ICP-MS 法测定不同产地乌蕨5 种重金属

陈 明,段 萍,万红才,刘晓艳,罗洪莲,徐作刚

(1.黔南民族医学高等专科学校,贵州 都匀 558000;2.黔南州检验检测院,贵州 都匀 558000)

在保障人类健康及用药安全的大背景下,国家有关部委对药用植物及制剂中残留有害重金属制订并完善了相应的质量控制标准。由于中药的使用周期一般比化学药要长,容易出现重金属体内蓄积,因此中药材的重金属污染防控工作尤其应该受到普遍关注。乌蕨作为近年来研究较多且具有开发应用前景的药用植物,对其有害元素的控制也应引起高度重视。

乌蕨Stenoloma chusanum (L.) Ching.为鳞始蕨科乌蕨属的多年生草本植物,又名雉鸡尾、乌韭、大叶金花草、石青苇等,在长江流域以南如广西、湖南、湖北、江西、安徽、广东、福建、浙江、云南、贵州、四川、重庆等省市区均有分布。乌蕨蕴藏量较大,在很多地方的药物志中均有收载,民间称其为万能解毒药,也是苗医常用的药物,具有悠久的临床用药历史和确切的疗效。乌蕨主治感冒发热、肠炎、痢疾、食物中毒、烧伤烫伤、农药中毒等；野外受伤或遇蛇咬,可就近取叶揉碎敷于伤口暂缓病情发展。近期报道乌蕨还具有降血糖、抗肿瘤的作用[1-2]。

2020 年版《中国药典》 一部[3]及《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》[4]对药用植物重金属含有量有明确的限度规定,但迄今为止未见到国内外关于乌蕨中重金属元素的研究报道。为深入挖掘乌蕨的应用价值,保障用药安全,课题组对不同产地乌蕨中重金属含有量进行研究,拟建立微波消解处理样品、电感耦合等离子质谱法(ICPMS) 测定乌蕨样品中铜、砷、镉、汞、铅单元素含有量的方法,并进行方法学验证,以期为乌蕨质量控制体系的完善提供参考。

1 材料

1.1 仪器 Agilent 7800 ICP-MS、Agilent G3292A 冷水循环机(美国Agilent 公司)；ETHOS UP 微波消解仪、VB24 UP智能样品处理仪(北京莱伯泰科科技有限公司)；Mettler Ag 135 电子天平(瑞士梅特勒科技有限公司)。

1.2 标准物质与试剂 铜、砷、镉、汞、铅混合标准溶液(GNM-M05063-2013,批号19D4470,1 000 μg/mL)、锗、铟、铋混合标准溶液(批号151c42-1,1 000 μg/mL)、金元素(GSB04-1715-2004,批号191082-1,1 000 μg/mL),均购于国家有色金属及电子材料分析中心；黄芪标准物质(地球物理地球化学勘查研究所,GBW 10028,批号200702)；调谐液7Li、59Co、89Y、140Ce、205Tl (美国Agilent 公司,1 μg/mL)。硝酸(优级纯,国药集团化学试剂有限公司)；娃哈哈纯净水(贵阳娃哈哈饮料有限公司,批号20190629)。

1.3 样品 本实验收集到14 批乌蕨,经贵阳中医学院何顺志教授鉴定为鳞始蕨科乌蕨属Stenolomachusanum (L.)Ching.的干燥品,具体信息见表1。取地上部分晾干,粉碎,过3 号筛,置干燥器中保存,备用。

表1 样品信息

2 方法与结果

2.1 分析条件 射频功率1 500 W；载气体积流量0.8 L/min；雾化气体积流量14 L/min；辅助气体积流量0.8 L/min；蠕动泵转速60 r/min；采样模式全定量；测定时间40 s；采样深度8 mm；采样点3 次；循环水温度15～20 ℃；循环水压力230～400 kPa。使用调谐液调整仪器至最佳工作状态后,按照2020 年版《中国药典》 四部2321、0412 中ICP-MS 法进行测定,待测元素分别为63Cu、75As、111Cd、201Hg、208Pb,72Ge 为63Cu、75As 的内标,118In 为111Cd 的内标,209Bi 为201Hg、208Pb 的内标。按顺序依次对2% 硝酸、标准溶液、空白溶液、样品溶液和标准物质溶液进行测定[5-7]。

2.2 标准溶液制备

2.2.1 金元素标准溶液 取金元素标准溶液适量,纯净水稀释制成400 ng/mL,即得。

2.2.2 混合标准溶液 精密吸取铜、砷、镉、汞、铅混合标准溶液适量,纯净水制成各单元素质量浓度均为1 μg/mL的贮备液,精密吸取1 mL 置100 mL 量瓶中,2%硝酸稀释至刻度,摇匀,精密吸取适量,加入已预先加有“2.2.1”项下标准溶液0.5 mL 的量瓶中,2%硝酸稀释制成0、0.4、0.8、2、4、8、20、40、80、200 ng/mL,即得。

2.2.3 内标溶液 精密吸取含1 000 μg/mL 铟、锗、铋单元素的混合标准溶液适量,2% 硝酸稀释制成2 ng/mL,即得。

2.3 供试品溶液 取供试样品(过3 号筛) 约0.5 g,精密称定,置聚四氟乙烯消解罐中,加硝酸8 mL,浸泡过夜,旋紧上盖,置微波消解炉消解,程序见表2。消解完毕后冷却至室温,打开上盖,置智能样品处理仪上,于120 ℃下赶酸至约1 mL,纯净水转移至50 mL 量瓶中,加入“2.2.1” 项下标准溶液0.5 mL,纯净水稀释至刻度,摇匀,离心,取上清液作为供试品溶液,同法制备空白样品10 份(不加“2.2.1” 项下标准溶液)[8]。

