ICP-MS法测定不同产地玉竹和黄精中26种无机元素

刘倩倩， 梁诗瑶， 林 艳， 廖颖妍， 林丽美， 李 珊， 吴 萍， 刘月新

(湖南中医药大学药学院，湘产大宗药材品质评价湖南省重点实验室，湖南 长沙 410208)

玉竹和黄精均为黄精属植物的根茎，同有滋阴润燥作用，但适应病症有所区别[1]，此外两者在形态、功效、主治上具有一定相似性，不可混用，否则会对人体健康造成损害，产生药源性疾病。黄精属植物成分多样，主要有多糖、黄酮、甾体皂苷、生物碱[2]等，具有治疗免疫力低下[3]、降血糖[4]、抗骨质疏松[5]、抗肿瘤[6]等多种药理作用。现有研究大多关注玉竹黄精活性成分及药理作用[7-9]，鲜有涉及无机元素的报道。

目前，无机元素测定方法有原子吸收光谱法(AAS)[10]、原子荧光光谱法(AFS)[11]、原子发射光谱法(ICP-OES)[12-13]、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)[14]、电感耦合等离子体-质谱法(ICP-MS)[15-16]等，其中ICP-MS法操作简便，精密度、稳定性良好，适用于多种无机元素的快速同时测定。因此，本实验采用该方法测定不同产地玉竹和黄精中Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、V、Cr、Co、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U、Hg的含量，筛选出特征无机元素，为区分两者提供依据，也为相关质量控制及安全评价提供参考。

1 材料

1.1 仪器 Agilent 8800电感耦合等离子体-质谱仪(美国Agilent公司)；SINEO MDS-6G微波消解仪(湖南谱发科技发展有限公司)；QUINTIX224-1CN电子分析天平(德国Sartorius公司)；D24 UV Merck Millipore超纯水仪(德国Merck公司)。

1.2 试剂与药物 多元素混合标准溶液[基体5%HNO3，银(Ag)、铝(Al)、砷(As)等25种元素质量浓度为10 μg/mL，批号8500-6940]、多元素ICP-MS调谐溶液[基体2%HNO3，铈(Ce)、钴(Co)、锂(Li)、镁(Mg)、钇(Y)、铊(T1)质量浓度为1 μg/L，编号5184-3566](美国Agilent公司)；汞(Hg)、金(Au)单元素标准溶液(质量浓度为1 000 μg/mL，批号GSB 04-1729-2004、GSB 04-1715-2004)及内标元素钪(Sc)、锗(Ge)、铑(Rh)、铟(In)、铋(Bi)标准溶液(质量浓度为10 μg/mL，批号GSB 04-2826-2011)(国家有色金属及电子材料分析测试中心)。硝酸为优级纯；水为超纯水(Millipore Milli-Q超纯水仪制备)。玉竹、黄精共40批(编号S1～S40)，购自全国各大连锁药店、医药公司及药材市场，经湖南中医药大学龚力民副教授鉴定分别为百合科黄精属植物玉竹Polygonatumodoratum(Mill.)Druce、黄精PolygonatumsibiricumDelar.ex Redoute的根茎，具体信息见表1。

表1 样品信息

2 方法与结果

2.1 ICP-MS条件 射频功率1 550 W；雾化气压力150 kPa；辅助气体积流量1.0 L/min；雾化气体积流量1.0 L/min；雾化室温2.0 ℃；等离子体气体体积流量14.9 L/min；氩气储气罐压力600 kPa；样品引入时间40 s，稳定时间40 s；质谱图调谐模式He；全定量分析；蠕动泵转速0.3 r/s，重复3次。选择45Sc作为内标，测定39K、44Ca、23Na、24Mg、27Al、60Ni、66Zn、51V、52Cr、55Mn、56Fe、59Co含量；72Ge作为内标，测定63Cu、71Ga、75As、85Rb、80Se、88Sr含量；115In作为内标，测定114Cd、107Ag、133Cs含量；209Bi作为内标，测定205Tl、208Pb、238U、201Hg含量；159Tb作为内标，测定137Ba含量。

