ICP-MS分析不同產地黃連中39種無機元素△

周利，康利平，郝慶秀，郭蘭萍，康傳志，王升，楊健

中國中醫科學院 中藥資源中心 道地藥材國家重點實驗室培育基地，北京 100700

近年來研究發現，某些無機元素對中藥材的生長、藥效物質的積累及功效的發揮具有重要的作用。如硼、鉬、銅、鋅等元素是植物體內酶或輔酶的重要組成部分，在植物生長發育過程中起著不可缺少的作用[1]。李璇[2]研究發現，高濃度的鎘處理對丹參有效成分的積累有一定的促進作用。武志菲[3]通過統計發現，相同功效類型的中藥材在元素的富集特征上具有一定的相似性，如活血類中藥材中鉀元素含量中位數最高，鈣元素次之；止血類中藥中鈣、鉀、鈉的含量高于其他元素。許磊等[4]研究發現，鉀元素在常用的跌打損傷類中藥治療運動損傷中具有重要意義。鐵元素含量較高的藥材多具有滋陰補血的功效，銅元素含量較高的藥材多能增強新陳代謝，硒元素則可增強機體免疫力[5]；鐵、鋅、鉬等元素的適當補充對預防肝硬化和肝癌的發生具有重要意義[6]。

黃連作為我國傳統中藥，為毛茛科植物黃連CoptischinensisFranch.(習稱味連)、三角葉黃連C.deltoideaC.Y.Chenget Hsiao(習稱雅連)或云連C.teetaWall.的干燥根莖[7]，具有清熱燥濕、瀉火解毒、抗病毒、降糖、降壓等功效，具有廣闊的應用前景[8-10]。本研究以目前市場主流商品味連為研究對象，采用電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)，對其主產區重慶石柱及湖北利川采集的67批樣品中的39種無機元素進行含量分析，為黃連后續的相關研究提供參考。

1 材料

1.1 試藥

黃連樣品采集于2018、2019年，均已達到種植年限，滿足入藥需求。樣品主要來源于重慶石柱和湖北利川兩大黃連主產區的各個鄉鎮，共計67個批次，具體樣品信息見表1。樣品經中國中醫科學院中藥資源中心楊健副研究員鑒定為毛茛科植物黃連CoptischinensisFranch.。樣品采集、干燥后用小刷刷凈土壤和須根，經球磨儀打粉后過60目篩備用。

39種元素標準溶液由Muti-element Solution 1和Muti-element Solution 2(SPEX CertiPerp公司，批號：XPNCN-17-100)混合標準溶液配制而成；硝酸(分析級，默克公司，由酸純化器二次純化)；過氧化氫溶液(分析純，天津市大茂化學試劑廠)；水為經Millipore Milli-Q型水處理系統處理后的去離子水。

1.2 儀器

ICAP-Q型電感耦合等離子體質譜儀(賽默飛世爾科技有限公司)；Mars 6型微波消解儀(美國CEM公司)；MM 400型混合球磨儀(Retsch公司)；AUW120D型電子天平(日本島津公司)；Mill-Q型超純水機(美國Millipore 公司)；DST-1000型酸純化器(美國Savillex公司)。

表1 黃連樣品信息

2 方法

2.1 混合對照品儲備溶液的配制

精密量取混合對照品溶液適量，用2%硝酸溶液稀釋，制成各元素質量濃度均為10 μg·mL-1的對照品儲備液，4 ℃貯存備用。

2.2 ICP-MS工作條件

射頻功率：15 500 W；采樣深度：5.0 mm；采樣錐孔徑：1.0 mm；截取錐孔徑：0.4 mm；輔助氣和載氣(均為氬氣)流速分別為0.8、1.1 L·mL-1；冷卻氣流速為14.0 L·mL-1；霧化器類型：同心霧化器；霧化室溫度：2 ℃；掃描方式：STD模式；采集點數：3；重復次數：3次。

