ICP-MS 法测定荷叶无机元素含量差异分析及其指纹图谱的建立

陈玉园，洪家顺，王裕成，李道成，刘德根

（1.江西省道地药材质量评价研究中心，江西 赣江 330029；2.江西沃华济顺医药有限公司，江西 赣江 330029）

荷叶为睡莲科植物莲Nelumbo nucifera Gaertn.的干燥叶[1]。现代研究表明，荷叶含有的主要成分有黄酮类[2-5]、生物碱[6-9]、原花青素[10]、有机酸[11]等，具有降脂、降糖、调脂、止痉、抗肿瘤、抗脑缺血、抗氧化等多种疗效[12-13]，有治疗脑卒中、痛风性关节炎间歇期高尿酸血症及拮抗高脂血症的作用[14-16]，但对荷叶无机元素含量的研究甚少。

为了解荷叶中无机元素的含量，本实验以江西省赣州市的6 批荷叶为研究对象，通过微波消解-ICPMS 法同时测定枳壳中Li、Be、Ti 等25 种无机元素的含量，为荷叶的科学研究、开发利用提供参考依据。

1 实验部分

1.1 材料与试剂

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）标准溶液（批号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）]；单元素标准溶液，采购于国家有色金属及电子材料分析测试中心。

UP 级硝酸，苏州晶锐化学试剂公司；实验用水为一级水；Hg（批号：22071135，1 000 μg/mL）、Se（批号：22101835，1 000 μg/mL），内标溶液Ge（批号：22072635，1 000 μg/mL）、In（批号：21122035，1 000 μg/mL），采购于国家钢铁材料测试中心

荷叶信息详见表1。

表1 样品信息表

1.2 主要设备

ETHOS UP 微波消解仪和赶酸器，北京莱伯泰科；赶酸器，VB48 UP；ICAP RQ 电感耦合等离子体质谱，美国赛默飞；XSR205DU/A 型电子天平，梅特勒-托利多；DHG-9240A 型台式电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒；Pulverisette 11 刀式研磨仪，德国Fritsch。

1.3 实验方法

1.3.1 仪器参数

ICP-MS：等离子体功率1 550 W；雾化器流量0.996 8 L/min；辅助气流量0.800 L/min；采样深度5 mm；冷却气流量14 L/min；碰撞气1 流量5.122 L/min；检测器电压（脉冲）1 278.59V；检测模式KED；内标元素为锗（72Ge）、铟（115In）。

1.3.2 标准溶液的制备

分别精确吸取锗（72Ge）、铟（115In）元素标准溶液适量，用10%硝酸溶液逐级稀释，配置成20 μg/L混合标准溶液，作为内标溶液；

精确吸取适量Rb、Mo、Cs、Hg、Cs 单元素标准溶液 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）多元素标准溶液适量，用10%硝酸溶液逐级稀释，用10%硝酸溶液逐级稀释，配置成质量浓度为0.00、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L 供电感耦合等离子体质谱仪分析。

精确称取0.5 g（精确至0.1 mg）烘干2 h 的荷叶样品粉末于消解罐中，加入5 mL 高纯硝酸后，预消解过夜，根据预先设定的程序进行微波消解。试样消解完成后，自然冷却至40 ℃以下后取出，取出微波消解管，将消解液转入50 mL 容量瓶中，用少量水洗涤消解罐3 次，洗涤液合并于容量瓶中,超纯水定容至刻度,摇匀，即得（如有少量沉淀，必要时离心分取上清液）。同法制备试剂空白溶液。

1.4 安全性评价

1.4.1 单因子污染指数法

单因子污染指数法通常是指能够分别反映目标物中各个元素的污染程度，其计算公式为式（1）：

式中：Pi为目标物中污染元素i 的单因子污染指数，Ci为污染元素i 的实测含量值，mg/kg；Si为i 种污染元素的评价标准，mg/kg。

其中，根据《中华人民共和国药典》（2020 版）一部对荷叶中重金属及有害物质的限量标准值：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 为优良，0.7 ≤Pi≤1.0 为安全，1.0＜Pi≤2.0 为轻污染，2.0＜Pi≤3.0 为中污染，Pi＞3.0 为重污染，Pi值越大，说明受到污染越严重[17]。

1.4.2 内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合指数法突出了高浓度污染物对环境质量的影响，同时兼顾单因子污染指数的平均值。

由于样品同时被多种重金属元素污染，因而样品污染评价要运用综合指数法进行评价。

其计算公式如式（2）：

式中：P综合为综合污染指数；Pi，max为各单项污染指数中的最大值。P综合≤0.7 为优良，0.7＜P综合≤1.0 为安全，1.0＜P综合≤2.0 为轻污染，2.0＜P综合≤3.0 为中污染，P综合＞3.0 为重污染，P综合值越大，说明受到污染越严重[17]。