2.2 微波消解条件 具体见表2。

表2 微波消解工作参数

2.3 溶液制备

2.3.1 标准溶液 精密吸取多元素混合标准溶液(10 μg/mL)适量，5%硝酸制成V、Cr、Co、Ga、As、Se、Rb、Sr、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U质量浓度均分别为0、20、50、100、200 ng/mL，K、Ca、Ni、Na、Mg、AI、Fe、Zn、Mn、Cu质量浓度均分别为0、1、2、3、4、5 μg/mL的溶液；精密吸取Hg单元素标准溶液(1 000 μg/mL)适量，加入Au单元素标准溶液(0.05 μg/mL)250 μL，5%硝酸制成Hg质量浓度分别为0、2、4、6、8、10 ng/mL的溶液，即得。

2.3.2 混合内标溶液 精密吸取Bi、Ge、In、Rh、Sc、Tb、Y混合内标溶液(10 μg/mL)适量，5%硝酸制成1 μg/mL溶液，即得。

2.3.3 供试品溶液 40批样品洗净后杂质，置于50 ℃烘箱中烘干，粉碎过60目筛，精密称取0.5 g，置于聚四氟乙烯溶样杯中，加入5 mL硝酸，在130 ℃下加热预消解30 min，取出，冷却至室温，加入1 mL H2O2，摇匀，组装消解罐，装入微波消解仪中，在“2.2”项条件下启动。消解结束后冷却至60 ℃，取出消解罐赶酸，超纯水分3次转移至50 mL量瓶中，精密量取Au单元素标准溶液(1 μg/mL)200 μL至50 mL量瓶中，加水定容至刻度，摇匀，即得。同法制备试剂空白溶液。

2.4 方法学考察

2.4.1 线性关系考察 取“2.3.1”项下标准溶液，在“2.1”项条件下进样测定，“2.3.2”项下内标溶液校正。以无机元素质量浓度为横坐标(X)，无机元素与内标计数值的比值为纵坐标(Y)进行回归(扣除空白干扰)，结果见表3，可知各无机元素在各自范围内线性关系良好。

表3 各无机元素线性关系

2.4.2 精密度试验 取“2.3.1”项下5 μg/mL K、Ca、Ni、Na、Mg、AI、Fe、Zn、Mn、Cu标准溶液，200 ng/mL V、Cr、Co、Ga、As、Se、Rb、Sr、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U标准溶液，10 ng/mL Hg标准溶液，在“2.1”项条件下进样测定6次，结果见表4，可知仪器精密度良好。

2.4.3 重复性试验 精密称取0.5 g药材(S10)粉末，按“2.3.3”项下方法制备标准溶液，按“2.3.3”项下方法平行制备6份供试品溶液，在“2.1”项条件下进样测定，结果见表4，可知该方法重复性良好。

2.4.4 稳定性试验 精密称取0.5 g药材(S10)粉末，按“2.3.3”项下方法制备标准溶液，于0、4、8、12、16、24 h在“2.1”项条件下进样测定，结果见表4，可知溶液在24 h内稳定性良好。

表4 各无机元素精密度、稳定性、重复性试验结果

2.4.5 加样回收率试验 精密称取0.5 g药材(S10)粉末，平行12份，测定其中3份来计算各无机元素本底含量，剩余9份按低、中、高质量浓度梯度加入“2.3.1”项下标准溶液适量，按“2.3.3”项下方法制备供试品溶液，在“2.1”项条件下进样测定，计算回收率。结果，各无机元素加样回收率在80.1%～109.6%范围内。

2.5 样品含量测定 取40批样品，按“2.3.3”项下方法制备供试品溶液，在“2.1”项条件下进样测定，计算含量，结果见表5～6。

表5 各无机元素含量测定结果(Ⅰ，mg/kg，n=3)

2.6 含量分析 玉竹和黄精中各无机元素含量差异很大，以K最高，其次为Mg、Ca、Al、Fe、Mn、Na。参考2020年版《中国药典》[17]黄精、三七等药材有害元素限量值(Pb≤5 mg/kg、Cd≤1 mg/kg、As≤2 mg/kg、Hg≤0.2 mg/kg、Cu≤20 mg/kg)，发现40批样品中有5批Hg含量超过0.2 mg/kg，6批Cr含量超过2 mg/kg，而As、Pb、Cu含量均未超标，可能与药材生长环境气候与土壤污染程度有关，应引起高度重视。