2.3 供試品溶液的制備

精密稱取藥材粉末0.1 g置于聚四氟乙烯微波消解罐中，依次加入過氧化氫溶液1 mL和硝酸5 mL，密閉消解罐，置于微波消解儀中消解，消解程序見表2。消解完全后，自然冷卻，取消解內罐置于電熱板上180 ℃趕酸至剩余1 mL，放冷，用超純水定容至10 mL，搖勻，過0.45 μm濾膜，即得無機元素供試品溶液。分別精密量取以上供試品溶液1 mL至10 mL和50 mL量瓶中，以超純水定容，搖勻，過0.45 μm濾膜，即得Fe、Zn、Mn元素和Mg、K元素供試品溶液。按相同方法制備空白對照溶液。

表2 微波消解程序

2.4 線性關系考察

分別精密量取混合對照品儲備液適量，加2%硝酸溶液稀釋，分別配成含Mg、K質量濃度為20、50、100、200、500、1000、2000 ng·mL-1；含Cu、Mn、Fe、Ni、Zn、Rb、Sr、Ba質量濃度為1、2、5、10、50、100、200、500 ng·mL-1；含Ag、Pb、As、Cd、Cr、Li、Be、V、Co、Ga、Se、Y、Cs、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Tl、Th質量濃度為0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、50.0 ng·mL-1的系列對照品混合溶液，以計數比率為縱坐標，質量濃度為橫坐標，繪制標準曲線(表3)。結果顯示，各元素的標準曲線線性關系良好，r均大于0.99。將對照品溶液逐步稀釋，直至各元素信號值為空白溶液信號值的3倍左右(S/N≈3)，此時各元素的質量濃度即為該元素的檢出限(LOD)。

2.5 精密度考察

精密吸取同一混合對照品溶液，按照2.2項下方法分別連續進樣6次，計算各元素響應信號的RSD，結果顯示各元素響應信號的RSD均小于3%，表明儀器精密度良好。

2.6 穩定性考察

取同一份供試品溶液(編號：LC1)，按2.2項下方法分別于0、2、4、8、12、18、24 h進樣測定，記錄各元素響應信號值，計算不同時間點間各元素響應信號值的RSD均小于3.5%，表明供試品溶液在24 h內穩定性良好。

2.7 重復性考察

分別精密稱取藥材粉末(編號：LC1)共6份，每份約0.1 g，按2.3項下供試品溶液的制備方法操作，按2.2項下條件進行測定，計算各元素含量。結果表明，各元素含量的RSD在2.25%～7.97%，在痕量分析的要求下，重復性良好，可以滿足檢測要求。

3 結果

3.1 黃連樣品元素分析結果

67批黃連樣品中39種無機元素的含量分析結果見表4～6。結果顯示，黃連中所含元素的種類較為豐富，在絕大多數樣品中39種無機元素均有檢出，其中含量水平最高的為K，平均質量分數為3 552.75 mg·kg-1，其次依次為Mg(1 441.53 mg·kg-1)、Mn(253.49 mg·kg-1)、Fe(219.62 mg·kg-1)和Zn(177.39 mg·kg-1)。此5種元素均為植物生長發育過程中必不可少的營養元素，直接參與植物的新陳代謝。其余無機元素的質量分數均在50 mg·kg-1以下。在所檢出的14種稀土元素中，Ce含量最高，平均質量分數達到0.86 mg·kg-1；其次為La和Nd，平均質量分數分別為0.53、0.33 mg·kg-1。其余11種稀土元素的質量分數均在0.1 mg·kg-1以下，含量水平普遍較低。

樣品所含重金屬元素中Cu的平均含量最高，其次依次為Cr、Pb、Cd、As。Cu的質量分數為6.10～30.74 mg·kg-1，平均值為16.28 mg·kg-1，其在ISO國際標準下[11]不存在超標情況(ISO國際標準未對Cu進行限量規定)，但其在《中華人民共和國藥典》(以下簡稱《中國藥典》)2020年版標準(Cu≤20 mg·kg-1)下共計有17批次超標，超標率為25.37%；Cr的質量分數為0.07～2.67 mg·kg-1，平均值為1.65 mg·kg-1，《中國藥典》2020年版還未制定中藥材中Cr的限量標準；Pb的質量分數為0.02～16.05 mg·kg-1，平均值為1.62 mg·kg-1，總體含量水平較低，僅有4個批次超過了《中國藥典》2020年版標準，在ISO國際標準下不超標；Cd的質量分數為0.12～1.14 mg·kg-1，平均值為0.43 mg·kg-1。在《中國藥典》2020年版標準下僅有2批次不符合要求，在國際標準下(Cd≤2 mg·kg-1)，黃連中Cd不超標；As的質量分數為0～0.83 mg·kg-1，平均值為0.16 mg·kg-1。總體而言As在黃連樣品中的含量較低，在《中國藥典》2020年版標準(As≤2 mg·kg-1)及ISO國際標準(As≤5 mg·kg-1)下均不存在超標情況。

