ICP-MS法分析不同采收時期何首烏微量元素的動態變化

吳進軒范偉兵安子龍馬恩耀王永福

(1.廣州采芝林藥業有限公司，廣東 廣州 510000；2.甘肅廣藥白云山中藥科技有限公司，甘肅 定西 743000)

前言

何首烏[1]是我國中醫臨床中常用名藥，作為一個傳統的大宗藥材，應用廣泛，化學成分較為復雜。現代有相關研究顯示，何首烏對高脂血癥、動脈粥樣硬化等疾病有一定的治療效果，同時還有抗氧化、抗腫瘤的作用，是臨床上滋補肝腎的中藥。何首烏中存在二苯乙烯苷類化合物、總多糖、游離蒽醌和結合蒽醌等多種有效結構，因此何首烏具有抗氧化作用，抗動脈粥樣硬化作用，免疫調節作用，此外，何首烏及其所含的活性成分還有抗炎、抗菌及腦血管保護作用。人體內含有許多對人體具有重要影響作用的微量元素。微量元素就是占據人體總重量的萬分之一及以下的元素，目前公認有13種微量元素對動物生命是不可缺少的[4]，這些微量元素對人體有重要的生理作用。對酶系統、激素作用及核酸代謝有重要的影響。微量元素可被許多種方法測定出來，由于傳統的金屬元素分析方法樣品前處理較復雜，靈敏度較低，且不能同時測定多種元素，因此其應用受限。本文采用ICP-MS法，采用正交實驗方法測定，對不同采收時期何首烏微量元素含量的動態變化進行測定。

1 儀器與材料

1.1 儀器

HCKJ2021-A014電感耦合等離子體質譜儀，安捷倫；HCKJ2021-C163 400克搖擺式高速粉碎機，溫嶺市大機械有限公司；HCKJ2021-A00高效液相色譜儀，廣州紫安科技有限公司；HCKJ2021-B027醫用離心機，山東百歐；HCKJ2021-B001電子天平，常熟市雙杰測試儀器廠；HCKJ2021-B004微波消解儀，安東帕；HCKJ2021-B020百萬分之一分析天平；HCKJ 2021-C003藥典篩，浙江上虞市道墟五四儀器沙篩廠；HCKJ2021-B047恒溫水浴鍋，上海勝衛電子科技有限公司；HCKJ2021-C004漩渦混合器，上海安譜實驗科技股份有限公司；HCKJ2021-C012超純水機，賽多利斯。

1.2 試劑和樣品

硝酸，過氧化氫，單元素對照溶液Al(GSB0417132 004)、K(GSB0417332004)、Ca(GSB0417202004)、Fe(GSB0417262004)、Zn(GSB0417612004)。

1.3 樣品處理及制備

1.3.1 樣品處理

將不同生長期的何首烏樣品置于50～60℃的環境下烘干、粉碎，后過四號篩(65目)并密封避光保存，備用。

1.3.2 供試品溶液制備

精密稱量已過篩何首烏樣品粉末約0.2000g后置于氟乙烯消解罐內，精密量取7mL濃硝酸并加入，蓋好內蓋后放置于微波消解儀中，將消解程序設置為190℃、20min，進行消解。完成消解后，拿出消解罐并放置于加熱板上，將溫度設置為100℃，加熱30min到紅棕色蒸汽揮盡。取出，放冷，將消解后的溶液移入25mL的容量瓶中，并用超純水進行少量多次去洗滌消解罐，將洗滌液合并入容量瓶中后用超純水定容，搖均勻，密封待測。空白溶液的制備同上述操作。高效液相色譜含量測定及樣品處理方法同2020年版《中國藥典》規定。

