ICP-MS法測定白術(shù)中48種微量元素的含量

楊娜，周柏松，王亞茹，李雅萌，劉金平，李平亞

（吉林大學(xué)藥學(xué)院，長春 130021）

白術(shù)為菊科植物白術(shù)(Atractylodesmacrocephala Koidz.)的干燥根莖[1]，是我國常用中藥之一，性溫，味甘、苦，具有健脾益氣、燥濕利水、止汗、安胎之功效，常用于脾虛食少、腹脹泄瀉、水腫、胎動不安等癥。現(xiàn)代研究表明，白術(shù)化學(xué)成分豐富，包括揮發(fā)油、內(nèi)酯、多糖、氨基酸等，其中揮發(fā)油及內(nèi)酯類成分為白術(shù)的主要藥效成分[2]。研究表明，白術(shù)具有抗腫瘤、抗衰老、抗菌、抗炎、增強免疫、調(diào)節(jié)胃腸運動、調(diào)節(jié)子宮平滑肌以及安神促眠等作用，臨床上可用于治療潰瘍、便秘、失眠、糖尿病、高血壓及癌癥等[3～5]。

中草藥是我國寶貴的中醫(yī)學(xué)財富，中藥的功效與藥材中微量元素含量有著密切的關(guān)系，對中草藥中微量元素的研究是闡明傳統(tǒng)藥理、毒理及藥品分類的重要方法之一。湯洪波等[6]采用原子吸收光度法測定了贛產(chǎn)白術(shù)中11種微量元素的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)K、Mg、Fe、Zn、Mn等元素的含量豐富。李愛紅等[7]采用火焰原子吸收法研究了白術(shù)中Mg、Cu、Fe、Ca、Mg、K等 6種元素在氯仿、沸水和不同濃度乙醇中的溶出情況，結(jié)果表明，6種元素在氯仿提取液中的含量均高于在水煎液中含量，說明這6種元素在白術(shù)中主要以有機結(jié)合態(tài)形式存在。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）作為一種微量元素測試分析技術(shù)，具有檢出限低、線性范圍廣、精密度高、準(zhǔn)確性好以及多種元素同時分析的特點。在食品科學(xué)和藥學(xué)等分析領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[8]。本試驗首次建立了ICP-MS法，同時測定了白術(shù)藥材根莖中48種微量元素的含量，填補了白術(shù)微量元素測定的空缺，為進(jìn)一步開展白術(shù)的藥化、藥理以及臨床應(yīng)用研究提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料

1.1 儀器

FW177型高速萬能粉碎機（北京市永光明醫(yī)療儀器廠）；AL104型電子天平（瑞士Mettler Toledo公司）；7500a型ICP-MS（美國Agilent公司）；Milli-Q超純水機（美國Millipore公司）。

1.2 試劑

Li、Be、B、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ta、W、Hg、Tl、Pb、Bi的標(biāo)準(zhǔn)溶液（質(zhì)量濃度均為10mg/L），In、Rh單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（質(zhì)量濃度均為50mg/L）（美國安捷倫公司）；Li、Y、Co、Bi質(zhì)譜調(diào)諧液（質(zhì)量濃度均為10mg/L）；超純水（電阻率18.2M/cm）；硝酸（優(yōu)級純，=1.42g/mL）；氫氟酸（色譜純）。試驗用器皿均用10%硝酸浸泡過夜，用超純水沖洗后備用。本實驗所用各種酸均經(jīng)亞沸騰二次蒸餾后使用。

1.3 藥材

白術(shù)，產(chǎn)于湖南?。ò仔g(shù)道地產(chǎn)區(qū)之一）隆回縣、平江縣、龍山縣，分別編號為S1、S2、S3。經(jīng)吉林大學(xué)藥學(xué)院李平亞教授鑒定為菊科植物白術(shù)（A.macrocephala Koidz.）的干燥根莖。

