微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定根莖類中藥材中多種重金屬元素含量

馮 俊，李清清

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，國家食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海），上海 200233）

由于中藥的天然生長屬性，在環(huán)境中受水、土壤等因素影響較大，特別是重金屬元素，會(huì)隨藥材的生長富集，如果含量過高會(huì)影響其在臨床使用上的安全性[1-2]?！吨袊幍洹罚?020年版）對(duì)中藥中鉛（Pb）、砷（As）、汞（Hg）、鎘（Cd）、銅（Cu）制定了限量值[3]。測定中藥中重金屬的方法主要有原子吸收光譜法[4-5]、原子熒光光譜法[6-9]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法[10-15]。電感耦合等離子體質(zhì)譜法是目前發(fā)展迅速的一種元素檢測方法，具有檢測靈敏度高、線性范圍寬、精密度高，多元素同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn)，較多應(yīng)用于中藥分析。本研究以根莖類中藥材為基質(zhì)，研究測定8種代表性重金屬元素的方法，并對(duì)市售的38批次中藥進(jìn)行測定，為中藥的質(zhì)量安全、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和產(chǎn)品監(jiān)管提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支撐。

1 儀器與材料

Mars 6微波消解儀（美國CEM公司）；Nexlon 300D電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（珀金埃爾默股份有限公司）；Miletone酸純化系統(tǒng)（意大利Miletone公司）；PT60石墨消解儀（北京普立泰科儀器有限公司）。

市售根莖類中藥材38批次，具體品種見表2。

Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液[GBW(E)080129]；As單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液[GBW（E）080117]；Hg單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液[GBW（E）080124]；Cd單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液[GBW（E）080119]；Cu單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GBW08615）（中國計(jì)量科學(xué)研究院）；鍺（Ge）單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB 04-1728-2004）；銦（In）單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB04-1731-2004）；錸（Re）單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB04-1745-2004）（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；硝酸（優(yōu)級(jí)純，國藥試劑）；超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm，美國Millipore公司）；ICP-MS 調(diào)諧溶液（1 μg/L，Be、Ce、In、Li、Mg、U，珀金埃爾默股份有限公司）。

2 方法與結(jié)果

2.1 樣品前處理

樣品經(jīng)混勻后，稱取0.3～0.5 g（精確至0.0001 g）于微波消解管中，加入經(jīng)純化的硝酸6 ml，再置于電爐上，100 ℃預(yù)反應(yīng)30 min，后置入微波消解儀，按照微波升溫程序進(jìn)行消解，冷卻取出，置于石墨消解儀，170 ℃將酸液揮發(fā)至約2 ml，冷卻，用超純水轉(zhuǎn)移至50 ml量瓶，定容，上機(jī)檢測。同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。微波升溫程序見表1。

表1 微波消解升溫程序

2.2 儀器測試條件

載氣為高純氬氣；入射功率：1350 W；等離子體氣流量：16.0 L/min；輔助氣流量：1.0 L/min；碰撞氣流量：2.0 L/min；霧化氣流量：1.0 L/min；采樣深度：5.0 mm；進(jìn)樣后沖洗時(shí)間：10 s；檢測質(zhì)量數(shù)：m/z=208（Pb），m/z=75（As），m/z=202（Hg），m/z=111（Cd），m/z=63（Cu），As、Cu采用m/z=72（Ge）作為內(nèi)標(biāo)，Cd采用m/z=115（In）作為內(nèi)標(biāo)，Hg、Pb采用m/z=185（Re）作為內(nèi)標(biāo)。

2.3 樣品檢測結(jié)果

按照實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的條件，對(duì)市售8個(gè)品種共38批次根莖類中藥進(jìn)行測定，計(jì)算5種元素含量，結(jié)果見表2。

