采用ICP-MS法评估土家族药物白三七中重金属污染风险*

刘 杨，苏 维，沈冰冰，谢 谦，袁汉文，蒋 赛，郑金凤，刘雁鸣，王 炜

（1.湖南省药品检验研究院/湖南药用辅料检验检测中心，湖南 长沙 410001；2.湖南中医药大学药学院/中医药民族医药国际联合实验室，湖南 长沙 410208；3.湖南省中医药研究院中药研究所，湖南 长沙 410013）

土家族药物“白三七”是土家族珍稀濒危的名贵“七”类中草药之一，被称为“土家族神参”[1-2]；作为土家族“七”药的代表药，白三七又被称为竹节参、北三七、竹节三七、算盘七、竹叶莲、九节龙、大叶三七等，长期应用于土家族临床实践中[3-4]。《土家族药物志》中记载，白三七为五加科植物竹节人参Panax japonicus C.A.Mey.的根茎，用于治疗咳血、吐血、跌打损伤、产后瘀血腹痛、外伤出血[5-6]。白三七作为中药竹节参，被收载于2020年版《中华人民共和国药典》一部，具有散瘀止血、消肿止痛、祛痰止咳、补虚强壮的功效，用于治疗痨嗽咯血、跌仆损伤、咳嗽痰多、病后虚弱[7]。

由于环境污染和中药材生产加工、贮藏、流通过程中影响，中药材的重金属感染风险大大提高[8-11]。中药材中的重金属及有害元素进入人体蓄积后会产生一些急性或慢性的影响，损害人的健康，主要有神经系统、造血系统和内脏的损伤[12-15]。为了提高中药材质量、促进中药材的国际化推广，中国中医科学院中药资源中心牵头制订的《中医药——中药材重金属限量》国际标准，规范检测中药材重金属含量，评价重金属和有害元素感染风险[16-17]。

作为一种长期在土家族区域使用的药物，由于白三七种植和炮制过程没有具体的规范限定，其重金属含量并没有进行评估。2020年版《中华人民共和国药典》中未对白三七的重金属含量进行控制，在使用中会带来严重的健康风险，因此有必要对其重金属感染风险进行评估。笔者主要采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS），结合2020年版《中华人民共和国药典》通则9302中药有害残留物限量制定指导原则，建立准确灵敏的方法，对铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、汞（Hg）和铅（Pb）的含量进行测定，根据中药中外源性有害残留物安全风险评估技术指导原则评估其对人体造成的影响，以及质量标准中增加重金属检查项目的必要性。

1 仪器与试药

1.1 主要仪器 iCAPQc电感耦合等离子体质谱分析仪（美国Thermo Fisher Scientific）；GenPure UV-TOC/UF超纯水仪（美国Thermo Fisher Scientific）；Mars6-Xpress微波消解仪（美国CEM）；MS304S电子分析天平（瑞士Mettler Toledo）。

1.2 试剂与试药 铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）多元素标准溶液（批号：20C114，浓度：100 μg/mL）、汞（Hg）标准溶液（批号：17C021-4，浓度：1 000 μg/mL）、铅（Pb）标准溶液（批号：196020-4，浓度：1 000 μg/mL）、金（Au）标准溶液（批号：17B035-3，浓度：1 000 μg/mL）均购于国家有色金属及电子材料分析测试中心；钪（Sc）、铟（In）、锗（Ge）、铋（Bi）内标混合溶液（批号：4-75MKBY2，浓度：100 μg/mL）购于美国安捷伦科技有限公司；硝酸（优级纯，批号：20201023）购于国药集团化学试剂有限公司。共收集白三七样品10批（B-1～B-10），经湖南中医药大学药学院王炜教授鉴定为五加科植物竹节人参Panax japonicus C.A.Mey.的干燥根茎，样品信息见表1。

表1 白三七样品信息表

2 方法与结果

2.1 工作条件 等离子体功率为1 550 W，辅助气体流量为0.80 L/min，载气流量为1.0 L/min，冷却气体流量为14.0 L/min，采样深度为5.0 mm，采样时间为90 s，雾化室温度为2.7 ℃，蠕动泵转速为40.0 r/min，重复3次，扫描次数为100次，分析模式为KED模式。ICP-MS所用辅助气、冷却气和载气均为高纯氩气。

