微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定祖師麻中重金屬元素含量

秦海娟， 陶占輝， 董 昆， 劉 濤

(天津科技大學 現代分析技術研究中心， 天津 300457)

0 引 言

中藥中重金屬污染是當前中藥質量控制的熱點,一方面是因為重金屬對人體的新陳代謝及正常的生理功能具有明顯的傷害作用,另一方面是因為重金屬殘留嚴重影響著我國中藥的出口[1]。Pb、Cd、Cr、Hg、Sn、Cu、Zn等重金屬元素被人體吸收后,蓄積至一定量時可引起免疫系統障礙,使神經、內分泌、肝、腎功能受損,甚至引起腫瘤。 因此,世界各國對這些有害元素在藥品中的含量制定了嚴格的限量標準[2]。目前中藥中重金屬元素的檢測方法很多,主要有分光光度法、原子吸收光譜法、原子發射光譜法、熒光分析法、電感耦合等離子體原子發射光譜法等,這些方法大多只能單個元素測定,操作復雜,而電感耦合等離子體質譜 (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry， ICP-MS)分析技術作為新興的方法，集檢出限低、光譜干擾少、精密度高、線性范圍寬等優點，能夠實現多元素同時測定且含量差別較大的各組分，是近年來中藥含量元素分析中最先進的方法[3]。祖師麻為民間常用中草藥，收載于1977年版《中國藥典》，為瑞香科植物黃瑞香(Daphne giraldii Nitsche)、甘肅瑞香(Daphne tangutica Maxim)或凹葉瑞香(Daphne retusa Hemsl)的干燥莖皮及根皮。臨床用于治療風濕痹痛、關節炎、類風濕性關節炎痛等[4]。但目前對祖師麻的質量標準研究較少，尚缺乏系統的研究。該研究采用微波消解-ICP-MS法對產于陜西、四川和廣西的祖師麻中Pb、Cd、Cr、Hg、Sn、Cu、Zn含量進行測定,建立了有害元素的檢測方法, 旨在為研究中藥質量控制、GAP的實施以及用藥安全性提供理論依據[5]。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 儀器

Thermo ICAP Q型電感耦合等離子體質譜儀,美國ThermoFisher科技有限公司；

CETAC ASX-520自動進樣器,美國CETAC有限公司；

Mili-Q超純水系統,美國Millipore科技有限公司；

安東帕Multiwave PRO型微波消解儀,奧地利AntonPaar股份有限公司；

原子吸收分光光度計,美國PE公司AAS-900T；

原子熒光光譜儀,北京海光儀器公司AFS9530；

ME204 萬分之一分析天平,瑞士METTLER儀器有限公司；

LD-06A高速中藥粉碎機,上海科達醫學儀器設備有限公司；

所使用的玻璃和塑料容器均經過20%硝酸水溶液浸泡48 h。

1.1.2 試劑與標準溶液

濃硝酸65%～72%,德國Merck科技有限公司；

過氧化氫30%，優級純,國藥集體股份有限公司；

Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu、Zn標準溶液,1 000g/mL,中國計量科學院；

GBW10027人參成分分析標準物質,中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所；

Ge、In、Bi、 Rh、Sc、Li、Tb、Y內標元素標準溶液,1 000g/mL,中國計量科學院；

試驗所用水均為超純水,電阻率 ≥ 18.2 MΩ；

液氬杜瓦(比歐西氣體),天津有限公司，200 L；

高純氦氣,天津百思達氣體有限公司，99.999%。

1.1.3 樣品來源及處理

祖師麻藥材取于陜西、四川和廣西三省。用清水洗去表面灰塵及其它附著物，然后用上述超純水沖洗多次，直至干凈，晾干。置于烘箱中在60 ℃下干燥48 h，于高速中藥粉碎機粉碎后過100目篩，取1 g樣品置于烘箱中60 ℃下保持20 h，取出置于干燥器中冷卻至室溫。

1.2 實驗方法

1.2.1 ICP-MS工作參數優化及干擾消除

為獲得理想的分析靈敏度和精密度，需要對儀器工作參數進行優化，應用ThermoFisher公司的含有Li、Co、In、U四種元素的調諧液(濃度為1×10-9)，并通過軟件的AutoTune對ICP-MS做調諧校正，使儀器達到最佳分析條件。校正后，Li、Co、In、U四種元素的強度值分別為Li ≥ 12萬cps/10-9、Co ≥ 23萬cps/10-9、In ≥ 52萬cps/10-9、U ≥ 86萬cps/10-9。優化后的儀器指標參數見表1。

表1 ICP-MS儀器工作參數

注：分析模式為動能歧視KED；數據采集模式為跳峰模式。

ICP-MS的主要干擾是物理干擾和質譜干擾。物理干擾的存在易造成信號漂移和信號抑制[6]。

本試驗儀器通過在線加入72Ge、115In、209Bi、103Rh、45Sc、6Li、159Tb、89Y混合內標校正溶液來消除物理干擾。而質譜干擾主要就是多原子干擾和同量異位素干擾。

本試驗利用ICP-MS的QCELL技術，引入高純氦氣作為碰撞氣體，采用KED動能歧視分析模式，盡可能的消除了質譜干擾，大大地降低了相應質量區間內同位素的背景等效濃度，去除了基體所引起的干擾，因此有效地優化了檢出限，得到近乎無干擾的數據結果。

