微波消解ICP-MS法測定鐵莧菜中11種重金屬元素

孫 琰， 徐健蓉*， 游 朗， 向發(fā)椿， 王立東

(1.西南科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 綿陽 621000；2. 綿陽市農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)檢測中心， 四川 綿陽 621000)

鐵莧菜(AcalyphaaustralisL.)為一年生大戟科草本植物，別稱海蚌含珠，分布廣泛[1]，為我國常見中草藥，全草均可入藥，具清熱解毒、止痢、止血等功效[2]，并作為莧菜黃連素膠囊的主要成分被廣泛使用。在我國民間常用于治療小兒腹瀉、便血等癥。近年來，中草藥中重金屬超標(biāo)問題日益受到廣泛重視[3-5]。目前已有對三七、川明參等中藥材重金屬含量的報道[6-8]，但未見關(guān)于鐵莧菜重金屬含量的報道。建立準(zhǔn)確、快速測定鐵莧菜重金屬含量的檢測方法，對保障其質(zhì)量安全具有重要意義。ICP-MS是近年來檢測重金屬的首選技術(shù)[9-11]，該方法操作簡單、準(zhǔn)確度高、可同時檢測多種元素。為保障鐵莧菜的質(zhì)量，采用微波消解ICP-MS法檢測鐵莧菜中鉛(Pb)、砷(As)、汞(Hg)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)、銻(Sb)、鋅(Zn)11種重金屬含量，以期為鐵莧菜后繼開發(fā)利用提供一定參考。

1材料與方法

1.1材料

野生鐵莧菜：采于四川省郊區(qū)田埂，采集地距離縣道>1 000 m。鐵莧菜樣品由各地采集后，經(jīng)西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院鑒定為大戟科鐵莧菜屬尾葉鐵莧菜(AcalyphaaustralisL.)。采集地點(diǎn)及分布情況見表1。

表1 鐵莧菜樣品采樣分布情況

儀器：Millipore Mill-Q 超純水機(jī)(美國)，聚四氟乙烯微波消解罐，CEM MA RS5微波消解儀(美國)，PerkinElmer NexION 350 ICP-MS(美國)，多孔電熱板(北京)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)(上海)，小型中藥超微粉碎機(jī)(北京)。

試劑：多元素混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液(美國珀金埃爾默公司，1 000 μg/mL)，Hg單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液(美國珀金埃爾默公司，10 μg/mL)，Pb、As、Cd、Ni、Co、Sb、Cr、Cu、Zn、Ti單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液(美國珀金埃爾默公司，1 000 μg/mL)，Au標(biāo)準(zhǔn)儲備液(1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)，濃硝酸MOS級(蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司)，國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)黃芪(GBW10028，中國計(jì)量科學(xué)研究院)。超純水(18.2 MΩ)由Milli-Q超純水系統(tǒng)制得，用于配制所有標(biāo)準(zhǔn)溶液與樣品溶液。

1.2標(biāo)準(zhǔn)品溶液的配制

取混合重金屬元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液及重金屬Hg單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液，5%硝酸(v/v)溶液分別稀釋，配成含Pb、As、Cd、Ni、Co、Sb為0、0.5 μg/L、1 μg/L、2 μg/L、4 μg/L、8 μg/L、12 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液；含Cr為0、2 μg/L、4 μg/L、8 μg/L、12 μg/L、24 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)品混合液；含Cu為0、5 μg/L、10 μg/L、20 μg/L、40 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)品混合液；含Zn、Ti為0、2 μg/L、5 μg/L、10 μg/L、20 μg/L、50 μg/L、100 μg/L、150 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)品混合液；含Hg為0、0.05 μg/L、0.1 μg/L、0.2 μg/L、0.4 μg/L、0.8 μg/L、1.2 μg/L、2.4 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)品混合液。配制Hg標(biāo)準(zhǔn)工作溶液使用0.2% Au溶液與5%硝酸混合稀釋。

1.3樣品制備

采集的野生鐵莧菜樣品經(jīng)超純水清洗干凈后，65℃烘干至恒重。均勻粉碎，80目篩后密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4微波消解及樣品檢測

