种微量元素中包含了8种人体必需微量元素：Fe、Cu、Zn、Mn、Cr、Mo、Ni、Sn。而且根据《中国药典》2015年版对Cu、As、Cd、Hg、Pb 5种重金属元素的含量限定ω(mg·kg-1)为：Cu≤20，As≤2，Cd≤0.3，Hg≤0.2，Pb≤5，本研究检测的这5种重金属残留量均符合《中国药典》规定的标准。

综上所述，本研究建立了一种利用ICP-MS测定刺梨籽中微量元素含量的方法，为研究刺梨籽的药效与其所含有的微量元素的种类、含量的关系奠定了基础；对于从微量元素角度出发，研究刺梨籽的药用价值具有一定的参考意义；同时也为进一步开展刺梨籽的药化、药理以及临床应用研究提供参考。