半邊蓮中重金屬及有害元素測定與污染評價

何 玲，何衛保，麥 曦，陳 葶，李 娜，廖一靜，馮麗華，張其民

(南昌大學藥學院，江西 南昌 330006)

半邊蓮為桔梗科植物半邊蓮LobeliachinensisLour.的干燥全草，主治毒蛇咬傷、燒傷、癰腫疔瘡、扁桃體炎、闌尾炎、肝硬化腹水及多種癌癥[1]，為臨床常用中藥材。近年來，中藥材因其重要而獨特治療效果而被廣泛使用的同時，其重金屬及有害元素污染引起的安全性問題也受到了越來越多學者的關注。重金屬包括鉛、砷、鎘等有害重金屬和銅、鐵等人體必需的微量元素，在體內蓄積到一定量時具有很強的毒性，重金屬鎘對人體主要是腎毒性和骨骼毒性，并且抑制多種生物酶的活力[2-3]。中藥材在吸收生長所需營養物質的同時，對重金屬及有害元素也進行吸收富集，導致中藥材中重金屬含量超標，服用后在人體內代謝緩慢而蓄積，對人的身體健康產生嚴重影響。

中藥材對重金屬及有害元素的吸收不僅受到其生長土壤、水質等環境因素以及加工炮制方法的影響[4-6]，還與其吸收富集特性密切相關[7]。Peng等[8]研究發現在一個金屬污染地區半邊蓮嫩枝中鎘含量普遍較高，60%的半邊蓮生物累積因子(BF)都大于1，在對數尺度上植物組織中鎘濃度與土壤中鎘濃度呈顯著正相關，半邊蓮可能是潛在的鎘強累積植物。中藥材中重金屬及有害元素的吸收還存在協同效應。秦雙雙等[9]研究發現全草類中藥材中Pb，As，Cu，Hg這4種金屬元素之間呈顯著正相關，丹參的指標性成分丹參酮類與As、Hg呈顯著正相關。此外，中藥材重金屬及有害元素的污染評價是中藥材品質和安全性的重要內容。李耀磊等[10]運用ICP-MS法測定不同產地冬蟲夏草及周圍土壤中重金屬的含量，并采用單項污染指數法和內梅羅綜合污染指數法進行評價，發現As是藥材主要的污染物，綜合來看冬蟲夏草重主要產地重金屬及有害元素污染處于重度污染水平。

然而，目前對中藥材半邊蓮中重金屬及有害元素的研究相對較少，缺少重金屬相關性分析和污染評價的研究。為了全面了解我國半邊蓮中重金屬及有害元素的污染情況，本研究建立了半邊蓮中重金屬及有害元素含量測定方法，對全國不同產地的53批半邊蓮進行Cu、Cd、Pb、As、Hg的測定，分析了半邊蓮中重金屬元素之間相關性。此外，研究中藥的有效成分與重金屬元素之間的相關性，可以揭示中藥有效成分與重金屬元素的積累是否具有協同關系，對闡釋中藥有效性和安全性有重要意義，因此，我們對半邊蓮中香葉木苷和蒙花苷的含量與重金屬元素之間的相關性進行了分析。采用單因子指數法及內梅羅綜合污染指數法對半邊蓮中重金屬污染進行了評價，為半邊蓮的質量控制提供了科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

電感耦合離子質譜儀ICP-MS7700X(Agilent公司)；微波消解儀MARS-Xpress(CEM公司)；離心機ST16R(上海創萌生物科技有限公司)；超純水儀Milli-Q(美國Millipore公司)；電子分析天平AR1140(梅特勒-托利多儀器有限公司)。

鉛、砷、鎘、銅混合標準溶液(10 μg/mL，5183-4682)購自Agilent公司；汞標準溶液(1000 μg/mL，GBW08617 14089)來自中國計量科學研究院；鍺、銦、鉍單混合內標溶液(100 μg/mL，19-72VYY2)購自Agilent公司；硝酸為優級純。

