中藥中微量元素分析研究進展

◎張健

中藥中微量元素分析研究進展

◎張健

隨著人們生活水平的提高和在“回歸自然”的思潮的影響下，中藥日益受到人們的普遍關注。由于防治疾病的實際需要與生物無機化學發展的推動，以及毒理學和環境污染的研究的日益深入和中藥現代化，中藥走向國際市場面臨的機遇和挑戰。微量元素是指生物體所需要的、不可缺少的、且以極少量存在的元素。中藥無機成分尤其是微量元素的研究成為一大熱點問題。本文對我國中藥開發利用情況、國內外中藥元素分析情況進行了綜述。

中藥具有療效顯著、毒副作用小的特點，因而在世界范圍得到了越來越廣泛的應用。尤其是在亞洲國家，投入了大量的人力和財力，采用先進的科學技術對傳統中藥進行深入研究和重新開發。我國的中藥現代化研究也已經取得了長足的進展，藥物研究積累了很豐富的經驗和知識。中藥安全性評價主要通過各種分析技術對制劑中有效、有毒、有害成分的信息充分而準確的了解和掌握。有計劃地調查整理，并以現代科學方法加以提高和發展，是創造我國新醫藥學的一個重要內容。其中關于中藥中微量元素測定與評價的研究是重要內容之一。

我國中藥開發利用現狀

我國中藥藥用資源極為豐富，全國藥用資源共12807種，其中藥用植物11146種，藥用動物1500余種，藥用礦物80種；用量較大的藥材均能人工栽培，是世界上最大的藥材生產國。我國中藥目前出口130多個國家或地區，年出口創匯總額超過6億美元；中藥復方在應用上品種繁多，這為新藥開發、保健食品的開發提供了得天獨厚的來源；特別是中藥在臨床上表現出來的相應毒副作用小或無毒副作用、無耐藥性，對一些疑難病、慢性病和老年病有獨特的療效等優勢引起了世界許多國家的重視，他們紛紛把目光轉移到對中藥的研究上來。

我國目前出口的大部分為原料中藥材（占65%左右）和保健藥，這與我國作為中藥發源地的地位極不相稱。我國中藥加工程度低，附加值低，中成藥中具有“三效”，（速效、長效、高效）、“三小”，（毒性小、副作用小、用量小）和“三便”，（儲存方便、攜帶方便、服用方便）并符合國際標準的品種很少，我國中藥大多包裝簡陋，外觀欠美觀，而且包裝上使用說明多不規范，給人以劣質產品的感覺，因此在國際競爭中處于不利地位。

由于中藥材來自農副產品，加工手段較簡單，再加上生產工藝不盡合理，導致許多產品技術含量低，有些產品不但無法定性甚至連定量都困難，所以難以保證產品質量的穩定性，且各種藥材的有效成分不能相對穩定，與臨床療效不一致，自然難有好銷路和高利潤。目前，我國在中藥種植、生產、有效成分測定、毒理藥效檢測、質量檢測、包裝貯存等方面尚缺乏統一的標準，此外，在種植藥材過程中，因濫用農藥而造成農藥殘留過多及重金屬含量超標（高于FAO/WHO規定的標準），嚴重影響中藥的安全性。

傳統中藥制劑多采用先進制藥生產技術，藥品質量保證、療效顯著、副作用小、服用方便，深受患者認可。隨著人類生活質量提高，中藥（天然藥物）制劑在世界范圍內防病、治病作用被重新認識，應用普遍。但美國FDA將中藥歸屬健康食品，對其有害元素的含量有嚴格限量控制，必須對中藥中的有害元素進行檢測控制。加入WTO后中藥的國際貿易將以國際通行的標準進行。目前國際上雖然尚無植物類藥（中藥）的標準，但是FAO和WHO均制定了食品、蔬菜及茶葉重金屬的允許攝入量。

中藥中微量元素的測定意義

微量元素是指生物體所需要的、不可缺少的、且以極少量存在的元素。自然界中存在的九十種元素，幾乎在人體內都能找到。按照含量多少，可將這些元素分為兩大類：占人體總重量99.9%以上的稱為宏量元素（如氧、碳、氫、氮等），而不及0.05%的稱為微量元素（如鐵、鋅、銅、砷等）。目前發現的五十多種微量元素，按照其在人體中生物作用的性質，可分為人體必需的、非必需的和對人體有害的三大類。其中必需元素有 Mn、Fe、Zn、Cu、Co 等，非必需元素有 Si、Be、Al、Ba、Rb 等，有害元素有As、Cd、Hg、Pb、Sb、Tl等。當然，此處的“必需”、“有害”只是一個相對的概念。

