中藥中微量元素分析研究進(jìn)展

◎張健

中藥中微量元素分析研究進(jìn)展

◎張健

隨著人們生活水平的提高和在“回歸自然”的思潮的影響下，中藥日益受到人們的普遍關(guān)注。由于防治疾病的實(shí)際需要與生物無機(jī)化學(xué)發(fā)展的推動，以及毒理學(xué)和環(huán)境污染的研究的日益深入和中藥現(xiàn)代化，中藥走向國際市場面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。微量元素是指生物體所需要的、不可缺少的、且以極少量存在的元素。中藥無機(jī)成分尤其是微量元素的研究成為一大熱點(diǎn)問題。本文對我國中藥開發(fā)利用情況、國內(nèi)外中藥元素分析情況進(jìn)行了綜述。

中藥具有療效顯著、毒副作用小的特點(diǎn)，因而在世界范圍得到了越來越廣泛的應(yīng)用。尤其是在亞洲國家，投入了大量的人力和財力，采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對傳統(tǒng)中藥進(jìn)行深入研究和重新開發(fā)。我國的中藥現(xiàn)代化研究也已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展，藥物研究積累了很豐富的經(jīng)驗和知識。中藥安全性評價主要通過各種分析技術(shù)對制劑中有效、有毒、有害成分的信息充分而準(zhǔn)確的了解和掌握。有計劃地調(diào)查整理，并以現(xiàn)代科學(xué)方法加以提高和發(fā)展，是創(chuàng)造我國新醫(yī)藥學(xué)的一個重要內(nèi)容。其中關(guān)于中藥中微量元素測定與評價的研究是重要內(nèi)容之一。

我國中藥開發(fā)利用現(xiàn)狀

我國中藥藥用資源極為豐富，全國藥用資源共12807種，其中藥用植物11146種，藥用動物1500余種，藥用礦物80種；用量較大的藥材均能人工栽培，是世界上最大的藥材生產(chǎn)國。我國中藥目前出口130多個國家或地區(qū)，年出口創(chuàng)匯總額超過6億美元；中藥復(fù)方在應(yīng)用上品種繁多，這為新藥開發(fā)、保健食品的開發(fā)提供了得天獨(dú)厚的來源；特別是中藥在臨床上表現(xiàn)出來的相應(yīng)毒副作用小或無毒副作用、無耐藥性，對一些疑難病、慢性病和老年病有獨(dú)特的療效等優(yōu)勢引起了世界許多國家的重視，他們紛紛把目光轉(zhuǎn)移到對中藥的研究上來。

我國目前出口的大部分為原料中藥材（占65%左右）和保健藥，這與我國作為中藥發(fā)源地的地位極不相稱。我國中藥加工程度低，附加值低，中成藥中具有“三效”，（速效、長效、高效）、“三小”，（毒性小、副作用小、用量小）和“三便”，（儲存方便、攜帶方便、服用方便）并符合國際標(biāo)準(zhǔn)的品種很少，我國中藥大多包裝簡陋，外觀欠美觀，而且包裝上使用說明多不規(guī)范，給人以劣質(zhì)產(chǎn)品的感覺，因此在國際競爭中處于不利地位。

由于中藥材來自農(nóng)副產(chǎn)品，加工手段較簡單，再加上生產(chǎn)工藝不盡合理，導(dǎo)致許多產(chǎn)品技術(shù)含量低，有些產(chǎn)品不但無法定性甚至連定量都困難，所以難以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，且各種藥材的有效成分不能相對穩(wěn)定，與臨床療效不一致，自然難有好銷路和高利潤。目前，我國在中藥種植、生產(chǎn)、有效成分測定、毒理藥效檢測、質(zhì)量檢測、包裝貯存等方面尚缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，此外，在種植藥材過程中，因濫用農(nóng)藥而造成農(nóng)藥殘留過多及重金屬含量超標(biāo)（高于FAO/WHO規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)），嚴(yán)重影響中藥的安全性。

傳統(tǒng)中藥制劑多采用先進(jìn)制藥生產(chǎn)技術(shù)，藥品質(zhì)量保證、療效顯著、副作用小、服用方便，深受患者認(rèn)可。隨著人類生活質(zhì)量提高，中藥（天然藥物）制劑在世界范圍內(nèi)防病、治病作用被重新認(rèn)識，應(yīng)用普遍。但美國FDA將中藥歸屬健康食品，對其有害元素的含量有嚴(yán)格限量控制，必須對中藥中的有害元素進(jìn)行檢測控制。加入WTO后中藥的國際貿(mào)易將以國際通行的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。目前國際上雖然尚無植物類藥（中藥）的標(biāo)準(zhǔn)，但是FAO和WHO均制定了食品、蔬菜及茶葉重金屬的允許攝入量。