表2 微波消解程序

2.4 线性关系考察 ICP-MS 经调谐液调至最优化的条件后,取“2.2” 项下标准溶液及内标溶液,以待测元素响应值与内标元素响应值之比率为纵坐标(Y),元素质量浓度为横坐标(X) 进行回归,结果见表3,表明各元素在各自范围内线性关系良好。

2.5 检测限与定量限 取“2.3” 项下空白样品溶液10份,测定CPS 值,计算其方差(SD),以3 倍SD 值作为检测限,10 倍SD 值作为定量限,结果见表3。

表3 各元素线性关系

2.6 精密度、重复性试验 取含铜、砷、镉、汞、铅的混合标准溶液(8 ng/mL),连续进样6 次,测得铜、砷、镉、汞、铅CPS 值的RSD 1.59%～3.73%,表明仪器精密度良好。样品S7 平行称取6 份,按“2.3” 项下方法制备供试品溶液,测得铜、砷、镉、汞、铅含有量RSD 1.87%～4.83%,表明该方法重复性良好。

2.7 加样回收率试验 称取样品S79 份,精密加入5 种被测元素的混合标准溶液(质量浓度均为50 ng/mL) 中,按“2.3” 项下方法制备高、中、低3 个质量浓度的供试品溶液,计算回收率,结果见表4。

2.8 准确性试验 取标准物质黄芪,按“2.3” 项下方法配制标准物质溶液,测定其中各单元素的含有量,再与“标准物质认定证书” 中“生物成分标准物质认定值与不确定度” 的标准值进行比较,见表5。由此可知,5 种元素的测定值与标准值相符,表明该方法测定结果准确。

表4 各元素加样回收率试验结果（n=9）

表5 标准物质黄芪中各元素的测定值与标准值比较（mg/kg，，n=3）

表5 标准物质黄芪中各元素的测定值与标准值比较（mg/kg，，n=3）

注:±后为不确定度,0.012 为参考值。

2.9 各元素含有量测定 按“2.3” 项下方法制备供试品溶液,在“2.1” 项条件下测定含有量,结果见表6。

表6 各元素含有量测定结果（mg/kg，n=3）

2.10 重金属污染评价 根据单因子指数法及内梅罗综合指数法对乌蕨重金属污染情况进行评价。单因子指数计算公式为Pi=Ci/Si,其中Pi为重金属i 的单因子指数,Ci为重金属i 实测值,Si为重金属i 评价规定值,Pi≥1 即为重金属i 污染；内梅罗综合指数计算公式为P综={ ()/2}1/2,其中,P综为样品重金属污染综合指数,Pmax为所有重金属元素污染物单因子指数的最大值,Pave为所有重金属元素污染物单因子指数的平均值。 P综≤0.7,安全级,清洁；0.7＜P综≤1.0,警戒线,比较清洁；1.0＜P综≤2.0,轻度污染,植物开始被污染；2.0＜P综≤3.0,中度污染,植物被污染明显； P综＞3,重度污染,植物被污染严重[9-11]。结果见表7。

将表7 数据绘制成趋势图,可见铜、砷、汞Pi的变动幅度较小,而镉、铅Pi的变动幅度较大,表明被镉、铅污染的可能性大,见图1。

表7 各元素的污染评价结果

图1 各元素单因子指数趋势图

3 讨论

ICP-MS 法具有操作简单,能够消除其他元素干扰,同时测定多种元素,检出限低、灵敏度高等优点。但泵管、进样管、雾化室、矩管、采样锥等会对汞元素产生吸附,即记忆效应。而金元素能与汞元素形成金汞齐,增加汞元素的溶解性,并且能够很好的保证汞元素的稳定性,降低记忆效应[12]。为此,2020 年版《中国药典》 四部规定在供试品溶液中加入金元素(标准溶液不加金元素)。本实验使用的是混合标准溶液,因此在混合标准溶液、供试品溶液和标准物质溶液中均加入金元素标准溶液作为汞元素稳定剂。

2020 年版《中国药典》 一部和现行《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》 规定,重金属总量≤20.0 mg/kg,Cu≤20.0 mg/kg,As≤2.0 mg/kg,Cd≤0.3 mg/kg,Hg≤0.2 mg/kg,Pb≤5.0 mg/kg,14 批样品中,镉超标样品占总数的35.7%,含有量为标准规定值的1.4～8.5 倍；铅超标样品占总数的21.4%,含有量为标准规定值的1.1～4.5 倍。

采用单因子指数法及内梅罗综合指数法评价乌蕨重金属污染的情况[13-15],发现四川宜宾样品镉、铅元素单因子指数超标,综合指数属重度污染；贵州都匀6 批样品中有3 批镉元素单因子指数超标,综合指数属轻度或重度污染；从单因子指数绘出的趋势图可知,铜、砷、汞元素含有量波动不大,镉、铅元素含有量波动大,建议重点监控乌蕨镉、铅元素的含有量。同时在制订乌蕨质量标准时应该对有害重金属含有量进行限度控制。

乌蕨样品采集地的自然环境对样品是否被重金属污染的影响很大,以贵州都匀为例,从有关资料来看[16],都匀市及其周边地区铅锌汞等矿产资源丰富,而镉元素是铅锌矿的主要伴生物质,因此成为土地污染频率最高的重金属,从而导致乌蕨易被镉污染。而四川宜宾、湖南元江乌蕨样品出现重金属污染的原因尚待进一步考察。另外,乌蕨对环境中的重金属是否有一定的富集作用,尤其是对镉与铅元素的富集作用较强,有待下一步探讨。