準(zhǔn)確稱取樣品0.200 0 g，置于20%硝酸浸泡24 h純水洗凈的聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL濃硝酸，酸化過夜，100℃下在多孔電熱板中加蓋預(yù)消解2 h，再微波消解程序(表2)進(jìn)行微波消解。消解完畢后，于60℃趕酸至無蒸汽從罐中逸出停止趕酸。此時溶液剩余1 mL左右，冷卻至室溫。轉(zhuǎn)移至50 mL離心管中，并用少量超純水洗滌消解罐2～3次，合并溶液定容至50 mL。同時消解空白樣。

打開ICP-MS，標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣并自動繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，各項(xiàng)參數(shù)正常后，樣品進(jìn)樣，測定各重金屬濃度。

表2樣品微波消解程序

1.5ICP-MS工作參數(shù)

試驗(yàn)用調(diào)諧液調(diào)試儀器，工作參數(shù)由儀器全自動調(diào)諧優(yōu)化給出(表3)，使儀器的靈敏度和分辨率達(dá)到最佳狀態(tài)，滿足試驗(yàn)的測定要求。

表3ICP-MS工作條件和測定參數(shù)

注：內(nèi)標(biāo)加入方式為在線內(nèi)標(biāo)加入。

Note: The addition method of the interior standard is the online interior standard addition.

1.6方法學(xué)考察

檢出限：根據(jù)國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)盟(IUPAC)規(guī)定，儀器檢出限為10個獨(dú)立樣品空白溶液中各元素測量值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對應(yīng)的濃度。儀器檢出限乘以稀釋倍數(shù)并除以稱樣量得到各元素的方法檢出限，方法定量限用10倍方法檢出限表示。

線性關(guān)系：在優(yōu)化的儀器條件下采集系列待測元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，由儀器自動繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線和確定線性相關(guān)系數(shù)。

精密度：在已設(shè)ICP-MS檢測條件下，取S2采樣地鐵莧菜樣品為供試品，同“1.4”法預(yù)處理后，重復(fù)測定6次。

重復(fù)性：精確稱取S2采樣地10份鐵莧菜樣品0.200 0 g，同“1.4”法預(yù)處理后，測定后計(jì)算各元素含量。

加標(biāo)回收率：取S2采樣地鐵莧菜樣品10份，每份精確稱取0.200 0 g，同“1.4”法預(yù)處理后，測定并計(jì)算加樣回收率和RSD。

穩(wěn)定性：取S2采樣地鐵莧菜樣品，同“1.4”法預(yù)處理后，于0、5 h、10 h、20 h、30 h重復(fù)測定。

準(zhǔn)確性：取國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)黃芪(GBW 10028)與“1.4”同法預(yù)處理測量重金屬含量。

2結(jié)果與分析

2.1方法學(xué)考察

2.1.1檢出限 從表4可知，經(jīng)過測定，檢測方法的檢出限為0.250～5.600 μg/L，方法定量限為2.50～56.00 μg/kg。

表4各元素儀器檢出限、方法檢出限和方法定量限

表511種金屬元素的線性方程、相關(guān)系數(shù)及精密度

2.1.2線性關(guān)系從表5可知，11種金屬元素均在相應(yīng)的線性范圍內(nèi)，相關(guān)系數(shù)r在0.999 2～1.000 0，線性關(guān)系良好。

2.1.3精密度11種重金屬元素的精密度RSD在0.21%～2.03%(表5)，表明該法精密度高，可以滿足測定要求。

2.1.4重復(fù)性11種重金屬元素的RSD均在3.43%以內(nèi)，表明試驗(yàn)重復(fù)性較高。

2.1.5加標(biāo)回收率從表6可知，11種重金屬元素的加樣回收率為88.1%～107.8%，RSD為0.23%～2.39%，符合痕量分析要求。

表611種重金屬元素的加樣回收率(n=10)

2.1.6穩(wěn)定性 11種重金屬元素RSD值為0.11%～2.19%，表明樣品供試液在30 h內(nèi)測定結(jié)果穩(wěn)定。

2.1.7準(zhǔn)確性從表7可知，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中各重金屬測定值在參考值范圍內(nèi)，表明該消解方法可靠、準(zhǔn)確性高。

