矿物药禹余粮微波消解/ICP-AES无机元素分析及综合评价△

刘圣金，杨欢，林瑞超，徐春祥，田金改，房方，吴德康*

(1．南京中医药大学 药学院，江苏省中药资源产业化过程协同创新中心/中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心，江苏 南京 210023；2．北京中医药大学 药学院，北京 100029；3．江苏省食品药品监督管理局，江苏 南京 210008；4．中国食品药品检定研究院，北京 100050)

·专题·

矿物药禹余粮微波消解/ICP-AES无机元素分析及综合评价△

刘圣金1，杨欢1，林瑞超2，徐春祥3，田金改4，房方1，吴德康1*

(1．南京中医药大学 药学院，江苏省中药资源产业化过程协同创新中心/中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心，江苏 南京 210023；2．北京中医药大学 药学院，北京 100029；3．江苏省食品药品监督管理局，江苏 南京 210008；4．中国食品药品检定研究院，北京 100050)

目的：测定不同产地禹余粮药材中无机元素的含量并进行综合分析评价。方法：采用微波消解/ICP-AES及主成分分析法对禹余粮药材所含元素进行分析和产地综合评价，同时对各元素进行相关性分析及无机元素指纹图谱分析。结果：检测的21种元素中，Fe、Al、Ca、K、Mg、Mn含量较高，重金属Hg、Pb、Cd、Cu均有检出，有害元素As、微量元素Se未检出。建立了含13种无机元素的特征指纹图谱，均数相似度(夹角余弦值)、中位数相似度(夹角余弦值)均大于0.90。元素相关性分析表明，14对元素显著正相关，2对元素显著负相关(P<0.01)，10对元素正相关，6对元素负相关(P<0.05)。主成分分析选择了5个因子，从无机元素的角度对禹余粮质量和产地进行了综合评价，结果表明江苏宿迁、建湖产禹余粮质量较好。结论：本研究为禹余粮药材的质量控制标准的制定提供了基础数据，并为矿物类药材的研究提供了研究方法和思路。

矿物药；禹余粮；电感耦合等离子-原子发射光谱法；无机元素；指纹图谱；主成分分析

禹余粮(Limonitum)是临床常用矿物药之一，始载于《神农本草经》。其来源为氢氧化物类矿物褐铁矿，主含碱式氧化铁。性甘、涩，微寒。归胃、大肠经。具有涩肠、止带止血之功能，用于久泻久痢、大便出血、崩漏带下[1]。临床可治疗胃原性腹泻[2]、泄泻[3]、便血休克[4]、子宫脱垂[5]、无排卵性月经不孕症[6]、溃疡性结肠炎[7]等。矿物药富含多种矿物质和人体必需的微量元素，其成分及其赋存状态是其药性、临床效用的物质基础。无机元素的种类与含量是矿物药质量评价的重要指标之一。禹余粮原矿物成因复杂，通常有多种矿物组成且组成比例不一，导致目前市场矿物药禹余粮品种来源较混乱，质量参差不齐，真假难以分辨。《中华人民共和国药典》2010版所收载矿物药禹余粮的质量控制标准仅有简单的性状和铁盐的化学鉴别项目，不能很好地控制禹余粮的质量。本文利用ICP-AES法对禹余粮中的无机元素进行分析测定，并建立其无机元素指纹图谱，为禹余粮药材的质量控制标准研究等提供参考。

1 仪器与材料

1.1 仪器

OptimaTM4300DV电感耦合等离子体-原子发射光谱仪(美国Perkin Elmer公司)；Mars型微波消解系统(美国CEM公司)；电子分析天平(XS205，瑞士，Mettler Toledo)。

1.2 试药

元素标准溶液Al、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Ti、V、Zn、Fe、Ca、K、Hg、Pb、P、Se(质量浓度为1000 μg·mL-1，国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院)；硝酸(优级纯，苏州晶瑞化学有限公司)；盐酸(优级纯，南京化学试剂有限公司)；氢氟酸(优级纯，国药集团化学试剂有限公司)；硼酸(分析纯，南京化学试剂有限公司)；超纯水经EPED超纯水系统自制。

1.3 样品来源与处理

禹余粮药材样品为实地收集或由相关单位提供，均经南京大学地球科学与工程学院孔庆友教授鉴定为氢氧化物类矿物褐铁矿，留样保存于南京中医药大学中药鉴定教研室。禹余粮样品来源见表1。

表1 禹余粮样品来源

精密称取样品粉末(过200目筛)0.1 g，放入50 mL聚四氟乙烯消解罐中，精确加入浓盐酸(HCl)6 mL，浓硝酸(HNO3) 2 mL，氟化氢(HF)2 mL，置于通风橱中静置30 min，待反应不剧烈后加盖密封，装入微波消解仪中，按表2设定的消解程序消解[9]。消解完毕后，冷却至室温，取出消解罐，加入饱和硼酸溶液10 mL，在通风橱中加热挥酸，冷却后转移至50 mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度，即为供试品溶液1。由于禹余粮样品中Fe、Al、K、Ca、Mg等元素的含量在常量范围，远大于单元素标准溶液，故将供试品溶液1稀释25倍后作为供试品溶液2，用于Fe、Al 2种元素的测定，K、Ca、Mg等元素采用径向观测。

