9种中药材中25种微量元素含量的ICP-MS法测定及统计分析

方文清，郭 娜，董昌平，黄凤妹

（1.福建生物工程职业技术学院，福建福州350002；2.南平市食品药品检验检测中心，福建南平353000）

福建省中药材众多，其中薏苡仁、莲子、太子参、巴戟天、金线莲、绞股蓝、黄精、灵芝、铁皮石斛九味中药材，品质特别优异，为福建省道地药材，称为“福九味”。“福九味”药材代表着福建省中药材产业的整体形象，具有区域发展的特色和优势。由于环境污染、不规范种植等因素导致中药材中重金属等有害物质超标的现象时有发生［1-4］，福建产“福九味”药材的安全性备受关注。在中药材生长过程中，土壤中的微量元素通过根、茎迁移至果实并保存了生长地的特征信息。因此，选择痕量、微量元素进行检测分析，成为研究中药材中微量元素和产区相关性的重要手段［5-6］。

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）是近年来发展最快的痕量元素分析技术之一，具有灵敏度高、检出限低、线性范围宽、干扰少和多种元素同步快速检测等优点，对快速准确检测中药材中微量元素有着极高的应用价值［7-9］。

本研究使用ICP-MS测定福建产“福九味”药材中的25种微量元素包括52Cr、60Ni、65Cu、75As、114Cd、138Ba、202Hg、208Pb、140Ce、133Cs、164Dy、166Er、153Eu、158Gd、165Ho、139La、175Lu、142Nd、141Pr、187Re、103Rh、152Sm、159Tb、169Tm、174Yb。同时对分别来自6个不同省份产区的薏苡仁、莲子、太子参药材中所含的25种微量元素进行比较测定，并对检测结果进行方差分析、统计比较，旨在准确测定“福九味”药材中微量元素的质量浓度，同时为中药材的产区鉴别和微量元素摄入风险评估研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

中药材：莲子（产地福建建宁）；巴戟天（产地福建永定）；金线莲（产地福建南靖）；绞股蓝（产地福建南靖）；黄精（产地福建邵武）；灵芝（产地福建邵武）；铁皮石斛（产地福建武平）；薏苡仁（产地福建建瓯）；太子参（产地福建柘荣）。以上9味中药材均为福建省道地药材，同时分别收集6个不同产地的薏苡仁、莲子、太子参药材进行产地溯源研究。药材品种经作者鉴定，福建省南平市食品药品检验检测中心董昌平主任药师复核，均符合2020年版《中国药典》（一部）药材品种。样品保存于福建生物工程职业技术学院实训实验中心。药材品种、产地及采集时间见下表1。

表1 中药材品种、产地及采集时间Table 1 Variety，origin and collection time of Chinesemedici⁃nal materials

试剂：硝酸（HNO3，MOS级）：北京化学试剂研究所；盐酸：优级纯，上海国药集团化学试剂有限公司；去离子水（电阻率18.2 MΩ·cm）；Cu、Cr、Ni、Ba、Pb、As、Cd、Hg的单标标准溶液均购自中国计量科学研究院；混合元素标准溶液（100 mg/L，介质为0.5%HNO3/2%HCl/1%HF）：含Ce、Cs、La的混合系列标准溶液（A）；含Re、Rh、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、Lu、Nd、Pr、Sm、Tb、Tm、Yb的混合系列标准溶液（B）；调谐溶液（含Mg、Ce、Ba和U各1.00μg/L），内标溶液（含45Sc、72Ge、115In、209Bi）；均购自Agilent公司。

1.2 仪器与设备

ETHOSONE微波消解仪（Milestone公司）；Agi⁃lent 7700x ICP-MS（美国安捷伦科技有限公司）；Ag⁃ilent玻璃同心雾化器（广州步步宏科学仪器设备有限公司）；LabTech EHD 36电热消解板（北京莱伯泰科仪器公司）；微量移液器（德国eppendorf公司）；AL2104电子分析天平（梅特勒-托利多上海有限公司）。