續表5

續表5

表6 黃連樣品中Ce等13種元素質量分數(n=3) mg·kg-1

續表6

將利川和石柱2個產地黃連樣品中重金屬的含量進行比較，利川產黃連樣品中Cr、Cu、As、Cd、Pb的平均質量分數分別為1.51、16.09、0.15、0.29、2.11 mg·kg-1，石柱產黃連樣品中Cr、Cu、As、Cd、Pb的平均質量分數分別為1.79、16.48、0.17、0.57、1.10 mg·kg-1。Cr、Cu、As的含量在2個產地樣品中差異無統計學意義，但石柱所產黃連中Cd的含量總體高于利川產黃連，而利川產黃連樣品中Pb的含量總體高于石柱產黃連。除此以外，其余無機元素的含量相對較低。

3.2 黃連樣品中無機元素含量的聚類分析

應用SPSS 19.0軟件，以各無機元素含量進行系統聚類分析，樹形圖見圖1。在較短的遺傳距離內，各鄉鎮樣品表現出一定的聚集趨勢。在遺傳距離為10時，各產地樣品表現出了較好的聚集性。對于兩大產區而言，雖然某些產地的樣品有較好的聚集趨勢，但總體來說無法通過聚類分析的手段將兩大產區的樣品徹底分開。

圖1 黃連樣品中無機元素含量聚類分析

4 討論

元素分析結果表明，黃連中的無機元素種類豐富，本研究分析的39種無機元素在絕大多數樣品中均有檢出，但不同產地樣品間元素含量的差異較大。在所有元素中，以K、Mg、Mn、Zn、Fe含量最高，其為植物生長所必需的元素，同時也具有較強的生理活性。其次，本研究測定了樣品中當前最受關注的5種重金屬元素，其中Cd因為在《中國藥典》2015年版標準下(≤0.3 mg·kg-1)在黃連中的超標率總體較高，故而其在黃連中的含量一直備受關注，以本研究結果為例，67批樣品中Cd質量分數大于0.3 mg·kg-1的有44批。針對此情況，此前筆者研究小組針對黃連傳統以煎煮入藥的情況，對黃連煎煮后留下的藥湯中Cd的含量進行分析發現，Cd在水煎液中的溶出率僅約為黃連中Cd總含量的20.86%，且風險評估結果顯示，黃連中重金屬對人體沒有顯著危害[12]。當前，《中國藥典》2020年版將Cd的限量標準提高到了≤1 mg·kg-1，在新標準下，本研究樣品中僅有2個批次不符合要求。說明新標準中Cd的限量要求更加符合黃連的實際情況，新標準的頒布也大大減少了黃連中Cd的不合格率，有利于黃連產業的發展。

此外，Cr元素的含量也同樣值得關注。首先，Cr元素在當前的工業生產過程中應用十分廣泛，而廣泛的應用必然會導致環境的污染，并加劇動植物對其的吸收，因此必須加強對藥材中Cr元素的關注。其次，該元素又是一種形態毒性差異較大的元素。Cr最主要的存在形態為Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)，其中Cr(Ⅲ)為人體必需的營養元素，參與人體的糖、脂代謝；而Cr(Ⅵ)則被國際癌癥機構列為一級致癌物質，可誘導細胞凋亡、DNA損傷和線粒體損傷，具有顯著的基因毒性和致癌作用[13]。因此，針對此類較為特殊的元素，應該進一步做好元素的形態分析，確定藥材中該元素毒性較高形態存在的含量及比例，科學評價藥材中重金屬對人體的健康風險。