ICP-MS法分析不同采收时期何首乌微量元素的动态变化

吴进轩范伟兵安子龙马恩耀王永福

(1.广州采芝林药业有限公司，广东 广州 510000；2.甘肃广药白云山中药科技有限公司，甘肃 定西 743000)

前言

何首乌[1]是我国中医临床中常用名药，作为一个传统的大宗药材，应用广泛，化学成分较为复杂。现代有相关研究显示，何首乌对高脂血症、动脉粥样硬化等疾病有一定的治疗效果，同时还有抗氧化、抗肿瘤的作用，是临床上滋补肝肾的中药。何首乌中存在二苯乙烯苷类化合物、总多糖、游离蒽醌和结合蒽醌等多种有效结构，因此何首乌具有抗氧化作用，抗动脉粥样硬化作用，免疫调节作用，此外，何首乌及其所含的活性成分还有抗炎、抗菌及脑血管保护作用。人体内含有许多对人体具有重要影响作用的微量元素。微量元素就是占据人体总重量的万分之一及以下的元素，目前公认有13种微量元素对动物生命是不可缺少的[4]，这些微量元素对人体有重要的生理作用。对酶系统、激素作用及核酸代谢有重要的影响。微量元素可被许多种方法测定出来，由于传统的金属元素分析方法样品前处理较复杂，灵敏度较低，且不能同时测定多种元素，因此其应用受限。本文采用ICP-MS法，采用正交实验方法测定，对不同采收时期何首乌微量元素含量的动态变化进行测定。

1 仪器与材料

1.1 仪器

HCKJ2021-A014电感耦合等离子体质谱仪，安捷伦；HCKJ2021-C163 400克摇摆式高速粉碎机，温岭市大机械有限公司；HCKJ2021-A00高效液相色谱仪，广州紫安科技有限公司；HCKJ2021-B027医用离心机，山东百欧；HCKJ2021-B001电子天平，常熟市双杰测试仪器厂；HCKJ2021-B004微波消解仪，安东帕；HCKJ2021-B020百万分之一分析天平；HCKJ 2021-C003药典筛，浙江上虞市道墟五四仪器沙筛厂；HCKJ2021-B047恒温水浴锅，上海胜卫电子科技有限公司；HCKJ2021-C004漩涡混合器，上海安谱实验科技股份有限公司；HCKJ2021-C012超纯水机，赛多利斯。

1.2 试剂和样品

硝酸，过氧化氢，单元素对照溶液Al(GSB0417132 004)、K(GSB0417332004)、Ca(GSB0417202004)、Fe(GSB0417262004)、Zn(GSB0417612004)。

1.3 样品处理及制备

1.3.1 样品处理

将不同生长期的何首乌样品置于50～60℃的环境下烘干、粉碎，后过四号筛(65目)并密封避光保存，备用。

1.3.2 供试品溶液制备

精密称量已过筛何首乌样品粉末约0.2000g后置于氟乙烯消解罐内，精密量取7mL浓硝酸并加入，盖好内盖后放置于微波消解仪中，将消解程序设置为190℃、20min，进行消解。完成消解后，拿出消解罐并放置于加热板上，将温度设置为100℃，加热30min到红棕色蒸汽挥尽。取出，放冷，将消解后的溶液移入25mL的容量瓶中，并用超纯水进行少量多次去洗涤消解罐，将洗涤液合并入容量瓶中后用超纯水定容，摇均匀，密封待测。空白溶液的制备同上述操作。高效液相色谱含量测定及样品处理方法同2020年版《中国药典》规定。

1.3.3 对照品溶液的制备

精密吸取Mg、Al、K、Ca、Fe、Cu、Zn 7种元素的单元素对照品溶液，并用2%的硝酸溶液进行稀释，稀释后的浓度为1000ppm的混合对照品储备液。采用逐级稀释法制备质量浓度为2ppb、5ppb、10ppb、20ppb、50ppb、100ppb、200ppb、500ppb、1000ppb、2000ppb、5000ppb的系列混合对照品溶液。

2 方法与结果

2.1 方法性考察

2.1.1 线性关系及检出限

采用5%稀硝酸将K、Cu、Mg、Fe、Zn、Ca、Mn 7种元素对照溶液逐级稀释[5]，空白为5%稀硝酸溶液，绘制各元素线性方程。单元素的同浓度溶液连续进行进样11次，并参照IUPAC的国际标准展开检出限的实验测定，结果显示，7种元素的r在0.9978～1范围内，具有良好的线性关系，线性方程及检出限结果见表1。

表1 何首乌线性方程、线性范围和检出限

表2 正交设计方案

2.1.2 精密度

精密吸取浓度为100ppb的混合对照品溶液[6]，按1.3连续进样6次，测得上述7种微量元素浓度RSD值为0.98%～4.99%，表明仪器精密度良好。

2.1.3 稳定性试验

取经过1.3提取的何首乌样品溶液[7]，分别放置于0h、2h、4h、6h、8h进样测定，测得上述7种微量元素浓度RSD值为1.37%～4.67%，表明样品在8h内稳定性良好。

2.1.4 重复性试验

从同一份何首乌样品中精密称取0.2000g样品6份，按照1.3制备供试品溶液，测得7种元素的RSD值为1.27%～4.95%，说明方法重复性良好。

2.2 消解方法的建立

2.2.1 单因素实验

何首乌的消解参数包括混酸比、消解时间、消解温度，在实验过程当中保持其他参数一定，调节某一影响因素，通过对比微量元素总含量的多少选择最佳的消解条件[8]。

2.2.1.1 混酸比单因素实验

在何首乌样品中依次加入7mL、6mL、5mL、4mL、3mL、2mL、1mL浓硝酸并用过氧化氢补足至7mL，微波消解程序为160℃，10min，操作方法同1.3，进行测定，得出实验数据为如图1所示。