表2 市售根莖類中藥材中元素含量

3 討論

3.1 消解條件的選擇

分別采用純硝酸、硝酸-鹽酸、硝酸-雙氧水等3種消解液對(duì)樣品進(jìn)行處理，經(jīng)過消解后，發(fā)現(xiàn)3種酸液均可將樣品完全消化至澄清，均沒有沉淀和懸浮物干擾，考慮到樣品處理的便捷性以及減少質(zhì)譜檢測中的干擾，故選擇純硝酸對(duì)樣品進(jìn)行處理。

3.2 質(zhì)譜分析條件的選擇

分析前，使用質(zhì)譜調(diào)諧液對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)諧，使高中低質(zhì)量數(shù)的響應(yīng)值達(dá)到調(diào)諧參數(shù)要求，氧化物CeO+/Ce+低于0.025 %，雙電荷Ce2+/Ce+低于0.03 %。為了減少進(jìn)樣后Hg元素的記憶效應(yīng)，設(shè)置進(jìn)樣后沖洗10 s，沖洗液為1 %硝酸溶液。

在選擇檢測質(zhì)量數(shù)時(shí)，一方面考慮元素的質(zhì)量數(shù)豐度比和響應(yīng)值，另一方面考慮儀器和基質(zhì)中的元素干擾，如Pb和Hg元素有多個(gè)質(zhì)量數(shù)，Pb的同位素質(zhì)量數(shù)中豐度較大的為206，207，208，同位素干擾較少；Hg的同位素質(zhì)量數(shù)中豐度較大的是199，200，201，202，其主要受同質(zhì)量數(shù)Wo202干擾。經(jīng)分析，在檢測溶液中幾乎不存在對(duì)此兩個(gè)元素形成多原子離子干擾的元素，所以Pb和Hg均選擇最大豐度比的質(zhì)量數(shù)m/z=208（Pb）、m/z=202（Hg），以獲得較好的靈敏度。Cd的同位素質(zhì)量數(shù)中豐度比較大的為110，111，112，113，114，其主要受Pd、Sn、In同位素質(zhì)量數(shù)和氧化物ZrO、多原子離子ArGe干擾，經(jīng)綜合比較，選擇m/z=111（Cd）作為分析質(zhì)量數(shù)；Cu有63和65兩個(gè)質(zhì)量數(shù)，由于質(zhì)量數(shù)65受Ba2+和TiO2干擾，故選擇m/z=63（Cu）進(jìn)行檢測；As只有1個(gè)質(zhì)量數(shù)，遂選擇m/z=75（As）進(jìn)行分析。同時(shí)為了盡量消除質(zhì)譜中多原子離子的干擾，5種元素均選擇碰撞反應(yīng)池分析模式。

為了校正進(jìn)樣霧化量、質(zhì)量歧視和儀器波動(dòng)等產(chǎn)生的信號(hào)變化，在上機(jī)檢測時(shí)在線加入與待測元素質(zhì)量數(shù)接近的內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正，內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)量數(shù)應(yīng)盡量與待測元素相近，且樣品溶液中不含有內(nèi)標(biāo)元素，經(jīng)對(duì)目標(biāo)元素質(zhì)量數(shù)的對(duì)比和樣品溶液中內(nèi)標(biāo)元素的信號(hào)檢測，As，Cu采用m/z=72（Ge）作為內(nèi)標(biāo)，Cd采用m/z=115（In）作為內(nèi)標(biāo)，Hg，Pb采用m/z=185（Re）作為內(nèi)標(biāo)。

3.3 線性范圍和檢出限

用5 %的硝酸溶液配制5種元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，Pb，As，Cd，Cu標(biāo)準(zhǔn)曲線配制濃度為1.00，5.00，10.0，25.0，50.0 μg/L，Hg標(biāo)準(zhǔn)曲線配制濃度為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，在上述優(yōu)化的條件下進(jìn)行分析，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，檢測20次試樣空白，計(jì)算20次空白濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD，則3倍和10倍的SD值分別為儀器的檢出限和定量限，再將儀器的檢出限和定量限作為檢測值帶入到稱樣量和定容體積中進(jìn)行計(jì)算，得到方法定性限和定量限。各元素線性方程和相關(guān)系數(shù)及檢出限分別見表3和表4。

