三重串聯(lián)四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定植源性中藥材中總硫含量

王曉偉，劉景富，關(guān) 紅，王小艷，邵 兵*，張 晶，劉麗萍，張妮娜

1. 北京市疾病預(yù)防控制中心與北京市預(yù)防醫(yī)學(xué)研究中心食物中毒診斷溯源技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100013 2. 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室，北京 100085 3. 北京市順義區(qū)疾病預(yù)防控制中心, 北京 101300

三重串聯(lián)四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定植源性中藥材中總硫含量

王曉偉1，劉景富2，關(guān) 紅3，王小艷1，邵 兵1*，張 晶1，劉麗萍1，張妮娜1

1. 北京市疾病預(yù)防控制中心與北京市預(yù)防醫(yī)學(xué)研究中心食物中毒診斷溯源技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100013 2. 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室，北京 100085 3. 北京市順義區(qū)疾病預(yù)防控制中心, 北京 101300

三重串聯(lián)四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS/MS); 中草藥; 二氧化硫; 微波消解; 硫磺熏蒸

引 言

二氧化硫(SO2)是一種無色、有刺激性氣味氣體，易溶于水生成亞硫酸。由于具有優(yōu)秀的抑菌與抗氧化能力，SO2常作為抗菌劑與漂白劑被廣泛應(yīng)用于中藥材加工過程中。植源性中藥中的SO2主要來源于植物的自然生長過程與加工處理過程。其中來自于人工熏蒸過程的SO2遠遠超過藥物自然生長過程中吸收的SO2[1]。由于熏制處理過程中殘留的SO2會對人體造成健康危害，因此，我國與世界各國均對藥物中SO2的限量濃度作了嚴格規(guī)定。我國國家藥典委員會規(guī)定山藥、牛膝、粉葛等11種傳統(tǒng)習(xí)用硫黃熏蒸的中藥材及其飲片，SO2殘留量不得超過400 mg·kg-1； 其他中藥材及其飲片的二氧化硫殘留量不得超過150 mg·kg-1[2]。FAO/WHO制定的“食品添加劑通用標準”規(guī)定，草藥及香料中亞硫酸鹽殘留量“以SO2計不得超過150 mg·kg-1”，蘑菇、豆類、海藻類等干菜以及種子類產(chǎn)品中亞硫酸鹽殘留量“以SO2計不得超過500 mg·kg-1”。同時我國規(guī)定，以SO2計，人體每日允許攝入量(ADI)為0～0.7 mg·kg-1體重[3]。

目前，我國的食品與藥品安全問題引起了廣泛的關(guān)注。中藥加工過程中濫用硫磺熏蒸的現(xiàn)象日趨嚴重。藥材中SO2殘留量超標，對人體健康產(chǎn)生危害的事件時有報道，亟需加強對植源性中藥中SO2含量的監(jiān)管。因此，建立快速、可靠的SO2分析方法具有重要意義。

通常采用的SO2檢測方法包括滴定法[4]、離子色譜法[5]、氣相色譜法[6-7]、光譜法[8-9[10-12]。目前，歐盟推薦采用滴定法測定食品中SO2濃度[13]。中國國家藥典委員會發(fā)布的SO2殘留量檢測方法中規(guī)定可采用酸堿滴定法、離子色譜法、氣相色譜法測定熏蒸處理過的藥物中SO2殘留量[14]，但是這三種方法均需要對樣品進行復(fù)雜的前處理, 不適宜開展大量樣品的分析測定。而作為最直接、快速的元素分析技術(shù)，電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)一直是元素分析的首選方法。由于存在較強的電離電位與多原子離子干擾，目前基于單四極桿的ICP-MS技術(shù)一直未能有效的應(yīng)用于硫元素的測定工作[15]。

最新研發(fā)的三重串聯(lián)四極桿ICP-MS(ICP-MS/MS)實現(xiàn)了離子的選擇性提取與反應(yīng)，為硫元素的檢測奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。ICP-MS/MS首先通過第一級四極桿(Q1)實現(xiàn)指定質(zhì)荷比離子的篩選，將指定質(zhì)荷比的離子送入二級碰撞/反應(yīng)池(ORC)，同時過濾掉其他質(zhì)荷比的干擾離子； 隨后，根據(jù)目標離子性質(zhì)在ORC中通入不同種類碰撞/反應(yīng)氣，消除多原子離子干擾，或生成目標多原子離子以將目標離子與同質(zhì)荷比干擾離子區(qū)分； 最后，通過第三級四極桿(Q2)實現(xiàn)對ORC中生成的目標質(zhì)荷比離子進行選擇分析，實現(xiàn)高靈敏度、低背景干擾檢測。目前，ICP-MS/MS技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于生物油中硫含量[16]，以及含硫蛋白質(zhì)的定量測定[17]。

