煎煮對幾種特色南藥中重金屬元素含量和形態(tài)影響

荀 合，潘佳釧，梁維新,衛(wèi)亞寧,郭鵬然*

(1.中國廣州分析測試中心 廣東省分析測試技術(shù)公共實驗室，廣東 廣州 510070；2.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 佛山 528000；3.蘭州理工大學(xué) 石油化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

煎煮對幾種特色南藥中重金屬元素含量和形態(tài)影響

荀 合1，潘佳釧1，梁維新2,衛(wèi)亞寧3,郭鵬然1*

(1.中國廣州分析測試中心 廣東省分析測試技術(shù)公共實驗室，廣東 廣州 510070；2.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 佛山 528000；3.蘭州理工大學(xué) 石油化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

考察了幾種特色南藥中重金屬(Cd，Cr，Cu，F(xiàn)e，Mn，Ni，Pb，Sr，Zn)的含量狀況，并采用形態(tài)連續(xù)萃取法分析重金屬在藥材中的形態(tài)分布，研究了藥材煎煮時藥材中重金屬的釋放及煎煮過程對藥材中重金屬形態(tài)分布的影響。結(jié)果表明，幾種南藥中Cr，Pb，Zn的含量較高，且巴戟天中的重金屬總量高于限量標(biāo)準(zhǔn)；原藥材中Cr，Cu，Mn，Ni，Pb和Zn主要存在于有機態(tài)和殘留態(tài)，F(xiàn)e和Sr主要存在于殘留態(tài)。煎煮使南藥中大量重金屬遷移到藥湯中；藥湯中Cu，Mn，Cr，Pb和Zn主要來自于其在藥材中的可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和有機態(tài)，而藥湯中Sr，Ni和Fe不僅包含其非殘留態(tài)，更多來自于它們的殘留態(tài)。為減少藥湯中重金屬，對于Cu，Mn，Cr，Pb和Zn既要控制在藥材中的總量，且需降低它們在藥材中的非殘留態(tài)含量；對于Fe，Ni和Sr則主要是控制其在藥材中的總量。

南藥；重金屬；形態(tài)；煎煮；質(zhì)量控制

南藥是指生長在長江以南的熱帶、亞熱帶地區(qū)，傳統(tǒng)指廣東、廣西、福建南部、臺灣、云南等地區(qū)所產(chǎn)的地道藥材[1]。南藥是中藥的重要組成部分，據(jù)資料可查的南藥有121 種之多[2]，如陽春砂、巴戟天、檳榔、益智、高良姜、佛手、八角、肉桂等。中藥中重金屬元素(如Cr，Cu，F(xiàn)e，Pb等)對藥性、藥效乃至毒副作用關(guān)系密切[3]。中藥配合物學(xué)說指出微量元素是以配合物的形式在人體內(nèi)起作用，中藥中微量元素的作用不僅有賴于其含量，更由它們的存在形態(tài)決定[4]。中藥中重金屬元素的形態(tài)不僅影響其在藥物中的活性[5-6]，而且也影響著南藥中重金屬的去除[7]。近年來對藥材中重金屬含量的檢測發(fā)現(xiàn)，部分南藥中重金屬含量超標(biāo)[8]，影響了南藥的質(zhì)量。為提高中藥質(zhì)量，增強中藥的國際醫(yī)藥市場競爭力，考察我國特色南藥中重金屬元素的含量和形態(tài)分布具有重要意義。

本文首先采用濕法消解-微波等離子體發(fā)射光譜法考察幾種特色南藥中重金屬含量，利用形態(tài)連續(xù)萃取法分析了重金屬形態(tài)在南藥中的分布，并研究了中藥煎煮前后其中重金屬含量和形態(tài)的變化。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

Agilent 4100 MP-AES微波等離子體發(fā)射光譜儀。儀器工作條件：常規(guī)霧化進樣系統(tǒng)(CNSI)霧化室；Concentric nebulizer霧化器，霧化器壓力為80～240 kPa；積分時間為3 s，樣品提升時間10 s，穩(wěn)定時間8 s；3通道蠕動泵；背景校正Auto方式。Milli-Q超純水處理系統(tǒng)(美國Millipore公司)；石墨消解儀(中國廣州分析測試中心)；ZN-08小型粉碎機(北京興時利和科技發(fā)展有限公司)。