表3 各元素線性方程和相關(guān)系數(shù)

表4 各元素檢出限

由結(jié)果可見，5種元素的線性關(guān)系均良好，檢出限均可達(dá)到μg/kg級(jí)別，可滿足檢測需求。考慮到Hg有一定的記憶效應(yīng)，并結(jié)合樣品中Hg的普遍含量，Hg的標(biāo)準(zhǔn)曲線最高點(diǎn)設(shè)置較其他元素低，最高點(diǎn)為2.5 μg/L。

3.4 加標(biāo)回收率

由于植物根莖類中藥樣品的消化液組成成分相近，選擇38批次市售根莖類中藥中一種，進(jìn)行基質(zhì)加標(biāo)回收試驗(yàn)。試驗(yàn)采用4號(hào)葛根樣品為基質(zhì)，選擇低、中、高3個(gè)不同水平濃度加標(biāo)，Pb，As，Cd，Cu加標(biāo)濃度分別為0.10，1.00，4.00 mg/kg，Hg加標(biāo)濃度分別為 0.05，0.10，0.20 mg/kg，各元素加標(biāo)回收率結(jié)果見表5。由結(jié)果可見，Pb，As，Cd，Cu在回收率為92.5 %～107 %；Hg回收率為85.1 %～91.5 %。由于Hg是低溫元素且添加量較低，在消化過程中可能造成散失，回收率較其他元素稍低。根據(jù)GB/T 27404-2008《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》[16]，各元素相應(yīng)濃度的回收率均在可接受范圍之內(nèi)。

表5 各元素加標(biāo)回收率

3.5 精密度

以2號(hào)黃芪為基質(zhì)，處理6個(gè)平行樣，經(jīng)檢測后計(jì)算平均含量，考察方法精密度，以RSD表示，結(jié)果見表6。結(jié)果表明各元素RSD均在5 %以內(nèi)，可滿足檢測需求。

表6 檢測精密度

3.6 耐用性

小幅度改變各項(xiàng)試驗(yàn)條件考察對(duì)目標(biāo)物質(zhì)檢測結(jié)果是否產(chǎn)生較大影響，本實(shí)驗(yàn)涉及的主要因素有微波消解溫度、微波消解時(shí)間、定容體積和儀器霧化氣流量、碰撞氣流量、采樣深度等，以2號(hào)黃芪消化液為實(shí)驗(yàn)基質(zhì)，采用不同的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察前處理?xiàng)l件及儀器條件改變對(duì)檢測的影響，結(jié)果見表7和表8。

表7 改變前處理?xiàng)l件檢測結(jié)果

表8 改變儀器條件檢測結(jié)果

結(jié)果表明，當(dāng)小幅度改變前處理?xiàng)l件時(shí)，5種元素的檢測結(jié)果RSD均在5 %以內(nèi)，方法對(duì)前處理?xiàng)l件的耐用性較好，可接受前處理?xiàng)l件的小幅波動(dòng)。

本法使用的霧化氣流量1.0 L/min、碰撞氣流量3.0 L/min、采樣深度5 mm等條件，均為進(jìn)樣前對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)諧而確定，在此基礎(chǔ)上小幅度改變儀器條件考察結(jié)果的變化。當(dāng)改變霧化器流量時(shí)5種元素的檢測結(jié)果RSD均在5 %以內(nèi)；改變碰撞氣流量時(shí)，As和Hg檢測結(jié)果RSD超過5 %，主要是由于改變碰撞氣流量對(duì)儀器信號(hào)值影響明顯，而As和Hg的響應(yīng)值相對(duì)較低，所以波動(dòng)較大；改變采樣深度時(shí)，Pb，As，Hg的檢測結(jié)果RSD超過5 %，采樣深度對(duì)元素進(jìn)入儀器時(shí)的狀態(tài)有較大影響，說明Pb，As，Hg元素受進(jìn)樣狀態(tài)影響較明顯；綜合分析，碰撞氣流量和采樣深度對(duì)檢測結(jié)果有一定影響，但5種元素檢測結(jié)果RSD仍在10 %以內(nèi)，本法對(duì)儀器條件波動(dòng)有一定耐受性，但要注意開始檢測前對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)諧，確定儀器達(dá)到較好的檢測狀態(tài)。

