电感耦合等离子体质谱法测定蔗糖中12种杂质

2022-05-26宋小飞王红芳张辉游蓉丽聂磊芦惠晋义

化学分析计量 2022年5期

宋小飞，王红芳，张辉，游蓉丽，聂磊，芦惠，晋义

（山西振东制药股份有限公司，山西长治 046000）

蔗糖是一种非还原性二糖，普遍存在于各种植物的茎、叶、花及果实中，在甘蔗和甜菜中含量较高［1］，蔗糖产品可经由农作物榨汁、过滤、浓缩、结晶等工艺制备而成［2］。蔗糖在食品领域应用较多，是重要的食品和甜味剂［3］，可进一步被加工成白砂糖、冰糖、绵白糖等。此外，蔗糖在医药领域也有广泛的应用，常作为药品的赋形剂、粘合剂和矫味剂等［4］。由于土壤存在一定的重金属污染问题［5］，可能导致重金属富集至含有蔗糖的农作物中，且蔗糖生产过程中所用的设备、器具也可能引入部分重金属元素，从而危害人体健康。蔗糖作为食品和药用辅料在国标GB/T 317—2018［6］和《中国药典》2020版［7］均有收录，但GB/T 317—2018中未对其金属元素进行控制，在《中国药典》中仅对重金属总量进行了控制，未对单金属元素进行控制。目前我国药品监管机构正在逐步实施ICH的指导原则，对制剂的金属元素种类及限量均有明确要求。

目前测定金属元素的方法有火焰原子吸收法［8］、石墨炉原子吸收法［9］、原子荧光法［10］、电感耦合等离子体发射光谱法［11］和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法［12］等。电感耦合等离子体质谱法以其测定速度快、高灵敏度，线性范围广，可同时分析多种元素等优点［13］，目前已经广泛应用于食品、医药、环境等领域中。蔗糖作为一种常用的药用辅料，研究其中的杂质元素对制剂中的元素杂质控制十分重要，查询ICH Q3D杂质指导原则［14］，目前暂无对药品辅料蔗糖中元素杂质研究的相关报道。笔者参考相关标准［7，14］和文献［15-17］，建立了一种同时测定蔗糖中12种金属元素的方法，为药用辅料蔗糖质量控制提供了一定的依据。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体质谱仪：ICP-MS QQQ-8900型，安捷伦科技（上海）有限公司。

电子分析天平：T-214型，感量为0.1 mg，梅特勒托利多仪器上海有限公司。

超纯水处理系统：Milli-Q References型，美国密理博公司。

微波消解仪：WX-600型，上海屹尧仪器科技发展有限公司。

智能控温电加热器：DKQ-1000型，上海屹尧仪器科技发展有限公司。

锂、铬、镍、铜、钼、锑、金、汞单元素标准溶液：质量浓度均为1 000 μg/mL，批号分别为207034-1、208022、208002-1、208023-1、208015-1、207034-1、207029-2、207031-4，北京国家有色金属及电子材料分析测试中心。

钒单元素标准溶液：质量浓度为1 000 μg/mL，批号为B2004210，北京坛墨质检科技股份有限公司。

钴、砷、镉、铅单元素标准溶液：质量浓度均为1 000 μg/mL，批号分别为17123、20041、19094、20061，上海安谱实验科技股份有限公司。

Bi、Ge、In、6Li、Lu、Rh、Sc、Tb混合溶液：质量浓度均分别为100 μg/mL，批号为54-124CRY2，安捷伦科技（上海）有限公司。

调谐液（Ge，Co，Li，Mg，Ti，Y）混合溶液：各组分质量浓度均为1 μg/L，批号为37-1GSX2，安捷伦科技（上海）有限公司。

硝酸：分析级，批号为K50198856816，美国默克公司。

蔗糖（供注射用）：样品3批，市售。

1.2 溶液制备

1.2.1 目标元素限度浓度的确定

按照ICH Q3D元素杂质指导原则［14］，根据元素的毒性及其在药品中出现的可能性，将杂质元素分为3类及其它类，即1类（砷、镉、汞、铅），2类（2A：钴、钒、镍；2B：银、金、铱、锇、钯、铂、铑、钌、硒和铊），3类（钡、铬、铜、锂、钼、锑和锡），其它类（铝、硼、钙、铁、钾、镁、锰、钠、钨和锌）。根据不同的给药途径及是否在工艺中添加其它元素，确定最终需控制的杂质元素。