1.2 試劑與標(biāo)準(zhǔn)溶液

硝酸、高氯酸(優(yōu)級純，廣州化學(xué)試劑廠)；磷酸二氫鉀(分析純，廣州化學(xué)試劑廠)；三水合乙酸鈉(優(yōu)級純，阿拉丁公司)；焦磷酸鈉(分析純，天津光復(fù)精細化工研究所)；Cd，Zn，F(xiàn)e，Cu，Mn，Cr，Ni，Sr，Pb 標(biāo)準(zhǔn)溶液(國家鋼鐵材料測試中心)，實驗用水為18.2 MΩ·cm的去離子水。

1.3 樣品的消解

實驗所用砂仁(SR)、高良姜(GLJ)、巴戟天(BJT)購自廣州市面藥店。藥材樣品平鋪于大蒸發(fā)皿上，放入烘箱中60 ℃烘24 h后，粉碎機粉碎備用。

中藥樣品：分別準(zhǔn)確稱取(1.000 0±0.005 0) g藥材樣品置于消解管中，加入20 mL硝酸，蓋上蓋子冷消解過夜后，將消解管放入石墨消解儀中于120 ℃下恒溫消解2 h；再加入2 mL高氯酸于180 ℃下恒溫加熱至溶液清亮透明，繼續(xù)加熱使溶液濃縮至約5 mL，冷卻至室溫。用高純水轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，定容后,利用MP-AES測定消解液中元素濃度。樣品空白與樣品同流程操作。

中藥煎煮后藥渣：模擬傳統(tǒng)煎藥方式制備中藥水煎液。稱取5 g 經(jīng)磨碎樣品，置于200 mL 燒杯中，加約100 mL超純水，在調(diào)壓電爐上先武火加熱至沸、后文火保持微沸30 min(煎制時間從剛沸騰起計時)，趁熱用雙層紗布過濾，收集過濾后的藥渣置于烘箱中60 ℃烘干，然后按中藥材樣品同樣的消解方法進行處理，準(zhǔn)備好分析溶液。

1.4 中藥樣品的形態(tài)分析

據(jù)文獻報道的重金屬形態(tài)分析方法[9]，準(zhǔn)確稱取(2.000 0±0.005 0) g煎煮前后的藥材樣品，置于50 mL聚四氟乙烯離心管中。先加入20 mL 0.1 mol/L 的磷酸二氫鉀溶液，然后置于恒溫振蕩儀，在25 ℃以200 r/min回旋振蕩的條件下振蕩4 h后，于低速離心機離心2 min，提取液過濾保存于聚四氟乙烯塑料瓶中，進行編號。依次用1 mol/L醋酸鈉(pH 5.0)溶液、0.1 mol/L焦磷酸鈉溶液按同樣的操作提取藥材中重金屬，3步操作提取的重金屬元素的形態(tài)依次為：可交換態(tài)(Exc)，碳酸鹽結(jié)合態(tài)(Car)和有機態(tài)(Org)。通常認為重金屬的可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)較易遷移，為其生物可利用態(tài)，有機態(tài)在一定條件下才能釋放遷移，為其潛在可利用態(tài)[10-11]。

3次提取后的殘渣按“1.3”樣品消解方法處理，測定重金屬的殘留態(tài)含量。3種特色南藥樣品的提取液和消解溶液經(jīng)測定，其可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機態(tài)和殘留態(tài)之和與對應(yīng)樣品總量的回收率為92%～97%，即各形態(tài)含量之和與總量值一致。

1.5 樣品測定

儀器校正和參數(shù)優(yōu)化后，選擇合適分析譜線，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進行樣品的測定，各元素的分析譜線和定量下限見表1。

表1 各元素的分析譜線和定量下限Table 1 Analytical spectral line and quantitative limit for each elements

2 結(jié)果與討論

2.1 原藥材中重金屬含量測定

砂仁、高良姜和巴戟天等特色南藥樣品中的重金屬含量分析結(jié)果見表2(消解溶液Cd濃度低于6.0 μg/L而未定量檢出)。由表2可見，不同南藥中的金屬含量存在較大差異：砂仁和巴戟天中的Cu含量相比高良姜較高，而Mn和Zn的含量較低；高良姜和巴戟天中的Cr和Fe含量較砂仁高?？傮w而言，砂仁中所考察的重金屬元素含量較低，高良姜中Mn、巴戟天中Sr和Pb含量明顯高于其它藥材。