中藥中微量元素的測定意義

微量元素是指生物體所需要的、不可缺少的、且以極少量存在的元素。自然界中存在的九十種元素，幾乎在人體內(nèi)都能找到。按照含量多少，可將這些元素分為兩大類：占人體總重量99.9%以上的稱為宏量元素（如氧、碳、氫、氮等），而不及0.05%的稱為微量元素（如鐵、鋅、銅、砷等）。目前發(fā)現(xiàn)的五十多種微量元素，按照其在人體中生物作用的性質(zhì)，可分為人體必需的、非必需的和對人體有害的三大類。其中必需元素有 Mn、Fe、Zn、Cu、Co 等，非必需元素有 Si、Be、Al、Ba、Rb 等，有害元素有As、Cd、Hg、Pb、Sb、Tl等。當(dāng)然，此處的“必需”、“有害”只是一個相對的概念。

隨著人們生活水平的提高和在“回歸自然”的思潮的影響下，傳統(tǒng)醫(yī)藥日益受到人們的普遍關(guān)注，“綠色食品”和“天然藥物”倍受青睞。又由于防治疾病的實(shí)際需要與生物無機(jī)化學(xué)發(fā)展的推動，以及毒理學(xué)和環(huán)境污染的研究的日益深入和中藥現(xiàn)代化，中藥走向國際市場面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，中藥無機(jī)成分尤其是微量元素的研究成為一大熱點(diǎn)問題。中藥中的微量元素進(jìn)入人體后，將會對人體健康起到重要的作用。這些微量元素有可能促進(jìn)中藥中某些有效成分作用的發(fā)揮，并且有些微量元素本身就有療效作用例如在各類補(bǔ)益藥中Zn/Cu比值變化與相應(yīng)病人血清中的Zn/Cu的比值變化相反，其中起主要作用的可能是微量元素。然而中藥中也有一部分微量元素（如Se、Hg、As 等）對生物體具有雙重效應(yīng)或只具有毒性效應(yīng)。具有雙重效應(yīng)的元素（如Se）在人體中的含量過高或過低時，都會使人體機(jī)能出現(xiàn)異常，如缺硒會致克山病。而在安全范圍內(nèi)時，則會促進(jìn)人體的健康。中藥中礦物類藥的使用方法巧妙地解決了微量元素的毒性效應(yīng)，其中重金屬元素的含量雖然普遍較高，但這些重金屬元素的含量進(jìn)入人體后可能只有微量溶出，在其生物活性的特定范圍內(nèi)與人體作用，或與方劑中有機(jī)成分通過協(xié)同、拮抗、絡(luò)合等作用成為沒有毒性的成分。

許多微量元素都是對人體有益的元素，有的甚至被確認(rèn)是人體必需的微量營養(yǎng)元素。幾乎所有中藥都含有不同種類和不同比例的微量元素，近年來對中藥材中微量元素的研究，以及微量元素在藥效中的作用和對人體健康的影響越來越引起人們的重視。研究發(fā)現(xiàn)藥物中各種微量元素的含量水平是決定植物類中藥四性（寒、溫、涼、熱）的主要因素之一。還有研究表明， 中藥的藥理活性與道地藥材的微量元素含量有一定的相關(guān)性；中藥的療效不僅與其有機(jī)成分有關(guān)，而且與它們所含微量元素的種類及含量密切相關(guān)；不同功效中藥微量元素含量的比例存在顯著差異，含量比例大小與功效分布之間顯示出有規(guī)律的變化。因此中藥中微量元素的含量已經(jīng)成為中藥材的重要評價指標(biāo)。

綜上所述，對中藥中微量元素含量進(jìn)行分析研究，尤其是嚴(yán)格檢測和控制中藥中重金屬有害元素含量及其不同形態(tài)的含量，盡快科學(xué)地制訂中藥材中有害元素限量標(biāo)準(zhǔn)，為提高中藥材的質(zhì)量，保證臨床安全用藥提供科學(xué)依據(jù)。這樣才能探明微量元素的具體結(jié)合形式，為新藥的發(fā)現(xiàn)、合成及現(xiàn)有藥劑療效的進(jìn)一步提高提供依據(jù)，為中藥走向國際鋪平道路。

