不同产地杏花无机元素ICP-MS 分析与评价

闫伟伟，罗慧玉，丁 杰，陈正源，贺丽霞

（张家口市食品药品检验中心，河北 张家口 075000）

杏花是蔷薇科李亚科杏属植物杏Prunus armeniacaL. 或 山 杏Prunus armeniacaL. var.ansuMaxim.的干燥花，味苦，性温，无毒，主要用于女子伤中、寒热痹、厥逆[1]等症，主要分布于我国的东北、华北、西北、西南及长江中下游等地[2]。无机元素在植物中普遍存在，相关研究表明其与消化吸收、生长发育以及疾病的防治有紧密的联系，同时在药效发挥的过程中有协同或拮抗的作用[3-4]，中药中的有害重金属元素因为环境污染而导致超标，对中药的疗效和安全有着直接的影响。因此，全面研究中药中无机元素的分布规律对其质量控制、综合评价及有效安全的应用至关重要。

近年来，中药中无机元素的相关测定与分析研究备受关注[5-11]，主要检测方法有原子吸收分光光度法[10]、电感耦合等离子体原子发射光谱法[11]及电感耦合等离子体质谱法[5-9]等。本研究基于中药整体性的观念，利用ICP-MS 对不同产地的杏花进行了无机元素的含量测定，建立了杏花无机元素的特征图谱；通过主成分分析及因子载荷矩阵分析，筛选出杏花的特征元素及优质产地，为杏花的质量控制及资源的开发利用提供新的依据及参考。

1 仪器与材料

1.1 仪器

MARS-CEM 型微波消解仪（美国CEM 公司）；ICAP Q 型电感耦合等离子体质谱仪（美国赛默飞公司）；CPA225D 型精密分析电子天平（德国赛多利斯公司）；Milli-Q 型超纯水系统（美国Millipor 公司）。

1.2 试剂

单元素标准溶液：Cr[批号：GSB 04-1723-2004（a）]、Sn（ 批 号：GSB 04-1753-2004）、B（ 批号：GSB 04-1716-2004）、Sb（批号：GSB 04-1749-2004）、Ba（批号：GSB 04-1717-2004）、Tl（批号：GSB 04-1758-2004）、Ti（ 批 号：GSB 04-1757-2004）、V（批号：GSB 04-1759-2004）、Mn（批号：GSB 04-1736-2004（b））、Co（批号：GSB 04-1722-2004）、Sr（批 号：GSB 04-1754-2004(c)）、Mo（批号：GSB 04-1737-2004）、Mg（批号：GSB 04-1735-2004）、Ca（批号：GSB 04-1720-2004）均来源于国家有色金属及电子材料分析测试中心；Ni[批号：GBW（E）081582（8211）]、Se[ 批 号：GBW（E）081589-1（A4T1）]、Na[ 批 号：GBW（E）081591（A4W1）]、Al[批号：GBW（E）081594（A4M1）]、Fe[批号：GBW（E）081585（A4M1）]、Zn[批号：GBW（E）081580（M411）]、K[ 批 号：GBW（E）081590（54H1）]、Cu[批号：GBW（E）081579（L4X1）]、Pb[批号：GBW（E）081577（L4W1）]、Cd[批号：GBW（E）081581（A491）]、As[ 批 号：GBW（E）100203（74W1）]均来源于北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司；内标溶液：Ge（批号：GSB 04-1728-2004）、In（批号：GSB 04-1731-2004）、Bi（批号：GSB 04-1719-2004）、Sc（批号：GSB 04-1750-2004）均购自国家有色金属及电子材料分析测试中心。65%硝酸（优级纯，德国默克股份两合公司）；1.00 µg/L(Ba、Bi、Ce、Co、In、Li、U）调谐溶液；水为超纯水机制备。

1.3 样品

13 份杏花样品由河北省药品检验研究院段吉平主任药师鉴定为蔷薇科李业科杏属植物杏Prunus armeniacaL. 或 山 杏Prunus armeniacaL. var.ansuMaxim.的干燥花，见表1。

表1 样品信息Tab. 1 Information of samples

2 方法

2.1 ICP-MS 工作参数

分析模式为全定量分析，射频功率为1 550 W，冷却气流速为14.000 L/min，辅助气流速为0.800 L/min，雾化器流速为1.200 L/min，蠕动泵转速为40.0 rpm，采样深度为8.0 mm，驻留时间为0.02 ～ 0.03 s，重复扫描30 次，重复测定3 次，采用ICP-MS 中STD 模式、KED 模式进行测定。

