ICP-MS法同時測定白石脂藥材中27種重金屬及微量元素的含量Δ

朱仁愿，姬良亮，張曉萍，邱國玉，馬瀟（.蘭州市食品藥品檢驗所，蘭州730050；2.甘肅省藥品檢驗研究院/甘肅省中藏藥檢驗檢測技術工程實驗室，蘭州 730070）

白石脂（Halloysitum album）屬于礦物藥，為硅酸鹽類多水高嶺石族礦物多水高嶺石?！缎戮幹兴幹尽穂1］對其藥用歷史進行了考證，發現白石脂始載于《神農本草經》“青赤黃白黑石脂”條，列為上品，為甘肅省地方習用藥材。該藥材未收錄于《中國藥典》歷版及現行版中，僅收載于2009年版《甘肅省中藥材標準》中，來源為硅酸鹽類多水高嶺石族礦物多水高嶺石。其全年可采挖，采挖后除去雜質、泥土，挑選白色者。該藥材味甘、酸，性平，無毒，具澀腸止瀉、固脫、斂瘡之效，用于久瀉久痢、大便出血、崩漏、帶下、遺精，外治瘡瘍不斂，濕疹膿水浸淫[2］。白石脂主要成分為水化硅酸鋁，含二氧化硅46.5%、三氧化二鋁39.5%、水14.0%，但常含鐵（Fe）、鎂（Mg）、鈣（Ca）等雜質[3］。

重金屬及微量元素作為中藥材、尤其是礦物藥的重要組成部分，與藥材的藥性、藥效乃至毒副作用密切相關[4］。高慧慧等[5］研究結果表明，礦物藥的毒性、藥效與重金屬及微量元素的溶出情況密切相關。電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）作為2015年版《中國藥典》（四部）中推薦的一種重金屬測定方法[6］，具有靈敏度高、干擾小、線性范圍寬、檢測限低和同時或順序測定多元素等特點，可在短時間內完成70多種元素的定量檢測，是現代科學研究和生產中的一種重要分析測試手段，也是當前國內外普遍采用的一種痕量元素分析工具[7］。濕法消解是目前進行元素分析的最直接、最有效、最經濟的一種樣品前處理手段[8］。鑒于此，本研究以濕法消解對樣品進行前處理，采用ICP-MS法對26批不同產地白石脂中鋰（Li）、鈹（Be）、鈉（Na）、Mg、鋁（Al）、鉀（K）、Ca、鉻（Cr）、錳（Mn）、Fe、鈷（Co）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鎵（Ga）、砷（As）、硒（Se）、銣（Rb）、鍶（Sr）、銀（Ag）、鎘（Cd）、銫（Cs）、鋇（Ba）、鉛（Pb）、鉈（Tl）、鈾（U）、釩（V）等27種重金屬及微量元素進行定量分析，并結合聚類分析對其進行綜合評價，旨在為有效控制其質量提供參考依據。

1 材料

1.1 儀器

7900型ICP-MS儀，包括真空系統、自動進樣器、四級桿、檢測器、碰撞池、霧化器、離子透鏡和蠕動泵等（美國Agilent公司）；MS105DU型十萬分之一電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司］；Milli-Q IQ7000型超純水系統[密理博（中國）有限公司］；SCG-4型數控恒溫水浴鍋（寧波新芝生物科技股份有限公司）；BHW-09C型恒溫消解儀（上海博通化學科技有限公司）。

1.2 試劑

27種元素混合對照品溶液（含有Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb、Tl、U、V，批號:K2-MEB653023，美國Inorganic Ventures公司，各元素質量濃度均為10 000 μg/L）；鉍（Bi）、鈰（Ce）、銦（In）、镥（Lu）、銠（Rh）、鈧（Sc）、鋱（Tb）混合內標溶液（Part#:5188-6525，各元素質量濃度均為100 000 μg/L）和Ce、Co、Li、Mg、Tl、釔（Y）標準調諧液（Part#:5185-5959，各元素質量濃度均為1 μg/L）均由美國Agilent公司提供；氫氟酸、高氯酸均為分析純，其余試劑均為分析純，水為超純水。