1.3.3 對照品溶液的制備

精密吸取Mg、Al、K、Ca、Fe、Cu、Zn 7種元素的單元素對照品溶液，并用2%的硝酸溶液進行稀釋，稀釋后的濃度為1000ppm的混合對照品儲備液。采用逐級稀釋法制備質量濃度為2ppb、5ppb、10ppb、20ppb、50ppb、100ppb、200ppb、500ppb、1000ppb、2000ppb、5000ppb的系列混合對照品溶液。

2 方法與結果

2.1 方法性考察

2.1.1 線性關系及檢出限

采用5%稀硝酸將K、Cu、Mg、Fe、Zn、Ca、Mn 7種元素對照溶液逐級稀釋[5]，空白為5%稀硝酸溶液，繪制各元素線性方程。單元素的同濃度溶液連續進行進樣11次，并參照IUPAC的國際標準展開檢出限的實驗測定，結果顯示，7種元素的r在0.9978～1范圍內，具有良好的線性關系，線性方程及檢出限結果見表1。

表1 何首烏線性方程、線性范圍和檢出限

表2 正交設計方案

2.1.2 精密度

精密吸取濃度為100ppb的混合對照品溶液[6]，按1.3連續進樣6次，測得上述7種微量元素濃度RSD值為0.98%～4.99%，表明儀器精密度良好。

2.1.3 穩定性試驗

取經過1.3提取的何首烏樣品溶液[7]，分別放置于0h、2h、4h、6h、8h進樣測定，測得上述7種微量元素濃度RSD值為1.37%～4.67%，表明樣品在8h內穩定性良好。

2.1.4 重復性試驗

從同一份何首烏樣品中精密稱取0.2000g樣品6份，按照1.3制備供試品溶液，測得7種元素的RSD值為1.27%～4.95%，說明方法重復性良好。

2.2 消解方法的建立

2.2.1 單因素實驗

何首烏的消解參數包括混酸比、消解時間、消解溫度，在實驗過程當中保持其他參數一定，調節某一影響因素，通過對比微量元素總含量的多少選擇最佳的消解條件[8]。

2.2.1.1 混酸比單因素實驗

在何首烏樣品中依次加入7mL、6mL、5mL、4mL、3mL、2mL、1mL濃硝酸并用過氧化氫補足至7mL，微波消解程序為160℃，10min，操作方法同1.3，進行測定，得出實驗數據為如圖1所示。

圖1 混酸比對微波消解法提取何首烏微量元素含量的影響

從實驗結果得出，在消解程序為160℃、10min的條件下，加入7mL的硝酸，測得的微量元素含量最高。

2.2.1.2 消解時間單因素實驗

將消解時間分別設置為10min、15min、20min、25min、30min，混酸比為1∶1，溫度為160℃，其他操作方法同上述操作，進行測定，得出實驗結果如圖2所示。

圖2 時間對微波消解法提取何首烏微量元素含量的影響

從以上實驗結果可以看出，設定其他條件不變，時間為20min時，測出的微量元素含量最高。

2.2.1.3 消解溫度單因素實驗

將消解溫度分別設置為160℃、170℃、180℃、190℃、200℃，混酸比為1∶1，消解時間為10min，其他操作方法同上述操作，進行測定，得出實驗結果如圖3所示。

圖3 溫度對微波消解法提取何首烏微量元素含量的影響

從實驗結果可以看出，在其他條件不變的情況下，溫度為190℃時，測出的微量元素含量最高。

2.2.2 正交實驗

根據已有的理論和實驗分析，影響微波消解法提取何首烏內的微量元素的含量的因素主要有混酸比、溫度及消解時間。適當提高消解溫度對微量元素提取有促進作用，但溫度太高時，微量元素提取含量將減少；消解時間太長或者太短都會導致微量元素提取含量過低，加入硝酸含量為7mL進行消解時，微量元素提取含量較高。因此為了研究3種因素對微波消解法提取何首烏微量元素含量高低的影響大小，設計正交實驗。

