基于ICP-MS法對(duì)不同產(chǎn)地酸棗仁中微量元素的主成分分析

劉寧，杜會(huì)茹，黃文杰，張之東，蔣翠嵐，*

（1.河北省中醫(yī)院，河北石家莊050011；2.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊050058）

酸棗仁為鼠李科植物酸棗Ziziphus jujuba Mill.Var.spinosa（Bunge）Hu ex H.F.Chou 的干燥成熟種子[1]，多生于向陽(yáng)山坡或路旁，分布于河北、河南、陜西、遼寧、山東等地。始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，列為上品，醫(yī)籍初見于《傷寒雜病論》，并以酸棗仁湯而著名，已有1 700多年的藥用歷史[2-3]。其味甘、酸，性平，歸心、肝、膽經(jīng)，具有養(yǎng)肝寧心、斂汗生津之功效[4]?，F(xiàn)代藥理研究表明，酸棗仁中富含的生物堿、三萜類、多種氨基酸、黃酮類、糖類和金屬微量元素等成分[5-6]，具有鎮(zhèn)靜催眠、抗心律失常、改善微循環(huán)、增強(qiáng)免疫功能、降低血壓及血脂等方面生物活性[7-8]。

目前，對(duì)酸棗仁的藥理作用研究較多，而對(duì)微量元素或重金屬元素的研究較少。微量元素是中藥歸經(jīng)和藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的重要組成部分[9]，中藥的藥效不僅與所含的有機(jī)成分有關(guān)，還與微量元素的含量密切相關(guān)[10]。因此，隨著對(duì)中藥化學(xué)成分研究的深入，微量元素作用也日益被人們所重視[11]。微量元素的研究方法主要包括原子吸收光譜法（atomic absorption spectroscopy，AAS）、原子熒光光譜法（atomic fluorescence spectrometry，AFS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（inductively coupled plasma optical emission spectrometer，ICP-OES）和電感耦合等離子質(zhì)譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）[12-15]等。相比上述幾種分析方法，ICP-MS法的檢出限更低、靈敏度更高，普遍用于多組分同時(shí)測(cè)定。由于不同產(chǎn)地的酸棗仁樣品中微量元素差異較大，故本試驗(yàn)采用微波消解ICP-MS法測(cè)定了13個(gè)不同地區(qū)的酸棗仁樣品中的 Mg、Mn、Fe、Zn、Cu、Cd、Hg、Pb 8 種微量元素，結(jié)合主成分分析對(duì)不同產(chǎn)地酸棗仁中微量元素進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，探討其相似性和差異性，為進(jìn)一步開發(fā)利用酸棗仁資源提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與儀器

1.1 儀器

Agilent7500電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：美國(guó)Agilent公司；Milli-Q超純水系統(tǒng)：美國(guó)Millipore，Bedford MA；CEM MARs 5微波消解儀：美國(guó)CEM公司；KQ-400DBC超聲波清洗儀：昆山超聲波儀器有限公司。

1.2 藥品與試劑

Mg、Mn、Fe、Zn、Cu、Cd、Hg、Pb 單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；HNO3和HClO4為優(yōu)級(jí)純，試驗(yàn)用水為超純水，其他試劑均為分析純。

試驗(yàn)用酸棗仁分別采自河北（內(nèi)丘、邯鄲、石家莊、行唐、懷安、興隆、阜平）、河南、山東、陜西、遼寧，收集時(shí)間在2016年9月～10月，酸棗仁陳貨（3年以上，邢臺(tái)產(chǎn)）和進(jìn)口酸棗仁均購(gòu)于安國(guó)東方中藥材市場(chǎng)，所有樣品均經(jīng)河北中醫(yī)學(xué)院鄭玉光教授鑒定為酸棗仁（Ziziphus jujuba Mill.Var.spinosa（Bunge）Hu ex H.F.Chou）。

2 方法

2.1 儀器工作參數(shù)

ICP-MS法儀器工作參數(shù)為：功率1 550 W，冷卻氣流量14.0 L/min，霧化氣流速1.0 L/min，輔助氣流量0.8 L/min，樣品提升量4.0 L/min，采樣深度7.8 mm，重復(fù)采樣3次。

2.2 樣品微波消解

將13個(gè)產(chǎn)地酸棗仁樣品經(jīng)超純水洗滌，淋干水分后放入烘箱中，50℃干燥3 h后取出，用瑪瑙研缽研磨粉碎后過60目篩。精密稱取酸棗仁細(xì)粉0.5 g于干凈的聚四氟乙烯微波消解內(nèi)罐中，加入5.0 mL硝酸和2.0 mL H2O2，搖勻，放入微波消解儀中，按微波程序進(jìn)行消解（如表1）。消解完成后，消解液轉(zhuǎn)移到試管中并于140℃水浴趕酸，最后將消解液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，定容、搖勻，即得供試品溶液。

表1 微波消解條件Table 1 Procedure of microwave digestion

3 結(jié)果與討論

3.1 回收率試驗(yàn)

精密移取內(nèi)丘酸棗仁細(xì)粉0.2 g，共3組9份，同時(shí)按表2分別加入適量標(biāo)準(zhǔn)溶液，依“2.2項(xiàng)下”所述進(jìn)行消解和“2.1項(xiàng)下”方法測(cè)定各微量元素的含量，并計(jì)算回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD），結(jié)果見表2。

表2 回收率和精密度試驗(yàn)Table 2 Recovery of standard addition and precision

采用ICP－MS法測(cè)定的8種微量元素的平均加標(biāo)回收率在 91.85%～99.67%之間，RSD 值在 0.29%～2.58%，表明此方法具有良好的準(zhǔn)確度，能達(dá)到檢測(cè)要求。

