ICP-MS法測定不同產地山茱萸中無機元素的含量

焦媛，車奇濤，薛淑娟，陳隨清

（河南中醫(yī)藥大學藥學院，河南鄭州450046）

山茱萸是《中國藥典》收載的常用中藥，也是藥食兼用的中藥材，為山茱萸科植物山茱萸（Cornus officinalis Sieb.et Zucc.）的干燥成熟果肉。山茱萸性微溫，味酸、澀，具有補益肝腎，收澀固脫的功效，用于眩暈耳鳴、腰膝酸痛、陽痿遺精、遺尿尿頻、崩漏帶下、大汗虛脫、內熱消渴[1]。山茱萸藥用歷史悠久，是六味地黃丸、十全大補丸等名方的組成之一。近年來，隨著社會的進步和人民生活水平的提高，人們對健康疾病不再滿足于被動治療，而是更加注重主動保健預防[2]，因此以山茱萸為原料的綠色無污染，無毒副作用的保健食品，越來越被人們所認可和喜愛。

現代藥理研究表明，山茱萸含有多種山茱萸苷，為山茱萸的主要藥效成分，此外還含熊果酸、馬錢素、β-谷甾醇等，這些成分具有補血健胃，抗菌，提高免疫能力，消除疲勞，延緩衰老，降血壓等藥理作用[3]。經研究發(fā)現中藥的藥理作用不僅與化學成分息息相關，與藥材中所含的無機元素也有著密切的關系[4]。藥材中的無機元素不僅影響植物生理代謝活動，促進植物生長發(fā)育，而且參與和調節(jié)體內必需的元素，與其藥用有機成分形成配合物，產生協(xié)同作用，增強其療效[5]。目前對山茱萸的研究多集中在化學成分、藥理活性研究及藥材的質量分析評價方面，對其無機元素研究鮮有報道。本研究采用電感耦合等離子質譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS） 對不同產地山茱萸中22種無機元素含量進行測定，比較不同產地山茱萸無機元素含量差異，為中藥山茱萸的質量評價及開發(fā)利用提供科學的依據。

1 材料

1.1 儀器

iCAP Qc電感耦合等離子體質譜儀：賽默飛世爾科技有限公司；EHD-40趕酸儀和MARS 6微波消解儀：美國培安公司；BSA124S-CW萬分之一天平：賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；Milli-Q Academic A10超純水機：美國Millipore公司。

1.2 試劑

硝酸（MOS）：山東西亞化學股份有限公司；過氧化氫（優(yōu)級純）：天津市致遠化學試劑有限公司；Na、Mg、Al、P、K、Ca、Fe混合標準溶液（GNM-M082201-2013）、Zn（GSB 04-1761-2004）、Pb（GSB 04-1742-2004）、Cd（GSB 04-1721-2004）、Cr（GSB 04-1723-2004）、As（GSB 04-1714-2004）、Cu （GSB 04-1725-2004）、Li（GSB 04-1734-2004）、Ti（GSB 04-1757-2004）、Mn（GSB 04-1736-2004）、Co （GSB 04-1722-2004）、Ni（GSB 04-1740-2004）、Se （GSB 04-1751-2004）、Sr（GSB 04-1754-2004）、Ba （GSB 04-1717-2004）、Hg（GSB 04-1729-2004）、Rh （GSB 04-1746-2004）、Sc（GSB 04-1750-2004）、In （GSB 04-1731-2004）、Ge（GSB 04-1728-2004）、Bi（GSB 04-1719-2004）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心，混合標準溶液為100 μg/mL，單元素標準溶液均為1 000 μg/mL；雙蒸水：由河南中醫(yī)藥大學生藥學實驗室（BM629）自制。

1.3 藥材

本次試驗樣品采于河南西峽、欒川、南召、浙江臨安、陜西佛坪5個不同產地，經河南中醫(yī)藥大學陳隨清教授鑒定為山茱萸科植物山茱萸Cornus officinalis Sieb.et Zucc.的干燥成熟果肉。共23批樣品，樣品信息見表1。

