ICP-MS 法測(cè)定不同產(chǎn)地烏蕨5 種重金屬

陳 明,段 萍,萬(wàn)紅才,劉曉艷,羅洪蓮,徐作剛

(1.黔南民族醫(yī)學(xué)高等專(zhuān)科學(xué)校,貴州 都勻 558000;2.黔南州檢驗(yàn)檢測(cè)院,貴州 都勻 558000)

在保障人類(lèi)健康及用藥安全的大背景下,國(guó)家有關(guān)部委對(duì)藥用植物及制劑中殘留有害重金屬制訂并完善了相應(yīng)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。由于中藥的使用周期一般比化學(xué)藥要長(zhǎng),容易出現(xiàn)重金屬體內(nèi)蓄積,因此中藥材的重金屬污染防控工作尤其應(yīng)該受到普遍關(guān)注。烏蕨作為近年來(lái)研究較多且具有開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景的藥用植物,對(duì)其有害元素的控制也應(yīng)引起高度重視。

烏蕨Stenoloma chusanum (L.) Ching.為鱗始蕨科烏蕨屬的多年生草本植物,又名雉雞尾、烏韭、大葉金花草、石青葦?shù)?在長(zhǎng)江流域以南如廣西、湖南、湖北、江西、安徽、廣東、福建、浙江、云南、貴州、四川、重慶等省市區(qū)均有分布。烏蕨蘊(yùn)藏量較大,在很多地方的藥物志中均有收載,民間稱(chēng)其為萬(wàn)能解毒藥,也是苗醫(yī)常用的藥物,具有悠久的臨床用藥歷史和確切的療效。烏蕨主治感冒發(fā)熱、腸炎、痢疾、食物中毒、燒傷燙傷、農(nóng)藥中毒等；野外受傷或遇蛇咬,可就近取葉揉碎敷于傷口暫緩病情發(fā)展。近期報(bào)道烏蕨還具有降血糖、抗腫瘤的作用[1-2]。

2020 年版《中國(guó)藥典》 一部[3]及《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》[4]對(duì)藥用植物重金屬含有量有明確的限度規(guī)定,但迄今為止未見(jiàn)到國(guó)內(nèi)外關(guān)于烏蕨中重金屬元素的研究報(bào)道。為深入挖掘?yàn)蹀У膽?yīng)用價(jià)值,保障用藥安全,課題組對(duì)不同產(chǎn)地烏蕨中重金屬含有量進(jìn)行研究,擬建立微波消解處理樣品、電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICPMS) 測(cè)定烏蕨樣品中銅、砷、鎘、汞、鉛單元素含有量的方法,并進(jìn)行方法學(xué)驗(yàn)證,以期為烏蕨質(zhì)量控制體系的完善提供參考。

1 材料

1.1 儀器 Agilent 7800 ICP-MS、Agilent G3292A 冷水循環(huán)機(jī)(美國(guó)Agilent 公司)；ETHOS UP 微波消解儀、VB24 UP智能樣品處理儀(北京萊伯泰科科技有限公司)；Mettler Ag 135 電子天平(瑞士梅特勒科技有限公司)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與試劑 銅、砷、鎘、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(GNM-M05063-2013,批號(hào)19D4470,1 000 μg/mL)、鍺、銦、鉍混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(批號(hào)151c42-1,1 000 μg/mL)、金元素(GSB04-1715-2004,批號(hào)191082-1,1 000 μg/mL),均購(gòu)于國(guó)家有色金屬及電子材料分析中心；黃芪標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(地球物理地球化學(xué)勘查研究所,GBW 10028,批號(hào)200702)；調(diào)諧液7Li、59Co、89Y、140Ce、205Tl (美國(guó)Agilent 公司,1 μg/mL)。硝酸(優(yōu)級(jí)純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；娃哈哈純凈水(貴陽(yáng)娃哈哈飲料有限公司,批號(hào)20190629)。

1.3 樣品 本實(shí)驗(yàn)收集到14 批烏蕨,經(jīng)貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院何順志教授鑒定為鱗始蕨科烏蕨屬Stenolomachusanum (L.)Ching.的干燥品,具體信息見(jiàn)表1。取地上部分晾干,粉碎,過(guò)3 號(hào)篩,置干燥器中保存,備用。

