基于ICP-MS法测定不同产地枳壳28种无机元素含量分析

洪家顺，李道成，刘威，张康妍，王裕成

（江西省道地药材质量评价研究中心，江西南昌，330029）

0 引言

无机元素是各种生物的重要组成部分，大多数无机元素可以在天然产物中长期保存。生物元素通常反映土壤的组成、环境因素和生物的营养［1］，因此，有益的营养元素对中药材的品质评价具有一定的意义。另一方面，在种植、收获和加工过程中，中药材可能会受到铅（Pb）、镉（Cd）和砷（As）等有毒金属的污染，会对人类健康造成危害。即使是在微量水平上，危害依然存在。例如导致记忆退化、肾功能不全、生殖缺陷、糖尿病、心血管问题、周围神经炎和免疫系统疾病［2］。在饮食中摄入少量铜（Cu）、镍（Ni）、锰（Mn）或铝（Al），并不会对健康产生负面影响，然而，如果摄入过量，可能会出现头晕、腹泻、虚弱等毒性症状，甚至有患心血管或中枢神经系统疾病的风险［3，4］。

枳壳为芸香科植物酸橙（CitrusaurantiumL.）及其栽培变种的干燥未成熟果实［5］。枳壳分布于江苏、浙江、江西、广东、贵州、四川、西藏等地，主产于四川、江西、湖南，四川产者称川枳壳，江西产者称江枳壳，湖南产者称湘枳壳。目前药材市场枳壳药材主要是按产地来区分规格，以江西樟树“凤眼片枳壳”、新干的江枳壳和重庆江津的枳壳为道地药材。枳壳主要用于胸胁气滞，胀满疼痛，食积不化，痰饮内停，脏器下垂等病症的治疗［6，7］。

目前，有很多学者研究了不同产地枳壳HPLC指纹图谱［8-11］，以及柚皮苷、新橙皮苷、辛弗林、黄酮类、柠檬苦素［12-16］和枳壳的道地性［17-20］。也有文献报道了川枳壳、江枳壳、浙江枳壳（衢枳壳）中无机元素的含量［21-25］，但将多个枳壳主产地一起进行无机元素含量差异分析的报道却很少。

为全面评价枳壳的品质，本实验以不同产地（湖南、江西、四川、重庆、浙江）作为研究对象，通过微波消解-ICP-MS法同时测定枳壳中Li、Be、Mg、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Zr、Mo、Cd、Sn、Sb、Cs、Ba、Hg、TL、Pb、Bi 28种无机元素的含量，分析不同产地枳壳中无机元素含量的差异，通过相关性分析、主成分分析和聚类分析，为枳壳的科学研究、开发利用提供参考依据。

1 实验部分

1.1 材料与试剂

枳壳收集于湖南省、江西省、四川省、重庆市、浙江省等5个产地，共80批样品，所有样品经江西省道地药材质量评价研究中心宁知贵药师鉴定为正品。样品信息见表1。

表1 样品产地信息

硝酸（UP级，苏州晶锐化学试剂公司），实验用水为一级水，内标元素为锗（72Ge）、铟（115In）。

（Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn）多元素标准溶液（批号GSB04-1767-2004，100μg/mL），Rb（GSB04-2836-2011，1000μg/mL），Mo（GSBG62035-90，1000μg/mL），Cs〔GSB04-1724-2004（b）〕单元素标准溶液，采购于国家有色金属及电子材料分析测试中心。

Hg（批号：22071135，1000 μg/mL）、Se（批号：22101835，1000 μg/mL）、Ge（批号：22072635，1000 μg/mL）、In（批号：21122035，1000 μg/mL），采购于国家钢铁材料测试中心。

1.2 主要设备

ETHOSUP微波消解仪和赶酸器（北京莱伯泰科）；ICAPRQ电感耦合等离子体质谱（ThermoFisher）；XSR205DU/A型电子天平（梅特勒-托利多）；DHG-9240A型台式电热恒温鼓风干燥箱，Pulverisette11刀式研磨仪（德国Fritsch）。