隨著人們生活水平的提高和在“回歸自然”的思潮的影響下，傳統醫藥日益受到人們的普遍關注，“綠色食品”和“天然藥物”倍受青睞。又由于防治疾病的實際需要與生物無機化學發展的推動，以及毒理學和環境污染的研究的日益深入和中藥現代化，中藥走向國際市場面臨的機遇和挑戰，中藥無機成分尤其是微量元素的研究成為一大熱點問題。中藥中的微量元素進入人體后，將會對人體健康起到重要的作用。這些微量元素有可能促進中藥中某些有效成分作用的發揮，并且有些微量元素本身就有療效作用例如在各類補益藥中Zn/Cu比值變化與相應病人血清中的Zn/Cu的比值變化相反，其中起主要作用的可能是微量元素。然而中藥中也有一部分微量元素（如Se、Hg、As 等）對生物體具有雙重效應或只具有毒性效應。具有雙重效應的元素（如Se）在人體中的含量過高或過低時，都會使人體機能出現異常，如缺硒會致克山病。而在安全范圍內時，則會促進人體的健康。中藥中礦物類藥的使用方法巧妙地解決了微量元素的毒性效應，其中重金屬元素的含量雖然普遍較高，但這些重金屬元素的含量進入人體后可能只有微量溶出，在其生物活性的特定范圍內與人體作用，或與方劑中有機成分通過協同、拮抗、絡合等作用成為沒有毒性的成分。

許多微量元素都是對人體有益的元素，有的甚至被確認是人體必需的微量營養元素。幾乎所有中藥都含有不同種類和不同比例的微量元素，近年來對中藥材中微量元素的研究，以及微量元素在藥效中的作用和對人體健康的影響越來越引起人們的重視。研究發現藥物中各種微量元素的含量水平是決定植物類中藥四性（寒、溫、涼、熱）的主要因素之一。還有研究表明， 中藥的藥理活性與道地藥材的微量元素含量有一定的相關性；中藥的療效不僅與其有機成分有關，而且與它們所含微量元素的種類及含量密切相關；不同功效中藥微量元素含量的比例存在顯著差異，含量比例大小與功效分布之間顯示出有規律的變化。因此中藥中微量元素的含量已經成為中藥材的重要評價指標。

綜上所述，對中藥中微量元素含量進行分析研究，尤其是嚴格檢測和控制中藥中重金屬有害元素含量及其不同形態的含量，盡快科學地制訂中藥材中有害元素限量標準，為提高中藥材的質量，保證臨床安全用藥提供科學依據。這樣才能探明微量元素的具體結合形式，為新藥的發現、合成及現有藥劑療效的進一步提高提供依據，為中藥走向國際鋪平道路。

國內外中藥元素分析及存在的問題

相關檢測標準。我國在中藥的質量標準的制定方面與一些較發達國家或地區相比目前還比較滯后，并且引起了國際重視。WHO專項資助我國的“中藥重金屬研究”的行動計劃，說明中藥中有害物質是中藥國際化亟待解決的重要問題之一。一般而言，西方醫藥界對中藥復方中那些通常意義上具有毒性作用的成分抵制較為強烈，并把重金屬列入所有藥物的雜質檢查項目。每個國家對重金屬含量都有自己嚴格的質量控制標準，且每個國家側重點也有所不同。如新加坡、馬來西亞、泰國規定中藥中銅的含量必須小于150μg g-1，鉛小于 20μg g-1，汞小于0.5μg g-1，砷小于5μg g-1。美國禁止含有汞、鉛、砷、砒霜等重金屬有毒物質含量超規定的中藥制品銷售，該國所規定的有害微量元素的限量標準如下：砷≤0.02μg g-1，汞≤0.026μg g-1，鉛≤1μg g-1，鎘≤0.3μg g-1。日本對可能影響中藥產品質量的各個方面，包括重金屬、砷類化學物質的限量以及定性、定量等內容，都制定了嚴格的質量規范，而且還有許多日本制藥廠還制定了高于日本藥典的內部質控標準。2001年7月1日，中華人民共和國對外貿易經濟合作部發布了《藥用植物及制劑進口綠色行業標準》，其中規定了重金屬限量指標：鉛≤5.0μg g-1，鎘≤0.3μg g-1，汞≤0.2μg g-1，銅≤20.0μg g-1，砷≤2.0μg g-1，重金屬總量≤20.0μg g-1，盡管針對性不同，仍具有極大的參考價值。