表1 山茱萸樣品采集信息Table 1 Sample collection information

續(xù)表1 山茱萸樣品采集信息Continue table 1 Sample collection information

2 方法

2.1 標準溶液的配置

第一組標準溶液：Na、Mg、Al、P、K、Ca、Fe、Zn 混合標準溶液的配置（重量法），取 Na、Mg、Al、P、K、Ca、Fe混合標準溶液1 mL和單元素Zn標準溶液0.1 mL于100 mL塑料瓶中，用2%硝酸定容至10 g，混勻，即得濃度為10 μg/mL混合標準溶液，然后用2%硝酸依次稀釋為 500、200、100、50、20、10 μg/L 的標準系列。

第 二 組 標 準 溶 液 ：Pb、Cd、Cr、As、Cu、Li、Ti、Mn、Co、Ni、Se、Sr、Ba混合標準溶液的配置（重量法），取各單元素標準溶液10 μL于100 mL塑料瓶中，用2%硝酸定容至100 g，混勻，即得濃度為100 μg/L的混合標準溶液，然后用 2%硝酸依次稀釋為 100、50、25、10、5、1 μg/L的標準系列。

第三組標準溶液：Hg單元素標準溶液的配置（重量法），取單元素標準溶液Au 1mL和Hg 5 μL于100 mL容量瓶中，用2%硝酸定容至100 g，混勻，即得濃度為50 μg/L的Hg標準溶液，然后用2%硝酸依次稀釋為2、1、0.5、0.1、0.05 μg/L 的標準系列。

內標溶液：Rh、Sc、In、Ge、Bi混合內標溶液的配置（重量法）：取各單元素標準溶液2 μL于100 mL塑料瓶中，用2%硝酸定容至100 g，混勻，即得濃度為20 μg/L的混合標準溶液，然后用2%硝酸稀釋為10 μg/L。

2.2 樣品前處理

將以上山茱萸藥材粉碎，過40目篩，粉末放入真空干燥箱60℃下干燥24 h，取出后放入干燥器內備用。

2.3 樣品的制備

供試品溶液的制備：精密稱取干燥恒重的樣品粉末0.3 g，置聚四氟乙烯消解管底部，加入硝酸6 mL和過氧化氫2 mL，蓋好內蓋，旋松外蓋，放置過夜。

預消解：將旋松外蓋的消解管放入趕酸儀中105℃預消解15 min，放置冷卻至25℃。

微波消解：旋緊外蓋，將消解管放入電熱套中，放置至微波消解儀內，按消解程序進行消解。消解完畢，將消解管從電熱套中取出，打開蓋子，待黃色煙霧散盡后，將消解液全部轉移至100 mL容量瓶中，用超純水定容至刻度，搖勻，過0.22 μm微孔濾膜，即得供試品溶液。同時同法制備試劑空白溶液。樣品消解程序見表2。

表2 微波消解儀工作條件Table 2 Working parameters of microwave digestion

2.4 ICP-MS儀器工作條件

在進行元素含量測定之前我們優(yōu)化了儀器的測定條件，測試時采用的試驗條件是：射頻等離子體（radio frequency plasma，RF）的功率1 550 W，載氣流速0.80 L/min，霧化器流速1.181 8 L/min，冷卻器流速13.94L/min，霧化室溫度2.6℃，分析時間0.6s，等離子體冷卻水流速0.55 L/min，等離子體排氣壓力0.38 Pa，采樣深度5 mm，測定次數為3次，掃描方式：跳峰。

2.5 樣品測定

在2.4項下儀器參數條件下依次對混合標準系列溶液和樣品溶液分別進行測定，由ICP-MS工作站軟件分析數據，儀器自動繪制出各個元素的標準曲線，并計算出樣品中各對應元素的含量。