2 方法與結(jié)果

2.1 儀器工作條件

用質(zhì)量濃度均為 10mg/L的Li、Y、Co、Bi調(diào)諧液對儀器進(jìn)行最佳工作條件的選擇，使儀器的各項參數(shù)均達(dá)到測量指標(biāo)。射頻（RF）入射功率1350W；等離子體氣速15.0L/min，載氣流速1.12 L/min，冷卻氣流速13.0L/min；高鹽霧化器，霧化室溫度2℃；采樣深度7.0 mm，采取錐孔徑1.0mm，截取錐孔徑0.4mm；蠕動泵轉(zhuǎn)速0.1rps；氧化物指標(biāo)（CeO+/Ce）小于0.5%，雙電荷指標(biāo)（Ba2+/Ba+）小于1%，積分時間0.1s。

2.2 溶液制備

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液制備 從48種元素標(biāo)準(zhǔn)容液中，分別精密吸取所選組合元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液（組合內(nèi)元素等量），分別置于容器中混合，然后用3%HNO3溶液逐級稀釋，制備成濃度分別為10.0μg/L、30.0μg/L、60.0μg/L、120.0μg/L、250.0μg/L、500.0μg/L 的 Li、Be、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Cd、Sn、Sb、Cs、Ba、Hg、Pb、Bi等22 種元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；濃度分別為5.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L、50.0μg/L、100.0μg/L、200.0μg/L 的 B、Sc、Ti、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、La、Ce、Pr、Nd、Sm、W等15種元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；濃度分別為2.0μg/L、4.0μg/L、8.0μg/L、15.0μg/L、30.0μg/L、50.0μg/L的Eu標(biāo)準(zhǔn)溶液；濃度分別為0.5μg/L、1.0μg/L、2.0μg/L、3.0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L 的Gd 和Dy2 種元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；濃度分別為0.2μg/L、0.5μg/L、1.0μg/L、2.0μg/L、3.0μg/L、5.0μg/L 的 Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ta、Tl等 8 種元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.2.2 供試品溶液制備 稱取白術(shù)根莖6.0g，粉碎機粉碎（過200目篩），取粉末約0.2g，置于5mL聚四氟乙烯溶樣彈中，加入1.0mL硝酸及0.5mL雙氧水，混勻。在120℃的電熱板上對樣品進(jìn)行預(yù)處理，待液體蒸至濕鹽狀，加入1.4mL氫氟酸、1.6mL硝酸，將溶樣彈加蓋及鋼套密閉，放入恒溫干燥箱，190℃保持48h。在箱內(nèi)自然冷卻至室溫后，在120℃的電熱板上，蒸至溶液剩余至濕鹽狀，冷卻，加50%硝酸3.0mL，將溶樣彈加蓋及鋼套密閉，放入恒溫干燥箱，150℃保持12h。冷卻后，用高純水將消解液移至聚氯乙烯樣品瓶（PET樣品瓶），定容至50mL，搖勻備用。同法制備空白溶液。

2.2.3 內(nèi)標(biāo)溶液制備 選用In、Rh作為內(nèi)標(biāo)，所有空白溶液、標(biāo)準(zhǔn)溶液及測試樣品均加入內(nèi)標(biāo)。精密吸取適量In、Rh標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別用3%HNO3溶液稀釋制成1μg/L的內(nèi)標(biāo)溶液。

2.3 測定方法

選擇Li、Be、B、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ta、W、Hg、Tl、Pb、Bi等 48 種元素的相應(yīng)同位素進(jìn)行分析測定。根據(jù)元素質(zhì)量數(shù)差別采用不同的內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正，每個樣品取3個數(shù)值。以校正后的強度結(jié)果為縱坐標(biāo)（Y）、質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（X），繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算得到樣品的質(zhì)量濃度。

2.4 方法學(xué)驗證

2.4.1 線性關(guān)系 取“2.2.1”項下配制的不同質(zhì)量濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，根據(jù)“2.1”項下工作條件進(jìn)行測定，以標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度（g/L）為橫坐標(biāo)、測量值與內(nèi)標(biāo)測量值的比值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到各元素的線性方程及相關(guān)系數(shù)，見表1。

2.4.2 檢測限（LOD） 精密吸取3%HNO3空白溶液，在相同的條件下連續(xù)測定11次，測定元素的信號響應(yīng)值，以信號響應(yīng)值的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差（3）所對應(yīng)的質(zhì)量濃度為各個元素的儀器檢出限，見表1。結(jié)果顯示，各元素的檢出限均能滿足分析要求。