本研究收集了29批半邊蓮藥材和24批半邊蓮飲片，產地包括湖南、福建、江西、安徽、四川、貴州、江蘇、浙江、廣東、廣西、湖北、河北。

1.2 方法

1.2.1 ICP-MS工作條件

反射功率1600 W；采樣深度7.6 mm；載氣流速0.79 L·min-1；輔助氣流速0.35 L·min-1；泵速0.1 r·s-1；S/C溫度2 degC；離子透鏡1為3.5 V，離子透鏡2為-99.5 V；反應模式為氦模式；氦氣流速4.5 mL·min-1；重復次數3次，測量方式為標準曲線法。

1.2.2 溶液的制備

精密量取各標準儲備溶液，用2%硝酸溶液配制標準品混合系列溶液。鉛、砷、鎘、銅為0，2，4，8，16，24，32，40，100 ng·mL-1的混合標準溶液；汞為0，0.1，0.2，0.4，0.8，l.2，2 ng·mL-1的標準溶液；另精密量取鍺、銦、鉍單元素標準溶液適量，用水稀釋制成l μg·mL-1的混合溶液。取半邊蓮樣品經干燥、粉碎成粗粉，取約0.3 g，精密稱定，置微波消解罐中，加5 ml硝酸進行消解。消解完全后，消解液冷卻至60 ℃以下，取出消解罐，放冷，將消解液轉入50 ml量瓶中，用少量水洗滌消解罐3次，洗液合并于量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，于4000 r·min-1離心取上清液。同法制備空白溶液。

1.2.3 測定方法

測定時選取的同位素為63Cu、75As、114Cd、202Hg和208Pb，其中63Cu、75As以72Ge為內標，114Cd以115In為內標，202Hg、208Pb以209Bi為內標。依次將樣品管插入各個濃度的標準品溶液、供試品溶液中，內標管插入內標溶液中進行測定。

1.2.4 污染評價方法

運用SPSS 22.0軟件對數據進行相關性分析，考察兩個重金屬元素之間的相關性，P<0.05表示在5%置信水平(雙側)上顯著相關，P<0.01表示在1%置信水平(雙側)上顯著相關。

2 結果與分析

2.1 線性關系

取“1.2.2”項下制備的不同濃度梯度的鉛、砷、鎘、銅混合標準溶液和汞單元素標準溶液，按“1.2.1”“1.2.3”項下工作條件進樣測定，以測量值為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制5種元素的標準曲線，其線性回歸方程和相關系數見表1，結果表明5種元素線性關系良好。

表1 線性方程及相關系數

2.2 定量限

根據線性試驗確定的最低檢出濃度確定各元素的定量限(表2)，Cu、Cd、Pb、As、Hg的定量限分別為：0.01452，0.00186，0.0117，0.02124，0.0002368 mg·kg-1。

表2 檢測限與定量限

2.3 重復性試驗

取同一批次半邊蓮樣品，平行制備6份樣品溶液，分別測定6份樣品中的重金屬和有害元素含量，Cu、Cd、Pb、As、Hg的RSD分別為：2.5%，3.0%，5.2%，2.2%，5.5%，結果表明方法精密度符合痕量分析要求。

2.3 加樣回收試驗

精密稱取6份已知元素含量的半邊蓮樣品各約0.15 g，分別精密加入一定量的5種金屬元素標準溶液，按“1.2.2”項下方法制成加樣回收樣品溶液進行測定，計算各元素回收率，Cu、Cd、Pb、As、Hg的平均加樣回收率(RSD%)分別為：93.75%(3.1%)，102.1%(5.0%)，90.17%(5.2%)，102.3%(5.3%)，91.18%(7.4%)，結果表明本法準確度符合痕量分析要求。