國內(nèi)外中藥元素分析及存在的問題

相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)。我國在中藥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定方面與一些較發(fā)達(dá)國家或地區(qū)相比目前還比較滯后，并且引起了國際重視。WHO專項資助我國的“中藥重金屬研究”的行動計劃，說明中藥中有害物質(zhì)是中藥國際化亟待解決的重要問題之一。一般而言，西方醫(yī)藥界對中藥復(fù)方中那些通常意義上具有毒性作用的成分抵制較為強(qiáng)烈，并把重金屬列入所有藥物的雜質(zhì)檢查項目。每個國家對重金屬含量都有自己嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，且每個國家側(cè)重點(diǎn)也有所不同。如新加坡、馬來西亞、泰國規(guī)定中藥中銅的含量必須小于150μg g-1，鉛小于 20μg g-1，汞小于0.5μg g-1，砷小于5μg g-1。美國禁止含有汞、鉛、砷、砒霜等重金屬有毒物質(zhì)含量超規(guī)定的中藥制品銷售，該國所規(guī)定的有害微量元素的限量標(biāo)準(zhǔn)如下：砷≤0.02μg g-1，汞≤0.026μg g-1，鉛≤1μg g-1，鎘≤0.3μg g-1。日本對可能影響中藥產(chǎn)品質(zhì)量的各個方面，包括重金屬、砷類化學(xué)物質(zhì)的限量以及定性、定量等內(nèi)容，都制定了嚴(yán)格的質(zhì)量規(guī)范，而且還有許多日本制藥廠還制定了高于日本藥典的內(nèi)部質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)。2001年7月1日，中華人民共和國對外貿(mào)易經(jīng)濟(jì)合作部發(fā)布了《藥用植物及制劑進(jìn)口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，其中規(guī)定了重金屬限量指標(biāo)：鉛≤5.0μg g-1，鎘≤0.3μg g-1，汞≤0.2μg g-1，銅≤20.0μg g-1，砷≤2.0μg g-1，重金屬總量≤20.0μg g-1，盡管針對性不同，仍具有極大的參考價值。

由于中藥材屬于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，我國一直以來以《中華人民共和國藥典》作為中藥材的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。而藥典主要從藥理方面規(guī)定藥材的性狀、炮制、功能與主治及用法，未對藥材除必要的藥效成分之外有毒有害物質(zhì)的含量作出規(guī)定。原外經(jīng)貿(mào)部曾于2001年7月發(fā)布《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)力圖與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，對中藥材重金屬、農(nóng)藥殘留物和微生物限量等作出了強(qiáng)制性要求，但標(biāo)準(zhǔn)本身屬推薦性的，并非用于所有出口中藥材，而是基于出口企業(yè)申請的許可使用“綠色標(biāo)志”。從出口藥材的整體情況看有必要制定類似食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的中藥材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定中藥材除必要的藥效之外有毒有害物質(zhì)的最高限量，從而推動中藥材質(zhì)量整體水平的提高。

在檢驗方面，目前的出口藥材多參照食品的檢測方法進(jìn)行有毒有害物質(zhì)的檢測，而且中外（如中韓）方法有區(qū)別，國內(nèi)各個部門及各地檢驗檢疫機(jī)構(gòu)之間的做法也不完全統(tǒng)一，有必要針對性的制定有關(guān)藥材相關(guān)項目檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法。

我國對中藥材微量元素檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)不健全。在中藥材的檢測方面，韓國、英國等國家已經(jīng)提出了相關(guān)的檢測項目，但是遺憾的是在我國，目前有的項目還沒有相應(yīng)的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)。同時也沒有全國統(tǒng)一的出口中藥材檢驗檢疫管理制度和措施。檢驗檢疫部門不僅對生產(chǎn)加工過程的重金屬和農(nóng)藥殘留尚無統(tǒng)一的控制管理措施，也缺乏中藥材重金屬殘留情況的基本數(shù)據(jù)。我國的中藥材的重金屬殘留限量標(biāo)準(zhǔn)只有一個，即2001年中華人民共和國外經(jīng)貿(mào)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》。另據(jù)國家醫(yī)藥保健品進(jìn)出口商會的介紹，我國的中藥材70%和30%的中成藥能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。出口檢驗以外觀品質(zhì)為主，也按照商人的要求和進(jìn)口食品國的要求進(jìn)行有限殘留項目的檢驗。由此可知，當(dāng)前我國建立植物性中藥微量元素的現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn)檢測方法迫在眉睫。