2.2 标准溶液的制备

各 精 密 取Cr、Sn、B、Sb、Ba、Tl、Ti、V、Mn、Co、Ni、Mo、Se、Sr 单元素标准品母液100 μL置10 mL 容量瓶中，加5%硝酸稀释至刻度，摇匀，作为混标1，以5%硝酸为溶剂逐级稀释，制成浓度分 别 为0.1、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0、10.0、20.0、30.0、50.0、100.0、200.0、300.0 ng/mL 的系列标准品溶液1。各精密量取Na、Ca、Al、Mg、Zn、K、Fe单元素标准品母液500 μL 置10 mL 容量瓶中，加5%硝酸稀释至刻度，摇匀，作为混标2，以5%硝酸为溶剂逐级稀释，制成浓度分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、12.0、20.0 μg/mL 的 系 列标准品溶液2。各精密量取Pb、Cd、As、Cu 单元素标准品母液100 μL 置10 mL 容量瓶中，加5%硝酸稀释至刻度，摇匀，作为混标3，以5%硝酸为溶剂逐级稀释，制成浓度分别为1.0、5.0、10.0、20.0、30.0、50.0、100.0、200.0、300.0 ng/mL 的系列标准品溶液3。

2.3 内标溶液的制备

精密量取Ge、Bi、In、Sc 单元素标准溶液适量置100 mL 容量瓶中，用5%硝酸溶液稀释至刻度，摇匀，制成质量浓度为含Bi 20 ng/mL，含Ge、In、Sc 100.0 ng/mL 的混合内标溶液。

2.4 供试品的预处理

精密称取样品0.5 g（过4 号筛），置于聚四氟乙烯消解罐中，加浓硝酸5 mL，密封浸泡过夜，第二天放入微波消解仪中消解，按照三步程序升温处理：先经5 min 由室温升至120 ℃，120 ℃保持5 min，经5 min 由120 ℃升温至150 ℃，保持10 min，经5 min由150 ℃升温至190 ℃，190 ℃保持20 min，微波功率为1 200 W，待消解完全后，冷却至室温，置赶酸器上100 ℃赶酸1 h，转移至50 mL 容量瓶中，加去离子水至刻度，摇匀。同步以硝酸做空白试验。

2.5 方法学考察

2.5.1 工作曲线绘制及仪器检出限的测定 将系列混合对照品溶液，按照“2.1”项下的测定条件进行测定，根据响应强度选择适宜的系列浓度范围，以响应强度为纵坐标（Y），质量浓度为横坐标（X）进行线性回归，绘制标准曲线，标准曲线及检测下限（LOD）见表2，表明各元素在各自浓度范围内线性关系良好。

表2 各元素的线性方程、相关系数、LOD 结果Tab. 2 Linear equation, correlation coefficient and LOD result of each element

2.5.2 精密度试验 取系列标准品溶液中浓度为200 ng/mL 的溶液，平行进样测定6 次，分别计算25种元素响应值的RSD，各元素的RSD 均小于5.0%，表明该仪器具有良好的精密度。

2.5.3 重复性试验 精密称取S1号样品粉末0.5 g，共计6 份，按“2.3”项下样品处理并进行测定，测得各元素的含量并计算RSD，各元素RSD 均小于5.0%，表明该方法重复性良好。

2.5.4 加样回收试验 本实验因测定元素较多，选取变异系数较大的元素Sn、Sb、Na、Al、Pb 进行加样回收率试验。精密称取S1 号粉末0.5 g 共6 份，分别加入3 种混标适量，按照“2.3”项下进行样品处理并进行测定，计算5 种元素的回收率，各元素的回收率分别为99.25%、96.38%、101.22%、102.46%、105.63%，RSD 均小于5.0%，表明该方法准确度良好。

3 结果

3.1 杏花无机元素含量测定

通过对13 批次样品的无机元素进行测定，测得结果见表3、4。由表3、4 可知，杏花中无机元素含量丰富，常量元素中K 含量最高，平均高达147.083 mg/g；微量元素及痕量元素中B 含量最高，平均可达46.284 mg/kg。不同产地同一种元素的含量差异较大，其中Pb 元素变异系数可达111.83%，表明不同产地的Pb 元素含量波动较大；Mn 与Cu 元素的变异系数较小，表明不同产地的Mn 与Cu 元素含量波动较小。13 份样品中有害金属元素均符合2020 年版《中国药典》[12]及《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》[13]的限量指标规定。

表3 杏花中微量元素含量测定结果（n = 2）Tab. 3 Determination of trace elements in apricot flower（n = 2）