3 結果與分析

3.1 方法學考察

3.1.1 線性關系

取適量上述配置的梯度濃度的標準溶液，在2.4項下儀器的工作參數條件下進行測定，計算線性回歸方程。待測元素回歸方程及相關系數等見表3，相關系數R均大于0.999，說明線性關系良好。

表3 待測元素的回歸方程及相關系數測定結果Table 3 Regression equations of the tested elements and correlation coefficient determination results

3.1.2 檢出限

在優(yōu)化ICP-MS的試驗條件下，測定8份空白樣品溶液，計算得到該方法對樣品中各元素的檢出限，結果見表3。

3.1.3 重復性試驗

精密稱取6份同一供試品各0.3 g，按照2.3項下方法制備供試品溶液，測得各元素含量，并分別計算各元素相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）值，如表3所示，發(fā)現所得到的RSD值均小于10%，符合有關規(guī)定，說明本方法重復性良好。

3.1.4 精密度試驗

Na、Mg、Al、P、K、Ca、Fe、Zn、Pb、Cd、Cr、As、Cu、Li、Ti、Mn、Co、Ni、Se、Sr、Ba 標液選取 50 μg/L 濃度，Hg 單標選取2 μg/L濃度，標液分別進樣6次，測得各元素的含量并計算RSD值，如表3所示，發(fā)現RSD值均小于5%，符合有關規(guī)定，說明儀器精密度良好。

3.1.5 加樣回收率試驗

稱取6份已測得含量的同一供試品0.15 g，計算0.15g樣品中各元素含量值，分別加入相同含量的80%、100%、120%標準溶液，即分為高、中、低3組樣品，每組樣品作3組平行試驗，按照2.3項下試驗條件進行處理，計算得到的各元素的平均回收率均在89.1%～106.7%之間，RSD均小于10%。表明該方法準確性良好，符合微量元素測定要求。結果見表4。

表4 待測元素的加樣回收率Table 4 Sample recovery rate of the tested element

3.2 測定結果

分別取23批樣品粉末，按2.3項下方法制備供試品溶液，按2.4項下儀器工作條件測定樣品各元素含量。測定結果見表5。

表5 山茱萸樣品中22種無機元素含量測定結果Table 5 Determination results of 22 inorganic elements in samples

分析表5中測定結果發(fā)現，所測的22種無機元素中以元素 K、Ca、Mg、P、Fe、Na、Al含量較高，其中 K 的含量最高，其次依次為Ca、Mg、P的含量較高；產于浙江臨安的山茱萸中K、Ca、Mg、Na的含量比其他幾個產地山茱萸都要高，K含量高達39 311.87 mg/kg，Ca、Mg、Na 含量分別為 8 490.49、2 578.90、143.81 mg/kg。Sr、Ti、Ba、Mn、Ni、Li、Co、Se、Cr的含量較低，且它們之間也具有明顯的差別，例如山茱萸中Se、Co的平均含量為 0.027 4、0.050 7 mg/kg，而 Sr、Ti的平均含量為10.273 6、7.417 5 mg/kg，比 Se、Co 的含量高出 2～3 個數量級，或許這些元素之間的差異性使得元素之間組成特定比例，與藥材自身含有的物質基礎形成協(xié)同作用，促進藥材藥效的發(fā)揮。另外，對重金屬元素Pb、Cd、As、Hg、Cu進行分析顯示，這23批山茱萸樣品中5種重金屬含量均符合WM/T2-2004《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》，即 Pb≤5.0 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg，As≤2.0 mg/kg，Hg≤0.2 mg/kg，Cu≤20 mg/kg。

