能量色散X射線熒光光譜快速測定山楂中 As、Cr、Pb 含量 *

王 毅，方 萍，李 晶，阿布迪·熱合曼吾加布度拉，張詩文，戚雪勇江蘇大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000

山楂為薔薇科植物山里紅或山楂的干燥成熟果實［1］，具有保護(hù)心腦血管、抗菌、抗氧化、降血壓、降血脂、抗腫瘤等藥理作用［2］。相關(guān)報道［3］指出山楂中存在一些對人體有害的重金屬元素，王枚博等［4］研究分析金銀花、山楂等10種中藥材中鉛(Pb)、砷(As)等15種無機(jī)元素含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些藥材中的重金屬或有害金屬元素含量存在超標(biāo)現(xiàn)象，因此有必要對中藥材進(jìn)行監(jiān)管控制，確保中藥材使用的安全性。2015版藥典規(guī)定［1］，原子吸收熒光光譜法或電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定山楂中的 Pb，鎘(Cd)，As，汞(Hg)和銅(Cu)5 種元素含量，限度為 Pb≤5 μg/g，As≤2 μg/g。但是，電感耦合等離子體(ICP)必須是液體進(jìn)樣，所以樣品需要消解等復(fù)雜的前處理，特別是難溶性樣品，處理更為繁瑣，而且消解會導(dǎo)致?lián)]發(fā)性元素的丟失，測量結(jié)果出現(xiàn)偏差；原子熒光光譜(AFS)用于復(fù)雜基體測定時比較困難。

能量色散X射線熒光光譜(EDXRF)分析是對物質(zhì)中元素成分和含量進(jìn)行定性、定量以及試樣物理特征分析的一種儀器方法［5］，具有操作簡單、檢測效率高、樣品預(yù)處理簡單、非破壞性以及測定迅速等特點［6-7］，適合于多種類型的固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)的測定［8］。Desideri D 等［9］利用 EDXRF 技術(shù)測定意大利幾種茶葉和甘菊葉以及果實中的必需和非必需元素含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同植物的元素含量比例取決于其生長的土壤組成和氣候條件。吳雋等［10］采用拉曼光譜和能量色散X射線熒光分析等無損技術(shù)手段對陶瓷釉彩的元素組成和物相組成進(jìn)行綜合分析，探討景德鎮(zhèn)元、明和清代釉上彩繪瓷若干典型顏料種類的組成配方及其相應(yīng)的呈色機(jī)制。秦旭磊等［11］利用EDXRF法檢測茶葉中金屬元素含量，實驗檢測發(fā)現(xiàn)，EDXRF法測得數(shù)值實際相對誤差＞6%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＞5%。

本研究利用EDXRF法測定山楂中As、Cr和Pb 3種有害金屬元素含量，并與電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)的結(jié)果進(jìn)行對比，評價EDXRF快速檢測的實用性。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑 VISTA-MPX型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國瓦里安公司)；EDX3600H(江蘇昆山天瑞儀器有限公司)；ZHY-401壓樣機(jī)(北京眾合創(chuàng)業(yè)科技發(fā)展有限責(zé)任公司)；FSJ-A05B1粉碎機(jī)(廣東順德樂品科技發(fā)展有限公司)；DHG-9145A型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)；NUII系列臺上式超純水機(jī)(南京優(yōu)普環(huán)保設(shè)備有限公司)；雙層鐵皮電爐(上海申航五金電器廠丹陽分廠)；相儀H1650-W臺式微量高速離心機(jī)(相儀集團(tuán))。優(yōu)級純的硝酸及分析純的硝酸、高氯酸和硼酸，超純水。市售山楂飲片(產(chǎn)自山東)。

1.2 儀器工作參數(shù) 儀器測定條件經(jīng)過正交法優(yōu)化，選定最佳工作條件，見表1。

表1 儀器工作參數(shù)

1.3 樣品預(yù)處理 將山楂樣品置60℃烘箱中烘4～6小時，粉碎機(jī)粗粉，過100目篩后用瑪瑙研缽研成細(xì)粉末，過200目篩，混合均勻，裝于自封袋中，做好標(biāo)記，放入干燥器，備用。

1.4 樣品制備及測定 精密稱取過200目篩后的干燥山楂樣品粉末4.00 g置于壓樣模具中，鋪平表面，再準(zhǔn)確稱取干燥硼酸粉末10.0 g，均勻充填樣品四周和上表面，在30MPa壓力下壓片30秒，EDXRF測定。