蔗糖（供注射用）主要用于注射剂，需要控制的元素包括1类：砷、镉、汞、铅，2A类：钴、钒、镍，3类：锂、铜、锑，同时考虑到蔗糖生产过程中不锈钢设备可能引入铬和钼元素，增加对铬和钼元素的控制，需控制元素杂质见表1。依据ICH Q3D元素杂质指导原则［14］中元素杂质在药品中的每日允许暴露量（PDE，μg），按照公式(1)［14］计算蔗糖（供注射用）的限定值（μg/g），结果见表1。

表1 目标元素的限度浓度

式中：限度值——限定浓度，μg/g；

PDE——每日允许暴露量，μg；

药品日剂量——按10 g/day计算，μg。

1.2.2 溶液配制

12种元素标准工作溶液：分别准确量取一定体积的锂、钒、铬、钴、镍、铜、砷、钼、镉、锑、汞和铅单元素标准溶液，用体积分数为5%的硝酸溶液（作为空白溶液，含200 ng/mL金元素，降低汞的记忆效应，同时保证其稳定性）［18］，配制成锂、钒、铬、钴、镍、铜、砷、钼、镉、锑、汞和铅均为10倍限定浓度的12种元素混合标准贮备液。分别精密量取一定体积的上述10倍限定浓度的12种元素混合标准贮备液，用5%的硝酸溶液（含200 ng/mL金元素）稀释0%、10%、50%、100%、200%、500%限定浓度的12种元素标准工作溶液。标准工作溶液中各元素浓度见表2。

表2 标准工作溶液质量浓度

内标溶液：精密量取一定体积的Bi、Ge、In、6Li、Lu、Rh、Sc、Tb混合溶液，用5%的硝酸溶液稀释，配制成各组分质量浓度均为200 ng/mL的内标溶液。

样品溶液：取1.0 g蔗糖，精密称定，置于聚四氟乙烯消解罐中，加入0.1 mL金储备液（金质量浓度为5 000 ng/mL）和7 mL硝酸，密闭，置于微波消解仪中，于120 ℃消解5 min，于160 ℃消解5 min，于180 ℃消解15 min，消解罐冷却后取出，置于智能控温电加热器中，在110 ℃赶酸2 h，转移至25 mL容量瓶中，消解罐用5%的硝酸洗涤3次，洗液一并转移至25 mL容量瓶中，并用5%的硝酸溶液稀释至标线，摇匀。

加标样品溶液：取1.0 g蔗糖，精密称定，置于聚四氟乙烯消解罐中，加入0.1 mL金储备液（金质量浓度为5 000 ng/mL）和7 mL硝酸，密闭，置于微波消解仪中，于120 ℃消解5 min，于160 ℃消解5 min，180 ℃消解15 min；消解罐冷却后取出，置于智能控温电加热器中，在110 ℃赶酸2 h，转移至25 mL容量瓶中，消解罐用5%的硝酸洗涤3次，洗液一并转移至25 mL容量瓶中，加入2.5 mL 10倍限定浓度的12种元素混合标准贮备液，并用5%的硝酸溶液稀释至标线，摇匀。

1.3 仪器参数

等离子体功率：1 600 W；等离子气流量：15 L/min；辅助气体流量：0.9 L/min；稀释气体流量：0.28 L/min；进样深度10.0 mm；预混室温度：2 ℃；检测模式选择He碰撞模式下高基体引入（HMI）方法进行检测。

2 结果与分析

2.1 样品处理条件优化

金属元素分析样品的前处理方法一般包括直接稀释法、直接溶解法、敞口容器消解法、微波消解法等。蔗糖为固体，易溶于水，首先采用直接溶解法测定金属元素。取1.0 g蔗糖，加5%硝酸溶液稀释至25 mL，作为样品溶液。同时以样品溶液作为基质，加入100%限定浓度的12种混合元素标准品溶液作为加标样品溶液。测定样品溶液和加标样品中各元素的质量浓度。结果表明12种元素的基质干扰在5.61%～23.34%，基质干扰较大，不适宜采用直接溶解法测定蔗糖中的金属元素。