表1 樣品信息

2 方法與結(jié)果

2.1 分析條件 射頻功率1 500 W；載氣體積流量0.8 L/min；霧化氣體積流量14 L/min；輔助氣體積流量0.8 L/min；蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速60 r/min；采樣模式全定量；測(cè)定時(shí)間40 s；采樣深度8 mm；采樣點(diǎn)3 次；循環(huán)水溫度15～20 ℃；循環(huán)水壓力230～400 kPa。使用調(diào)諧液調(diào)整儀器至最佳工作狀態(tài)后,按照2020 年版《中國(guó)藥典》 四部2321、0412 中ICP-MS 法進(jìn)行測(cè)定,待測(cè)元素分別為63Cu、75As、111Cd、201Hg、208Pb,72Ge 為63Cu、75As 的內(nèi)標(biāo),118In 為111Cd 的內(nèi)標(biāo),209Bi 為201Hg、208Pb 的內(nèi)標(biāo)。按順序依次對(duì)2% 硝酸、標(biāo)準(zhǔn)溶液、空白溶液、樣品溶液和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液進(jìn)行測(cè)定[5-7]。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

2.2.1 金元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 取金元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量,純凈水稀釋制成400 ng/mL,即得。

2.2.2 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液 精密吸取銅、砷、鎘、汞、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)溶液適量,純凈水制成各單元素質(zhì)量濃度均為1 μg/mL的貯備液,精密吸取1 mL 置100 mL 量瓶中,2%硝酸稀釋至刻度,搖勻,精密吸取適量,加入已預(yù)先加有“2.2.1”項(xiàng)下標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5 mL 的量瓶中,2%硝酸稀釋制成0、0.4、0.8、2、4、8、20、40、80、200 ng/mL,即得。

2.2.3 內(nèi)標(biāo)溶液 精密吸取含1 000 μg/mL 銦、鍺、鉍單元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液適量,2% 硝酸稀釋制成2 ng/mL,即得。

2.3 供試品溶液 取供試樣品(過(guò)3 號(hào)篩) 約0.5 g,精密稱(chēng)定,置聚四氟乙烯消解罐中,加硝酸8 mL,浸泡過(guò)夜,旋緊上蓋,置微波消解爐消解,程序見(jiàn)表2。消解完畢后冷卻至室溫,打開(kāi)上蓋,置智能樣品處理儀上,于120 ℃下趕酸至約1 mL,純凈水轉(zhuǎn)移至50 mL 量瓶中,加入“2.2.1” 項(xiàng)下標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5 mL,純凈水稀釋至刻度,搖勻,離心,取上清液作為供試品溶液,同法制備空白樣品10 份(不加“2.2.1” 項(xiàng)下標(biāo)準(zhǔn)溶液)[8]。

表2 微波消解程序

2.4 線性關(guān)系考察 ICP-MS 經(jīng)調(diào)諧液調(diào)至最優(yōu)化的條件后,取“2.2” 項(xiàng)下標(biāo)準(zhǔn)溶液及內(nèi)標(biāo)溶液,以待測(cè)元素響應(yīng)值與內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)值之比率為縱坐標(biāo)(Y),元素質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(X) 進(jìn)行回歸,結(jié)果見(jiàn)表3,表明各元素在各自范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

2.5 檢測(cè)限與定量限 取“2.3” 項(xiàng)下空白樣品溶液10份,測(cè)定CPS 值,計(jì)算其方差(SD),以3 倍SD 值作為檢測(cè)限,10 倍SD 值作為定量限,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各元素線性關(guān)系

2.6 精密度、重復(fù)性試驗(yàn) 取含銅、砷、鎘、汞、鉛的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(8 ng/mL),連續(xù)進(jìn)樣6 次,測(cè)得銅、砷、鎘、汞、鉛CPS 值的RSD 1.59%～3.73%,表明儀器精密度良好。樣品S7 平行稱(chēng)取6 份,按“2.3” 項(xiàng)下方法制備供試品溶液,測(cè)得銅、砷、鎘、汞、鉛含有量RSD 1.87%～4.83%,表明該方法重復(fù)性良好。

2.7 加樣回收率試驗(yàn) 稱(chēng)取樣品S79 份,精密加入5 種被測(cè)元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度均為50 ng/mL) 中,按“2.3” 項(xiàng)下方法制備高、中、低3 個(gè)質(zhì)量濃度的供試品溶液,計(jì)算回收率,結(jié)果見(jiàn)表4。

2.8 準(zhǔn)確性試驗(yàn) 取標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)黃芪,按“2.3” 項(xiàng)下方法配制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液,測(cè)定其中各單元素的含有量,再與“標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定證書(shū)” 中“生物成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值與不確定度” 的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較,見(jiàn)表5。由此可知,5 種元素的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值相符,表明該方法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。

表4 各元素加樣回收率試驗(yàn)結(jié)果（n=9）

表5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)黃芪中各元素的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值比較（mg/kg，，n=3）

表5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)黃芪中各元素的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值比較（mg/kg，，n=3）