3.3 無機元素含量分布曲線

根據全定量測定的22種無機元素結果，發(fā)現元素之間含量差異懸殊，按其含量高低分別制作分布曲線，將含量較多的 K、Ca、Mg、P、Fe、Na、Al作為一組，含量較少的 Ba、Sr、Zn、Ti、Mn、Cu、Cr、Pb 作為一組，Li、Co、Ni、Se、As、Cd、Hg 作為一組。為了繪圖方便，取元素 K含量的二分之一。繪制出5個產地山茱萸樣品無機元素含量分布曲線，發(fā)現不同產地山茱萸各元素分布呈現相似的分布趨勢，具體結果如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 元素 K、Ca、Mg、P、Fe、Na、Al的含量分布圖Fig.1 Distribution of the contents of elements K，Ca，Mg，P，Fe，Na and Al

圖2 元素 Ba、Sr、Zn、Ti、Mn、Cu、Cr、Pb 的含量分布圖Fig.2 Distribution of the contents of elements Ba，Sr，Zn，Ti，Mn，Cu，Cr and Pb

圖3 元素 Li、Co、Ni、Se、As、Cd、Hg 的含量分布圖Fig.3 Distribution of the contents of elements Li，Co，Ni，Se，As，Cd，Hg

由圖1可以直觀地看出產于浙江臨安的山茱萸中K、Ca、P、Mg的含量均比其他幾個產地高，其中K元素尤為顯著。圖2中浙江臨安的山茱萸含Ba元素明顯較高，其余不同產地的各元素含量差異不大。圖3中明顯可以看出產于陜西佛坪和浙江臨安的樣品Ni元素含量高于河南地區(qū)Ni元素的含量，其余不同產地各元素的含量差異不大。

3.4 樣品無機元素間方差分析

采用SPSS20.0對23批山茱萸樣品中22種無機元素的含量數據進行單因素方差分析，并運用字母標記法進行標記，分析結果見表6。

由表6可以看出，浙江臨安的樣品中K元素與河南西峽、欒川和陜西佛坪的樣品具有顯著性差異，與河南南召的山茱萸樣品具有極顯著性差異。浙江臨安的山茱萸樣品中的元素Cu、Ba含量與其他幾個產地樣品均具有極顯著性差異，而這兩個元素在其他幾個產地樣品之間均無顯著性差異，因此元素K、Cu、Ba是浙江臨安的山茱萸與其他幾個產地山茱萸區(qū)別的特征性元素。另外河南西峽、欒川與南召的山茱萸樣品中元素 K、Al、Na、Zn、Ba、Ti、Cu、Ni均無顯著性差異。陜西佛坪的山茱萸樣品與浙江臨安樣品中元素K、Ca、Mg、Na、Zn、Sr具有顯著性差異，元素 Ba、Cu 具有極顯著性差異，其中產于陜西佛坪山茱萸中的Sr元素與產于河南西峽、南召的樣品也具有顯著性差異，因此元素Sr是陜西佛坪的山茱萸與浙江臨安、河南西峽、南召區(qū)別的特征性元素。另外由上表可以看出西峽、欒川、南召、佛坪和臨安5個產地的山茱萸樣品在測定過的22種無機元素中有7種元素不具有顯著性差異，分別是元素 Li、Cr、Fe、Co、As、Se、Hg，其中元素 Fe 的含量較高，且樣品之間沒有顯著性差異。

表6 方差分析結果Table 6 Analysis of variance results

4 結論與討論

本試驗建立了ICP-MS法同時分析河南西峽、欒川、南召、陜西佛坪、浙江臨安5個產地山茱萸樣品中22種無機元素含量的方法，對不同產地樣品的無機元素含量進行比較分析，結果表明不同產地來源的山茱萸樣品中均含有豐富的 K、Ca、Mg、P、Na、Fe、Al、Zn 等無機元素，具有豐富的營養(yǎng)價值，且 Cu、As、Cd、Hg、Pb等重金屬含量也均在限定范圍內。其中，浙江省臨安縣樣品 Na、Mg、Ca、Zn、Ti、Ba元素含量最高，陜西佛坪K、Al元素含量最高，河南南召Fe元素含量最高，河南西峽Sr元素含量最高。同時對含量結果進行方差分析，結果表明陜西省佛坪產地山茱萸樣品中K、Ca、Mg、Na、Zn、Ba、Sr、Cu 等元素與浙江臨安產地樣品有顯著性差異，而與河南省各產地樣品中大部分無機元素均無顯著性差異，并且河南省西峽、欒川、南召各產地中無機元素基本無顯著性差異。