微波消解法具有所需要试剂少，消解效率高，利于降低空白值等优点［6］，而广泛应用于固体样品的处理，故采用微波消解作为样品的处理方式。消解过程常用试剂一般为酸类，包括硝酸、盐酸、高氯酸、硫酸、氢氟酸等，也可加入少量的过氧化氢。硝酸是样品制备的首选酸［6］，且引起的干扰最小，故选用硝酸作为消解用酸。参考GB/T 24875—2010 《畜禽粪便中铅、镉、铬、汞的测定电感耦合等离子体质谱法》［19］中的消解条件，见表3。消解后置智能控温电加热器中，在110 ℃赶酸2 h。考察了硝酸用量为3、5、7 mL的消解情况，见表4。结果表明，硝酸用量在7 mL时消解完全。因此选择7 mL硝酸作为消解液。

表3 微波消解条件

表4 不同硝酸用量的消解程度

2.2 干扰的消除

ICP-MS法测定过程中，干扰主要有两类：质谱型干扰和非质谱型干扰，其中质谱型干扰主要有同质异位素、双电荷离子、多原子离子等，非质谱干扰主要有物理干扰、基体效应和记忆效应。干扰消除和校正方法通常有：优化仪器参数、内标校正、干扰方程校正、碰撞反应池技术等。

在试验过程中，采用He碰撞模式，可以消除多原子离子的干扰；采用调谐液分别对仪器条件和分析方法进行调谐，均要求氧化物小于2%、双电荷小于3%，两次调谐可使仪器灵敏度达到最高，可有效消除质谱型干扰。采用在线引入内标能有效补偿一般的基体效应，内标元素选择见表5。

表5 目标元素与内标元素

2.3 系统适用性

样品溶液分析之前，取100%限定浓度的12种元素混合标准品溶液进样分析，5次测定结果中12种元素质量浓度测定结果的相对标准偏差为0.62%～2.78%，结果表明系统适用性良好。

2.4 专属性试验

取空白溶液、100%限定浓度溶液、12种元素混合标准品溶液、样品溶液、加标样品溶液进样分析。各元素均有各自的质荷比，不互相干扰检测；空白溶液占100%限定浓度溶液质量浓度的比值为0.02%～1.89%；加标样品溶液中12种元素基质干扰为2.35%～7.41%，结果表明基质无较强干扰，专属性良好。

2.5 线性方程与检出限

取12种元素混合标准工作溶液，进行测定。以各金属元素的质量浓度（X）为横坐标，以目标元素的响应值（Y，CPS）与内标元素响应值(CPS)的比值为纵坐标，绘制标准曲线，结果见表6。

取空白溶液连续测定11次，计算检测下限(LOD)和定量下限(LOQ)，计算公式如下：

LOD=3s/b

LOQ=10s/b

式中：LOD——检测下限，ng/mL；

LOQ——定量下限，ng/mL；

s——11次空白溶液响应值/内标元素响应值的标准偏差；

b——工作曲线斜率；

各金属元素的相关系数、检测下限及定量下限见表6。

表6 12种元素的线性方程、检测下限和定量下限

由表6可知，12种元素在相应的质量浓度范围内，线性关系良好，相关系数均不小于0.99。各金属元素的检测限为0.012～0.824 ng/mL，定量限为0.042～2.746 ng/mL。

2.6 精密度试验

由A、B两位分析员在不同日期，均按1.2.2项下加标样品制备方法，平行制备6份加标样品溶液，进样分析，考察重复性以及中间精密度，结果列于表7。表7结果表明，蔗糖中12种元素质量浓度测定结果的相对标准偏差为15.3%，重复性良好，且中间精密度良好。

表7 精密度试验结果

2.7 加标回收试验

按1.2.2中样品溶液制备方法，按50%、100%、150%的加入一定体积的1 000%限度浓度的12种元素混合标准贮备液，配制成低、中、高浓度的加标样品溶液，每个浓度溶液平行制备3份，进行加标回收试验，结果见表8。表8结果表明，12种元素3浓度水平下平均回收率均为88.4%～100.0%，回收率良好。