ICP-MS 法測定荷葉無機元素含量差異分析及其指紋圖譜的建立

陳玉園，洪家順，王裕成，李道成，劉德根

（1.江西省道地藥材質量評價研究中心，江西 贛江 330029；2.江西沃華濟順醫藥有限公司，江西 贛江 330029）

荷葉為睡蓮科植物蓮Nelumbo nucifera Gaertn.的干燥葉[1]。現代研究表明，荷葉含有的主要成分有黃酮類[2-5]、生物堿[6-9]、原花青素[10]、有機酸[11]等，具有降脂、降糖、調脂、止痙、抗腫瘤、抗腦缺血、抗氧化等多種療效[12-13]，有治療腦卒中、痛風性關節炎間歇期高尿酸血癥及拮抗高脂血癥的作用[14-16]，但對荷葉無機元素含量的研究甚少。

為了解荷葉中無機元素的含量，本實驗以江西省贛州市的6 批荷葉為研究對象，通過微波消解-ICPMS 法同時測定枳殼中Li、Be、Ti 等25 種無機元素的含量，為荷葉的科學研究、開發利用提供參考依據。

1 實驗部分

1.1 材料與試劑

多元素（Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn）標準溶液（批號GSB04-1767—2004，100 μg/mL），Rb（GSB 04-2836—2011，1 000 μg/mL），Mo（GSBG 62035—90，1 000 μg/mL），Cs[GSB 04-1724—2004（b）]；單元素標準溶液，采購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

UP 級硝酸，蘇州晶銳化學試劑公司；實驗用水為一級水；Hg（批號：22071135，1 000 μg/mL）、Se（批號：22101835，1 000 μg/mL），內標溶液Ge（批號：22072635，1 000 μg/mL）、In（批號：21122035，1 000 μg/mL），采購于國家鋼鐵材料測試中心

荷葉信息詳見表1。

表1 樣品信息表

1.2 主要設備

ETHOS UP 微波消解儀和趕酸器，北京萊伯泰科；趕酸器，VB48 UP；ICAP RQ 電感耦合等離子體質譜，美國賽默飛；XSR205DU/A 型電子天平，梅特勒-托利多；DHG-9240A 型臺式電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒；Pulverisette 11 刀式研磨儀，德國Fritsch。

1.3 實驗方法

1.3.1 儀器參數

ICP-MS：等離子體功率1 550 W；霧化器流量0.996 8 L/min；輔助氣流量0.800 L/min；采樣深度5 mm；冷卻氣流量14 L/min；碰撞氣1 流量5.122 L/min；檢測器電壓（脈沖）1 278.59V；檢測模式KED；內標元素為鍺（72Ge）、銦（115In）。

1.3.2 標準溶液的制備

分別精確吸取鍺（72Ge）、銦（115In）元素標準溶液適量，用10%硝酸溶液逐級稀釋，配置成20 μg/L混合標準溶液，作為內標溶液；

精確吸取適量Rb、Mo、Cs、Hg、Cs 單元素標準溶液 和（Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn）多元素標準溶液適量，用10%硝酸溶液逐級稀釋，用10%硝酸溶液逐級稀釋，配置成質量濃度為0.00、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L 供電感耦合等離子體質譜儀分析。

精確稱取0.5 g（精確至0.1 mg）烘干2 h 的荷葉樣品粉末于消解罐中，加入5 mL 高純硝酸后，預消解過夜，根據預先設定的程序進行微波消解。試樣消解完成后，自然冷卻至40 ℃以下后取出，取出微波消解管，將消解液轉入50 mL 容量瓶中，用少量水洗滌消解罐3 次，洗滌液合并于容量瓶中,超純水定容至刻度,搖勻，即得（如有少量沉淀，必要時離心分取上清液）。同法制備試劑空白溶液。

1.4 安全性評價

1.4.1 單因子污染指數法

單因子污染指數法通常是指能夠分別反映目標物中各個元素的污染程度，其計算公式為式（1）：

式中：Pi為目標物中污染元素i 的單因子污染指數，Ci為污染元素i 的實測含量值，mg/kg；Si為i 種污染元素的評價標準，mg/kg。

其中，根據《中華人民共和國藥典》（2020 版）一部對荷葉中重金屬及有害物質的限量標準值：w（Cu）≤20.0 mg/kg，w（Hg）≤0.20 mg/kg，w（As）≤2.0 mg/kg，w（Cd）≤1.0 mg/kg，w（Pb）≤5.0 mg/kg。Pi≤0.7 為優良，0.7 ≤Pi≤1.0 為安全，1.0＜Pi≤2.0 為輕污染，2.0＜Pi≤3.0 為中污染，Pi＞3.0 為重污染，Pi值越大，說明受到污染越嚴重[17]。

1.4.2 內梅羅綜合污染指數法

內梅羅綜合指數法突出了高濃度污染物對環境質量的影響，同時兼顧單因子污染指數的平均值。

由于樣品同時被多種重金屬元素污染，因而樣品污染評價要運用綜合指數法進行評價。

其計算公式如式（2）：

式中：P綜合為綜合污染指數；Pi，max為各單項污染指數中的最大值。P綜合≤0.7 為優良，0.7＜P綜合≤1.0 為安全，1.0＜P綜合≤2.0 為輕污染，2.0＜P綜合≤3.0 為中污染，P綜合＞3.0 為重污染，P綜合值越大，說明受到污染越嚴重[17]。