1.3 试样的制备

用粉碎机粉碎已干燥过的样品，过60目筛，收集粉碎过的样品，待测定［5］。

1.4 微波消解

称取0.5 g粉碎好的中药材于微波消解管，加入7.0 mL浓HNO3静置过夜进行预消解，然后再加入2.0 mL盐酸，加盖密闭后进行微波消解。温度：190℃；压力：1.38 MPa；爬升时间：20.0 min；保持时间：10.0 min，结束后以100℃赶酸至约2.0 mL，冷却至室温后转入容量瓶，用2.0%硝酸溶液定重至25.0 g，中药材消解完全，溶液呈清亮透明，待测。用相同的方法准备空白试剂。

1.5 测定方法

仪器开机至稳定，用调谐液优化仪器参数，仪器工作参数见表2。

表2 ICP-MS工作参数Table 2 Working parameter of ICP-MS

1.6 数据处理

试验数据采用Microsoft Office 2013、SPSSSta⁃tistics 19.0软件进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 方法学考察

分别配制含Cu、Cr、Ni、Ba、Pb、As、Cd、Hg、Ce、Cs、La、Re、Rh、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、Lu、Nd、Pr、Sm、Tb、Tm、Yb系列标准混合工作使用液。分析元素同位素的选择是在避开同质异数和氧化物等多原子离子干扰的前提下，尽可能选择高丰度的同位素。本方法中各元素测定的同位素线性范围见表3。按照表2设定的仪器条件测定所配制的混合标准溶液，绘制标准曲线并计算相关系数和斜率，连续平行测定11次2%硝酸空白溶液，依据IUPAC，以3倍标准偏差对应浓度作为检出限LOD，以10倍标准偏差对应浓度作为定量限LOQ。随机选取“福九味”药材中的太子参为样品［10］，测算各元素加标回收率。表3中数据显示，25种微量元素的标准曲线相关系数在0.998 8～0.999 7范围内，说明被测元素在各自线性范围内线性关系良好；LOD和LOQ分别在0.001 2～0.034 2μg/L和0.003 3～0.104 2μg/L范围内，表明该方法灵敏度较高；太子参各元素在加标水平下回收率在89.88%～109.03%范围内，重复性试验RSD值在0.72%～2.52%范围内（n=6），表明该方法重复性和精密度良好。

表3 各元素线性范围、检出限及重复性试验Table 3 Linear range，detection limit and repeatability of each elemen

2.2 微量元素测定及分析

采用微波消解-ICP-MS法测定福建产薏苡仁、莲子、太子参、巴戟天、金线莲、绞股蓝、黄精、灵芝、铁皮石斛9味药材中含有的25种微量元素含量，结果见表4。同时分析25种微量元素质量分数的相关性，结果见表5。由表4可看出，9种药材中的微量元素Pb、Cd、As、Hg、Cu含量均符合《中华人民共和国药典》2020年版四部中规定的药材及饮片（植物类）限量值（Pb≤5 mg/kg；Cd≤1 mg/kg；As≤2 mg/kg；Hg≤0.2 mg/kg；Cu≤20 mg/kg）。由表5分析可看出，9味药材中所含的Ni、Cu、As元素之间呈显著或极显著正相关，Tb、Dy、Pr、Tm、Yb元素之间呈显著或极显著正相关，Ba与Er、Re元素呈显著或极显著正相关，说明这几种元素中，某种元素含量升高或者降低时，与其相关的元素含量也会呈现相应升高或降低的趋势。

表4 9种中药材中各元素平均质量分数（n=6）Table 4 The average contents of each element in 9 kind of Medicinal herbs（n=6） （mg/kg）

表5 各元素在9种药材中质量分数的相关性分析Table 5 Correlation analysis of contents of each element in 9 kinds of Medicinal herbs