注:±后為不確定度,0.012 為參考值。

2.9 各元素含有量測(cè)定 按“2.3” 項(xiàng)下方法制備供試品溶液,在“2.1” 項(xiàng)條件下測(cè)定含有量,結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 各元素含有量測(cè)定結(jié)果（mg/kg，n=3）

2.10 重金屬污染評(píng)價(jià) 根據(jù)單因子指數(shù)法及內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)烏蕨重金屬污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。單因子指數(shù)計(jì)算公式為Pi=Ci/Si,其中Pi為重金屬i 的單因子指數(shù),Ci為重金屬i 實(shí)測(cè)值,Si為重金屬i 評(píng)價(jià)規(guī)定值,Pi≥1 即為重金屬i 污染；內(nèi)梅羅綜合指數(shù)計(jì)算公式為P綜={ ()/2}1/2,其中,P綜為樣品重金屬污染綜合指數(shù),Pmax為所有重金屬元素污染物單因子指數(shù)的最大值,Pave為所有重金屬元素污染物單因子指數(shù)的平均值。 P綜≤0.7,安全級(jí),清潔；0.7＜P綜≤1.0,警戒線,比較清潔；1.0＜P綜≤2.0,輕度污染,植物開(kāi)始被污染；2.0＜P綜≤3.0,中度污染,植物被污染明顯； P綜＞3,重度污染,植物被污染嚴(yán)重[9-11]。結(jié)果見(jiàn)表7。

將表7 數(shù)據(jù)繪制成趨勢(shì)圖,可見(jiàn)銅、砷、汞Pi的變動(dòng)幅度較小,而鎘、鉛Pi的變動(dòng)幅度較大,表明被鎘、鉛污染的可能性大,見(jiàn)圖1。

表7 各元素的污染評(píng)價(jià)結(jié)果

圖1 各元素單因子指數(shù)趨勢(shì)圖

3 討論

ICP-MS 法具有操作簡(jiǎn)單,能夠消除其他元素干擾,同時(shí)測(cè)定多種元素,檢出限低、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。但泵管、進(jìn)樣管、霧化室、矩管、采樣錐等會(huì)對(duì)汞元素產(chǎn)生吸附,即記憶效應(yīng)。而金元素能與汞元素形成金汞齊,增加汞元素的溶解性,并且能夠很好的保證汞元素的穩(wěn)定性,降低記憶效應(yīng)[12]。為此,2020 年版《中國(guó)藥典》 四部規(guī)定在供試品溶液中加入金元素(標(biāo)準(zhǔn)溶液不加金元素)。本實(shí)驗(yàn)使用的是混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,因此在混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、供試品溶液和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液中均加入金元素標(biāo)準(zhǔn)溶液作為汞元素穩(wěn)定劑。

2020 年版《中國(guó)藥典》 一部和現(xiàn)行《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》 規(guī)定,重金屬總量≤20.0 mg/kg,Cu≤20.0 mg/kg,As≤2.0 mg/kg,Cd≤0.3 mg/kg,Hg≤0.2 mg/kg,Pb≤5.0 mg/kg,14 批樣品中,鎘超標(biāo)樣品占總數(shù)的35.7%,含有量為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的1.4～8.5 倍；鉛超標(biāo)樣品占總數(shù)的21.4%,含有量為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的1.1～4.5 倍。

采用單因子指數(shù)法及內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)烏蕨重金屬污染的情況[13-15],發(fā)現(xiàn)四川宜賓樣品鎘、鉛元素單因子指數(shù)超標(biāo),綜合指數(shù)屬重度污染；貴州都勻6 批樣品中有3 批鎘元素單因子指數(shù)超標(biāo),綜合指數(shù)屬輕度或重度污染；從單因子指數(shù)繪出的趨勢(shì)圖可知,銅、砷、汞元素含有量波動(dòng)不大,鎘、鉛元素含有量波動(dòng)大,建議重點(diǎn)監(jiān)控烏蕨鎘、鉛元素的含有量。同時(shí)在制訂烏蕨質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)該對(duì)有害重金屬含有量進(jìn)行限度控制。

烏蕨樣品采集地的自然環(huán)境對(duì)樣品是否被重金屬污染的影響很大,以貴州都勻?yàn)槔?從有關(guān)資料來(lái)看[16],都勻市及其周邊地區(qū)鉛鋅汞等礦產(chǎn)資源豐富,而鎘元素是鉛鋅礦的主要伴生物質(zhì),因此成為土地污染頻率最高的重金屬,從而導(dǎo)致烏蕨易被鎘污染。而四川宜賓、湖南元江烏蕨樣品出現(xiàn)重金屬污染的原因尚待進(jìn)一步考察。另外,烏蕨對(duì)環(huán)境中的重金屬是否有一定的富集作用,尤其是對(duì)鎘與鉛元素的富集作用較強(qiáng),有待下一步探討。