2.2 溶液的制备

2.2.1 内标溶液的制备 精密量取混合内标溶液1 mL，用2%的硝酸溶液稀释制成各元素质量浓度为100 ng/mL的溶液，即得。

2.2.2 标准曲线溶液的制备 精密量取铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）多元素标准溶液2.5 mL，汞（Hg）0.05 mL、铅（Pb）0.25 mL置50 mL量瓶中，用2%的硝酸定量稀释至刻度，摇匀，作为混合标准贮备溶液；分别精密量取标准贮备液0.05、0.10、0.25、0.50、0.75、1.00 mL置50 mL量瓶中，用2%的硝酸稀释至刻度，摇匀，制成标准曲线系列溶液（1）～（6）。

2.2.3 供试品溶液的制备 白三七粉碎过2号筛，取粉末约0.1 g，精密称定，置于聚四氟乙烯消解罐中，加入3 mL硝酸，置80 ℃电热套中预消解1 h，冷却，过夜。放入微波消解装置中消解。消解完全结束后，冷却，置赶酸仪中110 ℃赶酸至消解液约1 mL（消解程序见表2），用2%硝酸转移至50 mL量瓶中，加Au（1 000 μg/mL）20 μL，用2%硝酸稀释至刻度，摇匀，即得。

表2 微波消解程序

2.2.4 空白溶液的制备 供试品空白：除不加入待测试样外，其他均按“2.2.3”项下方法操作。

标准溶液空白：2%硝酸。

2.3 测定方法的制备 待测元素63Cu、75As、111Cd、202Hg、208Pb分别选择以45Sc、74Ge、115In、209Bi为内标。以元素强度与内标强度比值为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线。根据标准曲线读取供试品溶液中各元素的浓度，计算各元素含量。

2.4 线性关系考察 取“2.2.2”项下标准曲线溶液（1）～（6）进行测定，以元素强度与内标强度比值（y）为纵坐标，以各元素浓度（x）为横坐标，进行线性回归，结果见表3。5种元素的线性关系良好。

表3 各元素线性方程、检测限

2.5 检测限与定量限 取“2.2.4”项下样品空白溶液适量，按“2.1”项下试验条件连续进样测定11次，计算各元素浓度的标准偏差。以3倍标准偏差所对应的浓度值作为检测限，10倍标准偏差所对应的浓度值作为定量限，结果见表3。

2.6 精密度试验 精密量取“2.2.2”标准溶液（3），按“2.1”项下试验条件连续进样6次，以各元素强度的相对标准偏差（RSD）为考察指标，Cu、As、Cd、Hg和Pb元素的RSD分别为0.78%、0.75%、0.64%、0.99%和0.53%，说明仪器精密度良好。

2.7 重复性试验 取白三七（B-1），按“2.2.3”项下方法，平行制备6份供试品溶液，按“2.1”项下试验条件测定。结果Cu、As、Cd、Hg 和Pb 平均含量分别为17.98、0.50、0.53、0.69、0.93 ng/mL；RSD分别为2.30%、1.55%、1.93%、6.35%、3.19%（n=6），表明仪器重复性良好。

2.8 加样回收率试验 精密称取供试品0.1 g，置聚四氟乙烯消解罐内，加硝酸3 mL，再精密加入0.25 mL混合元素贮备液，按“2.2.3”项下方法，平行制备6份供试品溶液，同法制备空白溶液，按“2.1”项下试验条件测定并计算回收率。结果见表4。表明方法准确度良好。

表4 平均回收率试验结果（n=6）

2.9 样品测定与结果分析 精密称取供试品0.1 g，按“2.2.3”项下方法制备供试品溶液，按“2.1”项下试验条件测定，每批样品平行测定2次，计算样品中元素的含量。结果见表5。将所有样品的测定，使用SPSS 24.0及SIMCA 14.1软件进行主成分分析，结果见表6～7、图1～2。