表2 原藥材中的重金屬含量(μg/g)Table 2 Content of heavy metals in raw medicinal herbs(μg/g)

據(jù)中國藥典(2015版)中的重金屬限值，上述南藥樣品中Cd和Cu含量均低于限量要求(Cd≤ 0.3 μg/g，Cu≤ 20 μg/g)，而巴戟天中的Pb則超過藥典中的限量要求(Pb≤ 5 μg/g)；高良姜中Zn超過美國草藥重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)(NSF 173-2001)的限定要求(Zn≤ 50 μg/g)，3種南藥中Cr含量皆超過NSF 173-2001的限量要求(Cr≤ 0.2 μg/g)，特別是巴戟天與高良姜中Cr含量超過限量的18倍以上；同時，巴戟天中Cu和Pb總含量高于我國藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(WM/T 2-2004)的限量規(guī)定(總量≤ 20 μg/g)。因此，巴戟天在使用前應(yīng)應(yīng)將其中的重金屬予以去除。中國藥典和歐盟草藥標(biāo)準(zhǔn)對其余所考察重金屬尚無限值要求。

2.2 煎煮后藥材中重金屬含量及變化

煎煮的砂仁、高良姜以及巴戟天樣品中的重金屬分析結(jié)果見表3(Cd含量同樣低于定量下限)。煎煮后藥材中絕大多數(shù)重金屬的含量明顯降低，Sr，Pb和Cr的含量降低55%以上，Mn，Zn，Ni和Fe的含量多數(shù)降為原含量的60%～75%。Cu含量在砂仁和高良姜煎煮后無明顯變化。巴戟天中重金屬在煎煮后含量降低顯著，其中Cu，Sr，Zn，Pb等含量降低60%以上。

表3 煎煮后藥材中的重金屬含量(μg/g)Table 3 The heavy metals contents in radix decoction(μg/g)

據(jù)煎煮的實驗條件，煎煮藥湯中重金屬濃度。煎煮藥湯中的重金屬含量見表4。由于國內(nèi)外尚未有中草藥的藥湯中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)，目前按我國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749-2006)的限量要求，藥湯中Mn含量為生活飲用水限量標(biāo)準(zhǔn)的15～50倍，Pb含量為限量標(biāo)準(zhǔn)的7～35倍；高良姜和巴戟天藥湯中Fe含量為生活飲用水限量標(biāo)準(zhǔn)的30倍，巴戟天中Cr含量為限量標(biāo)準(zhǔn)的6倍。由于藥湯中重金屬易被人體吸收，對人體潛在危害較大，為減少煎煮過程中藥材中的重金屬遷移到藥湯中，需對藥材中重金屬予以去除[12-13]。

圖1 煎煮前后藥材中各形態(tài)分布Fig.1 Distribution of different speciation in Chinese medicinal materials before and after decocting Res：residual fraction；Org：organic bound fraction；Car：carbonate bound fraction；Exc：exchangeable fraction

2.3 煎煮前后藥材中重金屬形態(tài)分布

幾種南藥煎煮前后的重金屬形態(tài)分布見圖1。煎煮前，幾種南藥的原藥材中，F(xiàn)e主要存在于殘留態(tài)(75%～95%)，除砂仁中有機態(tài)(14%)外，其它形態(tài)的含量均較低(<7%)。原藥材中Pb，Cr和Ni主要存在于有機態(tài)(占總量28%～56%)和殘留態(tài)(占總量32%～57%)中，可交換態(tài)含量很低而未檢出。Pb的有機態(tài)(45%～56%)稍高于殘留態(tài)(32%～42%)，其次為碳酸鹽結(jié)合態(tài)(12%～14%)；Cr的殘留態(tài)(48%～57%)較高，其次為有機態(tài)(28%～32%)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)(15%～20%)；對于Ni，砂仁和巴戟天中有機態(tài)(52%～55%)稍高，而高良姜中殘留態(tài)(55%)稍高。Zn不僅殘留態(tài)含量較高(29%～39%)，其有機態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)含量(22%～32%)也較高，值得注意的是，易于在煎煮中遷移到藥湯的可交換態(tài)[5]含量在砂仁和高良姜中為15%和24%。對于Cu，砂仁和巴戟天的殘留態(tài)較高(40%～59%)，其次為有機態(tài)(29%～49%)和可交換態(tài)(8%～12%)，而高良姜中有機態(tài)含量較高(47%)，其它3種形態(tài)的含量接近(16%～18%)。對于Mn，砂仁和巴戟天的殘留態(tài)較高(43%～47%)，其次為可交換態(tài)(27%)和碳酸鹽合態(tài)(21%～25%)，而高良姜的可交換態(tài)(38%)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)(37%)含量較高，其次為殘留態(tài)(24%)。Fe和Sr主要存在于殘留態(tài)中(45%～91%)，砂仁和高良姜中其它3種形態(tài)的含量為11%～19%。