由于中藥材屬于傳統產業，我國一直以來以《中華人民共和國藥典》作為中藥材的產品標準。而藥典主要從藥理方面規定藥材的性狀、炮制、功能與主治及用法，未對藥材除必要的藥效成分之外有毒有害物質的含量作出規定。原外經貿部曾于2001年7月發布《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》，該標準力圖與國際標準接軌，對中藥材重金屬、農藥殘留物和微生物限量等作出了強制性要求，但標準本身屬推薦性的，并非用于所有出口中藥材，而是基于出口企業申請的許可使用“綠色標志”。從出口藥材的整體情況看有必要制定類似食品衛生標準的中藥材產品標準，規定中藥材除必要的藥效之外有毒有害物質的最高限量，從而推動中藥材質量整體水平的提高。

在檢驗方面，目前的出口藥材多參照食品的檢測方法進行有毒有害物質的檢測，而且中外（如中韓）方法有區別，國內各個部門及各地檢驗檢疫機構之間的做法也不完全統一，有必要針對性的制定有關藥材相關項目檢測的標準方法。

我國對中藥材微量元素檢測方法和標準不健全。在中藥材的檢測方面，韓國、英國等國家已經提出了相關的檢測項目，但是遺憾的是在我國，目前有的項目還沒有相應的檢測方法和標準。同時也沒有全國統一的出口中藥材檢驗檢疫管理制度和措施。檢驗檢疫部門不僅對生產加工過程的重金屬和農藥殘留尚無統一的控制管理措施，也缺乏中藥材重金屬殘留情況的基本數據。我國的中藥材的重金屬殘留限量標準只有一個，即2001年中華人民共和國外經貿行業標準《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》。另據國家醫藥保健品進出口商會的介紹，我國的中藥材70%和30%的中成藥能夠達到標準。出口檢驗以外觀品質為主，也按照商人的要求和進口食品國的要求進行有限殘留項目的檢驗。由此可知，當前我國建立植物性中藥微量元素的現代化標準檢測方法迫在眉睫。

藥用植物中微量元素的測定方法研究

比色法。比色法是《中國藥典》中規定的植物藥重金屬檢測的法定方法。包括硫代乙酞胺法、砷斑法和銀鹽比色法。比色法主要用于重金屬總量和總砷的測定。該法所需儀器簡單，操作簡便，但準確度相對較差，受多種金屬的干擾，選擇性差，現多用于植物藥、礦物藥中常量元素的分析。

紫外-可見分光光度法。紫外-可見分光光度法是基于物質對紫外-可見光輻射的選擇性吸收來進行分析測定的方法。本法具有快速、簡便、重現性好等優點，但由于干擾因素較多，選擇性較差，多用于汞、鉛、鎘的測定。樓小紅等采用該法測定白芍中重金屬的含量，樣品的回收率為100.7%。

原子吸收光譜法（AAS）。該法又分為冷原子吸收法、石墨爐原子吸收法和火焰原子吸收法等。

冷原子吸收法專用于汞的測定，多采用現代化儀器，簡單、快速。田義杰用冷原子吸收法測定藏藥厥麻中汞的量，樣品經微波消解，用測汞儀測定得最低檢出限為0.0608ng/kg，平均回收率為95.3%。

石墨爐原子吸收法利用石墨管高溫下使樣品原子化，通過爐內光路產生吸收的原理來測定。該法具有靈敏度高（一般可達10-9mg/kg）選擇性好，方法簡便，分析速度快等優點，但石墨管耗價昂貴，且不能同時測定多個元素，可用于除汞以外的重金屬的測定。李仲瑞采用石墨爐原子吸收法對正柴胡飲顆粒和新清寧片中的鉛、鎘的含量進行了測定，最低檢出限分別為2.0×10-9mg/kg、2.0×10-10mg/kg，鉛、鎘的回收率分別為95.64%、96.32%。

火焰原子吸收法將含待測元素的樣品溶液噴射成霧狀進入火焰，用該元素空心陰極燈作光源，輻射出特征譜線的光，當通過一定厚度的該元素蒸氣時部分光被蒸氣中基態原子吸收而減弱，從而測定其含量。該法操作簡便，重現性好，但由于其靈敏度受限，一般可達到l×10-6mg/kg，故多用于含相對較高元素的測定。如銅、砷、鉛、汞、鍋、鋁、錳、鋅、鉆、鎳等。馮光泉等采用該法測三七及其栽培土壤中鉛的含量，平均回收率為97.24%。

