ICP-MS法測定不同產(chǎn)地厚樸中金屬元素

方懷防，黃慶竹，張林碧，楊　敏，魏　蒙

(1 中南民族大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，武漢 430074；2 湖北中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，武漢 430065)

厚樸為木蘭科植物厚樸(MagnoliaofficinalisRehd.et Wils.)或凹葉厚樸(MagnoliaofficinalisRehd.et Wils.var.bilobaRehd.et Wils.)的干燥干皮、根皮及枝皮，其傳統(tǒng)功效為燥濕消痰、下氣除滿，主治濕滯傷中、脘痞吐瀉、食積氣滯、腹脹便秘、痰飲喘咳等癥[1]，常用于臨床治療.現(xiàn)代研究表明：厚樸具有心肌保護、促進消化系統(tǒng)、抗炎鎮(zhèn)痛、防齲、抗菌、抗腫瘤等作用[2,3]，常用作處方用藥，也是常見中成藥的重要組分，頗受關(guān)注.

厚樸中的藥效成分除酚類、生物堿類、揮發(fā)油類等有機物以外，金屬元素也是其重要的成分之一.金屬元素與人體健康有著密切的聯(lián)系，許多微量元素如Zn, Fe, Mn, Cu等對人體造血功能、中樞神經(jīng)系統(tǒng)及能量代謝均有不可忽視的影響[4].研究證明：中藥的治療效果及藥理作用與其所含的微量元素種類、含量密切相關(guān)，除了直接參與人體中各種生理過程的必需微量元素以外，金屬元素還會與人體內(nèi)多種有機成分形成配合物，共同發(fā)揮藥效作用，達到治愈的效果[5,6].長期以來，人們對于厚樸的分析研究多集中于厚樸酚及和厚樸酚等有機成分，而對其金屬元素的研究還少有報道.此外，中藥材的重金屬含量超標(biāo)是阻礙我國中藥材進入國際市場的主要因素之一，中藥材中重金屬殘留問題得到了人們的廣泛關(guān)注[7,8].重金屬可與人體內(nèi)生物酶等多種物質(zhì)成分發(fā)生反應(yīng)，破壞人體正常生化功能，并導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生[9]，因此，檢測厚樸藥材中重金屬的含量并建立合理的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)十分重要.

常用金屬元素的測定分析方法有原子吸收光譜法(AAS)[10]、原子熒光光譜法(AFS)[11]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)[12]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[13]等.其中ICP-MS法具有分析速度快、相對干擾較少、線性范圍寬、檢出限極低且能同時測定多種元素等優(yōu)勢.本文采用ICP-MS法對不同產(chǎn)地厚樸藥材中的10種金屬元素含量進行檢測分析，以期為厚樸藥材的藥理作用研究及安全性評價提供參考依據(jù).

1　儀器與材料

1.1　材料和儀器

厚樸樣品采集于湖北黃石、湖北恩施、湖北神農(nóng)架、四川都江堰及陜西5個不同地區(qū).經(jīng)湖北中醫(yī)藥大學(xué)張林碧教授鑒定為木蘭科植物厚樸或凹葉厚樸的干燥干皮. 柑橘葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[GBW10020(GSB-11)]，中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理化學(xué)勘查研究所.Mn(GSB 04-1736-2004), Fe(GSB 04-1726-2004), Ni(GSB 04-1740-2004),Cu(GSB 04-1725-2004),Zn(GSB 04-1761-2004), Rb(GSB 04-2836-2011), Sr(GSB 04-1754-2004), Cd(GSB 04-1721-2004), Ba(GSB 04-1717-2004), Pb(GSB 04-1742-2004)標(biāo)準(zhǔn)溶液均由國家有色金屬及電子材料分析測試中心生產(chǎn).65%硝酸(ppb級，德國默克)，高氯酸(優(yōu)級純，阿拉丁).超純水(電阻率≥18.2 MΩ/cm,Milli-Q Advantage A10 超純水系統(tǒng)制,德國默克).

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(NexION 300X，美國Perkin Elmer)，電子天平(CP114，上海奧豪斯儀器)，電爐(FL-2，北京市永光明醫(yī)療儀器)，電熱鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9140A，上海一恒科學(xué)儀器)，高速多功能粉碎機(CX-100型，上海緣沃工貿(mào)).

1.2　ICP-MS工作條件

經(jīng)調(diào)諧后，儀器參數(shù)設(shè)置見表1.