3.2 樣品微量元素測(cè)定

按“2.1項(xiàng)下”設(shè)定的儀器操作條件，測(cè)定不同產(chǎn)地酸棗仁中各元素的含量，測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 不同產(chǎn)地酸棗仁中微量元素的測(cè)定結(jié)果Table 3 Determination of trace elements in Zizyphi spinosae semen from different growing areas μg/g

酸棗在生長(zhǎng)發(fā)育過程中通過從土壤中吸收和富集各種微量元素，這些元素不僅有利于自身的生長(zhǎng)，而且使其果實(shí)酸棗仁具有防病治病作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。由表3所示，在不同產(chǎn)地酸棗仁中所含營(yíng)養(yǎng)元素Mg、Mn、Fe、Zn 分布均較豐富，順序?yàn)镸g＞Fe＞Zn＞Mn。

有害重金屬元素殘留及超標(biāo)問題已經(jīng)嚴(yán)重影響我國(guó)中藥材的質(zhì)量安全，還影響到其飲品、中成藥及其制劑的質(zhì)量與用藥安全[9]。在《中國(guó)藥典》2015版規(guī)定了重金屬的限量指標(biāo)，如 Cu≤20.0 μg/g（Cu 雖為人體必需元素，但過量也有害），Cd≤0.3 μg/g，Pb≤5.0 μg/g，Hg≤0.02 μg/g。由表3可知，在所有產(chǎn)地的酸棗仁中，均未檢出Hg；而Cu、Cd、Pb的含量在不同產(chǎn)地間存在顯著差異，其中Cu的含量在不同產(chǎn)地間含量變幅較大，在 9.57 μg/g～14.98 μg/g 之間，均符合限量指標(biāo)；Cd和Pb的含量?jī)H在少數(shù)地區(qū)存在，如興隆、懷安、陳貨和進(jìn)口，但均符合限量指標(biāo)。

3.3 主成分分析

主成分分析法（principal components analysis，PCA）是多元統(tǒng)計(jì)分析中用來分析數(shù)據(jù)的一種方法，是用一種較少數(shù)量的特征對(duì)樣本進(jìn)行描述，以達(dá)到降低特征空間維數(shù)的方法[16－17]。主成分分析的主要步驟包括原始數(shù)據(jù)的提取和處理、計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值和主成分累積貢獻(xiàn)率、主成分載荷等，SPSS軟件可以方便、快速地得出相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3.1 主成分個(gè)數(shù)的確定

對(duì) 5 種營(yíng)養(yǎng)元素 Mg、Mn、Fe、Zn、Cu 應(yīng)用 SPSS 20.0軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理（表4），進(jìn)行主成分分析，得到因子分析初始解（表5）和碎石圖1。

根據(jù)主成分分析的最優(yōu)方案要求，即選取主成分應(yīng)方差大于1的成分作為試驗(yàn)因素，故選前兩個(gè)因子，其方差分別是2.22、1.39，兩者在總方差貢獻(xiàn)率和為72.14%，且3個(gè)因子在碎石圖中陡峭斜率大。

表4 酸棗仁原始變量標(biāo)準(zhǔn)化Table 4 Zizyphi spinosae semen primitive variable standard

表5 因子分析初始解對(duì)原有變量總體描述Table 5 Factor analysis initial solution for a general description of the original variables

圖1 主成分分析碎石圖Fig.1 Screen plot of principal component analysis

3.3.2 主成分得分的計(jì)算

主成分的特征向量表示主成分與對(duì)應(yīng)變量的相關(guān)系數(shù)，不同含量元素在主成分計(jì)算中起到的作用不同。主成分的特征向量系數(shù)見表6。

根據(jù)表6數(shù)值得各個(gè)主成分表達(dá)式：Z1=0.08X1+0.05X2+0.52X3-0.28X4-0.45X5；Z2=0.26X1+0.56X2+0.37X3-0.31X4-0.04X5。

3.3.3 主成分得分的計(jì)算

將表4中標(biāo)準(zhǔn)化后變量代入主成分表達(dá)方程中，即得13個(gè)不同產(chǎn)地酸棗仁各個(gè)主成分得分值，結(jié)果見表7。

表6 主成分的特征向量系數(shù)Table 6 Principal components feature vector

表7 主成分得分分值、綜合得分分值及排序Table 7 Principal components scores and sort results of the samples

各產(chǎn)地酸棗仁的綜合主成分值顯示，進(jìn)口產(chǎn)酸棗仁質(zhì)量最好，阜平、內(nèi)丘、邢白酸棗仁（陳貨）、陜西、石家莊產(chǎn)酸棗仁藥材綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)也顯示較好。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)采用ICP-MS法測(cè)定了河北（內(nèi)丘、邯鄲、石家莊、行唐、懷安、興隆、阜平、陳貨）、河南、山東、陜西、遼寧和進(jìn)口貨13個(gè)不同產(chǎn)地酸棗仁中微量元素，并引入主成分分析法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)果表明：13個(gè)不同產(chǎn)地酸棗仁均含有豐富的Mg、Mn、Fe、Zn微量元素，Cu、Cd、Hg、Pb重金屬元素含量也均在限量范圍內(nèi)；主成分分析結(jié)果表明進(jìn)口酸棗仁質(zhì)量最佳，阜平、內(nèi)丘、邢臺(tái)棗仁（陳貨）、陜西、石家莊等產(chǎn)地的酸棗仁質(zhì)量尚可。酸棗仁中微量元素的不同含量與各地種植區(qū)土壤中富集各種微量元素有關(guān)，本文為酸棗仁的合理開發(fā)利用提供一定科學(xué)依據(jù)。

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