本研究以植源性中藥中SO2為研究對象，考察不同分析模式與反應(yīng)氣條件下，ICP-MS/MS對SO2的定量分析能力，確定最佳儀器分析條件； 建立植源性中藥的前處理方法，考察樣品基質(zhì)與消解過程對定量分析結(jié)果的影響，保證分析結(jié)果的準確性； 最終建立基于微波消解、ICP-MS/MS技術(shù)的植源性中藥中SO2高靈敏度分析方法。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

安捷倫8800電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，CEM MARS微波消解儀，梅特勒AL204分析天平，IKA MS3數(shù)字混勻器。

1.2 樣品處理

稱取0.3～0.5 g柑橘葉樣品，置于50 mL微波消解罐中，加入6 mL硝酸、2 mL雙氧水，蓋蓋子靜置30 min后將蓋子擰緊進行微波消解，微波消解程序如表1所示。消解結(jié)束后，待消解罐冷卻至室溫，使用去離子水將消解液定容至50 mL，混勻待測。將樣品稀釋10倍后上機測定。

Table 1 Program of microwave digestion process

1.3 標準曲線的配置

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器參數(shù)優(yōu)化與定量離子選擇

由于ICP-MS/MS可通過改變Q1的設(shè)置分別以單四極桿(QMS)模式和串接(MS/MS)模式運行，為了考察不同分析模式與反應(yīng)氣對于S檢測靈敏度的影響，獲得最佳的設(shè)備條件，首先考察了QMS和MS/MS模式下，使用不同碰撞/反應(yīng)氣時，S的定量離子及其方法學(xué)參數(shù)。

為了獲得最佳的儀器靈敏度，首先對QMS和MS/MS模式，三種ORC條件下的儀器參數(shù)進行了優(yōu)化，結(jié)果如表2所示。隨后，分別考察QMS和MS/MS模式(將Q1分別設(shè)置為通過全部離子和僅通過m/z=32和34的離子)，不使用碰撞/反應(yīng)氣(NG)，以He為碰撞氣(HE)，以及以O(shè)2為反應(yīng)氣(O2)三種條件時，32S和34S的標準曲線。在NG和HE條件下，設(shè)置Q2通過m/z=32和34的離子，以32S+和34S+作為S的定量離子； 在O2條件下，設(shè)置Q2通過m/z=48和50的離子，以32S16O+和34S16O+作為S的定量離子。

Table 2 Critical operating parameter settings for the ICP-MS

在O2條件下，QMS模式時無法獲得令人滿意的32S16O+與34S16O+的標準曲線。通過前驅(qū)離子掃描功能(即監(jiān)測所有可以形成m/z=48和50的離子)，在不使用Q1對進入ORC的離子進行篩選時，m/z=16，32，34，40，48，50，80的離子都會在ORC中產(chǎn)生m/z=48和50的離子干擾，并最終將定量離子32S16O+與34S16O+的信號湮沒，導(dǎo)致其標準曲線線性關(guān)系較差。而MS/MS模式時，通過Q1的離子選擇功能，可以首先去除m/z=32和34之外的所有干擾離子，將背景中本身存在的m/z=48和50以及可以在ORC中產(chǎn)生m/z=48和50離子干擾的背景離子降低到最小程度，繼而通過S與O2在ORC中反應(yīng)，產(chǎn)生32S16O+與34S16O+，回避進入ORC中m/z=32和34的同質(zhì)荷比離子的干擾，降低背景噪聲，提高檢測靈敏度，獲得更好的線性范圍與線性關(guān)系，以及較低的檢出限。

Fig.1 Calibration curves of measured under QMS and MS/MS mode with three different ORC condition