1.5 濕法消解-ICP-AES測定山楂樣品Pb、As、Cr含量 所有玻璃儀器在使用前用3 mol/L的分析純硝酸溶液浸泡過夜。精密稱取山楂樣品粉末0.5000g，置于100mL三角瓶中，加入6mL硝酸-高氯酸(5∶1)混合溶液，超聲溶解，混合均勻后，封口膜封口，靜置過夜。次日，置于放有石棉網(wǎng)的電爐上緩慢加熱至消化液呈無色透明，并出現(xiàn)大量高氯酸煙霧(幾近全干)時，停止加熱，放冷至室溫后加入10 mL超純水，加熱至沸，取下三角瓶，待冷卻后將溶液轉(zhuǎn)移至25 mL量瓶中，用超純水定容至刻度。離心，取上清液，ICP-AES法測定元素含量，同時做空白對照實驗［12］。

樣品在相同條件下平行測定5次，取平均值作為最終測量值，即作為山楂樣品中元素含量的參考值，結(jié)果為 As：0.7469 μg/g，Cr：7.5397 μg/g，Pb：1.6181 μg/g，山楂樣品 5次測量結(jié)果的誤差分析見表2。

表2 ICP-AES測定結(jié)果的誤差分析

2 結(jié)果

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程 利用天瑞儀器自帶的中藥標(biāo)準(zhǔn)曲線測定山楂中Pb、As、Cr元素含量，各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線方程見表3。

表3 各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線方程

2.2 EDXRF儀器條件的選擇 采用EDXRF方法對山楂樣品中Pb、As、Cr含量進(jìn)行測定，除基體效應(yīng)外，還有很多因素影響實驗結(jié)果，例如山楂樣品的顆粒粒徑、緊實度、含水量、儀器測試管壓、測試管流等，測定待測樣品時對各項實驗條件進(jìn)行優(yōu)化選擇能夠有效提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確度［13］。

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品的選擇 選擇和待測樣品同類型的經(jīng)過多次ICP-AES測定的防風(fēng)樣品作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實驗條件的優(yōu)化選擇。

2.2.2 實驗條件優(yōu)化選擇基本方法 在對實驗條件進(jìn)行優(yōu)化的過程中，通過控制變量法實現(xiàn)樣品中Pb、As、Cr元素測定最佳條件的選擇。

本實驗以相對標(biāo)準(zhǔn)偏差的方式表示不同參數(shù)條件對實驗結(jié)果的影響程度，確定最佳實驗條件。實驗結(jié)果精密度用相對標(biāo)準(zhǔn)偏差表示：相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD%)=標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)/測量平均值(χ)×100%，其中，當(dāng)測量次數(shù)n≤20時，標(biāo)準(zhǔn)偏差的公式為：

對同一條件下樣品測量5次，計算平均值作為測定值。

2.2.3 樣品顆粒粒徑的選擇 顆粒粒徑對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響是因為顆粒粒徑的大小能夠影響初級X射線的激發(fā)和二次熒光等過程。經(jīng)過較少目數(shù)篩選的樣品顆粒，其顆粒大小差異較大，即顆粒粒度的均勻性較差，從而引起均勻性效應(yīng)和粒度效應(yīng)［14］，使測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。實驗中將同一批次山楂樣品分別過60目、80目、100目、150目、200目和300目的標(biāo)準(zhǔn)篩，得到不同顆粒粒徑的樣品粉末，分別精密稱取4.00 g進(jìn)行壓片制樣，在相同測定條件下測量5次，取平均值作為最終的測量值，結(jié)果表明，隨顆粒粒徑的減小，測量值與參考值之間的差異逐漸減小，可能因為樣品顆粒粒徑減小，則均勻性增大，均勻性效應(yīng)和粒度效應(yīng)減弱，測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)篩的目數(shù)達(dá)到200以上時，相對誤差也趨于穩(wěn)定，因此本實驗選擇過200目篩，見表4。

表4 顆粒粒徑的選擇

2.2.4 樣品顆粒緊實度的選擇 樣品顆粒緊實度的不同主要取決于壓片的壓力，壓力越大，緊實度越大，樣品表面越平滑。緊實度不同導(dǎo)致樣品均勻度不同，因而不均勻效應(yīng)程度不同，則導(dǎo)致測量結(jié)果存在差異。對同批次山楂樣品，平行精密稱取5份，每份 4.00 g，分別在 15、20、25、30、40 MPa 5種壓力下進(jìn)行壓片制樣，在相同測定條件下進(jìn)行5次測量，取平均值作為最終測量值。結(jié)果表明，隨著樣品顆粒緊實度的增加，誤差逐漸減小，實驗結(jié)果的精確度增加，當(dāng)壓力≥30 MPa時，測定結(jié)果趨于穩(wěn)定。可能因為緊實度增加，樣品混合得更加均勻，表面更加光滑，所以樣品表面的X射線散射減弱，有效降低了基質(zhì)效應(yīng)。故本實驗選擇30 MPa壓片30秒制樣，見表5。

