ICP-MS 法測定荷葉無機元素含量差異分析及其指紋圖譜的建立

陳玉園，洪家順，王裕成，李道成，劉德根

（1.江西省道地藥材質(zhì)量評價研究中心，江西 贛江 330029；2.江西沃華濟順醫(yī)藥有限公司，江西 贛江 330029）

荷葉為睡蓮科植物蓮Nelumbo nucifera Gaertn.的干燥葉[1]?，F(xiàn)代研究表明，荷葉含有的主要成分有黃酮類[2-5]、生物堿[6-9]、原花青素[10]、有機酸[11]等，具有降脂、降糖、調(diào)脂、止痙、抗腫瘤、抗腦缺血、抗氧化等多種療效[12-13]，有治療腦卒中、痛風性關(guān)節(jié)炎間歇期高尿酸血癥及拮抗高脂血癥的作用[14-16]，但對荷葉無機元素含量的研究甚少。

為了解荷葉中無機元素的含量，本實驗以江西省贛州市的6 批荷葉為研究對象，通過微波消解-ICPMS 法同時測定枳殼中Li、Be、Ti 等25 種無機元素的含量，為荷葉的科學研究、開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 材料與試劑

多元素（Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn）標準溶液（批號GSB04-1767—2004，100 μg/mL），Rb（GSB 04-2836—2011，1 000 μg/mL），Mo（GSBG 62035—90，1 000 μg/mL），Cs[GSB 04-1724—2004（b）]；單元素標準溶液，采購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

UP 級硝酸，蘇州晶銳化學試劑公司；實驗用水為一級水；Hg（批號：22071135，1 000 μg/mL）、Se（批號：22101835，1 000 μg/mL），內(nèi)標溶液Ge（批號：22072635，1 000 μg/mL）、In（批號：21122035，1 000 μg/mL），采購于國家鋼鐵材料測試中心

荷葉信息詳見表1。

表1 樣品信息表

1.2 主要設(shè)備

ETHOS UP 微波消解儀和趕酸器，北京萊伯泰科；趕酸器，VB48 UP；ICAP RQ 電感耦合等離子體質(zhì)譜，美國賽默飛；XSR205DU/A 型電子天平，梅特勒-托利多；DHG-9240A 型臺式電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒；Pulverisette 11 刀式研磨儀，德國Fritsch。

1.3 實驗方法

1.3.1 儀器參數(shù)

ICP-MS：等離子體功率1 550 W；霧化器流量0.996 8 L/min；輔助氣流量0.800 L/min；采樣深度5 mm；冷卻氣流量14 L/min；碰撞氣1 流量5.122 L/min；檢測器電壓（脈沖）1 278.59V；檢測模式KED；內(nèi)標元素為鍺（72Ge）、銦（115In）。

1.3.2 標準溶液的制備

分別精確吸取鍺（72Ge）、銦（115In）元素標準溶液適量，用10%硝酸溶液逐級稀釋，配置成20 μg/L混合標準溶液，作為內(nèi)標溶液；

精確吸取適量Rb、Mo、Cs、Hg、Cs 單元素標準溶液 和（Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn）多元素標準溶液適量，用10%硝酸溶液逐級稀釋，用10%硝酸溶液逐級稀釋，配置成質(zhì)量濃度為0.00、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L 供電感耦合等離子體質(zhì)譜儀分析。

精確稱取0.5 g（精確至0.1 mg）烘干2 h 的荷葉樣品粉末于消解罐中，加入5 mL 高純硝酸后，預(yù)消解過夜，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序進行微波消解。試樣消解完成后，自然冷卻至40 ℃以下后取出，取出微波消解管，將消解液轉(zhuǎn)入50 mL 容量瓶中，用少量水洗滌消解罐3 次，洗滌液合并于容量瓶中,超純水定容至刻度,搖勻，即得（如有少量沉淀，必要時離心分取上清液）。同法制備試劑空白溶液。

1.4 安全性評價

1.4.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法通常是指能夠分別反映目標物中各個元素的污染程度，其計算公式為式（1）：

式中：Pi為目標物中污染元素i 的單因子污染指數(shù)，Ci為污染元素i 的實測含量值，mg/kg；Si為i 種污染元素的評價標準，mg/kg。

其中，根據(jù)《中華人民共和國藥典》（2020 版）一部對荷葉中重金屬及有害物質(zhì)的限量標準值：w（Cu）≤20.0 mg/kg，w（Hg）≤0.20 mg/kg，w（As）≤2.0 mg/kg，w（Cd）≤1.0 mg/kg，w（Pb）≤5.0 mg/kg。Pi≤0.7 為優(yōu)良，0.7 ≤Pi≤1.0 為安全，1.0＜Pi≤2.0 為輕污染，2.0＜Pi≤3.0 為中污染，Pi＞3.0 為重污染，Pi值越大，說明受到污染越嚴重[17]。

1.4.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法突出了高濃度污染物對環(huán)境質(zhì)量的影響，同時兼顧單因子污染指數(shù)的平均值。

由于樣品同時被多種重金屬元素污染，因而樣品污染評價要運用綜合指數(shù)法進行評價。

其計算公式如式（2）：

式中：P綜合為綜合污染指數(shù)；Pi，max為各單項污染指數(shù)中的最大值。P綜合≤0.7 為優(yōu)良，0.7＜P綜合≤1.0 為安全，1.0＜P綜合≤2.0 為輕污染，2.0＜P綜合≤3.0 為中污染，P綜合＞3.0 為重污染，P綜合值越大，說明受到污染越嚴重[17]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL2010 軟件建立不同產(chǎn)地枳殼樣品稀土元素含量的原始數(shù)據(jù)，采用Origin 2022 軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法的線性與檢出限