1.2.2 微波消解條件

該研究采用微波消解技術，應用安東帕的微波消解儀，采用程序功率控制方式對樣品進行密閉、高溫、高壓微波消解，有效防止易揮發元素的損失，整個消解反應各個階段更平穩、完全[7]。該消解方式具有消解速度快、樣品用量少、重現性好、更準確、更安全及操作簡便等優點。

具體微波消解條件見表2。

1.2.3 混合標準曲線和混合內標校正標準溶液的配制

精密吸取Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu的10 μg/mL標準溶液各0.1 mL，用5%硝酸(V/V))稀釋至4 mL,即為250g/L的混合標準溶液。

吸取上述混合標準溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，用5%硝酸(V/V)稀釋至10 mL，即為Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu、Zn的混合標準曲線，標準空白為5%硝酸(V/V)，以上Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu的標準點濃度均為0、5、10、15、20、25g/L；Zn元素的標準點濃度為0、20、40、60、80、100g/L。

精密量取內標元素Ge、In、Bi、Rh、Sc、Li、Tb、Y的1g/mL標準溶液各10 mL，用5%硝酸(V/V)稀釋至500 mL，濃度即為20g/L的混合內標校正標準溶液。

1.2.4 待測樣品溶液的制備

準確稱取各產地祖師麻樣品粉末0.200 0 g各兩份和人參成分分析標準物質四份，置于干凈的微波消解管中，其余6支消解管為空白，以上均加入濃硝酸5 mL和過氧化氫1 mL，加蓋密封后置于轉子中，將轉子于消解儀中放置平穩，按照上述微波消解條件進行操作，待消解完成后，取出消解管放壓，壓力平穩后將液體轉移至50 mL容量瓶中，同時多次清洗消解管，并將液體一并轉移至容量瓶，用超純水定容待測。

2 結果與分析

2.1 標準曲線和樣品測定

首先將ICP-MS儀器調整到最佳分析狀態，設置儀器參數，編輯實驗方法，通過三通混合器在線引入內標溶液，觀察內標靈敏度及其穩定性，達到要求后，將7種待測元素的混合標準溶液和待測樣品逐一通過自動進樣器引入分析儀器中進行測定。

2.2 線性關系的考察

7種元素的分析信號值和濃度值具有良好的線性關系,見表3。

表2 微波消解條件

表3 被測元素線性方程和檢測限

2.3 實驗數據處理方法

通過測定得到一系列實驗數據，此數據不能作為樣品的最終檢測結果，需進行相應的數據處理。首先，選定合適的空白結果進行扣除，然后對人參標準物質中的待測元素進行內標元素的選擇，直至該待測元素測定結果處于人參標準物質中該元素的認定值與不確定度之間即可，各待測元素均按以上方法操作，得到各樣品待測元素測定結果見表4。

2.4 儀器方法比對試驗

2.4.1 利用原子熒光分光光度計(AFS)對以上樣品進行As、Hg總量測定

依照國標GB5009.11-2014和GB5009.17-2014微波消解-AFS法對以上不同產地祖師麻樣品進行As、Hg元素測定，并同時進行不同濃度的加標試驗，檢測結果和加標回收率見表5。

2.4.2 利用原子吸收分光光度計(AAS)對以上樣品進行Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的測定

依據國標GB5009.13-2017、GB5009.12-2017、GB5009.14-2017、GB5009.15-2014和GB5009.123-2014方法對樣品進行微波消解，利用原子吸收分光光度計對上述不同產地祖師麻中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr進行測定，同時做Cu元素加標試驗，檢測結果和加標回收率見表6。

表4 三種產地祖師麻和人參標準物質中7種待測元素檢測結果 μg/g

表5 AFS法測定總As和總汞檢測結果

表6 AAS法測定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr檢測結果

通過對比表4～表6分析數據可以看出，不同儀器之間測試比對結果基本相當，無明顯數據差異。

根據《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》(2001)、《美國藥典》和《歐洲藥典》規定，中藥材中重金屬含量限值為Pb ≤5.0 mg/kg、Cd ≤0.3 mg/kg、Cr ≤0.2 mg/kg、As ≤2.0 mg/kg、Hg ≤0.2 mg/kg、Cu ≤20.0 mg/kg、Zn ≤50.0 mg/kg[8-9]。

依據上述重金屬限值可以看出,三個產地的祖師麻檢測結果中，四川的祖師麻重金屬Pb和Cr超標，而陜西和廣西兩個產地的祖師麻重金屬Cr超標。

3 結 語

實驗建立用微波消解-ICP-MS法測定中藥祖師麻中7種重金屬元素含量，以微波消解作樣品的前處理，通過在線加入Bi、In、Ge、Sc、Rh元素進行內標校正，消除非質譜干擾，同時采用KED動能歧視模式，消除質譜干擾。利用人參標準物質，通過選取合適內標元素對該標準物質中待測的7種重金屬元素含量進行比對，進而確定祖師麻中重金屬元素的含量。通過采用原子吸收光譜法和原子熒光光譜法進行方法比對，可知該方法操作簡便、快捷、可靠，穩定性更好，可廣泛用于中藥材中重金屬含量的準確測定。