1.3 藥材

26批白石脂藥材樣品經蘭州市食品藥品檢驗所張彩霞副主任中藥師鑒定為硅酸鹽類多水高嶺石族礦物多水高嶺石（Kaolinite），來源及性狀見表1。

表1 藥材來源及性狀Tab 1 Source and characteristics of medicinal material

2 方法與結果

2.1 ICP-MS條件

采用氦氣碰撞反應池模式，用調諧液對儀器質量軸、分辨率、靈敏度、雙電荷、氧化物進行優化。儀器參數設置:載氣為氬氣；碰撞氣體為氦氣；等離子體氣流速為15.0 L/min；載氣流速為1.17 L/min；碰撞氣體流速為5.0 mL/min；霧化器為Barbinton；采樣深度為8.0 mm；石英雙通道霧化室，霧化室溫度為2℃；等離子體射頻功率為1.3 kw；蠕動泵轉數為30 r/min；采用全定量分析模式[9-12］，測點數為3，分析時間為0.1 s，重復次數為3。

2.2 溶液的制備

2.2.1 混合對照品溶液 精密量取27種元素混合對照品溶液適量，用2%硝酸稀釋制成Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb、Tl、U、V質量濃度均分別為0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、100.0、200.0 μg/L 的系列混合對照品溶液。

2.2.2 混合內標溶液 精密量取混合內標溶液0.5 mL，置于100 mL量瓶中，用水稀釋制成Bi、Ce、In、Lu、Rh、Sc、Tb質量濃度均為500 μg/L的混合內標溶液。

2.2.3 供試品溶液 白石脂樣品搗碎，研細，取細粉約0.2 g，精密稱定，置于150 mL聚四氟乙烯燒杯中，加5%氫氟酸溶液30 mL，于沸水浴上加熱溶解，再加高氯酸1 mL，混勻后將溶液轉移至聚四氟乙烯消解罐中，用少量水清洗燒杯內壁3次，洗液并入消解罐中，放置于恒溫加熱消解儀中，150℃加熱蒸發至約1 mL，取出，放冷，置于50 mL量瓶中，用少量水洗滌聚四氟乙烯消解罐3次，洗液置于量瓶中，搖勻，作為供試品原液；取上述供試品原液1 mL用水稀釋至100 mL，作為供試品稀釋液1；取上述供試品原液1 mL用水稀釋至1 000 mL，作為供試品稀釋液2。其中，供試品原液用于測定Li、Be、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb、Tl、U、V，供試品稀釋液1用于測定Na、Mg、K、Ca，供試品稀釋液2用于測定Al、Fe。

2.2.4 空白對照溶液 不加白石脂樣品細粉，其余按“2.2.3”項下供試品原液方法操作，即得空白對照溶液。

2.3 線性關系考察

取“2.2.1”項下系列質量濃度的混合對照品溶液和“2.2.2”項下混合內標溶液各適量，按“2.1”項下ICP-MS條件進樣測定，記錄儀器響應值。以各待測元素質量濃度（x，μg/L）為橫坐標、各待測元素與內標（以Sc為內標測定Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、V，以Ce為內標測定Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr，以Rh為內標測定Ag，以In為內標測定Cd、Cs、Ba、U，以Bi為內標測定Pb、Tl）儀器響應值的比值（y）為縱坐標進行線性回歸，回歸方程與線性范圍見表2[13］。

2.4 定量限與檢測限考察

精密吸取“2.2.4”項下空白對照溶液和混合對照品溶液（質量濃度為50.0 μg/L）適量，倍比稀釋，按“2.1”項下ICP-MS條件進樣測定，記錄儀器響應值，以連續測定空白對照溶液儀器響應值的10倍標準偏差對應的各待測元素質量濃度為定量限，以連續測定空白對照溶液儀器響應值的3倍標準偏差對應的各待測元素質量濃度為檢測限，結果見表2。

2.5 精密度試驗

取“2.2.1”項下混合對照品溶液（質量濃度為50.0 μg/L）適量，按“2.1”項下ICP-MS條件連續進樣6次，記錄儀器響應值。結果，Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U儀器響應值的RSD分別為2.3%、6.1%、1.3%、1.0%、0.7%、0.8%、1.7%、0.8%、0.5%、1.0%、0.8%、0.8%、0.7%、2.0%、1.9%、3.6%、2.0%、6.6%、2.6%、1.5%、4.3%、4.7%、3.7%、1.4%、2.5%、2.0%、2.4%（n＝6），表明儀器精密度良好。

2.6 穩定性試驗

取“2.2.3”項下供試品溶液（編號:S5）適量，共6份，分別于室溫下放置0、3、6、9、12、24 h時按“2.1”項下ICPMS條件進樣測定，記錄儀器響應值。結果，Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U儀器響應值的RSD分別為1.3%、5.4%、0.8%、0.2%、1.1%、2.1%、0.5%、3.1%、3.7%、2.7%、2.8%、2.6%、2.7%、1.8%、2.5%、1.4%、2.7%、4.2%、3.2%、2.4%、3.4%、3.6%、1.2%、1.0%、1.5%、0.7%、1.0%（n＝6），表明供試品溶液在室溫下放置24 h穩定性良好。