2.4.3 精密度試驗 取“2.2.1”項下配制的質(zhì)量濃度為10μg/L的各元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別連續(xù)進(jìn)樣6次，計算各元素6次測得質(zhì)量濃度的RSD，見表1。各元素RSD均小于4.7%，表明本法的精密度良好。

表1 各元素線性關(guān)系、檢測限及精密度Table 1 Linearity，LODs and precision for test of elements （n=6）

續(xù)表1

2.4.4 重復(fù)性試驗 取白術(shù)根莖粉末（樣品編號S1），按照“2.2.2”項下方法平行制備6份供試品溶液，分別測定，統(tǒng)計6次重復(fù)進(jìn)樣的測定結(jié)果，見表2。各元素RSD小于4.9%，表明本法重復(fù)性良好。

2.4.5 穩(wěn)定性試驗 取白術(shù)根莖粉末（樣品編號S1）0.1g，精密稱定，按照“2.2.2”項下方法制備供試品溶液，分別于 0h、2h、4h、8h、12h、24h 依次進(jìn)樣，測定各元素的含量，見表2。各元素RSD小于4.4%，結(jié)果表明，室溫放置24h內(nèi)，供試品溶液穩(wěn)定性良好。

表2 重復(fù)性及穩(wěn)定性試驗結(jié)果Table 2 Results of repeatability and stability tests （n=6）

2.4.6 加樣回收試驗 精密稱取白術(shù)根莖粉末（樣品編號S1）0.25g，加入與樣品中各元素質(zhì)量相當(dāng)?shù)幕旌蠘?biāo)準(zhǔn)品。按“2.2.2”項下方法配制，平行制備5份供試品溶液，同法制備試劑空白溶液，測定各元素含量，計算回收率，見表3。

表3 加樣回收實驗結(jié)果Table3 Results of recovery tests （n=5）

續(xù)表3

2.5 樣品測定結(jié)果

按照“2.2.2”項下方法制備白術(shù)根莖（樣品編號S1、S2、S3）的供試品溶液，分別測定Li等48種微量元素的含量，見表4。

表4 藥材樣品中微量元素含量測定結(jié)果Table 4 Contents of inorganic elements in the samples

3 討論

本研究采用ICP-MS法測定了白術(shù)根莖中的48種微量元素的含量，研究結(jié)果表明，重金屬元素Pb、As、Cd、Hg含量分別為1.006g/g、0.526g/g、0.124g/g、0.120g/g，均低于《中國藥典》2015版對中藥材重金屬含量的限定[9]。

白術(shù)中人體必需微量元素的含量普遍較高，分別為Cu120.319g/g、Sr38.360g/g、Mn38.230g/g、Zn31.980g/g、Sn29.060g/g、B28.140g/g、Cr26.904g/g、Rb12.840g/g、Ni11.390g/g、V3.752g/g、Se1.144g/g、Co0.639g/g。這些元素影響人體內(nèi)多種酶的活性，參與蛋白質(zhì)、氨基酸的合成，對該藥用植物藥效的發(fā)揮產(chǎn)生直接或間接的影響。

目前，廣泛應(yīng)用的測量微量元素含量的方法主要有原子吸收分光光度法（AAS）、原子熒光光譜法（AFS）、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICPAES）和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）等。其中，AAS是微量元素測定應(yīng)用最廣泛的方法之一，但在測定不同元素時需要更換光源，難以實現(xiàn)多元素同時測定；AFS有較低的檢出限、較高的靈敏度、可以實現(xiàn)多元素同時測定，但可測定的元素比較少，應(yīng)用范圍比較窄；ICP-AES具有多元素同時檢測、分析精度高、樣品檢測范圍廣、光譜特征性強、選擇性好等特點，但對非金屬測定的靈敏度較低，與ICP-MS相比，檢出限相對較高。ICP-MS幾乎克服了傳統(tǒng)分析方法的大多數(shù)缺點，提供了極低的檢出限、極寬的動態(tài)線性范圍，并且，能同時分析多個元素，特別適合大量樣品中微量、痕量元素的分析，在中藥及其制劑重金屬限量控制、元素分析以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定中應(yīng)用十分廣泛[10]。