山茱萸具有補益肝腎、收澀固脫的作用，這與山茱萸中的無機元素有著緊密的關系。管競環(huán)等[6]認為無機元素作為決定中藥藥性的物質基礎，雖然其含量較低，但是它可以直接作用于有機體發(fā)揮藥效。K離子作為機體內重要的電解質存在于組織及細胞中，主要維持機體肌肉正常的韌性，促進蛋白質及碳水化合物的代謝[7]，Ca參與了神經和肌肉的活動，維持組織的應激性，還可以調整心律，降低毛細血管和細胞膜的通透性[8]，Mg可以促進心肌代謝，抗心律失常作用顯著，同時擴張血管，使血壓下降[9]，K、Ca、Mg協(xié)同調節(jié)神經肌肉的興奮，對保護神經、肌肉及骨骼有一定的促進作用，這與山茱萸具有的神經保護、心肌保護及抗骨質疏松[6]的藥理活性一致；Se既可以延緩人體衰老，抑制敏感細胞增生，降低機體對各種致癌物的敏感性，抑制癌細胞分裂，同時促進T淋巴細胞的增殖以促進抗體的合成[10]，對山茱萸抗衰老、抗腫瘤[11]作用具有促進作用。Fe是人體造血所必需的主要微量元素，參與氧的運輸和造血過程[9]，Zn參與人體代謝，維持人體生長發(fā)育，對增強人體免疫健康起著重要的作用[12]，Mn可以促進骨骼的生長發(fā)育，改善機體的造血功能，并且具有保護機體細胞免疫和體液免疫系統(tǒng)的正常功能[9]，龔太平等[13]對傳統(tǒng)中醫(yī)抗衰老中藥的微量元素進行分析，發(fā)現具有補腎作用的補益中藥中均含豐富的與人體衰老相關的無機元素 Ca、Fe、Zn、Cu、Mg 等，且山茱萸作為中醫(yī)臨床常用的名貴傳統(tǒng)抗衰老藥物[14]，其內部含有豐富的Ca、Fe、Zn、Cu、Mg等元素，這與山茱萸補益肝腎，澀精固脫的功效一致；申明金等[15]對通草類中藥微量元素的主成分分析和聚類分析可知，Zn、Fe、Mn能與藥材中的有機成分形成絡合物和鹽類，從而起到清熱、抗菌作用，且Zn、Mn被視為“歸腎經”的物質基礎，它們在補腎方面發(fā)揮著重要的作用。

通過結合上述元素的生理功能與相關文獻報道，發(fā)現微量元素之間的特定比例能產生一定的協(xié)同作用，且與中藥本身具有的藥效存在相關性[15]。這與山茱萸具有降血糖、抗腫瘤、抗衰老、抗炎鎮(zhèn)痛、提高免疫力、抗骨質疏松、肝腎保護、神經及心肌保護作用等[14]相一致。而且隨著科學技術的不斷發(fā)展，山茱萸已經顯示出越來越多的藥用功效，且廣泛應用于糖尿病、心臟病、血栓、癌癥、艾滋病等現代臨床疾病中[16]。近年來隨著人們對養(yǎng)生理念的日益加深，山茱萸保健酒、山茱萸保健食品、山茱萸保健飲料等[17]食用產品層出不窮。本試驗通過對5個主要產地的山茱萸無機元素的綜合對比研究，為山茱萸種植基地的選擇及質效評價提供依據，為以后大規(guī)模食品加工生產提供參考。