氫化物-原子吸收法將待測元素在酸性介質中還原成沸點低、易受熱分解的氫化物，在吸收池中被加熱分解，并形成基態原子。氫化物-原子吸收法有比石墨爐原子吸收法更好的檢出限且干擾低，其缺點是可檢測的元素較少，可用于鉛、砷、汞、錫、銻的測定。

原子熒光光度法（AFS）是通過測量待測元素的原子蒸氣在輻射能激發下所產生熒光的發射強度，來測定待測元素的一種分析方法。原子熒光光度法的檢出限低于原子吸收法，譜線簡單且干擾少，但線性范圍較寬，應用元素有限，僅用于砷、銻、錫、硒、蹄、鍺、錫、鉛、鋅、福、汞的分析。

電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）。電感耦合等離子體質譜 （ICP-MS）分析技術將電感耦合等離子體與質譜聯用，利用電感耦合等離子體使樣品汽化，將待測金屬分離出來，從而進入質譜進行測定。ICPMS可通過離子荷質比進行無機元素的定性分析、半定量分析、定量分析，同時進行多種元素及同位素的測定，可以激光采樣、氫化物發生、低壓色譜、高效液相色譜、氣相色譜、毛細管電泳等進樣或分離技術聯用，具有比原子吸收法更低的檢出限，是痕量元素分析領域中最先進的方法，可用于除汞外的絕大多數重金屬的測定，但其價格昂貴，易受污染。黃志勇等采用ICP-MS采用微波消解電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）測定了碧螺春、烏龍茶、毛峰、茉莉花茶和云南滇紅五種茶葉中微量元素的含量，對其中的烏龍茶和碧螺春兩種茶葉進行了不同浸泡時間和不同沖泡次數微量元素浸出率的研究，用茶葉標準物質對測定方法的準確度進行驗證，結果表明方法的回收率大多介于95～110%之間，相對標準偏差小于5%。王秀萍，曹志權，路雪雅測定六神丸及各單味藥中可溶性重金屬的含量及砷與半胱氨酸配合作用和毒性關系，對六神丸及牛黃解毒丸中重金屬進行了測定，實現了多元素同時測定，通過對不同廠家所生產的六神丸及牛黃解毒丸中多種金屬元素的量進行了比較，發現同一種藥品中金屬元素量差別較大。

電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）。電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）高頻感應電流產生的高溫將反應氣加熱、電離，利用元素發出的特征譜線進行測定，譜線強度與重金屬量成正比。ICP-AES具有靈敏度高，干擾小，線性寬，可同時或順序測定多種金屬元素，可對高溫金屬元素進行快速分析的。缺點是檢測靈敏度較ICP-MS略差。優點是可用于絕大部分金屬元素的測定。近年來新發展的技術置矩端視ICP-AES，采用軸向測光，增強了取樣信號量，提高了靈敏度和信噪比。而流動注入（FI-HG）進樣技術與ICP-AES儀器聯用，有效地解決了其試劑用量大，靈敏度低的問題。

多元統計分析方法簡介

多元統計分析，指以多元分析為基礎，對客觀事物中多個變量之間相互依賴的統計規律性的研究。其已在地質氣象、經濟分析、分析化學等領域得到廣泛的應用。常見的分析方法有：判別分析、聚類分析、特征投影顯示等。

主成分分析。主成分分析（Principle Component Analysis PCA），屬于無監督模式識別，其中心目的是將多維數據進行降維、簡化，使數據可視化。因此，主成分分析可將信息量參差不齊、變量間存在一定相關性的原始變量進行轉換，線性組合成后形成數量較少且不相關的新變量，即主成分。其中，主成分1攜帶的信息量最多，主成分2與主成分1不相關，攜帶的信息量次之，并以此類推。而原始變量的線性組合系數被稱為載荷，即原始變量與新變量的相關系數。其中給出了各樣木的區分歸類效果，結果較為直觀。

聚類分析。聚類分析（Cluster Analysis ），又稱聚群分析，同樣屬于無監督模式識別。其主要基于在多維空間中相似的樣本間的距離相對較小，而非相似樣本間的距離較大的原理將相似的事物區分歸類。聚類（Clustering）就是將某個對象集團劃分為若干組（Class或，Cluster）的過程，目的是使同一組內數據的對象具有較高相似度，而不同組的數據對象呈非相似性。在設定了樣品間和類之間的距離后，讓一定數量樣品各成一類，然后以距離最近的兩類進行合并，經過逐次合并類至一定水平后停止，即得到了聚類分析結果。其中，以聚類個數的確定較為復雜，日前主要有R2統計量、半偏相關系數、雙峰性系數等選取方法。

（作者單位：貴州省地礦局103地質大隊分析測試中心）