表1　ICP-MS主要工作參數(shù)

1.3　內(nèi)標(biāo)溶液的制備

精密量取Sc, Ge, In標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用φ(HNO3)=1%的硝酸水溶液逐級稀釋，制成含Sc, Ge, In各40 μg/L的混合溶液，即得.

1.4　標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

精密量取待測元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用1%的硝酸水溶液逐級稀釋，制成含Mn, Fe, Zn, Ba, Sr, Pb為0, 1, 5, 10, 25, 50, 100 μg·L-1；含Ni, Cu, Rb, Cd為0, 0.1, 0.5, 1, 2.5, 5, 10 μg·L-1的系列濃度混合溶液.

1.5　樣品溶液的制備

取厚樸藥材適量，粉碎過65目篩，取藥材樣品粉末約0.5 g，精密稱定，置于150 mL錐形瓶中，加入7 mL濃硝酸和4 mL高氯酸，加蓋，浸泡過夜.第2天將錐形瓶置于電爐上加熱消解，加熱過程中產(chǎn)生大量棕色氣體，調(diào)節(jié)電爐火力使溶液保持微沸，當(dāng)棕色氣體消失且消解液澄清透明時，停止加熱.將錐形瓶取下冷卻，消解液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用1%硝酸水溶液少量多次洗滌錐形瓶，洗液并入容量瓶中，再用1%硝酸水溶液定容至刻度，混勻，即得.同法同時制備樣品空白溶液.

1.6　樣品測定

測試前先用調(diào)諧液對儀器進行調(diào)諧，優(yōu)化儀器各項指標(biāo)，使其達到樣品測試要求.編輯測定方法，選取各元素合適的同位素質(zhì)量數(shù)，其中Mn, Fe以Sc作為內(nèi)標(biāo)，Ni, Cu, Zn, Rb, Sr以Ge作為內(nèi)標(biāo)，Cd, Ba, Pb以In作為內(nèi)標(biāo).在整個分析檢測過程中，內(nèi)標(biāo)進樣管始終插入內(nèi)標(biāo)溶液中，將樣品管依次插入按“1.4”項制備的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中，按照濃度由低到高進行測定，以每種濃度3次讀數(shù)與內(nèi)標(biāo)讀數(shù)比值的平均值為縱坐標(biāo)，對應(yīng)濃度為橫坐標(biāo)作各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線.后將樣品管插入各樣品溶液中測定，取3次讀數(shù)的平均值，代入標(biāo)準(zhǔn)曲線中計算相應(yīng)的濃度，扣除相應(yīng)樣品空白溶液的濃度，即為各元素的含量.計算公式為：wx=(ρx-ρ0)×V/m,式中：wx/(μgg-1)為樣品中各元素含量;ρx/(μgL-1)為標(biāo)準(zhǔn)曲線讀取的樣品濃度;ρ0/(μgL-1)為標(biāo)準(zhǔn)曲線讀取的樣品空白濃度;V/L為樣品定容體積;m/g 為稱樣量.

2　結(jié)果與討論

2.1　線性關(guān)系及方法檢出限

將系列標(biāo)準(zhǔn)溶液依次進樣，得到各元素的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)；取樣品空白溶液重復(fù)進樣11次，以目標(biāo)元素測定結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(3σ)除以該元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率(k)，即為該元素的方法檢出限，結(jié)果見表2.由表2可見：各元素相關(guān)系數(shù)均在0.9998～1.0000之間，線性關(guān)系良好；檢出限低，Cd的檢出限可達到ngL-1級別.

表2　厚樸中各元素的線性、檢出限、精密度和重復(fù)性檢測結(jié)果Tab.2　Determination results of the linear dependence,detection limit,precision and repeatability of each element from Magnolia officinalis

2.2　精密度試驗

取同一混合標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)進樣6次，計算RSD值得到各目標(biāo)元素的精密度，結(jié)果見表2.由表2可見，各元素RSD為0.34%～2.10%，說明儀器精密度良好.

2.3　重復(fù)性試驗

取同一厚樸樣品粉末6份，按照“1.5”項平行制備樣品溶液，測定并計算各元素含量及RSD.結(jié)果見表2.表2中各元素的RSD均小于5%，說明方法重復(fù)性良好.

2.4　準(zhǔn)確性試驗

2.4.1加標(biāo)回收率試驗

取已知含量的厚樸樣品0.5 g，共6份，精密稱定，分別精密加入高、低2個濃度水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個濃度平行實驗3份，按照“1.5”項方法制備樣品溶液并測定，計算各元素的加標(biāo)回收率，結(jié)果見表3.

