ICP-MS分析不同产地黄连中39种无机元素△

周利，康利平，郝庆秀，郭兰萍，康传志，王升，杨健

中国中医科学院 中药资源中心 道地药材国家重点实验室培育基地，北京 100700

近年来研究发现，某些无机元素对中药材的生长、药效物质的积累及功效的发挥具有重要的作用。如硼、钼、铜、锌等元素是植物体内酶或辅酶的重要组成部分，在植物生长发育过程中起着不可缺少的作用[1]。李璇[2]研究发现，高浓度的镉处理对丹参有效成分的积累有一定的促进作用。武志菲[3]通过统计发现，相同功效类型的中药材在元素的富集特征上具有一定的相似性，如活血类中药材中钾元素含量中位数最高，钙元素次之；止血类中药中钙、钾、钠的含量高于其他元素。许磊等[4]研究发现，钾元素在常用的跌打损伤类中药治疗运动损伤中具有重要意义。铁元素含量较高的药材多具有滋阴补血的功效，铜元素含量较高的药材多能增强新陈代谢，硒元素则可增强机体免疫力[5]；铁、锌、钼等元素的适当补充对预防肝硬化和肝癌的发生具有重要意义[6]。

黄连作为我国传统中药，为毛茛科植物黄连CoptischinensisFranch.(习称味连)、三角叶黄连C.deltoideaC.Y.Chenget Hsiao(习称雅连)或云连C.teetaWall.的干燥根茎[7]，具有清热燥湿、泻火解毒、抗病毒、降糖、降压等功效，具有广阔的应用前景[8-10]。本研究以目前市场主流商品味连为研究对象，采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)，对其主产区重庆石柱及湖北利川采集的67批样品中的39种无机元素进行含量分析，为黄连后续的相关研究提供参考。

1 材料

1.1 试药

黄连样品采集于2018、2019年，均已达到种植年限，满足入药需求。样品主要来源于重庆石柱和湖北利川两大黄连主产区的各个乡镇，共计67个批次，具体样品信息见表1。样品经中国中医科学院中药资源中心杨健副研究员鉴定为毛茛科植物黄连CoptischinensisFranch.。样品采集、干燥后用小刷刷净土壤和须根，经球磨仪打粉后过60目筛备用。

39种元素标准溶液由Muti-element Solution 1和Muti-element Solution 2(SPEX CertiPerp公司，批号：XPNCN-17-100)混合标准溶液配制而成；硝酸(分析级，默克公司，由酸纯化器二次纯化)；过氧化氢溶液(分析纯，天津市大茂化学试剂厂)；水为经Millipore Milli-Q型水处理系统处理后的去离子水。

1.2 仪器

ICAP-Q型电感耦合等离子体质谱仪(赛默飞世尔科技有限公司)；Mars 6型微波消解仪(美国CEM公司)；MM 400型混合球磨仪(Retsch公司)；AUW120D型电子天平(日本岛津公司)；Mill-Q型超纯水机(美国Millipore 公司)；DST-1000型酸纯化器(美国Savillex公司)。

表1 黄连样品信息

2 方法

2.1 混合对照品储备溶液的配制

精密量取混合对照品溶液适量，用2%硝酸溶液稀释，制成各元素质量浓度均为10 μg·mL-1的对照品储备液，4 ℃贮存备用。

2.2 ICP-MS工作条件

射频功率：15 500 W；采样深度：5.0 mm；采样锥孔径：1.0 mm；截取锥孔径：0.4 mm；辅助气和载气(均为氩气)流速分别为0.8、1.1 L·mL-1；冷却气流速为14.0 L·mL-1；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。

2.3 供试品溶液的制备

精密称取药材粉末0.1 g置于聚四氟乙烯微波消解罐中，依次加入过氧化氢溶液1 mL和硝酸5 mL，密闭消解罐，置于微波消解仪中消解，消解程序见表2。消解完全后，自然冷却，取消解内罐置于电热板上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。分别精密量取以上供试品溶液1 mL至10 mL和50 mL量瓶中，以超纯水定容，摇匀，过0.45 μm滤膜，即得Fe、Zn、Mn元素和Mg、K元素供试品溶液。按相同方法制备空白对照溶液。

表2 微波消解程序

2.4 线性关系考察

分别精密量取混合对照品储备液适量，加2%硝酸溶液稀释，分别配成含Mg、K质量浓度为20、50、100、200、500、1000、2000 ng·mL-1；含Cu、Mn、Fe、Ni、Zn、Rb、Sr、Ba质量浓度为1、2、5、10、50、100、200、500 ng·mL-1；含Ag、Pb、As、Cd、Cr、Li、Be、V、Co、Ga、Se、Y、Cs、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Tl、Th质量浓度为0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、50.0 ng·mL-1的系列对照品混合溶液，以计数比率为纵坐标，质量浓度为横坐标，绘制标准曲线(表3)。结果显示，各元素的标准曲线线性关系良好，r均大于0.99。将对照品溶液逐步稀释，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(LOD)。

2.5 精密度考察

精密吸取同一混合对照品溶液，按照2.2项下方法分别连续进样6次，计算各元素响应信号的RSD，结果显示各元素响应信号的RSD均小于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(编号：LC1)，按2.2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响应信号值的RSD均小于3.5%，表明供试品溶液在24 h内稳定性良好。

2.7 重复性考察

分别精密称取药材粉末(编号：LC1)共6份，每份约0.1 g，按2.3项下供试品溶液的制备方法操作，按2.2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2.25%～7.97%，在痕量分析的要求下，重复性良好，可以满足检测要求。