在儀器狀態(tài)穩(wěn)定下測定制備好的混合標準溶液，測定結(jié)果見表2，各元素相關(guān)系數(shù)在0.997～0.999，表明線性關(guān)系良好。

表2 各元素線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.2 無機元素含量測定

精密稱取6 批荷葉樣品按照試驗方法制備荷葉樣品溶液上機測定，結(jié)果詳見表3。如表3 所示，7 批荷葉樣品中均檢出21 種無機元素，但各元素的含量差異較大。從表2 可知，荷葉中無機元素Mn，含量均超過1 000 mg/kg，最高可達2 840.288 mg/kg；Ba 含量為49.091～166.57 mg/kg、Fe 含量為53.524～117.094 mg/kg，Sr、Ti、Rb、Zn 的含量在10～100 mg/kg；Li、Cu、Se 的含量在1～10 mg/kg；其他無機元素的含量均小于1 mg/kg。

表3 荷葉中無機元素含量 單位：mg/kg

2.3 重金屬及其有害元素安全性評價

根據(jù)《中華人民共和國藥典》（2020 版）一部對荷葉中重金屬及有害物質(zhì)的限量標準值[w（Cu）≤20.0 mg/kg，w（Hg）≤0.20 mg/kg，w（As）≤2.0 mg/kg，w（Cd）≤1.0 mg/kg，w（Pb）≤5.0 mg/kg]，6 批荷葉樣品中Cu、As、Cd、Hg、Pb 含量均符合規(guī)定；Hg 含量檢出結(jié)果接近藥典限量標準值，需加強監(jiān)管并引起注意。

不同產(chǎn)地荷葉中重金屬及有害元素安全性評價如表4 所示。S5 中的汞單項污染指數(shù)為0.920，介于0.7 和1.0 之間，評價為安全，S5 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為0.676，小于0.7，評價結(jié)果為優(yōu)良，雖然整體評價結(jié)果為優(yōu)良，但是仍然需要關(guān)注此產(chǎn)地荷葉中汞的含量，防止其超標；其他批次荷葉（S1、S2、S3、S4、S6）單項污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均小于0.7，評價為優(yōu)良，表明荷葉生長環(huán)境未受到污染。

表4 荷葉中重金屬及有害元素安全性評價

2.4 元素指紋圖譜

為了能更加直觀地繪制指紋圖譜，將Zr、Cd、Sn含量值放大10 倍；Cu 含量值縮小10 倍；Ti、Fe 含量值縮小100 倍；Ba 含量值縮小1 000 倍；Mn 含量值縮小10 000 倍，以元素種類為橫坐標，相對含量為縱坐標繪制無機元素的指紋圖譜，見圖1-1。將樣品的平均值生成枳殼稀土元素對照圖譜，見圖1-2。從圖1可知，不同樣品之間峰形相似，但各無機元素含量存在一定差異。

圖1 不同產(chǎn)地荷葉無機元素指紋圖譜

2.5 相關(guān)性分析

根據(jù)測試結(jié)果，對荷葉樣品中的無機元素（Sb 未檢出）進行相關(guān)性分析，結(jié)果見圖2。從圖2 可知，有17 對元素間呈顯著正相關(guān)，其中6 對呈極顯著正相關(guān)（**p＜0.01）；11 對元素之間呈顯著正相關(guān)（*p＜0.05），表明這些元素之間可能存在相互協(xié)同吸收的關(guān)系；Zr與Cs 呈顯著負相關(guān)（*p＜0.05），表明Zr 與Cs 可能存在拮抗作用。

圖2 不同產(chǎn)地荷葉無機元素相關(guān)性分析圖

2.6 聚類分析

對6 批次荷葉樣品中的無機元素含量進行聚類分析和熱圖繪制，結(jié)果如圖3 所示，6 批次產(chǎn)地的荷葉樣品被聚為兩大類，S3（石城縣）、S4（廣昌縣）、S6（廣昌縣）聚為第一類，S1（石城縣）、S2（石城縣）、S5（廣昌縣）聚為第二類；由此可以看出，同一地域的樣品仍然具有一定的差異性，這些差異可能與種植戶耕種的土地有關(guān)，土壤環(huán)境不一樣，植物在生長過程中吸收富集的無機元素含量就可能存在差異。

圖3 荷葉無機元素聚類熱圖分析

3 結(jié)論

本實驗通過微波消解處理樣品，減少了處理樣品的時間和試劑的使用，運用ICP-MS 法測定荷葉Li、Be、Ti 等25 種無機元素，采用碰撞反應(yīng)池（KED）模式和在線內(nèi)標法排除了多原子分子離子的干擾和機體效應(yīng)，從而保證了檢測方法的準確性、可靠性。此外，本實驗研究了不同產(chǎn)區(qū)和批次的荷葉中無機元素的含量，6 批荷葉樣品中Cu、As、Cd、Hg、Pb 含量均符合規(guī)定，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均小于0.7，評價為優(yōu)良，表明荷葉生長環(huán)境未受到污染。建立了荷葉中24 種無機元素的指紋圖譜，可作為荷葉的鑒別。

元素間相關(guān)性分析結(jié)果表明有6 對呈極顯著正相關(guān)（**p＜0.01）；11 對元素之間呈顯著正相關(guān)（*p＜0.05），1 對元素（Zr 與Cs）間呈顯著負相關(guān)（*p＜0.05），表明這些元素在吸收過程可能存在相互促進吸收或者拮抗的作用。聚類分析結(jié)果表明，各批次荷葉中的無機元素含量存在一定差異，這可能與作物種植的土壤環(huán)境有很大關(guān)系。

本實驗研究結(jié)果可為荷葉資源的鑒別工作提供研究思路，為其質(zhì)量安全提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。