表5 顆粒緊實度的選擇

2.2.5 樣品含水量的選擇 樣品中水分對初級X射線和二次熒光X射線的干擾(主要為吸收效應(yīng)和散射效應(yīng))比較強(qiáng)烈，嚴(yán)重影響樣品的特征峰強(qiáng)［15-16］，同時含水量的多少也影響樣品混合的均一度。

分別精密稱取充分干燥后的山楂樣品粉末3份，每份4.00 g，壓片制樣，EDXRF檢測前在壓片表面滴加其質(zhì)量的 5%、15%和25%(g)的18.3 MΩ超純水，使其在表面分布均勻并充分吸收后在相同測定條件下快速測量5次，取平均值作為最終的測量值。結(jié)果表明，樣品含水量對實驗結(jié)果影響較大，當(dāng)含水量達(dá)到5%時，實驗結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，隨著含水量的增大，3種元素的相對誤差均超過了15%。由此可見，含水量對元素特征譜線的干擾效應(yīng)較強(qiáng)，因此，測定前必須充分干燥樣品，保證含水量＜5%，見表6。

表6 樣品含水量的選擇

2.2.6 儀器測試管壓、管流的選擇 通過調(diào)節(jié)管壓和管流使計數(shù)率維持在2～3萬，此時的線性規(guī)律較好，實驗結(jié)果較準(zhǔn)確。在調(diào)節(jié)過程中，盡量多的調(diào)節(jié)管流，保持較高管壓。本實驗選擇管壓40 Kv，管流 130 μA，此時計數(shù)率保持在 21 600～21 700之間。

2.3 EDXRF元素檢出限 標(biāo)準(zhǔn)偏差法［17］：選用各元素含量較低的國家生物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10012進(jìn)行8次測定，計算元素分析線譜峰強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差(S)，以3S對應(yīng)的含量為各元素方法的檢出限，結(jié)果為 As：0.2941 μg/g，Cr：0.7385 μg/g，Pb：0.1632 μg/g。結(jié)果表明，EDXRF的檢出限低于藥典規(guī)定的元素限度，因此可以用此方法對中藥中超標(biāo)元素含量進(jìn)行測定控制，以達(dá)到快速檢測的目的。

2.4 EDXRF的精密度 按試驗方法對山楂樣品進(jìn)行5次平行測定，計算3種元素的RSD%，評價方法的精密度，結(jié)果3種元素的RSD%均小于3.0%，表明該方法精密度良好，測定結(jié)果穩(wěn)定可靠，見表7。

表7 EDXRF的精密度

2.5 EDXRF測定山楂樣品中元素含量 精密稱取干燥的待測樣品粉末4.00 g，硼酸粉末10.0 g，壓片，利用建好的中藥標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行元素含量測定［18-21］，平行測定5次，取平均值作為測量值，結(jié) 果 為 As：0.7342 μg/g，Cr：7.5832 μg/g，Pb：1.6448 μg/g，5次測量結(jié)果的誤差分析見表8。

表8 EDXRF 5次測量結(jié)果的誤差分析

2.6 ICP-AES與EDXRF測定結(jié)果的相關(guān)性 在山楂樣品中依次添加 0.500 0 μg 的 As、Cr、Pb 元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別用ICP-AES和EDXRF法測定含量，然后以ICP-AES測定結(jié)果為橫坐標(biāo)，EDXRF測定結(jié)果為縱坐標(biāo)作圖，評價2種方法測量結(jié)果的相關(guān)性。3種元素的線性回歸方程如下：

As：y=0.9771x-0.0074，R2=0.9998

Cr：y=0.8908x+0.8971，R2=0.9990

Pb：y=0.9419x+0.0877，R2=0.9994

結(jié)果表明2種方法測量結(jié)果相關(guān)性良好，EDXRF測量結(jié)果準(zhǔn)確可信，可以用EDXRF測定山楂中元素含量，結(jié)果見圖1—3。

圖1 ICP-AES與EDXRF關(guān)于As的相關(guān)性

圖2 ICP-AES與EDXRF關(guān)于Cr的相關(guān)性

圖3 ICP-AES與EDXRF關(guān)于Pb的相關(guān)性

3 討論

對于同一批次的山楂樣品，EDXRF與ICP-AES的測量結(jié)果相關(guān)性良好，表明EDXRF測量結(jié)果準(zhǔn)確可信。ICP-AES測定時，需要對樣品進(jìn)行消解等一系列前處理，操作復(fù)雜，耗時；EDXRF操作簡單，無需進(jìn)行復(fù)雜的前處理，對樣品沒有破壞性，樣品可重復(fù)利用，可對多種元素進(jìn)行同時測定，對技術(shù)人員要求低，成本低，滿足中藥元素快速測定的要求，特別適用于中藥中超標(biāo)元素的快速檢測，具有較好的應(yīng)用前景。