藥用植物中微量元素的測定方法研究

比色法。比色法是《中國藥典》中規(guī)定的植物藥重金屬檢測的法定方法。包括硫代乙酞胺法、砷斑法和銀鹽比色法。比色法主要用于重金屬總量和總砷的測定。該法所需儀器簡單，操作簡便，但準(zhǔn)確度相對較差，受多種金屬的干擾，選擇性差，現(xiàn)多用于植物藥、礦物藥中常量元素的分析。

紫外-可見分光光度法。紫外-可見分光光度法是基于物質(zhì)對紫外-可見光輻射的選擇性吸收來進(jìn)行分析測定的方法。本法具有快速、簡便、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，但由于干擾因素較多，選擇性較差，多用于汞、鉛、鎘的測定。樓小紅等采用該法測定白芍中重金屬的含量，樣品的回收率為100.7%。

原子吸收光譜法（AAS）。該法又分為冷原子吸收法、石墨爐原子吸收法和火焰原子吸收法等。

冷原子吸收法專用于汞的測定，多采用現(xiàn)代化儀器，簡單、快速。田義杰用冷原子吸收法測定藏藥厥麻中汞的量，樣品經(jīng)微波消解，用測汞儀測定得最低檢出限為0.0608ng/kg，平均回收率為95.3%。

石墨爐原子吸收法利用石墨管高溫下使樣品原子化，通過爐內(nèi)光路產(chǎn)生吸收的原理來測定。該法具有靈敏度高（一般可達(dá)10-9mg/kg）選擇性好，方法簡便，分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，但石墨管耗價昂貴，且不能同時測定多個元素，可用于除汞以外的重金屬的測定。李仲瑞采用石墨爐原子吸收法對正柴胡飲顆粒和新清寧片中的鉛、鎘的含量進(jìn)行了測定，最低檢出限分別為2.0×10-9mg/kg、2.0×10-10mg/kg，鉛、鎘的回收率分別為95.64%、96.32%。

火焰原子吸收法將含待測元素的樣品溶液噴射成霧狀進(jìn)入火焰，用該元素空心陰極燈作光源，輻射出特征譜線的光，當(dāng)通過一定厚度的該元素蒸氣時部分光被蒸氣中基態(tài)原子吸收而減弱，從而測定其含量。該法操作簡便，重現(xiàn)性好，但由于其靈敏度受限，一般可達(dá)到l×10-6mg/kg，故多用于含相對較高元素的測定。如銅、砷、鉛、汞、鍋、鋁、錳、鋅、鉆、鎳等。馮光泉等采用該法測三七及其栽培土壤中鉛的含量，平均回收率為97.24%。

氫化物-原子吸收法將待測元素在酸性介質(zhì)中還原成沸點(diǎn)低、易受熱分解的氫化物，在吸收池中被加熱分解，并形成基態(tài)原子。氫化物-原子吸收法有比石墨爐原子吸收法更好的檢出限且干擾低，其缺點(diǎn)是可檢測的元素較少，可用于鉛、砷、汞、錫、銻的測定。

原子熒光光度法（AFS）是通過測量待測元素的原子蒸氣在輻射能激發(fā)下所產(chǎn)生熒光的發(fā)射強(qiáng)度，來測定待測元素的一種分析方法。原子熒光光度法的檢出限低于原子吸收法，譜線簡單且干擾少，但線性范圍較寬，應(yīng)用元素有限，僅用于砷、銻、錫、硒、蹄、鍺、錫、鉛、鋅、福、汞的分析。

