微波消解ICP-MS法測定鐵莧菜中11種重金屬元素

孫 琰， 徐健蓉*， 游 朗， 向發椿， 王立東

(1.西南科技大學 生命科學與工程學院， 四川 綿陽 621000；2. 綿陽市農畜產品質量安全檢驗檢測中心， 四川 綿陽 621000)

鐵莧菜(AcalyphaaustralisL.)為一年生大戟科草本植物，別稱海蚌含珠，分布廣泛[1]，為我國常見中草藥，全草均可入藥，具清熱解毒、止痢、止血等功效[2]，并作為莧菜黃連素膠囊的主要成分被廣泛使用。在我國民間常用于治療小兒腹瀉、便血等癥。近年來，中草藥中重金屬超標問題日益受到廣泛重視[3-5]。目前已有對三七、川明參等中藥材重金屬含量的報道[6-8]，但未見關于鐵莧菜重金屬含量的報道。建立準確、快速測定鐵莧菜重金屬含量的檢測方法，對保障其質量安全具有重要意義。ICP-MS是近年來檢測重金屬的首選技術[9-11]，該方法操作簡單、準確度高、可同時檢測多種元素。為保障鐵莧菜的質量，采用微波消解ICP-MS法檢測鐵莧菜中鉛(Pb)、砷(As)、汞(Hg)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)、銻(Sb)、鋅(Zn)11種重金屬含量，以期為鐵莧菜后繼開發利用提供一定參考。

1材料與方法

1.1材料

野生鐵莧菜：采于四川省郊區田埂，采集地距離縣道>1 000 m。鐵莧菜樣品由各地采集后，經西南科技大學生命科學與工程學院鑒定為大戟科鐵莧菜屬尾葉鐵莧菜(AcalyphaaustralisL.)。采集地點及分布情況見表1。

表1 鐵莧菜樣品采樣分布情況

儀器：Millipore Mill-Q 超純水機(美國)，聚四氟乙烯微波消解罐，CEM MA RS5微波消解儀(美國)，PerkinElmer NexION 350 ICP-MS(美國)，多孔電熱板(北京)，電熱恒溫鼓風干燥機(上海)，小型中藥超微粉碎機(北京)。

試劑：多元素混合標準儲備液(美國珀金埃爾默公司，1 000 μg/mL)，Hg單元素標準儲備液(美國珀金埃爾默公司，10 μg/mL)，Pb、As、Cd、Ni、Co、Sb、Cr、Cu、Zn、Ti單元素標準儲備液(美國珀金埃爾默公司，1 000 μg/mL)，Au標準儲備液(1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)，濃硝酸MOS級(蘇州晶瑞化學股份有限公司)，國家一級標準物質黃芪(GBW10028，中國計量科學研究院)。超純水(18.2 MΩ)由Milli-Q超純水系統制得，用于配制所有標準溶液與樣品溶液。

1.2標準品溶液的配制

取混合重金屬元素標準儲備液及重金屬Hg單元素標準儲備液，5%硝酸(v/v)溶液分別稀釋，配成含Pb、As、Cd、Ni、Co、Sb為0、0.5 μg/L、1 μg/L、2 μg/L、4 μg/L、8 μg/L、12 μg/L的混合標準品溶液；含Cr為0、2 μg/L、4 μg/L、8 μg/L、12 μg/L、24 μg/L的標準品混合液；含Cu為0、5 μg/L、10 μg/L、20 μg/L、40 μg/L的標準品混合液；含Zn、Ti為0、2 μg/L、5 μg/L、10 μg/L、20 μg/L、50 μg/L、100 μg/L、150 μg/L的標準品混合液；含Hg為0、0.05 μg/L、0.1 μg/L、0.2 μg/L、0.4 μg/L、0.8 μg/L、1.2 μg/L、2.4 μg/L的標準品混合液。配制Hg標準工作溶液使用0.2% Au溶液與5%硝酸混合稀釋。

1.3樣品制備

采集的野生鐵莧菜樣品經超純水清洗干凈后，65℃烘干至恒重。均勻粉碎，80目篩后密封保存備用。

1.4微波消解及樣品檢測

準確稱取樣品0.200 0 g，置于20%硝酸浸泡24 h純水洗凈的聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL濃硝酸，酸化過夜，100℃下在多孔電熱板中加蓋預消解2 h，再微波消解程序(表2)進行微波消解。消解完畢后，于60℃趕酸至無蒸汽從罐中逸出停止趕酸。此時溶液剩余1 mL左右，冷卻至室溫。轉移至50 mL離心管中，并用少量超純水洗滌消解罐2～3次，合并溶液定容至50 mL。同時消解空白樣。

打開ICP-MS，標準溶液進樣并自動繪制標準曲線，各項參數正常后，樣品進樣，測定各重金屬濃度。

表2樣品微波消解程序

1.5ICP-MS工作參數

試驗用調諧液調試儀器，工作參數由儀器全自動調諧優化給出(表3)，使儀器的靈敏度和分辨率達到最佳狀態，滿足試驗的測定要求。

表3ICP-MS工作條件和測定參數

注：內標加入方式為在線內標加入。

Note: The addition method of the interior standard is the online interior standard addition.