煎煮后幾種南藥藥材中，F(xiàn)e和Cr主要存在于殘留態(tài)(78%～95%)，除砂仁中Fe和高良姜中Cr有機態(tài)(分別為17%和12%)外，其它形態(tài)的含量均較低(<10%)。煎煮后藥材中的Pb和Ni絕大多數(shù)存在于殘留態(tài)(56%～85%)和有機態(tài)(12%～44%)中，可交換態(tài)的含量很低而未檢出。煎煮后藥材中Sr和Zn的殘留態(tài)含量較高(51%～95%)，砂仁和高良姜中還存在有機態(tài)(11%～25%)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)(9%～17%)和可交換態(tài)(9%～19%)，而巴戟天中其它形態(tài)的含量較低。砂仁和巴戟天中Cu的殘留態(tài)較高(62%～79%)，其次為有機態(tài)(12%～24%)，其它形態(tài)含量較低(4%～10%)，而高良姜中Cu的有機態(tài)含量較高(36%)，其次為殘留態(tài)(27%)和其它2種形態(tài)(18%)。Mn主要存在于殘留態(tài)中(63%～69%)，其次為可交換態(tài)(14%～19%)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)(14%～17%)，有機態(tài)含量較低。

相比煎煮前藥材中重金屬各形態(tài)的分布，煎煮后藥材中各重金屬的可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和有機態(tài)的百分比降低，特別是原藥材中可交換態(tài)含量較高的Mn和Zn在煎煮后比例明顯降低，這是由于煎煮提取過程中，易于生物利用的可交換態(tài)遷移到藥湯所致[14]；同時，煎煮過程會使藥材中的小分子有機酸被提取出[15]，從而釋放藥材中碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬[16-17]。原藥材中有機態(tài)含量較高，而可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)含量較低的Pb和Cr在煎煮后比例明顯降低，表明Pb和Cr有機態(tài)在煎煮過程中也易遷移到藥湯中；而有機態(tài)的Ni在煎煮過程中遷移能力相比Pb和Cr較差。Cu形態(tài)分布在煎煮前后的變化表明，當(dāng)藥材中可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)的含量較低時，其有機態(tài)在煎煮過程中易于遷移到藥湯中；當(dāng)藥材中可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)的含量較高時，其有機態(tài)在煎煮過程中遷移到藥湯的量明顯減少，即煎煮過程中重金屬的可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)較有機態(tài)易于遷移到藥湯中。

2.4 藥材煎煮過程中重金屬形態(tài)的遷移

煎煮前后藥材中重金屬的總量變化和非殘留形態(tài)變化見表4。 據(jù)表中數(shù)據(jù)，煎煮過程中藥材中Mn，Cr，Zn，Pb非殘留態(tài)減少量占總量減少的46%～100%，特別是砂仁中Zn、高良姜中Mn和Zn減少量與重金屬的非殘留態(tài)減少量基本一致，另外砂仁和高良姜中Cu在煎煮過程中總量減少也主要來自重金屬非殘留態(tài)(占60%～79%)，這些結(jié)果表明，藥湯中Cu，Mn，Cr，Pb和Zn主要來自于其在藥材中的可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和有機態(tài)。對于Sr，Ni和Fe，煎煮過程中總量減少遠大于其非殘留態(tài)的減少量，這些重金屬除了非殘留態(tài)在煎煮過程中遷移到藥湯中，它們的殘留態(tài)也會釋放至藥湯中。因此，對于特色南藥中Cu，Mn，Cr，Pb和Zn，除了降低它們在藥材的總量外，還應(yīng)在不影響藥材有效成分的前提下，采用合適方法除去它們的非殘留態(tài)，以控制它們在煎煮時釋放到藥湯中；而對于Fe，Ni和Sr，則主要控制它們在藥材中的總量，從而減少它們在藥湯中的含量。