各无机元素含量的热图见图1～2，相关性热图见图3～4(红色表示正相关，蓝色表示负相关，颜色越深、形状越大表示相关性越大，反之越小)。由图1可知，S18中K、Ca、Fe含量较高，S20中各无机元素含量整体较低。由图2可知，Fe、Mn、Al、Ga、Ag、Ni、Co之间，Tl与Rb，K与P之间存在较强的正相关性，Na与Ni、Ag、Co，Cr与Al、Ga、V之间存在中等强度的正相关性。由图3可知，S28中K、Ca、Mn、Fe含量较高，S37中各无机元素含量整体较低；同一无机元素含量在不同批次样品之间存在较大差异，如玉竹中Fe含量最低为48.47 mg/kg，最高为362.72 mg/kg，黄精中K含量最低为1 225.19 mg/kg，最高为9 986.61 mg/kg，但U含量在不同批次玉竹和黄精中波动不大，均较稳定。由图4可知，Zn、Al、Ga、Rb、Pb、Tl之间存在较强的正相关性，Fe与Cr，Se与V之间存在中等强度的正相关性。

2.7 无机元素图谱建立 由于玉竹和黄精中26种无机元素含量数量级差别较大，故将其调整至同一数量级(K、Al、Ca缩小1 000倍，Na、Mg、Mn、Fe、Rb、Ba缩小100倍)，以元素种类为横坐标，相对含量为纵坐标绘制图谱，见图5～6。由此可知，玉竹和黄精各自峰形整体上相似，但不同批次之间仍存在一定差异。

表6 各无机元素含量测定结果(Ⅱ，mg/kg，n=3)

2.8 多变量统计分析 将各无机元素含量导入SIMCA-14软件，采用主成分分析(PCA)来观察其聚集情况，结果见图7。由此可知，玉竹(S1～S31)与黄精(S31～S40)有明显的区分趋势，界限较清晰，但个别样本不能完全分开，故需进一步采用正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)。设定OPLS-DA模型中R2Y为0.885 5，Q2为0.714 1，进行50次置换检验实验，其中置换参数R2为0.392，Q2为-0.686，结果见图8，可知模型可靠。40批样品的OPLS-DA得分图见图9，可知玉竹和黄精能完全取分开，表明两者所含元素存在一定差异。采用变量重要性投影值(VIP)结合载荷图，以VIP>1为指标进行筛选，结果见图10，共得到10个特征差异元素，影响程度依次为Sr(VIP=1.617 1)>Se(VIP=1.581 9)>V(VIP=1.424 9)>Cd(VIP=1.408 6)>Al(VIP=1.345 0)>Ga(VIP =1.340 1)>Fe(VIP =1.333 9)>Cr(VIP=1.167 4)>Ni(VIP=1.160 4)>Co(VIP=1.068 6)，其载荷图见图11，可知上述无机元素均离原点距离较远，是导致玉竹和黄精分开的主要因素。

3 讨论与结论

本实验采用ICP-MS法测定玉竹和黄精中26种无机元素的含量，由于采用内标补偿法能有效排除基体效应对多元素产生的干扰，故以Sc、Ge、Rh、In、Bi为内标元素，其中Hg具有极强的吸附性，故需加入一定量Au与其反应形成金汞齐，减少对仪器的损害，从而确保结果的准确性。玉竹和黄精中均富含Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Fe，以K含量最高，它可有效调整內外血浆渗透压；Mg有着“心血管卫士”之称；Mn具有抗氧化、防衰老作用，若缺乏该元素可能会诱发与脂代谢相关的疾病，如动脉粥样硬化，表明这2种药材存在较高的营养价值。由于微量元素会影响中药药效发挥[18-20]，故上述元素与玉竹和黄精药效的相关性还需进一步验证。

相关性热图显示，不同元素含量之间存在一定正相关性。采用OPLS-DA能有效区分玉竹和黄精，特征无机元素为Sr、Se、V、Cd、Al、Ga、Fe、Cr、Ni、Co，今后将加以重点研究。另外，玉竹和黄精中个别重金属含量超标会危害身体健康，故建议两者质量标准中增相关检查项目。

综上所述，ICP-MS法准确灵敏，操作简便，不仅为有效区分玉竹和黄精提供了新思路，也为两者质量控制及安全性评价提供了参考依据。