1.5 数据分析

采用EXCEL2010 软件建立不同产地枳壳样品稀土元素含量的原始数据，采用Origin 2022 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 方法的线性与检出限

在仪器状态稳定下测定制备好的混合标准溶液，测定结果见表2，各元素相关系数在0.997～0.999，表明线性关系良好。

表2 各元素线性方程、相关系数及检出限

2.2 无机元素含量测定

精密称取6 批荷叶样品按照试验方法制备荷叶样品溶液上机测定，结果详见表3。如表3 所示，7 批荷叶样品中均检出21 种无机元素，但各元素的含量差异较大。从表2 可知，荷叶中无机元素Mn，含量均超过1 000 mg/kg，最高可达2 840.288 mg/kg；Ba 含量为49.091～166.57 mg/kg、Fe 含量为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；其他无机元素的含量均小于1 mg/kg。

表3 荷叶中无机元素含量 单位：mg/kg

2.3 重金属及其有害元素安全性评价

根据《中华人民共和国药典》（2020 版）一部对荷叶中重金属及有害物质的限量标准值[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 批荷叶样品中Cu、As、Cd、Hg、Pb 含量均符合规定；Hg 含量检出结果接近药典限量标准值，需加强监管并引起注意。

不同产地荷叶中重金属及有害元素安全性评价如表4 所示。S5 中的汞单项污染指数为0.920，介于0.7 和1.0 之间，评价为安全，S5 内梅罗综合污染指数为0.676，小于0.7，评价结果为优良，虽然整体评价结果为优良，但是仍然需要关注此产地荷叶中汞的含量，防止其超标；其他批次荷叶（S1、S2、S3、S4、S6）单项污染指数和内梅罗综合污染指数均小于0.7，评价为优良，表明荷叶生长环境未受到污染。

表4 荷叶中重金属及有害元素安全性评价

2.4 元素指纹图谱

为了能更加直观地绘制指纹图谱，将Zr、Cd、Sn含量值放大10 倍；Cu 含量值缩小10 倍；Ti、Fe 含量值缩小100 倍；Ba 含量值缩小1 000 倍；Mn 含量值缩小10 000 倍，以元素种类为横坐标，相对含量为纵坐标绘制无机元素的指纹图谱，见图1-1。将样品的平均值生成枳壳稀土元素对照图谱，见图1-2。从图1可知，不同样品之间峰形相似，但各无机元素含量存在一定差异。

图1 不同产地荷叶无机元素指纹图谱

2.5 相关性分析

根据测试结果，对荷叶样品中的无机元素（Sb 未检出）进行相关性分析，结果见图2。从图2 可知，有17 对元素间呈显著正相关，其中6 对呈极显著正相关（**p＜0.01）；11 对元素之间呈显著正相关（*p＜0.05），表明这些元素之间可能存在相互协同吸收的关系；Zr与Cs 呈显著负相关（*p＜0.05），表明Zr 与Cs 可能存在拮抗作用。

图2 不同产地荷叶无机元素相关性分析图

2.6 聚类分析

对6 批次荷叶样品中的无机元素含量进行聚类分析和热图绘制，结果如图3 所示，6 批次产地的荷叶样品被聚为两大类，S3（石城县）、S4（广昌县）、S6（广昌县）聚为第一类，S1（石城县）、S2（石城县）、S5（广昌县）聚为第二类；由此可以看出，同一地域的样品仍然具有一定的差异性，这些差异可能与种植户耕种的土地有关，土壤环境不一样，植物在生长过程中吸收富集的无机元素含量就可能存在差异。

图3 荷叶无机元素聚类热图分析

3 结论

本实验通过微波消解处理样品，减少了处理样品的时间和试剂的使用，运用ICP-MS 法测定荷叶Li、Be、Ti 等25 种无机元素，采用碰撞反应池（KED）模式和在线内标法排除了多原子分子离子的干扰和机体效应，从而保证了检测方法的准确性、可靠性。此外，本实验研究了不同产区和批次的荷叶中无机元素的含量，6 批荷叶样品中Cu、As、Cd、Hg、Pb 含量均符合规定，内梅罗综合污染指数均小于0.7，评价为优良，表明荷叶生长环境未受到污染。建立了荷叶中24 种无机元素的指纹图谱，可作为荷叶的鉴别。

元素间相关性分析结果表明有6 对呈极显著正相关（**p＜0.01）；11 对元素之间呈显著正相关（*p＜0.05），1 对元素（Zr 与Cs）间呈显著负相关（*p＜0.05），表明这些元素在吸收过程可能存在相互促进吸收或者拮抗的作用。聚类分析结果表明，各批次荷叶中的无机元素含量存在一定差异，这可能与作物种植的土壤环境有很大关系。

本实验研究结果可为荷叶资源的鉴别工作提供研究思路，为其质量安全提供基础数据。