表5 样品铜、砷、镉、汞、铅元素结果表（μg/g）

表6 主成分的初始特征值

图1 不同产地白三七中重金属元素的主成分得分图

结果表明，10批样品中Cu的含量为3.66～8.99 μg/g，As的含量为0.11～1.12 μg/g，Cd的含量为0.03～0.31 μg/g，Hg的含量为0.01～0.35 μg/g，Pb的含量为0.16～4.72 μg/g，根据2020年版《中华人民共和国药典》通则9302中药有害残留物限量制定指导原则，B-1样品中Hg元素含量超标，其他元素含量均在限度范围内。对不同产地白三七中样品进行主成分分析（PCA），表6结果表明前2个成分的特征值均大于1，累积方差贡献率为79.033%，可提取这2个主成分的因子进行分析，表7成分矩阵表明，Cd和Pb元素在第一主成分因子中的负荷量较大，分别为0.932和0.822，因此Cd和Pb元素为收集到的10批样品中重金属元素残留的主要差异。通过PCA分析，从图1可知不同产地白三七中重金属元素和有害元素有一定的区别，但不同产地间不能明显的区分开；在此基础上，对超过2批的产地进行OPLS-DA分析，结果见图2，云南产白三七中所含重金属和有害元素的量与湖南产均能较好的聚类，说明不同产地白三七中重金属和有害元素含量有差异。

图2 不同产地白三七中重金属元素的OPLS-DA 得分图

表7 前2 个成分载荷因子矩阵

靶标危害系数法（THQ）是常用于评估重金属污染对人体健康影响的一种方法[18]。但是针对中药外源性有害残留物的安全风险，中国食品药品检定研究院建立了《中药中外源性有害残留物安全风险评估技术指导原则》，通过日暴露量（Exp）、危害指数（HI）和暴露限量（MOE）对重金属和有害元素的风险进行评估[19]。研究采用此方法对收集到的10批白三七中重金属和有害元素进行风险评估。通过指导原则中公式1，5，6对Exp，HI和MOE分别进行计算，结果见表8。对于尚未建立健康指导值的As和Pb，其重金属及有害元素的基准剂量下限值（BMDL）分别为1.3、3.0 μg/kg[20]。评估标准：HI＞1或MOE≤1为有风险；HI≤1或MOE＞1为风险较低。白三七中Cd的HI大于1，Pb的MOE小于1，具有较高的重金属和有害元素残留风险，Cu、As和Hg风险较低，但也有部分样品存在风险。

表8 白三七中重金属和有害元素残留量风险情况

3 讨论

中药和民族药的重金属污染是限制其推广使用的重要原因之一，白三七是土家族常用药之一，由于野生资源的匮乏，已逐步开展了人工种植，但在种植和加工过程中容易受到重金属污染。本实验共收集了10批来自5个产地的白三七样品，采用ICP-MS法对白三七中Cu、As、Cd、Hg和Pb的残留量进行测定，并进行了方法学验证；通过对收集到的不同产地样品的重金属和有害元素进行主成分分析，发现不同产地的白三七中Cd和Pb的残留量有明显区别；同时根据《中药中外源性有害残留物安全风险评估技术指导原则》对白三七中重金属和有害元素的残留进行风险评估，评估结果也表明Cd、Pb残留的风险较高。

重金属和有害元素残留风险也与药材的入药部位、产地、生长环境等都相关。白三七是以根茎入药，对土壤中不同种类的重金属元素的吸收富集作用不同，导致不同种类的重金属元素含量有差异。土壤中的重金属主要来自于工业排废和化肥、农药的使用，因此在其种植过程中和质量控制时，要考虑地理因素和肥料的使用对其重金属元素含量的影响。

当前的质量标准并未对白三七中重金属和有害元素的残留进行控制，具有一定的安全隐患。本实验建立了一种准确、灵敏、简便方法，用于检测白三七中重金属金属元素残留；通过风险评估，发现了白三七具有重金属和有害元素残留的风险，为白三七种植条件的选择提供了参考，为白三七的安全用药提供了指导，为白三七质量标准的完善提供了科学依据。