2.4 樣品測定

取各批次半邊蓮藥材和飲片，按“1.2.2”項下方法制備樣品溶液后進行測定，分別計算各批次樣品中鉛、鎘、砷、汞、銅的含量，結果如表3所示。53批半邊蓮樣品中，銅元素含量在1.75～19.65 mg·kg-1之間，平均為10.96 mg·kg-1；砷的含量在0.31～12.45 mg·kg-1之間，平均為1.79 mg·kg-1；鎘的含量在0.18～6.89 mg·kg-1之間，平均為1.02 mg·kg-1；汞的含量在0.00022～0.03135 mg·kg-1之間，平均為0.00266 mg·kg-1；鉛的含量在1.16～106.1 mg·kg-1之間，平均為8.78 mg·kg-1。

表3 半邊蓮藥材和飲片中重金屬及有害元素測定結果

2.5 半邊蓮中重金屬及有害元素含量相關性分析

半邊蓮中Pb、Cd、As、Cu這4種重金屬元素之間呈顯著正相關(P<0.01)，其中Cu與As在5%的置信水平上呈顯著正相關，說明半邊蓮中Pb、Cd、As、Cu的積累存在協同效應。此外，Hg與其他4種重金屬元素之間沒有明顯的相關性。結果見表4。

表4 半邊蓮中重金屬及有害元素相關性分析

2.6 半邊蓮指標性成分與重金屬元素之間的相關性

基于本課題對半邊蓮主要活性成分香葉木苷和蒙花苷含量的研究[12]，以香葉木苷和蒙花苷作為指標性成分,結果表明半邊蓮中兩種指標性成分含量與各金屬元素無顯著性相關。

2.7 重金屬及有害元素污染評價

本研究以ISO國際標準《中醫藥-中藥材重金屬限量》中各金屬元素的限量標準為評價標準，汞、砷、鉛、鎘的限度值分別為3，4，10，2 mg·kg-1。53批半邊蓮中處于安全級41批，警戒級5批，輕度污染2批，中度污染3批，重度污染2批。半邊蓮中重金屬及有害元素平均單項污染指數順序為Pb>Cd>As>Hg，Cd、As、Hg污染等級為安全級，重金屬鉛平均單項污染指數為0.88，屬警戒級污染。若不考慮存在極端值的樣品S12(Pb含量為106.1 mg·kg-1)，內梅羅綜合污染指數均值為0.64，所有批次樣品整體污染等級為安全級。結果見表5。

表5 半邊蓮中重金屬及有害元素單因子指數及內梅羅綜合污染指數評價

3 討論

本工作建立了有效的半邊蓮中重金屬及有害元素含量測定方法，分析了53批半邊蓮中重金屬元素的含量，重金屬元素之間相關性和兩種指標性成分香葉木苷、蒙花苷與重金屬元素之間的相關性。結果表明Pb、Cd、As、Cu這4種重金屬元素之間呈顯著正相關(P<0.01)，其中Cu與As呈顯著正相關(P<0.05)，說明這4種元素的積累存在協同效應。重金屬Hg與其他4種重金屬元素之間沒有明顯的相關性，半邊蓮中兩種指標性成分香葉木苷、蒙花苷含量與各金屬元素也無明顯的相關性。

采用單因子指數法及內梅羅綜合污染指數法對半邊蓮中重金屬及有害元素評價的結果表明，重金屬Hg，Cd，As污染等級為安全級，Pb為警戒級污染。所有批次半邊蓮中41批為安全級，12批為警戒級以上污染，不考慮極端值樣品的內梅羅綜合污染指數均值表明半邊蓮總體處于安全級別。銅作為多種組織酶的活性中心，多個國家和地區權威機構建議除去藥材中銅元素的限制，因此不對其進行污染評價。為了減少半邊蓮中重金屬及有害元素含量，需對半邊蓮產地土壤、水源、空氣等環境進行監測并修復，從源頭上減少半邊蓮重金屬污染。