基于ICP-MS法对不同产地酸枣仁中微量元素的主成分分析

刘宁，杜会茹，黄文杰，张之东，蒋翠岚，*

（1.河北省中医院，河北石家庄050011；2.河北化工医药职业技术学院，河北石家庄050058）

酸枣仁为鼠李科植物酸枣Ziziphus jujuba Mill.Var.spinosa（Bunge）Hu ex H.F.Chou 的干燥成熟种子[1]，多生于向阳山坡或路旁，分布于河北、河南、陕西、辽宁、山东等地。始载于《神农本草经》，列为上品，医籍初见于《伤寒杂病论》，并以酸枣仁汤而著名，已有1 700多年的药用历史[2-3]。其味甘、酸，性平，归心、肝、胆经，具有养肝宁心、敛汗生津之功效[4]。现代药理研究表明，酸枣仁中富含的生物碱、三萜类、多种氨基酸、黄酮类、糖类和金属微量元素等成分[5-6]，具有镇静催眠、抗心律失常、改善微循环、增强免疫功能、降低血压及血脂等方面生物活性[7-8]。

目前，对酸枣仁的药理作用研究较多，而对微量元素或重金属元素的研究较少。微量元素是中药归经和药效物质基础的重要组成部分[9]，中药的药效不仅与所含的有机成分有关，还与微量元素的含量密切相关[10]。因此，随着对中药化学成分研究的深入，微量元素作用也日益被人们所重视[11]。微量元素的研究方法主要包括原子吸收光谱法（atomic absorption spectroscopy，AAS）、原子荧光光谱法（atomic fluorescence spectrometry，AFS）、电感耦合等离子体发射光谱法（inductively coupled plasma optical emission spectrometer，ICP-OES）和电感耦合等离子质谱法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）[12-15]等。相比上述几种分析方法，ICP-MS法的检出限更低、灵敏度更高，普遍用于多组分同时测定。由于不同产地的酸枣仁样品中微量元素差异较大，故本试验采用微波消解ICP-MS法测定了13个不同地区的酸枣仁样品中的 Mg、Mn、Fe、Zn、Cu、Cd、Hg、Pb 8 种微量元素，结合主成分分析对不同产地酸枣仁中微量元素进行分析评价，探讨其相似性和差异性，为进一步开发利用酸枣仁资源提供基础数据。

1 材料与仪器

1.1 仪器

Agilent7500电感耦合等离子体质谱仪：美国Agilent公司；Milli-Q超纯水系统：美国Millipore，Bedford MA；CEM MARs 5微波消解仪：美国CEM公司；KQ-400DBC超声波清洗仪：昆山超声波仪器有限公司。

1.2 药品与试剂

Mg、Mn、Fe、Zn、Cu、Cd、Hg、Pb 单元素标准溶液：国家标准物质研究中心；HNO3和HClO4为优级纯，试验用水为超纯水，其他试剂均为分析纯。

试验用酸枣仁分别采自河北（内丘、邯郸、石家庄、行唐、怀安、兴隆、阜平）、河南、山东、陕西、辽宁，收集时间在2016年9月～10月，酸枣仁陈货（3年以上，邢台产）和进口酸枣仁均购于安国东方中药材市场，所有样品均经河北中医学院郑玉光教授鉴定为酸枣仁（Ziziphus jujuba Mill.Var.spinosa（Bunge）Hu ex H.F.Chou）。

2 方法

2.1 仪器工作参数

ICP-MS法仪器工作参数为：功率1 550 W，冷却气流量14.0 L/min，雾化气流速1.0 L/min，辅助气流量0.8 L/min，样品提升量4.0 L/min，采样深度7.8 mm，重复采样3次。

2.2 样品微波消解

将13个产地酸枣仁样品经超纯水洗涤，淋干水分后放入烘箱中，50℃干燥3 h后取出，用玛瑙研钵研磨粉碎后过60目筛。精密称取酸枣仁细粉0.5 g于干净的聚四氟乙烯微波消解内罐中，加入5.0 mL硝酸和2.0 mL H2O2，摇匀，放入微波消解仪中，按微波程序进行消解（如表1）。消解完成后，消解液转移到试管中并于140℃水浴赶酸，最后将消解液转移至25 mL容量瓶中，定容、摇匀，即得供试品溶液。

表1 微波消解条件Table 1 Procedure of microwave digestion

3 结果与讨论

3.1 回收率试验

精密移取内丘酸枣仁细粉0.2 g，共3组9份，同时按表2分别加入适量标准溶液，依“2.2项下”所述进行消解和“2.1项下”方法测定各微量元素的含量，并计算回收率和相对标准偏差（relative standard deviation，RSD），结果见表2。

