中江丹參植株中鎘、鉛、銅的初級和次級形態分析

周 莉，邱 倩，何德聰，胡曉榮

（成都理工大學材料與化學化工學院，四川 成都 610059）

中江丹參植株中鎘、鉛、銅的初級和次級形態分析

周 莉，邱 倩，何德聰，胡曉榮

（成都理工大學材料與化學化工學院，四川 成都 610059）

為了解丹參植株根、莖、葉中鎘、鉛、銅的初級和次級形態分布，該文測定丹參植株3種金屬離子的含量，采用水煎提取分離初級形態，大孔吸附樹脂、強酸性陽離子交換樹脂、螯合樹脂分別對水溶性金屬離子及其結合物進行吸附分離，區分水溶有機態和無機態、游離態和非游離態、穩定態和不穩定態等次級形態。結果顯示：3種金屬在植株中的含量分布均為葉＞莖＞根，鎘和鉛溶出率超過50%，根中銅的溶出率為66%，但莖和葉中銅的溶出率僅為10%左右。對比植株的物質總溶出率20%～27%，3種重金屬的溶出比例很高，因此丹參作為藥材使用必須嚴格控制重金屬的含量。鎘的水溶無機態在50%左右、鉛＞50%、銅＜50%。莖和葉中3種金屬離子的游離態都超過50%。鎘和鉛的水溶不穩定態＞50%，而銅＜50%。丹參地上部分3種重金屬含量都高于根中的含量，如果要利用地上部分，需要考慮在有效成分提取過程中降低重金屬含量。從形態分析數據可知，離子交換法可有效去除地上部分提取物中的重金屬。

中江丹參；重金屬；初級形態；次級形態

0 引 言

丹參（Salvia miltiorrhiza）是唇形科鼠尾草屬多年生草本植物，由于其干燥根所含的二萜醌類及丹酚酸、丹參酮具有抗菌消炎、抗氧化活性等藥理作用[1]，其藥材和制劑被廣泛用于心腦血管疾病的治療，市場需求量巨大。四川省中江縣是我國丹參的主要產地，中江丹參因丹參酮和丹酚酸含量高于其他產地，一直是我國丹參的主源優質品種。研究顯示丹參中占到全草生物量67%的莖和葉含有豐富的水溶性酚類物質，具有良好的抗氧化活性[2-5]，如能將丹參莖和葉利用起來可擴大藥材來源，充分發揮全株的藥用價值。但研究顯示[6-7]，丹參植株地上部分積累了較多的重金屬元素，尤其是鉛、鎘、銅的含量接近甚至是超過國家限量標準。丹參地上部分因重金屬含量高而被隨意丟棄，造成資源的浪費。然而重金屬總量并不能提供其生物活性及多樣的結合狀態信息[8]，綜合利用丹參地上部分需要有效控制重金屬在提取物中的濃度，對丹參植株重金屬溶解形態和賦存形態的穩定性的了解很有必要。本文采用文獻[9]方法對中江丹參植株根、莖、葉中的鎘、鉛、銅初級和次級形態進行提取分離，采用原子吸收方法測定金屬離子含量，以期為重金屬的去除方法選擇提供基礎和理論依據。

1 實驗部分

1.1 儀器與材料

石墨爐原子吸收光譜儀（TAS-990G，北京普析通用儀器有限責任公司）；火焰原子吸收儀（AA7000w，北京三雄科技公司，北京東西分析儀器有限公司）；旋轉蒸發儀（RE-52CS，上海雅榮生化儀器設備有限公司）。

0.45 μm水性濾膜；大孔吸附樹脂（Amberlite XAD-2，北京北實縱橫科技發展有限公司）；強酸性陽離子交換樹脂（50WX2，西亞試劑研究中心）；螯合樹脂（Chelex-100，Sigma公司）。3種樹脂在使用前均經過溶脹和洗滌處理。

MOS級硝酸（上海阿拉丁生化科技公司）；優級純高氯酸、無水乙醇、鹽酸（成都科隆公司）。實驗用水為二次去離子水。所有玻璃器皿用10%的分析純硝酸浸泡24h，自來水洗凈后去離子水清洗干凈后使用。