2.2.2.1 實驗方案

以混酸比、消解溫度、消解時間為考察因素，用L9(34)正交表進行正交實驗[9]。

2.2.2.2 正交實驗結果

根據上述正交設計方案進行實驗，得出實驗結果如表3所示。

表3 正交實驗結果

根據上述實驗結果可以看出，比較均值，何首烏的最佳消解環境為7mL硝酸、190℃、20min。

2.2.3 顯著性差異實驗

根據上述正交設計方案進行實驗，得出實驗結果如表4所示。

表4 顯著性差異實驗結果

由表4可知，根據方差分析，消解時間對微波消解何首烏提取微量元素有顯著性影響。

2.2.4 數據分析

不同的采收時期，何首烏的微量元素含量不同。根據實驗結果顯示，Mg、Al、K、Ca、Fe、Zn、Cu微量元素呈現先增加后減少的趨勢。實驗結果如圖4所示。

圖4 樣品微量元素含量

從圖4可以看出[10]，Mg、Al、K、Ca、Fe、Zn、Cu 7種微量元素均呈現先升后降的趨勢，在種植第521天微量元素含量達到最高值。其中，7種微量元素的含量大小排列順序為K>Ca>Mg>Al>Fe>Zn>Cu，何首烏內的K元素含量最高，這是因為K是植物生長過程中不可或缺的元素之一，植物體內的K能做60多種酶的活化劑，可以促進何首烏的光合作用，促進糖代謝等多種化學反應，還可以促進氮的吸收和蛋白質的合成等，因此何首烏對K的需求非常大，含量高；Mg先升后降的幅度較大，且7種元素在種植第521天(10月)出現高峰，這可能與何首烏生理活動旺盛、酶化反應強烈有關。K、Zn的變化趨勢較平穩，上升跟下降的趨勢變化幅度不大，說明何首烏對K、Zn的吸收較穩定。

據其他文獻[11]，不同產區的何首烏采收期略有不同，不同采收時期何首烏的微量元素含量也存在一定的差異，在種植第521天微量元素含量出現一個峰值，但上升和下降的趨勢不盡一致。據中國藥典記載，何首烏最佳采收期為10月，而微量元素含量也在10月出現峰值，這與藥典上記載的最佳采收期一致，符合藥典所述；Mg、Al、K、Ca、Fe、Zn、Cu 7種微量元素在種植的第521天的含量較高。Fe、Cu、Zn是機體多種酶的活性中心[13]，與機體的免疫功能有密切關系。如體內缺乏Zn，人體的免疫系統將會受到損害，使得機體免疫的應答、發生和發展能力降低；抗感染、抗腫瘤的能力也降低；缺Fe不僅會引起貧血，還會使免疫功能和細胞的吞噬功能受到損害；Cu是影響機體免疫功能的微量元素之一；Ca、Mg也是高等植物體內所必需的微量元素[12]，對植物體的生長發育具有重要作用；K元素在治療心血管疾病，促進血液循環，造血活血抗動脈粥樣硬化具有顯著療效；何首烏具有補肝腎、益精血、烏須發、強筋骨的作用。其藥理作用由有機有效成分發揮效用外，可能與Fe、Cu、Zn元素含量較高有關，這些微量元素參與入體調節機體平衡，增強人體免疫功能。

3 討論

本研究通過電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)探討不同采收時期何首烏微量元素的動態變化，進行方法性考察，結果證明，生長時期與微量元素的含量間關系密切，是影響藥材質量的重要因素；何首烏中微量元素的動態變化，為藥材質量提供保障。此研究揭示了何首烏在不同時期微量元素含量動態變化規律，為何首烏種植、采收及加工提供一定依據；中藥材有效成分的含量高低、質量好壞不僅與藥材自身、季節變化或海拔氣候有關系，還與施肥、土壤含水量等外部環境影響因素有關。是否可以利用微量元素的外源性刺激影響何首烏有效成分的含量，進而提高藥材產量，有待進一步研究。