表2 回歸方程、線性范圍、定量限及檢測限Tab 2 Regression equation，linear range，quantitation limit and detection limit

2.7 重復性試驗

精密稱取白石脂樣品細粉（編號:S5）適量，按“2.2.3”項下方法制備供試品溶液，共6份，再按“2.1”項下ICP-MS條件進樣測定，記錄儀器響應值，并按標準曲線法計算含量。結果，Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U 的平均含量分別為 9.95、0.23、738.05、80.03、21 620.35、1 583.37、127.97、0.45、3.57、0.98、388.99、0.60、4.85、89.66、6.76、32.70、4.78、2.09、9.30、1 006.35、0.07、0.01、0.21、229.34、0.11、64.93、2.90 mg/kg（n＝6），儀器響應值的RSD分別為2.3%、2.6%、1.3%、1.0%、0.7%、0.8%、2.0%、0.5%、0.5%、0.8%、0.7%、0.6%、0.7%、1.9%、1.8%、3.7%、1.8%、5.8%、2.5%、1.5%、0.7%、0.3%、1.4%、1.4%、0.6%、2.0%、2.1%（n＝6），表明本方法重復性良好。

2.8 加樣回收率試驗

采用加樣回收法，稱取已知含量的白石脂樣品細粉（編號:S5）共6份，每份約0.15 g，加入5%氫氟酸溶液30 mL，再加入 50.0 μg/L混合對照品溶液 1 mL，按“2.2.3”項下方法制備供試品溶液，再按“2.1”項下ICPMS條件進樣測定，記錄儀器響應值并計算加樣回收率。結果，Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Tl、Pb、U儀器響應值的加樣回收率范圍分別為78.5%～87.3%、90.2%～92.6%、106.9%～115.8%、102.1%～106.8%、121.3%～124.1%、113.5%～121.1%、116.2%～122.7%、70.1%～77.4%、100.6%～105.9%、122.2%～128.4%、102.3%～106.9%、89.6%～95.2%、111.4%～120.1%、105.3%～118.9%、97.4%～105.7%、91.6%～112.3%、125.6%～135.5%、101.2%～111.1%、75.9%～87.6%、122.1%～131.9%、71.8%～76.5%、91.2%～119.6%、110.4%～124.4%、127.1%～129.9%、95.3%～108.7%、106.8%～117.7%、105.5%～124.0%，平均加樣回收率分別為83.8%、91.4%、111.6%、104.6%、112.8%、118.3%、119.1%、72.3%、102.6%、125.6%、104.7%、92.7%、115.8%、112.8%、100.8%、103.6%、129.1%、106.6%、82.6%、127.3%、74.1%、111.2%、118.3%、128.5%、104.6%、111.4%、116.1%，RSD分別為4.5%、1.0%、3.4%、1.7%、0.9%、2.4%、2.2%、3.8%、1.8%、1.7%、1.8%、2.4%、2.5%、4.8%、2.8%、7.0%、2.7%、3.1%、5.0%、2.6%、2.3%、9.4%、5.0%、1.0%、4.7%、3.5%、5.9%（n＝6）。

2.9 藥材樣品27種元素的含量測定

取26批白石脂樣品細粉適量，按“2.2.3”項下方法制備供試品溶液，再按“2.1”項下ICP-MS條件進樣測定，平行測定3次，記錄儀器響應值并按標準曲線法計算藥材樣品中重金屬及微量元素的含量，結果見表3。

2.10 白石脂重金屬及微量元素測定數據聚類分析

采用Excel 2007軟件匯總原始數據，結果顯示，Al含量最高，此外Li、Na、Mg、K、Ca、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Se、Rb、Sr、Ba和U是白石脂中微量元素的主成分。采用PASW Statistics 18.0軟件，使用組間聯接的聚類方法進行聚類分析，以“平方Euclidean距離”為度量標準，繪制不同產地白石脂中重金屬及微量元素的樹狀圖，見圖1。

由圖1可知，白石脂所有樣品可分為4類，第一類為S1、S2、S6、S12，第二類為S3、S5，第三類為S7、S8、S9、S10、S11、S14、S15、S18、S19、S20、S22、S25，第四類為S4、S13、S16、S17、S21、S23、S24、S26。