1 000 μg/mL Cd、Pb、Cu 標準溶液（GBW（E）080215、GBW08612、GBW（E）080122）；標準物質菠菜（GBW10015）和茶葉（GBW10016）。

丹參植株來源于四川省中江縣合興鄉丹參種植基地，采用S型5點法采集田間丹參全株。植株全部帶回實驗室分揀根、莖、葉，自來水沖洗干凈泥沙后用二次去離子水洗2～3次，經60℃烘干后粉碎過60目篩，袋裝密封備用。

1.2 鎘鉛銅總量的測定

準確稱取0.500 0 g丹參根、莖、葉粉末樣品各3份于50mL燒杯中，加入10mL HNO3+HClO4混合酸（體積比2∶1），蓋上表面皿，浸泡12 h后置于200℃恒溫電熱板上加熱消解。其間適當補充混合酸至樣品消解完全，繼續加熱至白煙冒盡，約剩3mL液體時取下冷卻，加入0.5%的硝酸溶解定容至50mL。隨帶試劑空白。石墨爐原子吸收法（GFAAS）測定Cd和Pb含量，火焰原子吸收法（FAAS）測定Cu含量。

用0.5%的硝酸逐級稀釋單元素標準溶液，分別配制 0，0.50，1.00，2.00，4.00，6.00 μg/L 的 Cd 標準系列；2.00，4.00，8.00，10.00，20.00 μg/L 的 Pb 標準系列；0，0.50，1.00，2.00，4.00，6.00 mg/L 的 Cu 標準系列，在優化的儀器工作條件下測定吸光度并繪制工作曲線，3個元素的工作曲線方程相關系數大于0.999。樣品溶液元素測定條件與工作曲線相同。

1.3 鎘鉛銅的形態分離與含量測定

1.3.1 可溶態與不可溶態的分離與含量測定

準確稱取25 g（精確到0.000 2 g）丹參根、莖、葉粉末各3份于燒杯中，加去離子水250mL浸泡片刻，煮沸后文火保持40min，稍冷用中速定性濾紙抽濾，并用20mL熱去離子水洗滌濾紙3次。重復以上操作兩次，合并3次煎液。煎液過0.45μm濾膜，旋轉蒸發濃縮并用去離子水定容于250mL容量瓶中，得到相當于原藥0.1000g/mL的溶液備用。濾液中的金屬定義為可溶態，0.45μm濾膜上的金屬定義為懸浮態，濾紙上的金屬定義為殘渣態。殘渣和懸浮物60℃烘干，以總質量減去殘渣質量作為浸出物質總質量，浸出物質總質量除以總質量為丹參根、莖、葉的物質浸出率。

稱取適量殘渣和懸浮物消解后測定Cd、Pb、Cu含量；準確量取5.00mL濾液消解定容到25mL測定Cd、Pb、Cu 含量。

1.3.2 可溶態中有機態和無機態的分離與含量測定

準確量取5.00mL可溶態濾液，用1%HNO3調節pH為4.0，以2mL/min流量通過大孔吸附樹脂柱（φ2.5cm×8cm），以 1%HNO340mL 淋洗樹脂，收集淋洗液濃縮消解后測定，得可溶態中鉛、鎘、銅的無機態含量；用無水乙醇40mL洗脫吸附樹脂，收集洗脫液濃縮消解后測定，得可溶態中各元素的有機態含量。

1.3.3 可溶態中游離態與非游離態的分離與含量測定

準確量取5.00mL可溶態溶液，用1%HNO3調節pH為5.5，以2mL/min流量通過強酸性陽離子交換樹脂柱（φ2.5cm×8cm），用去離子水40mL淋洗樹脂，收集淋洗液濃縮消解后測定，得可溶態中鉛、鎘、銅非游離態含量。用2mol/L HCl 40mL洗脫，收集洗脫液濃縮消解后測定，得可溶態中各元素的游離態含量。