3 结果

3.1 黄连样品元素分析结果

67批黄连样品中39种无机元素的含量分析结果见表4～6。结果显示，黄连中所含元素的种类较为丰富，在绝大多数样品中39种无机元素均有检出，其中含量水平最高的为K，平均质量分数为3 552.75 mg·kg-1，其次依次为Mg(1 441.53 mg·kg-1)、Mn(253.49 mg·kg-1)、Fe(219.62 mg·kg-1)和Zn(177.39 mg·kg-1)。此5种元素均为植物生长发育过程中必不可少的营养元素，直接参与植物的新陈代谢。其余无机元素的质量分数均在50 mg·kg-1以下。在所检出的14种稀土元素中，Ce含量最高，平均质量分数达到0.86 mg·kg-1；其次为La和Nd，平均质量分数分别为0.53、0.33 mg·kg-1。其余11种稀土元素的质量分数均在0.1 mg·kg-1以下，含量水平普遍较低。

样品所含重金属元素中Cu的平均含量最高，其次依次为Cr、Pb、Cd、As。Cu的质量分数为6.10～30.74 mg·kg-1，平均值为16.28 mg·kg-1，其在ISO国际标准下[11]不存在超标情况(ISO国际标准未对Cu进行限量规定)，但其在《中华人民共和国药典》(以下简称《中国药典》)2020年版标准(Cu≤20 mg·kg-1)下共计有17批次超标，超标率为25.37%；Cr的质量分数为0.07～2.67 mg·kg-1，平均值为1.65 mg·kg-1，《中国药典》2020年版还未制定中药材中Cr的限量标准；Pb的质量分数为0.02～16.05 mg·kg-1，平均值为1.62 mg·kg-1，总体含量水平较低，仅有4个批次超过了《中国药典》2020年版标准，在ISO国际标准下不超标；Cd的质量分数为0.12～1.14 mg·kg-1，平均值为0.43 mg·kg-1。在《中国药典》2020年版标准下仅有2批次不符合要求，在国际标准下(Cd≤2 mg·kg-1)，黄连中Cd不超标；As的质量分数为0～0.83 mg·kg-1，平均值为0.16 mg·kg-1。总体而言As在黄连样品中的含量较低，在《中国药典》2020年版标准(As≤2 mg·kg-1)及ISO国际标准(As≤5 mg·kg-1)下均不存在超标情况。

续表5

续表5

表6 黄连样品中Ce等13种元素质量分数(n=3) mg·kg-1

续表6

将利川和石柱2个产地黄连样品中重金属的含量进行比较，利川产黄连样品中Cr、Cu、As、Cd、Pb的平均质量分数分别为1.51、16.09、0.15、0.29、2.11 mg·kg-1，石柱产黄连样品中Cr、Cu、As、Cd、Pb的平均质量分数分别为1.79、16.48、0.17、0.57、1.10 mg·kg-1。Cr、Cu、As的含量在2个产地样品中差异无统计学意义，但石柱所产黄连中Cd的含量总体高于利川产黄连，而利川产黄连样品中Pb的含量总体高于石柱产黄连。除此以外，其余无机元素的含量相对较低。

3.2 黄连样品中无机元素含量的聚类分析

应用SPSS 19.0软件，以各无机元素含量进行系统聚类分析，树形图见图1。在较短的遗传距离内，各乡镇样品表现出一定的聚集趋势。在遗传距离为10时，各产地样品表现出了较好的聚集性。对于两大产区而言，虽然某些产地的样品有较好的聚集趋势，但总体来说无法通过聚类分析的手段将两大产区的样品彻底分开。

图1 黄连样品中无机元素含量聚类分析

4 讨论

元素分析结果表明，黄连中的无机元素种类丰富，本研究分析的39种无机元素在绝大多数样品中均有检出，但不同产地样品间元素含量的差异较大。在所有元素中，以K、Mg、Mn、Zn、Fe含量最高，其为植物生长所必需的元素，同时也具有较强的生理活性。其次，本研究测定了样品中当前最受关注的5种重金属元素，其中Cd因为在《中国药典》2015年版标准下(≤0.3 mg·kg-1)在黄连中的超标率总体较高，故而其在黄连中的含量一直备受关注，以本研究结果为例，67批样品中Cd质量分数大于0.3 mg·kg-1的有44批。针对此情况，此前笔者研究小组针对黄连传统以煎煮入药的情况，对黄连煎煮后留下的药汤中Cd的含量进行分析发现，Cd在水煎液中的溶出率仅约为黄连中Cd总含量的20.86%，且风险评估结果显示，黄连中重金属对人体没有显著危害[12]。当前，《中国药典》2020年版将Cd的限量标准提高到了≤1 mg·kg-1，在新标准下，本研究样品中仅有2个批次不符合要求。说明新标准中Cd的限量要求更加符合黄连的实际情况，新标准的颁布也大大减少了黄连中Cd的不合格率，有利于黄连产业的发展。

此外，Cr元素的含量也同样值得关注。首先，Cr元素在当前的工业生产过程中应用十分广泛，而广泛的应用必然会导致环境的污染，并加剧动植物对其的吸收，因此必须加强对药材中Cr元素的关注。其次，该元素又是一种形态毒性差异较大的元素。Cr最主要的存在形态为Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)，其中Cr(Ⅲ)为人体必需的营养元素，参与人体的糖、脂代谢；而Cr(Ⅵ)则被国际癌症机构列为一级致癌物质，可诱导细胞凋亡、DNA损伤和线粒体损伤，具有显著的基因毒性和致癌作用[13]。因此，针对此类较为特殊的元素，应该进一步做好元素的形态分析，确定药材中该元素毒性较高形态存在的含量及比例，科学评价药材中重金属对人体的健康风险。