1.6方法學考察

檢出限：根據國際純化學與應用化學聯盟(IUPAC)規定，儀器檢出限為10個獨立樣品空白溶液中各元素測量值標準偏差的3倍所對應的濃度。儀器檢出限乘以稀釋倍數并除以稱樣量得到各元素的方法檢出限，方法定量限用10倍方法檢出限表示。

線性關系：在優化的儀器條件下采集系列待測元素標準溶液，由儀器自動繪制標準曲線和確定線性相關系數。

精密度：在已設ICP-MS檢測條件下，取S2采樣地鐵莧菜樣品為供試品，同“1.4”法預處理后，重復測定6次。

重復性：精確稱取S2采樣地10份鐵莧菜樣品0.200 0 g，同“1.4”法預處理后，測定后計算各元素含量。

加標回收率：取S2采樣地鐵莧菜樣品10份，每份精確稱取0.200 0 g，同“1.4”法預處理后，測定并計算加樣回收率和RSD。

穩定性：取S2采樣地鐵莧菜樣品，同“1.4”法預處理后，于0、5 h、10 h、20 h、30 h重復測定。

準確性：取國家一級標準物質黃芪(GBW 10028)與“1.4”同法預處理測量重金屬含量。

2結果與分析

2.1方法學考察

2.1.1檢出限 從表4可知，經過測定，檢測方法的檢出限為0.250～5.600 μg/L，方法定量限為2.50～56.00 μg/kg。

表4各元素儀器檢出限、方法檢出限和方法定量限

表511種金屬元素的線性方程、相關系數及精密度

2.1.2線性關系從表5可知，11種金屬元素均在相應的線性范圍內，相關系數r在0.999 2～1.000 0，線性關系良好。

2.1.3精密度11種重金屬元素的精密度RSD在0.21%～2.03%(表5)，表明該法精密度高，可以滿足測定要求。

2.1.4重復性11種重金屬元素的RSD均在3.43%以內，表明試驗重復性較高。

2.1.5加標回收率從表6可知，11種重金屬元素的加樣回收率為88.1%～107.8%，RSD為0.23%～2.39%，符合痕量分析要求。

表611種重金屬元素的加樣回收率(n=10)

2.1.6穩定性 11種重金屬元素RSD值為0.11%～2.19%，表明樣品供試液在30 h內測定結果穩定。

2.1.7準確性從表7可知，標準物質中各重金屬測定值在參考值范圍內，表明該消解方法可靠、準確性高。

2.2樣品測定

從表8可知，四川省不同地區鐵莧菜的11種重金屬元素中，Pb、As、Cu、Cd含量符合現行《中國藥典》標準(2015年版)，即Pb≤5.0 mg/kg，As≤2.0 mg/kg，Cu≤20 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg；成都、綿陽地區Hg含量均超過0.2 mg/kg。根據2015年最新頒布的《中醫藥-中藥材重金屬限量》ISO國際標準，Pb、As、Cd、Hg含量均未超標，即Pb≤10.0 mg/kg，As≤4.0 mg/kg，Cd≤2.0 mg/kg，Hg≤3.0 mg/kg。其余重金屬在限量標準中并未限量，但過量攝入對人體有較大危害，還需進一步研究分析。

表7標準參考物質測定結果

Table 7 Detection of the standard reference materials(x，n=3，mg/kg)

元素Element測定值Detection value參考值Reference valuePb1.441.44±0.10As0.550.57±0.05Hg0.0120.012Cd0.0420.042±0.010Cr2.22.2±0.4Cu8.48.5±0.7Ti105102±11Ni2.242.23±0.15Co0.440.44±0.03Sb0.0630.063±0.014Zn22.922.3±1.0

從圖1可知，Hg、Cd、Pb在成都樣品中含量最高，其余元素在各地中含量差距不大。有研究表明[12]，Cd、Hg、Pb常受人為因素的影響，主要人為因素來源于生活污水、農用機動車及農藥殘留等。

表8四川省鐵莧菜樣品11種重金屬含量

圖1四川省不同地區鐵莧菜11科重金屬分布

Fig.1 Distribution of 11 heavy metals inA.australisin different regions of Sichuan Province

3結論與討論

試驗建立微波消解ICP-MS測定鐵莧菜中11種重金屬元素的方法，11種金屬元素線性相關系數r在0.999 2～1.000 0，精密度RSD在0.21%～2.03%，重復性RSD均在3.43%以內，穩定性RSD值在0.11%～2.19%，加標回收率RSD為0.23%～2.39%，表明該方法精密度高、重復性好、穩定性強、加標回收率符合痕量分析要求。通過標準物質黃芪(GBW10028)對方法進行驗證，測定值均在允許的偏差范圍內。經測定，四川省各地區鐵莧菜重金屬中，Pb、As、Cu、Cd含量均符合現行《中國藥典》標準(2015年版)，成都、綿陽地區Hg含量超標。根據2015年最新頒布的《中醫藥-中藥材重金屬限量》ISO國際標準，Pb、As、Cd、Hg含量均未超標。

中藥材、蔬菜和水果中的重金屬含量及殘留問題日漸受各國關注。鐵莧菜作為我國常見中草藥及可食野菜，測定其重金屬含量對于我國國民健康有重要意義。重金屬檢測分析方法中，ICP-MS技術具有速度快、干擾少、檢出限低并可同時檢測多種元素等特點。樣品前處理的消解過程中，采用多孔加熱板預消解和微波消解結合，可使多纖維植物能夠消解至澄清無雜質，提高重金屬檢測的準確性并能保護儀器，防止阻塞。同時，Hg元素測定時，在配制標準液中加入微量Au元素，可抑制Hg吸附效應。并采用加蓋預消解和較低溫趕酸等方法，防止Hg在高溫消解中的損失。

試驗測定四川部分地區鐵莧菜重金屬含量中僅有成都和綿陽地區Hg元素含量超標。因成都地區人口較密集，工農業生產發達，從而導致Cd、Hg等重金屬含量較高，應引起相關部門重視，注意種植地選擇，降低當地環境污染，嚴查藥材使用渠道。同時，我國及國際上對中草藥重金屬含量限定并不完善，其他未限量重金屬元素還有待進一步考察。