1.3.4 可溶態中穩定態與不穩定態的分離與含量測定

準確量取5.00 mL可溶態溶液，用1%HNO3調節pH為6.0，以2 mL/min流量通過鰲合樹脂柱（φ2.5 cm×8 cm），用去離子水 40 mL 淋洗樹脂，收集淋洗液濃縮消解后測定，得可溶態中鉛、鎘、銅的穩定態含量。用5mol/L HCl 40mL洗脫螯合樹脂，收集洗脫液濃縮消解后測定，得可溶態中各元素的不穩定態含量。

2 結果與討論

2.1 分析方法評價

按樣品消解方法得11個試劑空白，以11個試劑空白吸光度標準偏差的10倍對應濃度作為分析方法定量檢測下限，3個元素定量檢測下限分別為Cd 0.065μg/L、Pb 1.07μg/L，Cu 30μg/L。 樣品分析中所有測定值均在定量檢測下限以上。

平行稱取同一個丹參葉樣品6份消解測定，計算結果的相對標準偏差（RSD）鎘為3.43%、鉛為4.83%、銅為4.47%。在5份丹參葉樣品中分別加入5個濃度水平的Cd、Pb、Cu標準溶液，測定結果顯示3種元素回收率分別在91.3%～103%、95.6%～108%和97.3%～105%之間。分別稱取3份成分分析國家標準物質菠菜和茶葉，按照實驗方法消解和測定，結果見表1。鎘、鉛、銅測定結果均在相應的允許值范圍內。以上指標顯示，實驗過程中鎘、鉛、銅含量測定結果可靠。

表1 標準物質分析結果（±s，n=3）

表1 標準物質分析結果（±s，n=3）

物質 元素 允許值/（mg·kg-1） 測定值/（mg·kg-1）茶葉 鉛 1.50±0.20 1.53±0.18菠菜 鎘 0.150±0.020 0.157±0.017銅8.90±0.40 8.80±0.36

2.2 植株中的總量

9個丹參植株根、莖、葉樣品中鎘、鉛、銅的含量見文獻[7]，用于形態分析的丹參植株樣品3種重金屬總量見表2。結果顯示鎘、鉛、銅在所有丹參植株樣品中的含量分布都為葉＞莖＞根，表現出從地上到地下逐漸減少的趨勢。依照《中國藥典2010》對藥材中重金屬含量的限制標準（Pb＜5.0mg/kg，Cd＜0.3mg/kg，Cu＜20.0mg/kg）3種重金屬在丹參根中沒有超標，但在莖和葉中接近或超過了該標準。大多數植物吸收的重金屬主要積累在根系而地上部含量較低，根系中，重金屬主要分布在根系質外體，或形成磷酸鹽和碳酸鹽沉淀，或與細胞壁結合[10-11]。丹參表現出對重金屬較高的轉移能力，這或許與丹參葉中豐富的酚酸類物質與重金屬之間的螯合作用相關。

表2 丹參植株鎘、鉛、銅的總量和各形態含量（±s，n=3）

表2 丹參植株鎘、鉛、銅的總量和各形態含量（±s，n=3）

mg/kg

2.3 可溶態與不可溶態

25.00 g丹參根、莖、葉經3次水煎后，殘渣質量分別為 19.18，19.95，18.15g，由此計算根、莖、葉的總物質浸出率分別為23.28%，20.20%，27.40%。水煎提取丹參植株3種金屬的可溶態、懸浮態和殘渣態含量見表2，形態百分率（各形態質量除以總質量）及形態百分率加和如圖1所示。3種元素形態百分率加和在90%～102%之間，說明形態分離和測定結果準確。