2.2樣品測定

從表8可知，四川省不同地區(qū)鐵莧菜的11種重金屬元素中，Pb、As、Cu、Cd含量符合現(xiàn)行《中國藥典》標(biāo)準(zhǔn)(2015年版)，即Pb≤5.0 mg/kg，As≤2.0 mg/kg，Cu≤20 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg；成都、綿陽地區(qū)Hg含量均超過0.2 mg/kg。根據(jù)2015年最新頒布的《中醫(yī)藥-中藥材重金屬限量》ISO國際標(biāo)準(zhǔn)，Pb、As、Cd、Hg含量均未超標(biāo)，即Pb≤10.0 mg/kg，As≤4.0 mg/kg，Cd≤2.0 mg/kg，Hg≤3.0 mg/kg。其余重金屬在限量標(biāo)準(zhǔn)中并未限量，但過量攝入對人體有較大危害，還需進(jìn)一步研究分析。

表7標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)測定結(jié)果

Table 7 Detection of the standard reference materials(x，n=3，mg/kg)

元素Element測定值Detection value參考值Reference valuePb1.441.44±0.10As0.550.57±0.05Hg0.0120.012Cd0.0420.042±0.010Cr2.22.2±0.4Cu8.48.5±0.7Ti105102±11Ni2.242.23±0.15Co0.440.44±0.03Sb0.0630.063±0.014Zn22.922.3±1.0

從圖1可知，Hg、Cd、Pb在成都樣品中含量最高，其余元素在各地中含量差距不大。有研究表明[12]，Cd、Hg、Pb常受人為因素的影響，主要人為因素來源于生活污水、農(nóng)用機(jī)動車及農(nóng)藥殘留等。

表8四川省鐵莧菜樣品11種重金屬含量

圖1四川省不同地區(qū)鐵莧菜11科重金屬分布

Fig.1 Distribution of 11 heavy metals inA.australisin different regions of Sichuan Province

3結(jié)論與討論

試驗(yàn)建立微波消解ICP-MS測定鐵莧菜中11種重金屬元素的方法，11種金屬元素線性相關(guān)系數(shù)r在0.999 2～1.000 0，精密度RSD在0.21%～2.03%，重復(fù)性RSD均在3.43%以內(nèi)，穩(wěn)定性RSD值在0.11%～2.19%，加標(biāo)回收率RSD為0.23%～2.39%，表明該方法精密度高、重復(fù)性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、加標(biāo)回收率符合痕量分析要求。通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)黃芪(GBW10028)對方法進(jìn)行驗(yàn)證，測定值均在允許的偏差范圍內(nèi)。經(jīng)測定，四川省各地區(qū)鐵莧菜重金屬中，Pb、As、Cu、Cd含量均符合現(xiàn)行《中國藥典》標(biāo)準(zhǔn)(2015年版)，成都、綿陽地區(qū)Hg含量超標(biāo)。根據(jù)2015年最新頒布的《中醫(yī)藥-中藥材重金屬限量》ISO國際標(biāo)準(zhǔn)，Pb、As、Cd、Hg含量均未超標(biāo)。

中藥材、蔬菜和水果中的重金屬含量及殘留問題日漸受各國關(guān)注。鐵莧菜作為我國常見中草藥及可食野菜，測定其重金屬含量對于我國國民健康有重要意義。重金屬檢測分析方法中，ICP-MS技術(shù)具有速度快、干擾少、檢出限低并可同時檢測多種元素等特點(diǎn)。樣品前處理的消解過程中，采用多孔加熱板預(yù)消解和微波消解結(jié)合，可使多纖維植物能夠消解至澄清無雜質(zhì)，提高重金屬檢測的準(zhǔn)確性并能保護(hù)儀器，防止阻塞。同時，Hg元素測定時，在配制標(biāo)準(zhǔn)液中加入微量Au元素，可抑制Hg吸附效應(yīng)。并采用加蓋預(yù)消解和較低溫趕酸等方法，防止Hg在高溫消解中的損失。

試驗(yàn)測定四川部分地區(qū)鐵莧菜重金屬含量中僅有成都和綿陽地區(qū)Hg元素含量超標(biāo)。因成都地區(qū)人口較密集，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)，從而導(dǎo)致Cd、Hg等重金屬含量較高，應(yīng)引起相關(guān)部門重視，注意種植地選擇，降低當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染，嚴(yán)查藥材使用渠道。同時，我國及國際上對中草藥重金屬含量限定并不完善，其他未限量重金屬元素還有待進(jìn)一步考察。