表4 煎煮前后藥材中重金屬形態(tài)變化(μg/g)Table 4 Variation of heavy metal speciation in traditional Chinese medicine before and after decocting(μg/g)

*variation of heavy metal contents in traditional Chinese medicine before and after decocting；# variation of the total of 3 speciation(Exc，Car and Org) in traditional Chinese medicine before and after decocting

3 結(jié) 論

本文首次采用濕法消解-微波等離子體發(fā)射光譜法考察了幾種特色南藥中重金屬含量，并研究了中藥煎煮前后其中重金屬含量和形態(tài)的變化，結(jié)果顯示：

(1)不同南藥中的金屬含量存在較大差異：砂仁中所考察的重金屬元素含量較低，高良姜中Mn,巴戟天中Sr和Pb含量明顯高于其它藥材。南藥樣品中Cd和Cu含量均低于中國藥典(2015版)限量要求，部分藥材中Cr，Pb，Zn高于美國草藥重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)(NSF 173-2001)要求。巴戟天中Cu和Pb總含量高于我國藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(WM/T 2-2004)限量規(guī)定。

(2)煎煮后，幾種特色南藥中的重金屬總量絕大多數(shù)顯著降低，其中Cu，Sr，Zn，Pb等含量降低60%以上。原藥材中Pb，Cr和Ni主要存在于有機態(tài)和殘留態(tài)中，Zn，Cu和Mn除殘留態(tài)和有機態(tài)較高外，其它形態(tài)含量也在10%以上；Fe和Sr主要存在于殘留態(tài)。煎煮后，藥材中Fe，Cr，Pb，Mn，Ni，Sr和Zn主要存在于殘留態(tài)，Cu主要存在于殘留態(tài)和有機態(tài)。

(3)煎煮后藥湯中Cu，Mn，Cr，Pb和Zn含量除受總量影響外，主要由它們在藥材中的存在形態(tài)決定；而藥湯中Fe，Ni和Sr含量主要受其總量控制。為減少藥湯中重金屬，藥材中Cu，Mn，Cr，Pb和Zn在控制總量的同時，需要用物理或化學(xué)的方法減少它們的非殘留態(tài)量，而Fe，Ni和Sr則主要需控制藥材中總量。

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Effect of Decoction on Contents and Speciation of Heavy Metals in South China Medicine

XUN He1，PAN Jia-chuan1，LIANG Wei-xin2，WEI Ya-ning3，GUO Peng-ran1*

( 1.Guangdong Provincial Public Laboratory of Analysis and Testing Technology，China National Analytical Center (Guangzhou)，Guangzhou 510070，China；2.Food Science and Engineering College，F(xiàn)oshan Science and Technology University，F(xiàn)oshan 528000，China；3.College of Petrochemical Technology，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)

The concentrations of heavy metals(Cd，Cr，Cu，F(xiàn)e，Mn，Ni，Pb，Sr，Zn) in several South China Medicines were investigated，the speciation of heavy metals were analyzed by the continuous extraction method，and the impact of decoction on contents and speciation of heavy metals were also studied.The results showed that，the concentrations of Cr，Pb，Zn were high in several medical herbs，and the total concentrations of heavy metals in Morinda officinalis were higher than the values of the limit standard.Cr，Cu，Mn，Ni，Pb and Zn in raw medicinal herbs mainly existed as the organic fraction and residual fraction，F(xiàn)e and Sr mainly existed as residual fraction.A large amount of heavy metals in South China Medicine released to the medicine soup by decocting.Cu，Mn，Cr，Pb and Zn in medicine soup mainly derived from the exchangeable，carbonate bound and organic speciation in the medicinal herbs.Sr，Ni and Fe in medicine soup mainly derived from their residual fraction.The total concentrations and non-residual amounts of Cu，Mn，Cr，Pb and Zn were required to keep in control to reduce the concentrations of heavy metals in the medicine soup，and the total concentrations of Fe，Ni and Sr were required to be in control in minority herbs.

south China medicine；heavy metal；speciation；decoction；quality control

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.03.015

2016-09-02；

2016-10-18

國家自然科學(xué)基金(21307120)；廣東省科技計劃項目(2012B061800043，2016B020240006)

O657.3；TQ460.72

A

1004-4957(2017)03-0382-06

*通訊作者：郭鵬然，博士，副研究員，研究方向：分析化學(xué)，Tel：020-37656885-823，E-mail：prguo@fenxi.com.cn