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）。電感耦合等離子體質(zhì)譜 （ICP-MS）分析技術(shù)將電感耦合等離子體與質(zhì)譜聯(lián)用，利用電感耦合等離子體使樣品汽化，將待測金屬分離出來，從而進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)行測定。ICPMS可通過離子荷質(zhì)比進(jìn)行無機(jī)元素的定性分析、半定量分析、定量分析，同時進(jìn)行多種元素及同位素的測定，可以激光采樣、氫化物發(fā)生、低壓色譜、高效液相色譜、氣相色譜、毛細(xì)管電泳等進(jìn)樣或分離技術(shù)聯(lián)用，具有比原子吸收法更低的檢出限，是痕量元素分析領(lǐng)域中最先進(jìn)的方法，可用于除汞外的絕大多數(shù)重金屬的測定，但其價格昂貴，易受污染。黃志勇等采用ICP-MS采用微波消解電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測定了碧螺春、烏龍茶、毛峰、茉莉花茶和云南滇紅五種茶葉中微量元素的含量，對其中的烏龍茶和碧螺春兩種茶葉進(jìn)行了不同浸泡時間和不同沖泡次數(shù)微量元素浸出率的研究，用茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對測定方法的準(zhǔn)確度進(jìn)行驗證，結(jié)果表明方法的回收率大多介于95～110%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。王秀萍，曹志權(quán)，路雪雅測定六神丸及各單味藥中可溶性重金屬的含量及砷與半胱氨酸配合作用和毒性關(guān)系，對六神丸及牛黃解毒丸中重金屬進(jìn)行了測定，實(shí)現(xiàn)了多元素同時測定，通過對不同廠家所生產(chǎn)的六神丸及牛黃解毒丸中多種金屬元素的量進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)同一種藥品中金屬元素量差別較大。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）高頻感應(yīng)電流產(chǎn)生的高溫將反應(yīng)氣加熱、電離，利用元素發(fā)出的特征譜線進(jìn)行測定，譜線強(qiáng)度與重金屬量成正比。ICP-AES具有靈敏度高，干擾小，線性寬，可同時或順序測定多種金屬元素，可對高溫金屬元素進(jìn)行快速分析的。缺點(diǎn)是檢測靈敏度較ICP-MS略差。優(yōu)點(diǎn)是可用于絕大部分金屬元素的測定。近年來新發(fā)展的技術(shù)置矩端視ICP-AES，采用軸向測光，增強(qiáng)了取樣信號量，提高了靈敏度和信噪比。而流動注入（FI-HG）進(jìn)樣技術(shù)與ICP-AES儀器聯(lián)用，有效地解決了其試劑用量大，靈敏度低的問題。

多元統(tǒng)計分析方法簡介

多元統(tǒng)計分析，指以多元分析為基礎(chǔ)，對客觀事物中多個變量之間相互依賴的統(tǒng)計規(guī)律性的研究。其已在地質(zhì)氣象、經(jīng)濟(jì)分析、分析化學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。常見的分析方法有：判別分析、聚類分析、特征投影顯示等。

主成分分析。主成分分析（Principle Component Analysis PCA），屬于無監(jiān)督模式識別，其中心目的是將多維數(shù)據(jù)進(jìn)行降維、簡化，使數(shù)據(jù)可視化。因此，主成分分析可將信息量參差不齊、變量間存在一定相關(guān)性的原始變量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，線性組合成后形成數(shù)量較少且不相關(guān)的新變量，即主成分。其中，主成分1攜帶的信息量最多，主成分2與主成分1不相關(guān)，攜帶的信息量次之，并以此類推。而原始變量的線性組合系數(shù)被稱為載荷，即原始變量與新變量的相關(guān)系數(shù)。其中給出了各樣木的區(qū)分歸類效果，結(jié)果較為直觀。

聚類分析。聚類分析（Cluster Analysis ），又稱聚群分析，同樣屬于無監(jiān)督模式識別。其主要基于在多維空間中相似的樣本間的距離相對較小，而非相似樣本間的距離較大的原理將相似的事物區(qū)分歸類。聚類（Clustering）就是將某個對象集團(tuán)劃分為若干組（Class或，Cluster）的過程，目的是使同一組內(nèi)數(shù)據(jù)的對象具有較高相似度，而不同組的數(shù)據(jù)對象呈非相似性。在設(shè)定了樣品間和類之間的距離后，讓一定數(shù)量樣品各成一類，然后以距離最近的兩類進(jìn)行合并，經(jīng)過逐次合并類至一定水平后停止，即得到了聚類分析結(jié)果。其中，以聚類個數(shù)的確定較為復(fù)雜，日前主要有R2統(tǒng)計量、半偏相關(guān)系數(shù)、雙峰性系數(shù)等選取方法。

（作者單位：貴州省地礦局103地質(zhì)大隊分析測試中心）