表3 26批白石脂樣品中27種元素含量測定結果（n＝3，mg/kg）Tab 3 Results of content determination of 27 kinds of elements in 26 batches of Halloysitum album（n＝3，mg/kg）

圖1 26批白石脂樣品中27種元素聚類分析樹狀圖Fig 1 Cluster analysis diagram of 27 kinds of elements in 26 batches of Halloysitum album

3 討論

3.1 消解體系的選擇

白石脂為硅酸鹽類多水高嶺石族礦物多水高嶺石，主要含二氧化硅，含量達46.5%；此外還含有三氧化二鋁39.5%、水14.0%。因此在選擇消解體系時，考慮到二氧化硅的存在，本研究選用氫氟酸-高氯酸進行消解[14］。本課題組前期考察了5%、10%、20%氫氟酸溶液的消解效果，結果顯示5%氫氟酸30 mL在沸水浴上就能將樣品溶解，故選用此消解溶劑。樣品經氫氟酸、高氯酸消解后，于消解儀上濃縮至約1 mL，轉移后以水定容，此時發現會出現分層現象，下層為膠體狀態，可在沸水浴上加熱數分鐘使溶解，放冷后再定容至50 mL。

3.2 樣品元素結果分析

白石脂收載于2009年版《甘肅省中藥材標準》中，僅有性狀和理化反應鑒別檢測項目，參照2015年版《中國藥典》（一部、四部）中黃芪、甘草和明膠空心膠囊項下重金屬及有害元素的限度指標，即Pb不得超過5 mg/kg，Cd不得超過0.3 mg/kg，As不得超過2 mg/kg，Cu不得超過20 mg/kg，Cr不得過2 mg/kg[6，15］。本研究檢測的26批白石脂中，Pb含量為3.97～64.24 mg/kg，僅1批未超出限度；Cd含量基本在0.3 mg/kg以下，有3批超出限度，含量分別為1.24、2.71、16.45 mg/kg；As含量全部超出限度，含量為4.16～29.63 mg/kg；Cu含量有10批超出限度，最大含量為98.29 mg/kg；Cr含量為1.85～34.92 mg/kg，僅1批未超出限度，提示大部分白石脂藥材中重金屬及有害元素含量嚴重超標。因此，為了更好地控制白石脂質量，筆者建議相關部門修訂白石脂質量標準，增加重金屬檢測項目并制定合理的限度指標。此外本研究并未對汞進行測定，有待后續研究予以完善。本研究結果還顯示，Al是白石脂中含量最高的元素，以三氧化二鋁的形式存在[3］，可能與白石脂發揮止瀉、止血、黏膜保護作用有關；本試驗個別樣品的Al元素含量超出了標準曲線范圍，可考慮在試驗過程中，適當增加2個高濃度的對照品溶液。同時，通過白石脂中通過27種重金屬及微量元素的含量測定結果可以看出，Li、Na、Mg、K、Ca、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Se、Rb、Sr、Ba和U是白石脂微量元素的主成分，可作為其特征元素，而Be、Ag、Cs和Tl的含量則相對較低。由此，考慮到試驗中所用試劑對測定結果的影響，按“2.1”項下方法同時對空白溶液進行了檢測，其測定結果中各元素含量與白石脂樣品相比，均低于0.5%，故認為試劑無干擾[16-20］。

3.3 測定結果的聚類分析

由圖1可知，白石脂大體可以分為4類。從產地的角度來看，這種分類并不存在相關性，但是結合白石脂的性狀特征發現，其分類與白石脂性狀具有一定的關聯性，第一類的性狀特征為表面類白色或淡黃色，體輕，質略軟，手摸有滑潤感，輕砸破碎，斷面顆粒狀；第二類為表面粉白色，有大片紅色或粉紅色紋理，體重，質硬，不易砸碎，斷面較平坦；第三類則是介于第一類和第二類之間，為類白塊狀集合體，間有紅色或棕色條紋，其中紅色礦物較第二類少，且質地比第二類略軟；第四類為不規則塊狀，表面為黑白相間色，粗糙，或間有黃褐色條斑，體重，質硬，手摸有沙粒感。由此可見，性狀特征是鑒別該藥材的重要依據。

綜上，本試驗通過對白石脂中重金屬及微量元素進行測定，為全面認識其元素的組成及其含量范圍提供了數據支持，同時對修訂完善白石脂質量標準、保證藥材有效性和安全性提供了實驗基礎。