圖1 丹參植株3種重金屬可溶態、懸浮態和殘渣態百分率累積

鎘在根、莖、葉中各形態百分率分別為可溶態：37.5%，54.5%，39.4%，懸浮態：7.74%，1.35%，17.4%，殘渣態：51.3%，44.9%，45.1%。鉛在根、莖、葉中各形態百分率分別為可溶態：35.9%，25.8%，38.4%，懸浮態：8.93%，21.5%，5.72%，殘渣態：45.1%，54.9%，56.3%。銅在根、莖、葉中各形態百分率分別為可溶態：42.4%，9.66%，6.78%，懸浮態：23.7%，4.68%，2.71%，殘渣態：33.4%，85.9%，87.0%。3種元素在根、莖、葉中形態分布規律不同，這種不同與植株不同部位植物成分含量以及植物成分結合金屬離子能力不同相關。

將可溶態百分率加上懸浮態百分率定義為浸出率，銅在莖和葉中浸出率較低，分別為14.34%和9.49%，表明銅主要存留在殘渣中。銅在根中、鎘和鉛在整個植株中浸出率在50%左右，對比植株總物質浸出率（20%～27%），重金屬浸出率是總物質浸出率的2倍。該結果表明重金屬易與可溶性植物成分結合，隨著植物成分一起溶出。因此丹參作為藥材使用需要嚴格控制重金屬的總量。丹參以根入藥，根中重金屬總量相對較低，按傳統的水煎服來看，水煎液帶入人體的重金屬含量相對較少。莖和葉重金屬總含量較高，是其藥用所面臨的問題，一種可能的解決方法是對其提取物進行重金屬去除處理。

2.4 可溶有機態和無機態

有機態是金屬離子與植物有機成分結合的部分，實驗分離中有機物可被大孔吸附樹脂吸附，不被吸附的部分定義為無機態。與金屬離子結合的主要植物成分包括蛋白質、多糖、酚酸、鞣質、生物堿等，這些成分中的氧原子、氮原子與金屬離子形成配位鍵。丹參植株3種金屬可溶有機態和無機態含量見表2，形態百分率（兩種形態質量除以可溶態總量）及形態百分率加和如圖2所示。根、莖、葉中鎘的可溶有機態百分率依次為53.4%，54.6%，46.0%，無機態百分率依次為37.0%，41.2%，42.7%；鉛的可溶有機態百分率依次31.9%，11.1%，20.3%，無機態百分率依次為64.1%，80.6%，81.5%；銅的可溶有機態百分率依次為45.4%，58.8%、51.8%，無機態百分率依次為40.1%，26.7%，32.5%。可溶性鎘和銅的有機態在50%左右，可溶性鉛主要以無機態存在。結合莖和葉中銅的浸出率很低來看，莖和葉中銅的主要存在形式為有機物結合態，尤其是以不溶性有機物結合形態存在。另外，可溶有機態和無機態百分率加和多數低于95%，可能是大孔吸附樹脂吸附的有機物有少量不能被無水乙醇洗脫下來。

圖2 丹參植株3種重金屬可溶有機態和無機態百分率累積

2.5 可溶游離態和非游離態

游離態和非游離態以能否被強酸性陽離子交換樹脂交換來區分，游離態是可以交換到樹脂上的部分，應包括無機態以及與有機物結合較弱的部分，因此游離態的百分比大于無機態。丹參植株3種金屬可溶游離態和非游離態含量見表2，形態百分率及形態百分率加和如圖3所示。根、莖、葉中鎘的游離態百分率依次為68.0%，80.8%，79.6%，非游離態百分率依次為53.5%，9.51%，12.9%；鉛的游離態百分率依次為55.3%，88.9%，89.6%，非游離態百分率依次為40.9%，2.39%，13.3%；銅的游離態百分率依次為37.5%，69.4%，69.2%，非游離態百分率依次為52.0%，27.7%，24.2%。莖和葉中3種可溶金屬離子都主要以游離態存在，表明丹參莖和葉的水提物經過陽離子交換樹脂可有效去除大部分的重金屬，陽離子交換可成為去除重金屬的一種有效方法。