1.3 实验方法

精密称取0.5g（精确至0.1mg）烘干好的枳壳粉末置于消解罐中，加入5mL高纯硝酸后，预消解过夜，根据预先设定的程序进行微波消解。试样消解完成后，自然冷却至60℃以下后取出，取出微波消解管，将消解液转入50mL容量瓶中，用少量水洗涤消解罐3次，将洗涤液合并于容量瓶中，超纯水定容至刻度，摇匀，即得（如有少量沉淀，必要时离心分取上清液）。同法制备试剂空白溶液。

ICP-MS开机稳定30min后再对待测液进行调谐和质量校正，使仪器的状态调至最佳。仪器工作条件如下：等离子体功率1550W；雾化器流量0.9968L/min；辅助气流量0.800L/min；采样深度5mm；冷却气流量14L/min；碰撞气流量5.122L/min检测器电压（脉冲）1278.59V；检测模式KED；蠕动泵泵速为40r/min。

1.4 安全性评价

单因子污染指数法：单因子污染指数法通常是指能够分别反映目标物中各个元素的污染程度，其计算公式为Pi=Ci/Si〔式中Pi为目标物中污染元素i的单因子污染指数，Ci为污染元素i的实测浓度值（mg/kg），Si为i种污染元素的评价标准（mg/kg）〕。其中根据《中华人民共和国药典》（2020版）一部对栀子中重金属及有害物质的限量标准值：Cu≤20.0mg/kg，Hg≤0.20mg/kg，As≤2.0mg/kg，Cd≤1.0mg/kg，Pb≤5.0mg/kg。Pi≤0.7为优良，0.7≤Pi≤1.0为安全，1.0＜Pi≤2.0为轻污染，2.0＜Pi≤3.0为中污染，Pi＞3.0为重污染，Pi值越大，说明受到污染越严重［21］。

内梅罗综合污染指数法：内梅罗综合指数法突出了高浓度污染物对环境质量的影响，同时兼顾单因子污染指数的平均值。由于样品同时被多种重金属元素污染，因而样品污染评价要运用综合指数法进行评价。其计算公式如下：

式中：P综合为综合污染指数，Pi（max）为各单项污染指数中的最大值。P综合≤0.7为优良，0.7＜P综合≤1.0为安全，1.0＜P综合≤2.0为轻污染，2.0＜P综合≤3.0为中污染，P综合＞3.0为重污染，P综合值越大，说明受到污染越严重［26］。

1.5 数据分析

采用EXCEL2010软件建立不同产地枳壳样品无机元素含量的原始数据，所用数据采用Origin 2022、SPSS 27.0软件进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 方法的线性与检出限

在仪器状态稳定的前提下测定制备好的混合标准溶液，测定结果见表2，各元素相关系数在0.998～1.0，表明线性关系良好；其中自变量x为样品浓度（μg/L），y为强度。

表2 无机元素回归方程、相关系数及检出限

2.2 精密度和加标回收实验

精密度试验：按照设定的检测方法进行测定，平行测试6次，计算28种无机元素峰强度的RSD为1.8%～8.4%，表明仪器精密度良好。

重复性试验：取同一批枳壳供试品进行6次平行测定，计算得到28个无机元素峰强度的RSD为1.5%～8.5%，表明该方法重复性良好。

加标回收试验：在枳壳供试品中添加一定量的标准溶液，按照设定的检测方法处理并测试，计算得到28个无机元素的平均加标回收率为80%～110%，RSD为0.3%～7.8%，表明所建立的检测方法准确可靠，可用于枳壳中多种无机元素的同时测定分析。

2.3 枳壳中无机元素含量测定

将处理好的5个产地的枳壳供试品，按照预先建立的检测方法进行测试。依据表3，不同产地的枳壳中均含有Mg、Fe、Mn、Cu、Sr、Ba等无机元素，各无机元素间含量存在较大差异。湖南、江西、四川、重庆、浙江等5产地枳壳中的Mg含量最高，江西新干最高达2440mg/kg。其他元素如：Fe含量23～110mg/kg；Mn含量4～64mg/kg；Cu含量3～6mg/kg；Zn含量8～25mg/kg；Sr含量4～87mg/kg；Ba含量8～97mg/kg。枳壳中有害重金属Hg含量较低，均未检出，Pb、Cd、As检出含量值均远小于2020年版《中国药典》规定的限量标准值，Cu含量检出结果均未超过药典限量标准值，但均有不同浓度的检出，需引起注意。