2.3 特征元素分析

采用微波消解-ICP-MS对分别来自6个不同产区的薏苡仁、莲子、太子参药材中25种微量元素进行分析，结果如表6～8所示。利用SPSS 19.0软件方差分析显示，不同产区的薏苡仁、莲子、太子参药材中含有的Ni、As、Cs、Lu、Re、Rh、Yb元素存在显著性差异（P<0.05）。其中福建产区药材S1、S7、S13中含的Ni、As、Cs、Lu、Re、Rh、Yb元素含量大多数比其他产区药材低，这可能与福建的绿色生态环境有关；而贵州产区药材S3、S15中含的Ni、As、Cs、Lu、Re、Rh、Yb元素含量大多数都高于其它产区的药材，这可能与贵州的矿产资源比较丰富，药材在种植过程中，土壤中的微量元素通过根、茎迁移至果实保存了生长地的特征信息有关。因此，Ni、As、Cs、Lu、Re、Rh、Yb这7个元素可作为不同产区薏苡仁、莲子、太子参药材鉴别的特征元素。

表6 不同产区薏苡仁中各元素质量分数Table 6 Contents of elements in coix seed from different producing areas （mg/kg）

表7 不同产区莲子中各元素质量分数Table 7 Contents of elementsin lotus seedsfromdifferent producing areas （mg/kg）

续表

表8 不同产区太子参中各元素质量分数Table 8 Contents of elements in pseudostellariae radix fromdifferent producing areas （mg/kg）

2.4 产区鉴别统计分析

根据表6～8中不同产区薏苡仁、莲子、太子参药材中25种微量元素的测定结果，采用SPSS19.0软件，使用组间联接的聚类方法，以“平方Euclidean距离”为度量标准进行系统聚类分析，结果见图1。18批不同产区的药材微量元素聚类为4类，贵州产区药材S3、S15聚为第一类；湖北、湖南产区药材S10、S11、S16聚为第二类；福建产区药材S1、S7、S13聚为第三类；其它产区的药材聚为第四类。说明贵州产区药材、湖北和湖南产区药材、福建产区药材、其他产区药材所含微量元素存在差异，通过微量元素聚类分析可以对不同产区的药材进行产地溯源。

图1 不同产区中药材聚类分析Fig.1 Cluster analysis of Chinese herbal medicine fromdiffer⁃ent producing areas

3 讨论与结论

本研究参照2020年版《中国药典》［5］及《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》重金属及有害元素的限量标准［11-12］，使用微波消解电感耦合等离子体质谱法ICP-MS同时测定福建省“福九味”药材薏苡仁、莲子、太子参、巴戟天、金线莲、绞股蓝、黄精、灵芝、铁皮石斛中25种微量元素。研究表明“福九味”药材所含微量元素含量符合《中国药典》规定，安全性良好。通过对所测数据进行微量元素之间的相关性研究发现，其中Ni、Cu、As元素之间呈显著或极显著正相关，Tb、Dy、Pr、Tm、Yb元素之间呈显著或极显著正相关，Ba与Er、Re元素呈显著或极显著正相关，说明这几种微量元素中，某种元素含量发生变化，与其相关的元素含量也会呈现相应的变化。本研究对不同产区的薏苡仁、莲子、太子参药材中25种微量元素进行分析。结果表明，不同产区药材中所含Ni、As、Cs、Lu、Re、Rh、Yb这7种元素的质量分数差异性显著，可作为特征元素用于薏苡仁、莲子、太子参药材的产区鉴别。同时，聚类分析表明来自不同产区的药材所含微量元素表现出一定的聚类性特征，反映了我国土壤、水质、气候等环境因素的地区差异性，微量元素含量指标可作为药材产区溯源的研究依据。本研究所建方法快速、准确、高效，为福建产“福九味”药材的安全品质、产区鉴别和风险评估研究提供支撑。