圖3 丹參植株3種重金屬可溶游離態和非游離態百分率累積

2.6 可溶態中穩定態與不穩定態

穩定態和不穩定態以金屬離子是否與螯合樹脂配位吸附來進行區分，Chelex-100型螯合樹脂是氨羧型樹脂，能夠與之結合的金屬離子稱為不穩定態。不穩定態金屬離子同樣包括無機態以及與有機物結合較弱的部分。丹參植株3種金屬可溶穩定態和不穩定態含量見表2，形態百分率及形態百分率加和如圖4所示。根、莖、葉中鎘的穩定態百分率依次為24.9%，30.7%，39.2%，不穩定態百分率依次為70.6%，54.9%，53.1%；鉛的穩定態百分率依次為45.0%，53.1%，30.4%，不穩定態百分率依次為52.2%，56.7%，60.7%；銅的穩定態百分率依次為48.3%，60.7%，73.7%，不穩定態百分率依次為33.8%，37.3%，37.4%。鎘和鉛的不穩定態百分率超過50%，表明鎘和鉛更容易與氨羧絡合劑形成絡合物，螯合吸附可有效去除提取液中的鎘和鉛。

對比文獻[12-15]，本文對丹參植株鎘、鉛、銅的初級和次級形態分布結果與其他中草藥不同，銅的結果與文獻[16]中丹參相似。植物中金屬的溶出特性和結合態的穩定性與植物成分種類和含量相關，不同植物中與金屬離子結合的有機化合物種類及含量不同，使得結合態金屬的溶出率和穩定性產生差別。

圖4 丹參植株3種重金屬可溶穩定態和不穩定態百分率累積

3 結束語

丹參植株地上部分雖然含有較高濃度的抗氧化活性物質，但因積累了數倍于根的重金屬，其含量接近或超過國家藥典對藥材的限量標準。重金屬含量過高給丹參地上部分的綜合利用造成阻礙。依據本文初級和次級形態分析數據，莖和葉的水溶物中鎘、鉛、銅游離態百分率很高，因此采用離子樹脂交換法可有效去除莖和葉提取物中的重金屬。另外，本文僅給出丹參植株水溶部分重金屬的初級和次級形態，對于其他溶劑提取的化學形態和植物成分賦存形態的分布將另文報道。

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（編輯：莫婕）

Primary and secondary speciation analysis of cadmium，lead and copper in Zhongjiang Danshen plant

ZHOU Li，QIU Qian，HE Decong，HU Xiaorong
（College of Materials and Chemistry&Chemical Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

In order to understand the primary and secondary speciation distribution of cadmium，lead and copper in roots，stems and leaves of Danshen plant，the contents of three kinds of metal ions in Danshen plant were determined.And then，the primary speciation of the metals were separated by water decoction and the secondary speciation，water-soluble organic and inorganic states， free and bound states， stable and unstable states， were differentiated by macroporous adsorption resin，cation exchange resin and chelating resin.The results showed thatthe concentration distribution of the three metals in the plants was leaf＞ stem＞ root.The dissolution percentage of cadmium and lead was more than 50%in all parts of plants，while the dissolution percentage of copper in the roots was 66%and in the stems and leaves was only about 10%.Compared with the total matter dissolution rate of Danshen being 20%-27%，the dissolution rate of the three heavy metals was very high.Therefore，the content of heavy metals in Danshen must be strictly controlled when the plant was used as the medicinal materials.The water-soluble inorganicspeciation of cadmium was about 50%，and lead was greater than 50%，while copper was less than 50%.The water soluble free state of the three metal ions in stem and leaf was more than 50%.The water soluble unstable state of cadmium and lead was greater than 50%，while copper was less than 50%.The contents of the three heavy metals in the aerial parts of Danshen were higher than those in the roots.If the aerial parts were to be used，it was necessary to consider the reduction of heavy metal content during the extraction of active ingredients.From the speciation analysis data，ion exchange removal was an effective method.

Zhongjiang Danshen；heavy metals；primary speciation；secondary speciation

A

：1674-5124（2017）07-0066-06

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.07.013

2017-04-10；

：2017-05-15

四川省科技廳應用基礎項目（2014JY0161）

周 莉（1965-），女，四川成都市人，實驗師，主要從事分析化學實驗教學與研究。

胡曉榮（1965-），女，四川西昌市人，教授，主要從事微量元素形態與生理作用研究。