3.2 杏花无机元素特征图谱的建立

根据25 种元素含量测定结果，按原子序数顺序制作含量分布曲线，生成无机元素共性特征图谱。为了绘图便利，把一些含量差别悬殊的元素进行了同一数量级的转换，其中，K 与Zn 缩小1 000 倍，Mg、Al、Ca、Fe 缩小100 倍，见图1。由图1 可知，不同产地杏花中各种元素的含量有所差异，但其整体元素分布规律却呈现相似的态势，即25 种元素的含量按照原子序数的顺序呈现有规律的分布，所生成的共性特征图谱可用于与其它品种药材的区分。

3.3 热图与聚类分析

将13 批杏花中25 种元素的含量测定结果经归一化后绘制聚类热图，见图2，设置距离度量为“euclidean”，图中颜色由蓝到黄代表由低到高。结果显示，S13、S8 与S9 为一类，Sn 与Ni 含量较高；S11 与S7 为一类，K、Mo 与Sr 含量较高；S1-S6 聚为一类，均为杏花，B、Ni、Mg、Pb 含量较低；S10与S12 为一类，Mn、Ti、V、Al、Fe 含量较高。同时根据聚类热图可以看出，杏花的无机元素含量分布较为一致，山杏花根据产地的不同， 无机元素的分布略有差异。

3.4 杏花无机元素间的主成分分析及综合评价

为了研究不同产地杏花样品中各种元素的分布规律，采用SPSS 18.0 统计软件对表3 与表4 中的元素结果进行主成分分析，特征值及贡献率见表5。共提取6 个主成分，6 个主成分的特征值均大于1，累积贡献率达93.62%，表明该6 个因子可客观反应杏花无机元素整体信息。

表4 杏花中常量及有害金属元素含量测定结果（n = 2）Tab. 4 Determination results of major and harmful metal elements in apricot flower（n = 2）

表5 主成分特征值及贡献率Tab. 5 Eigenvalues and variance contribution of principle components

为了进一步确认造成质量差异的主要因素，选取前6 个主成分进一步分析，经旋转后的载荷矩阵见表6。由表6 可知，Tl、Se、As 对第一主成分有较高的贡献，Mn 对第二主成分有较高的贡献，Ni 对第三主成分有较高的贡献，Mg、Zn 对第四主成分有较高的贡献，Pb 对第五主成分有较高的贡献，Sn 对第六主成分有较高的贡献。因此，认为Tl、Se、As、Mn、Ni、Mg、Zn、Pb 是杏花的特征元素。对不同产地的杏花以各主成分因子得分与方差贡献率进行综合评价，不同样品的综合评价得分及排名详见表7。从表7 可见，产地为江苏、浙江的杏花综合得分比较高，从无机元素方面综合考虑，产自江苏与浙江的杏花品质较好。

表6 旋转后的因子载荷矩阵Tab. 6 The factor load matrix after rotation transformation

表7 杏花主成分因子及综合评价结果Tab. 7 PCA factors and comprehensive evaluation of samples

前3 个主成分的方差贡献率为75.46%，选取该3 个主成分F1、F2、F3 为X、Y、Z 坐标，建立样品的三维散点图，结果见图3，S1-S6 与S11 聚合性较好；S10 与S12 聚合性较好；S8 与S13 聚合性较好；S7 与S9 与其他样品聚合性较差，表明杏花聚合性较好，山杏花根据产地呈现不同的聚合性。结果与聚类热图分析结果大部分一致，表明前3 个主成分可部分表征杏花的整体质量。

4 讨论

样品中常量元素含量以K、Zn 含量较为丰富；微量元素以B、Mn、Sr 较为丰富。有害元素的含量均符合规定，表明杏花总体质量较好。不同产地同一种元素含量差异较大，Pb 尤其明显，可能与环境污染及土壤的富集作用有关。根据含量测定结果绘制无机元素指纹图谱可用于杏花与其它药材的区分；聚类热图表明杏花的无机元素含量分布较为一致，山杏花根据产地的不同无机元素的分布略有差异。通过主成分分析挖掘出杏花中的特征元素为Tl、Se、As、Mn、Ni、Mg、Zn、Pb；通过综合评价以产地为江苏与浙江的样品质量较好，可能是江浙地区的气候及地理条件适于杏花中无机元素的累积。

5 结论

本研究首次采用ICP-MS 测定方法，对13 批次杏花样品进行25 种无机元素含量测定，该方法处理简便，可实现杏花中多种元素的快速同步分析；采用特征图谱及PCA 法对不同产地杏花进行综合评价，从无机元素含量差异的角度为杏花的质量评价、产地区分及资源开发提供参考依据。