表3 各产地枳壳样品无机元素测定结果（mg/kg）

2.4 重金属安全性评价

根据《中华人民共和国药典》（2020版）一部对栀子中重金属及有害物质的限量标准值（Cu≤20.0mg/kg，Hg≤0.20mg/kg，As≤2.0mg/kg，Cd≤1.0mg/kg，Pb≤5.0mg/kg），7批栀子样品中Cu、As、Cd、Hg、Pb含量均符合规定。不同产地枳壳中重金属及有害元素安全性评价如表4所示。单项污染指数和内梅罗综合污染指数均小于0.7，评价为优良，这表明枳壳生长环境未受到污染。

表4 枳壳中重金属及有害元素安全性评价

2.5 无机元素相关性分析

从图1可知，枳壳中21种无机元素含量之间17个极显著正相关（P＜0.01），13个显著正相关（P＜0.05）；1个显著负相关，为Rb-Sr，这说明枳壳在生长过程中对土壤环境元素吸收有一定的选择性，存在不同程度的协同或拮抗作用。

图1 枳壳无机元素相关分析图

2.6 主成分分析

由表5可知，前7个主成分累积贡献率达86.89%（＞85%），具有较强的代表性，因此选择前7个主成分进行分析，采用最大化方差法进行旋转，获得因子载荷矩阵。

表5 主成分的初始特征值与贡献率

由表6可知，对第一主成分贡献大的元素为Mo，对第二主成分贡献大的元素为Ga和Se，对第三主成分贡献大的元素为Rb，对第四主成分贡献大的元素为Fe和Ni，对第五主成分贡献大的元素为Mg，对第六主成分贡献大的元素为Sn，对第七主成分贡献大的元素为Ba。综上可知，Mo、Ga、Se、Rb、Fe、Ni、Mg、Sn和Ba是枳壳药材的特征元素，可用于其质量控制。

表6 旋转变换后的因子矩阵

2.7 聚类分析

对20个产地枳壳样品中的无机元素含量进行聚类分析，当欧式距离平方和为5时，18个样品可被分为4大类，结果见图2。第1类：S2，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S11，S13，S14，S15，S16，S18，S20；第2类：S12；第3类：S10，S17，S19；第4类：S1，S3。从分类结果可知，第1类样品分别来自湖南、江西、四川、重庆和浙江；第2类样品来自江西；第3类样品来自江西、重庆、浙江；第4类样品来自湖南。由此表明，各地样品具有一定的差异性，不同的土壤环境、气候条件导致了样品中无机元素的差异性。

图2 枳壳聚类分析结果

3 结论

本实验采用微波消解-ICP-MS法同时测定枳壳中的Li、Be、Mg、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Zr、Mo、Cd、Sn、Sb、Cs、Ba、Hg、TL、Pb、Bi等28种无机元素，运用碰撞反应池（KED）模式和内标法排除了机体效应和多原子分子离子的干扰，通过样品的加标回收试验，保证了检测方法及结果的准确性、可靠性，适用于对枳壳中无机元素的测定。

本实验测定了20个产地80批枳壳中无机元素含量，基本覆盖了枳壳的主产地，可反映枳壳无机元素含量的整体情况；Cu、Hg、Pb、Cd、As检出含量值均低于2020年版《中国药典》规定的限量标准值；不同产地枳壳中重金属及其有害元素的单项污染指数和内梅罗综合污染指数均小于0.7，评价为优良；以枳壳中检出的21种无机元素含量进行主成分分析，筛选出9种特征元素（Mo、Ga、Se、Rb、Fe、Ni、Mg、Sn和Ba）对总方差的累积贡献率达86.89%；通过对无机元素含量进行聚类分析，可将20个产地分为4大类，表明枳壳无机元素的含量与土壤环境、气候条件具有相关性。本研究结果可为枳壳药材质量控制和安全性评价提供参考。