表2 回收率和精密度试验Table 2 Recovery of standard addition and precision

采用ICP－MS法测定的8种微量元素的平均加标回收率在 91.85%～99.67%之间，RSD 值在 0.29%～2.58%，表明此方法具有良好的准确度，能达到检测要求。

3.2 样品微量元素测定

按“2.1项下”设定的仪器操作条件，测定不同产地酸枣仁中各元素的含量，测定结果见表3。

表3 不同产地酸枣仁中微量元素的测定结果Table 3 Determination of trace elements in Zizyphi spinosae semen from different growing areas μg/g

酸枣在生长发育过程中通过从土壤中吸收和富集各种微量元素，这些元素不仅有利于自身的生长，而且使其果实酸枣仁具有防病治病作用的物质基础。由表3所示，在不同产地酸枣仁中所含营养元素Mg、Mn、Fe、Zn 分布均较丰富，顺序为Mg＞Fe＞Zn＞Mn。

有害重金属元素残留及超标问题已经严重影响我国中药材的质量安全，还影响到其饮品、中成药及其制剂的质量与用药安全[9]。在《中国药典》2015版规定了重金属的限量指标，如 Cu≤20.0 μg/g（Cu 虽为人体必需元素，但过量也有害），Cd≤0.3 μg/g，Pb≤5.0 μg/g，Hg≤0.02 μg/g。由表3可知，在所有产地的酸枣仁中，均未检出Hg；而Cu、Cd、Pb的含量在不同产地间存在显著差异，其中Cu的含量在不同产地间含量变幅较大，在 9.57 μg/g～14.98 μg/g 之间，均符合限量指标；Cd和Pb的含量仅在少数地区存在，如兴隆、怀安、陈货和进口，但均符合限量指标。

3.3 主成分分析

主成分分析法（principal components analysis，PCA）是多元统计分析中用来分析数据的一种方法，是用一种较少数量的特征对样本进行描述，以达到降低特征空间维数的方法[16－17]。主成分分析的主要步骤包括原始数据的提取和处理、计算相关系数矩阵、特征值和主成分累积贡献率、主成分载荷等，SPSS软件可以方便、快速地得出相关数据。

3.3.1 主成分个数的确定

对 5 种营养元素 Mg、Mn、Fe、Zn、Cu 应用 SPSS 20.0软件进行标准化处理（表4），进行主成分分析，得到因子分析初始解（表5）和碎石图1。

根据主成分分析的最优方案要求，即选取主成分应方差大于1的成分作为试验因素，故选前两个因子，其方差分别是2.22、1.39，两者在总方差贡献率和为72.14%，且3个因子在碎石图中陡峭斜率大。

表4 酸枣仁原始变量标准化Table 4 Zizyphi spinosae semen primitive variable standard

表5 因子分析初始解对原有变量总体描述Table 5 Factor analysis initial solution for a general description of the original variables

图1 主成分分析碎石图Fig.1 Screen plot of principal component analysis

3.3.2 主成分得分的计算

主成分的特征向量表示主成分与对应变量的相关系数，不同含量元素在主成分计算中起到的作用不同。主成分的特征向量系数见表6。

根据表6数值得各个主成分表达式：Z1=0.08X1+0.05X2+0.52X3-0.28X4-0.45X5；Z2=0.26X1+0.56X2+0.37X3-0.31X4-0.04X5。

3.3.3 主成分得分的计算

将表4中标准化后变量代入主成分表达方程中，即得13个不同产地酸枣仁各个主成分得分值，结果见表7。

表6 主成分的特征向量系数Table 6 Principal components feature vector

表7 主成分得分分值、综合得分分值及排序Table 7 Principal components scores and sort results of the samples

各产地酸枣仁的综合主成分值显示，进口产酸枣仁质量最好，阜平、内丘、邢白酸枣仁（陈货）、陕西、石家庄产酸枣仁药材综合质量评价分数也显示较好。

4 结论

本试验采用ICP-MS法测定了河北（内丘、邯郸、石家庄、行唐、怀安、兴隆、阜平、陈货）、河南、山东、陕西、辽宁和进口货13个不同产地酸枣仁中微量元素，并引入主成分分析法对试验数据进行系统分析，结果表明：13个不同产地酸枣仁均含有丰富的Mg、Mn、Fe、Zn微量元素，Cu、Cd、Hg、Pb重金属元素含量也均在限量范围内；主成分分析结果表明进口酸枣仁质量最佳，阜平、内丘、邢台枣仁（陈货）、陕西、石家庄等产地的酸枣仁质量尚可。酸枣仁中微量元素的不同含量与各地种植区土壤中富集各种微量元素有关，本文为酸枣仁的合理开发利用提供一定科学依据。

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