3.7 溶液穩(wěn)定性

以2號(hào)黃芪消化液為實(shí)驗(yàn)基質(zhì)，對(duì)溶液按照0，1，3，6，9，12 h間隔進(jìn)行測定，考察樣品溶液的穩(wěn)定性，結(jié)果見表9。用特性量值隨時(shí)間變化曲線是否具有單方向變化趨勢判斷，并采用經(jīng)典線性模型對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。

表9 穩(wěn)定性檢測結(jié)果

根據(jù)趨勢法計(jì)算規(guī)則，計(jì)算斜率b1及其不確定度s(b1)，然后比較斜率的絕對(duì)值|b1|和t(α，n-2)×s(b1)的大小，考察斜率b1的顯著性。如果|b1|＜ t(α，n-2)×s(b1)，表明溶液穩(wěn)定；若|b1|＞t(α，n-2)×s(b1)，則表明溶液不穩(wěn)定，其中 n為考察次數(shù)，α為t檢驗(yàn)分位數(shù)置信水平。由結(jié)果比較可見，Pb，As，Cd，Cu元素在12 h內(nèi)溶液濃度未發(fā)生明顯變化；Hg在12 h內(nèi)溶液變化顯著，呈下降趨勢，而在6 h內(nèi)變化不明顯。所以消化后的樣品溶液需在6 h內(nèi)進(jìn)行檢測，以免造成Hg檢測結(jié)果偏低。

3.8 樣品檢測結(jié)果討論

按照《中國藥典》2020年版四部通則中Pb，As，Hg，Cd，Cu的限量值分別為5，2，0.2，1，20 mg/kg，由表2可見，38批次中藥材中有35批次5種元素含量均符合中國藥典的限量值要求，有3批次中藥材的Hg含量超過藥典的限量值要求，分別為4號(hào)黃芪、3號(hào)三七、5號(hào)黃精，其中3號(hào)三七Hg含量超過限量值近百倍；另外，5號(hào)葛根和2號(hào)當(dāng)歸的Pb含量較高，雖沒有超過藥典限量值，但明顯高于其他批次中藥材。由結(jié)果可見，市售中藥材總體情況向好，但也存在個(gè)別藥材不符合藥典要求的情況，特別是Hg在自然界代謝運(yùn)輸中易富集在動(dòng)植物體內(nèi)，需在監(jiān)管中進(jìn)一步重視，同時(shí)也需密切關(guān)注重金屬Pb含量在中藥材中的富集代謝情況。

4 結(jié)論

本文以中藥材中應(yīng)用廣泛的根莖類中藥作為檢測對(duì)象，建立了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測定根莖類中藥材中Pb，As，Hg，Cd，Cu的方法。以微波消解對(duì)樣品進(jìn)行消化，通過比較不同酸液消化效果，采用純硝酸體系進(jìn)行前處理；同時(shí)，對(duì)電感耦合等離子體質(zhì)譜檢測參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，采用碰撞反應(yīng)模式、內(nèi)標(biāo)法定量，并對(duì)檢測質(zhì)量數(shù)的選擇進(jìn)行了分析討論。在優(yōu)化條件下，對(duì)方法的線性、檢出限、加標(biāo)回收率以及精密度進(jìn)行了驗(yàn)證，并對(duì)市售38批次根莖類中藥材進(jìn)行測定。結(jié)果表明本法前處理操作簡便，檢測結(jié)果準(zhǔn)確性好、精密度高，可滿足中藥中多種重金屬元素檢測需求；多種藥材檢測結(jié)果也可給相關(guān)部門監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)依據(jù)。