表2 微波消解程序

1.4 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测定条件

功率为1.3 kW；冷却气流量为1.5 L·min-1；载气流速为0.8 L·min-1；辅助气流量为0.2 L·min-1；样品提升量为1.5 mL·min-1。测量条件：积分时间为10 s；延迟时间为1 s；重复次数为1；测量方式为标准曲线法；读数方式为峰强。

2 方法与结果

2.1 标准曲线

根据试样中待测元素的水平配制对照品溶液。依次测定21种无机元素的系列浓度对照品溶液，以对照品浓度X(μg·mL-1)为横坐标，对照品峰强Y为纵坐标，绘制标准曲线，得各元素对照品的回归方程、相关系数和线性范围。详见表3。

表3 21种无机元素的标准曲线和分析线

2.2 测定结果

在上述方法学考察基础上，将不同禹余粮样品按照上述样品处理方法制备相应供试品溶液，采用标准曲线法测定各样品中无机元素含量，结果见表4。结果显示，主元素Fe含量最高，达52.6%，除S8和S12外，其他样品含铁量均大于20%，均值为30.8%；Al的含量范围在2%～8.2%，相对较为稳定；Ca在样品中的分布则不够均匀，最高达5.5%，最低仅0.04%，多数低于0.3%；K、Mg、Mn、Ti元素的含量均值分别为0.838%、0.545%、0.496%、0.227%；Zn的含量均值为0.163%，有10个样品未检出；其他微量元素含量相对较低；Se、As均未检出。

2.3 禹余粮药材中的元素间相关性分析

采用SPSS16.0软件进行各元素间相关性分析，因多数变量不服从正态分布，故采用Spearman等级相关系数法，统计结果见表5。相关矩阵分析显示，有14对元素显著正相关(P<0.01)：Al-Li、Ba-V、Zn-Mn、K-Ti、Mg-Ti、Ni-Co、Mg-Cr、Cr-Ti、Ni-Pb、Co-Pb、Ni-Cu、Co-Cu、Pb-Cu、Zn-Cd；2对元素显著负相关(P<0.01)：Fe-Al、Fe-Li；10对元素正相关(P<0.05)：K-Mg、Ba-Li、Ca-V、K-V、Mg-V、K-Cr、Ni-Cr、Fe-Pb、Hg-Pb、Mn-Cd；6对元素负相关(P<0.05)：Zn-Al、Ca-P、Al-Mn、Fe-Ti、Fe-Cr、K-Pb。正相关表明禹余粮在矿物形成中这些元素能够促进相互间的富集，而负相关表明这些元素在禹余粮矿物形成过程中能够抑制对方的富集。

2.4 禹余粮无机元素指纹谱的建立

根据各元素检测结果，筛选出13种共有无机元素(Fe、Al、Ca、K、Mg、Mn、Ti、Ba、Li、V、Cr、Pb、Cu)建立余粮石的无机元素特征指纹图谱，结果见图1。禹余粮药材中各种无机元素含量虽有差异，但鉴别过程中可以根据元素的特征曲线谱图的走势来进行识别。

夹角余弦法计算相似度结果显示，禹余粮样品中均值相关系数、中位数相关系数、均值夹角余弦值、中位数夹角余弦值除S12在0.88～0.90外，其他样品均大于0.97。说明禹余粮无机元素指纹特征图谱的相似度较良好。见表6。

表4 禹余粮样品中无机元素含量分析 /mg·g-1

注：“—”表示未检出；汞的含量单位为mg·kg-1。

表5 禹余粮样品中无机元素的相关性分析

注：**表示P<0.01；*表示P<0.05。

注：A.禹余粮无机元素谱；B.无机元素对照特征谱。图1 禹余粮无机元素谱和无机元素对照特征谱

S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16S17均值相关系数0.99780.98060.99670.99820.99460.99840.99820.90790.99840.99720.99840.88800.99850.99470.99770.97970.98981.0000夹角余弦值0.99710.98120.99670.99780.99510.99860.99810.90520.99850.99750.99850.90190.99820.99450.99780.98170.99051.0000中位数相关系数0.99820.97680.99620.99860.99590.99910.99760.90760.99930.99550.99700.89090.99870.99450.99670.98120.98891.0000夹角余弦0.99770.97750.99600.99830.99610.99920.99770.90340.99940.99590.99720.90380.99860.99450.99700.98270.98991.0000

2.5 禹余粮无机元素主成分分析及其产地综合评价

为了研究各地禹余粮样品中各种元素的分布规律，对其主成分进行分析，同时为各主成分因子更好地解释各变量，分析中对特征值及因子载荷矩阵采用了方差最大化正交旋转，结果见表7。前5个特征值均大于1，累积贡献率达88.237%，说明前5个因子在禹余粮元素组成中起着主导作用，能够较客观地反应禹余粮中元素组成情况，故选取前5个主成分进行分析。以各主成分因子得分与方差贡献率乘积相加[11]，得出各禹余粮样品的无机元素总因子得分值F，F=0.350 17F1+0.223 31F2+0.147 04F3+0.085 22F4+0.076 63F5。按综合评价函数计算出的不同样品的综合得分(F)及排名见表8。综合排序靠前的分别为S8、S12和S2，说明从无机元素角度考虑，江苏宿迁、建湖产的质量相对较好。