表3　厚樸中各元素的加標(biāo)回收率結(jié)果Tab.3　Results of recovery tests of each element from Magnolia officinalis

由表3可見：樣品回收率在90.57%～114.56%之間，說明此方法準(zhǔn)確度高，能滿足樣品中各元素的分析要求.

2.4.2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗證試驗

由于未找到針對厚樸中金屬元素含量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，本文選用與厚樸成分相近的柑橘葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，GBW10020)進行方法驗證試驗.按照“1.5”項下樣品溶液的制備方法，對柑橘葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進行測定，結(jié)果見表4.

表4　標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果Tab.4　Determination results of standard substances

注：Ni給出的僅為參考值，無標(biāo)準(zhǔn)偏差

由表4可見，測得值均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，表明該方法準(zhǔn)確度較好.

2.5　厚樸樣品測定結(jié)果分析

取5個不同產(chǎn)地的厚樸樣品，按“1.5”項下樣品溶液制備方法制備樣品溶液，按“1.6”項下樣品測定方法測定不同產(chǎn)地樣品中的10種元素.測定結(jié)果見表5. 由表5可見：不同產(chǎn)地的厚樸樣品中同一元素的含量有明顯差異，陜西厚樸Mn, Fe, Ni含量較高，四川都江堰Fe, Zn含量最高，湖北黃石厚樸Mn, Fe, Rb含量較高，湖北恩施厚樸Sr含量最高，Mn, Ni, Ba含量最低，湖北神農(nóng)架厚樸Mn, Fe, Rb含量較低，Ni含量處于較高水平.這些差異可能與不同藥材種植地區(qū)空氣、水、土壤等生長環(huán)境要素有關(guān).

在所分析的元素中，Cu, Cd, Pb等重金屬會改變?nèi)梭w蛋白質(zhì)等物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，破壞人體組織細胞功能，且易在人體中累積，危害人體健康，需要嚴(yán)格控制.《藥用植物及制劑進出口行業(yè)綠色標(biāo)準(zhǔn)》[14]及《中國藥典》中重金屬限量指標(biāo)為：w(Cu)≤20 μg·g-1,w(Cd)≤0.3 μg·g-1,w(Pb)≤5 μg·g-1.由表5測試結(jié)果可見：不同產(chǎn)地厚樸樣品中Cu和Cd的含量均未超標(biāo)；而陜西、四川都江堰、湖北黃石3個產(chǎn)地厚樸樣品中Pb含量均超過了限量標(biāo)準(zhǔn)，或由于厚樸種植地區(qū)土壤污染等生態(tài)環(huán)境因素造成，或在藥材運輸、貯藏等過程中引起重金屬污染.有關(guān)部門應(yīng)更加重視中藥材種植環(huán)境、運輸、貯藏等環(huán)節(jié)重金屬污染的問題，加強監(jiān)管與控制.

表5　不同產(chǎn)地厚樸中金屬元素含量的比較Tab.5　Comparison of metal elements in Magnolia officinalis from different origins

注：樣品溶液中有些元素濃度較高，超出儀器測量范圍，需適當(dāng)稀釋后測定

厚樸藥材中Mn, Fe, Zn, Sr, Ba含量較為豐富.其中Mn對人體抗衰老、鈣磷代謝、粘多糖的合成、生殖與生長發(fā)育等生理過程有重要影響；Fe則參與人體血紅蛋白與氧結(jié)合，以及脫氧核糖核酸的合成等過程，且與中藥補氣、補血功效有重要聯(lián)系；Zn是參與人體免疫功能的一種關(guān)鍵元素，影響著人體的免疫健康；Sr與人體心血管功能、骨骼形成、神經(jīng)肌肉興奮性緊密相關(guān)，此外，許多抗癌藥中Sr的含量較高，在一定意義上，Sr具有抗癌防癌的作用[15,16].這些元素可能對厚樸藥效的發(fā)揮有一定影響，具體影響方式及作用原理有待進一步研究.

3　結(jié)語

本文建立了用ICP-MS同時分析測定厚樸藥材中10種金屬元素含量的方法，此方法穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確且靈敏度高，可完全滿足測定要求.對5個不同產(chǎn)地厚樸藥材進行對比分析，結(jié)果表明:不同產(chǎn)地厚樸中金屬元素含量有一定差異，且存在重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，為厚樸藥理作用研究及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)提供參考依據(jù).

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