1.5 數據分析

采用EXCEL2010 軟件建立不同產地枳殼樣品稀土元素含量的原始數據，采用Origin 2022 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 方法的線性與檢出限

在儀器狀態穩定下測定制備好的混合標準溶液，測定結果見表2，各元素相關系數在0.997～0.999，表明線性關系良好。

表2 各元素線性方程、相關系數及檢出限

2.2 無機元素含量測定

精密稱取6 批荷葉樣品按照試驗方法制備荷葉樣品溶液上機測定，結果詳見表3。如表3 所示，7 批荷葉樣品中均檢出21 種無機元素，但各元素的含量差異較大。從表2 可知，荷葉中無機元素Mn，含量均超過1 000 mg/kg，最高可達2 840.288 mg/kg；Ba 含量為49.091～166.57 mg/kg、Fe 含量為53.524～117.094 mg/kg，Sr、Ti、Rb、Zn 的含量在10～100 mg/kg；Li、Cu、Se 的含量在1～10 mg/kg；其他無機元素的含量均小于1 mg/kg。

表3 荷葉中無機元素含量 單位：mg/kg

2.3 重金屬及其有害元素安全性評價

根據《中華人民共和國藥典》（2020 版）一部對荷葉中重金屬及有害物質的限量標準值[w（Cu）≤20.0 mg/kg，w（Hg）≤0.20 mg/kg，w（As）≤2.0 mg/kg，w（Cd）≤1.0 mg/kg，w（Pb）≤5.0 mg/kg]，6 批荷葉樣品中Cu、As、Cd、Hg、Pb 含量均符合規定；Hg 含量檢出結果接近藥典限量標準值，需加強監管并引起注意。

不同產地荷葉中重金屬及有害元素安全性評價如表4 所示。S5 中的汞單項污染指數為0.920，介于0.7 和1.0 之間，評價為安全，S5 內梅羅綜合污染指數為0.676，小于0.7，評價結果為優良，雖然整體評價結果為優良，但是仍然需要關注此產地荷葉中汞的含量，防止其超標；其他批次荷葉（S1、S2、S3、S4、S6）單項污染指數和內梅羅綜合污染指數均小于0.7，評價為優良，表明荷葉生長環境未受到污染。

表4 荷葉中重金屬及有害元素安全性評價

2.4 元素指紋圖譜

為了能更加直觀地繪制指紋圖譜，將Zr、Cd、Sn含量值放大10 倍；Cu 含量值縮小10 倍；Ti、Fe 含量值縮小100 倍；Ba 含量值縮小1 000 倍；Mn 含量值縮小10 000 倍，以元素種類為橫坐標，相對含量為縱坐標繪制無機元素的指紋圖譜，見圖1-1。將樣品的平均值生成枳殼稀土元素對照圖譜，見圖1-2。從圖1可知，不同樣品之間峰形相似，但各無機元素含量存在一定差異。

圖1 不同產地荷葉無機元素指紋圖譜

2.5 相關性分析

根據測試結果，對荷葉樣品中的無機元素（Sb 未檢出）進行相關性分析，結果見圖2。從圖2 可知，有17 對元素間呈顯著正相關，其中6 對呈極顯著正相關（**p＜0.01）；11 對元素之間呈顯著正相關（*p＜0.05），表明這些元素之間可能存在相互協同吸收的關系；Zr與Cs 呈顯著負相關（*p＜0.05），表明Zr 與Cs 可能存在拮抗作用。

圖2 不同產地荷葉無機元素相關性分析圖

2.6 聚類分析

對6 批次荷葉樣品中的無機元素含量進行聚類分析和熱圖繪制，結果如圖3 所示，6 批次產地的荷葉樣品被聚為兩大類，S3（石城縣）、S4（廣昌縣）、S6（廣昌縣）聚為第一類，S1（石城縣）、S2（石城縣）、S5（廣昌縣）聚為第二類；由此可以看出，同一地域的樣品仍然具有一定的差異性，這些差異可能與種植戶耕種的土地有關，土壤環境不一樣，植物在生長過程中吸收富集的無機元素含量就可能存在差異。

圖3 荷葉無機元素聚類熱圖分析

3 結論

本實驗通過微波消解處理樣品，減少了處理樣品的時間和試劑的使用，運用ICP-MS 法測定荷葉Li、Be、Ti 等25 種無機元素，采用碰撞反應池（KED）模式和在線內標法排除了多原子分子離子的干擾和機體效應，從而保證了檢測方法的準確性、可靠性。此外，本實驗研究了不同產區和批次的荷葉中無機元素的含量，6 批荷葉樣品中Cu、As、Cd、Hg、Pb 含量均符合規定，內梅羅綜合污染指數均小于0.7，評價為優良，表明荷葉生長環境未受到污染。建立了荷葉中24 種無機元素的指紋圖譜，可作為荷葉的鑒別。

元素間相關性分析結果表明有6 對呈極顯著正相關（**p＜0.01）；11 對元素之間呈顯著正相關（*p＜0.05），1 對元素（Zr 與Cs）間呈顯著負相關（*p＜0.05），表明這些元素在吸收過程可能存在相互促進吸收或者拮抗的作用。聚類分析結果表明，各批次荷葉中的無機元素含量存在一定差異，這可能與作物種植的土壤環境有很大關系。

本實驗研究結果可為荷葉資源的鑒別工作提供研究思路，為其質量安全提供基礎數據。