而由圖1(b)可以發(fā)現(xiàn)，O2條件下的MS/MS模式在μg·L-1濃度范圍內(nèi)具有更加優(yōu)秀的定量能力。在20～500 μg·L-1的低濃度水平，由于S絕對濃度降低，而背景中33S1H+和16O18O+等m/z=34的多原子離子干擾強度并未改變，背景信號對34S信號的掩蓋效應(yīng)顯著增強[16]，因此不管是否開啟Q1的離子篩選功能，在NG和HE條件下均已無法獲得34S的標準曲線。此時MS/MS模式下，以32S16O+與34S16O+為定量離子時，依然表現(xiàn)出非常好的線性關(guān)系。并且通過對比20～500 μg·L-1與0.5～100 mg·L-1濃度范圍的標準曲線線性方程可知，在20 μg·L-1～100 mg·L-1濃度范圍內(nèi)，32S16O+與34S16O+均呈現(xiàn)出一致的標準曲線線性關(guān)系。因此，通過以上結(jié)果有理由判斷，相比于傳統(tǒng)的QMS模式，MS/MS模式具有更強的去除背景干擾的能力； 而通過將S+與O2在ORC中反應(yīng)生成SO+的方式，可以獲得更低的檢出限與更寬的線性范圍。

2.2 方法性能與背景干擾

2.3 方法可靠性驗證及實際樣品分析

采用柑橘葉標準參考物質(zhì)(GBW10020)對方法的可靠性進行驗證。柑橘葉標準參考物質(zhì)中S的含量為0.41%±0.03%。

采用微波消解方式對柑橘葉樣品進行前處理，針對柑橘葉樣品的特性，首先對微波消解過程中硝酸與雙氧水的用量進行了優(yōu)化。最后，使用優(yōu)化后的微波消解方法與ICP-MS/MS檢測條件對柑橘葉樣品進行6次平行處理與測定。

檢測結(jié)果如表3所示。由結(jié)果可知，采用ICP-MS/MS方法測定植源性中藥材總S濃度時，樣品經(jīng)微波消解處理后，樣品基質(zhì)及樣品中的其他元素不會對測定結(jié)果的準確性產(chǎn)生不利影響，測定結(jié)果具有優(yōu)秀的準確性與重現(xiàn)性。

Table 3 S concentration in the citrus leaf standard reference material (GBW10020)

3 結(jié) 論

采用最新研發(fā)的ICP-MS/MS技術(shù)，建立了植源性中藥材中總S含量的檢測方法。通過Q1的離子選擇技術(shù)，以及ORC中O2與S+的碰撞反應(yīng)，有效去除了背景基體中m/z=32和34及m/z=48和50的離子干擾，獲得了較低的檢出限與較寬的線性范圍。通過對柑橘葉標準參考物質(zhì)的分析，對方法在實際樣品分析中的可靠性與準確性進行了評價。結(jié)果表明，ICP-MS/MS技術(shù)具有優(yōu)秀的檢測準確性與結(jié)果重現(xiàn)性，實際樣品中的其他元素以及樣品的微波消解處理過程均不會對測定結(jié)果的準確性產(chǎn)生影響。此外，通過與液相色譜、離子色譜等分離技術(shù)的串聯(lián)使用，本方法還有望應(yīng)用于藥品及食品中各類含S物質(zhì)的分析檢測工作。

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*Corresponding author

Determination of Total Sulfur Dioxide in Chinese Herbal Medicines via Triple Quadrupole Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

WANG Xiao-wei1, LIU Jing-fu2, GUAN Hong3, WANG Xiao-yan1, SHAO Bing1*, ZHANG Jing1, LIU Li-ping1,ZHANG Ni-na1

1. Beijing Key Laboratory of Diagnostic and Traceability Technologies for Food Poisoning, Beijing Centers for Diseases Control and Prevention & Centers for Preventive Medical Research, Beijing 100013, China 2. State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China 3. Shunyi District Centers for Diseases Control and Prevention, Beijing 101300, China

Triple quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS/MS)； Chinese herbal medicines； Sulfur dioxide； Microwave digestion； Sulfur fumigation

Nov. 30, 2014; accepted Apr. 12, 2015)

2014-11-30，

2015-04-12

國家自然科學(xué)基金項目(31301474)，國家科技支撐計劃項目(2012BAK17B01)，北京市預(yù)防醫(yī)學(xué)研究中心公益應(yīng)用課題項目(2014-BJYJ-12)資助

王曉偉，1984年生，北京市疾病預(yù)防控制中心與北京市預(yù)防醫(yī)學(xué)研究中心助理研究員 e-mail: u02055208@hotmail.com *通訊聯(lián)系人 e-mail: shaobingch@sina.com

O657.3

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)02-0527-05