图1 混酸比对微波消解法提取何首乌微量元素含量的影响

从实验结果得出，在消解程序为160℃、10min的条件下，加入7mL的硝酸，测得的微量元素含量最高。

2.2.1.2 消解时间单因素实验

将消解时间分别设置为10min、15min、20min、25min、30min，混酸比为1∶1，温度为160℃，其他操作方法同上述操作，进行测定，得出实验结果如图2所示。

图2 时间对微波消解法提取何首乌微量元素含量的影响

从以上实验结果可以看出，设定其他条件不变，时间为20min时，测出的微量元素含量最高。

2.2.1.3 消解温度单因素实验

将消解温度分别设置为160℃、170℃、180℃、190℃、200℃，混酸比为1∶1，消解时间为10min，其他操作方法同上述操作，进行测定，得出实验结果如图3所示。

图3 温度对微波消解法提取何首乌微量元素含量的影响

从实验结果可以看出，在其他条件不变的情况下，温度为190℃时，测出的微量元素含量最高。

2.2.2 正交实验

根据已有的理论和实验分析，影响微波消解法提取何首乌内的微量元素的含量的因素主要有混酸比、温度及消解时间。适当提高消解温度对微量元素提取有促进作用，但温度太高时，微量元素提取含量将减少；消解时间太长或者太短都会导致微量元素提取含量过低，加入硝酸含量为7mL进行消解时，微量元素提取含量较高。因此为了研究3种因素对微波消解法提取何首乌微量元素含量高低的影响大小，设计正交实验。

2.2.2.1 实验方案

以混酸比、消解温度、消解时间为考察因素，用L9(34)正交表进行正交实验[9]。

2.2.2.2 正交实验结果

根据上述正交设计方案进行实验，得出实验结果如表3所示。

表3 正交实验结果

根据上述实验结果可以看出，比较均值，何首乌的最佳消解环境为7mL硝酸、190℃、20min。

2.2.3 显著性差异实验

根据上述正交设计方案进行实验，得出实验结果如表4所示。

表4 显著性差异实验结果

由表4可知，根据方差分析，消解时间对微波消解何首乌提取微量元素有显著性影响。

2.2.4 数据分析

不同的采收时期，何首乌的微量元素含量不同。根据实验结果显示，Mg、Al、K、Ca、Fe、Zn、Cu微量元素呈现先增加后减少的趋势。实验结果如图4所示。

图4 样品微量元素含量

从图4可以看出[10]，Mg、Al、K、Ca、Fe、Zn、Cu 7种微量元素均呈现先升后降的趋势，在种植第521天微量元素含量达到最高值。其中，7种微量元素的含量大小排列顺序为K>Ca>Mg>Al>Fe>Zn>Cu，何首乌内的K元素含量最高，这是因为K是植物生长过程中不可或缺的元素之一，植物体内的K能做60多种酶的活化剂，可以促进何首乌的光合作用，促进糖代谢等多种化学反应，还可以促进氮的吸收和蛋白质的合成等，因此何首乌对K的需求非常大，含量高；Mg先升后降的幅度较大，且7种元素在种植第521天(10月)出现高峰，这可能与何首乌生理活动旺盛、酶化反应强烈有关。K、Zn的变化趋势较平稳，上升跟下降的趋势变化幅度不大，说明何首乌对K、Zn的吸收较稳定。

据其他文献[11]，不同产区的何首乌采收期略有不同，不同采收时期何首乌的微量元素含量也存在一定的差异，在种植第521天微量元素含量出现一个峰值，但上升和下降的趋势不尽一致。据中国药典记载，何首乌最佳采收期为10月，而微量元素含量也在10月出现峰值，这与药典上记载的最佳采收期一致，符合药典所述；Mg、Al、K、Ca、Fe、Zn、Cu 7种微量元素在种植的第521天的含量较高。Fe、Cu、Zn是机体多种酶的活性中心[13]，与机体的免疫功能有密切关系。如体内缺乏Zn，人体的免疫系统将会受到损害，使得机体免疫的应答、发生和发展能力降低；抗感染、抗肿瘤的能力也降低；缺Fe不仅会引起贫血，还会使免疫功能和细胞的吞噬功能受到损害；Cu是影响机体免疫功能的微量元素之一；Ca、Mg也是高等植物体内所必需的微量元素[12]，对植物体的生长发育具有重要作用；K元素在治疗心血管疾病，促进血液循环，造血活血抗动脉粥样硬化具有显著疗效；何首乌具有补肝肾、益精血、乌须发、强筋骨的作用。其药理作用由有机有效成分发挥效用外，可能与Fe、Cu、Zn元素含量较高有关，这些微量元素参与入体调节机体平衡，增强人体免疫功能。

3 讨论

本研究通过电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)探讨不同采收时期何首乌微量元素的动态变化，进行方法性考察，结果证明，生长时期与微量元素的含量间关系密切，是影响药材质量的重要因素；何首乌中微量元素的动态变化，为药材质量提供保障。此研究揭示了何首乌在不同时期微量元素含量动态变化规律，为何首乌种植、采收及加工提供一定依据；中药材有效成分的含量高低、质量好坏不仅与药材自身、季节变化或海拔气候有关系，还与施肥、土壤含水量等外部环境影响因素有关。是否可以利用微量元素的外源性刺激影响何首乌有效成分的含量，进而提高药材产量，有待进一步研究。