表7 主成分方差贡献率

3 讨论

研究结果表明，禹余粮无机元素成分复杂，含量不一，这与矿物在富集形成过程中常常有多种矿物伴生相关。本文建立了禹余粮无机元素特征指纹图谱，相似度较好。采用主成分分析方法将测定的21种无机元素指标简化为5个主成分，并依此对不同产地的禹余粮样品质量进行综合评价。元素相关性分析可知，禹余粮中有14对元素显著正相关，10对元素正相关，2对元素显著负相关，6对元素负相关。

表8 综合主成分因子及对禹余粮产地的综合评价

本研究结果表明，禹余粮样品中Fe、Al、Ca、K、Mg、Mn等元素含量较高，这可能与禹余粮功能的特点有一定的联系[12-13]。李波等[14]对钙铝混悬液的研究发现，其具有明显的抗蓖麻油致腹泄作用，且单用碳酸钙止泻作用明显，氢氧化铝和三硅酸镁作用不明显。一方面可能是因为氢氧化铝和三硅酸镁剂量较低；另一方面也可能与此二组分在方中并非起抗腹泻作用，而可能是起到保护肠粘膜的作用有关。另有报道[15]，铁的稀溶液对肠胃粘膜面有收敛作用，可以止泻，吸附肠道内异常的发酵产物和炎症渗出物，对发炎的胃肠粘膜有保护作用。同时，人体久泻久痢、便血崩漏易造成某些必需的元素大量流失，而禹余粮富含人体必需的元素，对治疗起一定的辅助作用，这可能是禹余粮临床疗效的原因所在。

重金属及有害元素是评价中药安全性的重要指标，目前许多中药都已经制定了Pb、Hg、As、Cd、Cu等元素的限量标准。本试验结果显示，大多数禹余粮中Pb、Cd、Hg均大于植物药中Pb(≤5.0 mg·kg-1)、Cd(≤0.3 mg·kg-1)、Hg(≤0.2 mg·kg-1)含量的限量标准[1]，这与禹余粮矿物的来源本质有着直接的联系。为保障禹余粮用药的安全有效，重金属的限量控制应引起足够的重视，也为禹余粮药材的炮制减毒提出了要求。

本试验对不同矿物药禹余粮样品中的无机元素进行测定，并作统计分析，为禹余粮药材的质量控制标准制定、安全性评价提供了科学的参考依据。

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Evaluation and Analysis of Inorganic Elements in Mineral Chinese Medicine Limonitum by ICP-AES after Microwave Digestion

LIU Shengjin1，YANG Huan1，LIN Ruichao3，XU Chunxiang2，TIAN Jingai4，FANG Fang1，WU Dekang1*

(1.Schoolofpharmacy，NanjingUniversityofChineseMedicine；JiangsuCollaborativeInnovationCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrialization；NationalandLocalCollaborativeEngineeringCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrializationandFormulaeInnovativeMedicine，Nanjing210023，China；2.Schoolofpharmacy，BeijingUniversityofChineseMedicine，Beijing100029，China；3.JiangsuInstituteforFoodandDrugControl，Nanjing210008，China；4.NationalInstituteforFoodandDrugControl，Beijing100050，China)

Objective：To determine and analyze the inorganic elements in Limonitum by ICP-AES after microwave digestion.Methods：Inorganic elements fingerprints were researched.Principal components and elements correlations were analyzed with the SPSS16.0 software.Results：The result showed that elements Fe，Al，Ca，K，Mg and Mn were the major elements in twenty one inorganic elements determined.Hg、Pb、Cd、Cu were detected in all samples，Se and As were not detected.Thirteen elements were selected to establish fingerprint for describing and identifying the quality of Limonitum samples.And similarity (angle cosine value) were all more than 0.90.The result showed that fourteen pairs of elements were significant positive correlated，two pairs of elements were significant negative correlated (P<0.01).There were ten pairs of elements were positive correlated，six pairs of elements were negative correlated (P<0.05).The PCA with five factors selected could be used to evaluate the quality of Limonitum and the origin places were selected.Conclution：The result showes some correlations among the inorganic elements.The presented research would have guiding significance to study other mineral medicines.

Mineral Chinese Medicine；Limonitum；ICP-AES；inorganic elements；fingerprints；PCA

10.13313/j.issn.1673-4890.2015.9.005

2015-06-15)

《中华人民共和国药典》2015版一部标准研究课题；江苏省高校优势学科建设工程资助项目(二期)；江苏高校品牌专业建设工程资助项目(PPZY2015A070)；国家自然科学基金项目(81303178)；江苏省自然基金项目(BK20130957)

*

吴德康，教授，研究方向：中药鉴定与品质评价、矿物药研究；Tel：(025)85811511，E-mail：wudekang2008@126.com