能量色散X射線熒光光譜快速測定山楂中 As、Cr、Pb 含量 *

王 毅，方 萍，李 晶，阿布迪·熱合曼吾加布度拉，張詩文，戚雪勇江蘇大學藥學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000

山楂為薔薇科植物山里紅或山楂的干燥成熟果實［1］，具有保護心腦血管、抗菌、抗氧化、降血壓、降血脂、抗腫瘤等藥理作用［2］。相關(guān)報道［3］指出山楂中存在一些對人體有害的重金屬元素，王枚博等［4］研究分析金銀花、山楂等10種中藥材中鉛(Pb)、砷(As)等15種無機元素含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些藥材中的重金屬或有害金屬元素含量存在超標現(xiàn)象，因此有必要對中藥材進行監(jiān)管控制，確保中藥材使用的安全性。2015版藥典規(guī)定［1］，原子吸收熒光光譜法或電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定山楂中的 Pb，鎘(Cd)，As，汞(Hg)和銅(Cu)5 種元素含量，限度為 Pb≤5 μg/g，As≤2 μg/g。但是，電感耦合等離子體(ICP)必須是液體進樣，所以樣品需要消解等復雜的前處理，特別是難溶性樣品，處理更為繁瑣，而且消解會導致?lián)]發(fā)性元素的丟失，測量結(jié)果出現(xiàn)偏差；原子熒光光譜(AFS)用于復雜基體測定時比較困難。

能量色散X射線熒光光譜(EDXRF)分析是對物質(zhì)中元素成分和含量進行定性、定量以及試樣物理特征分析的一種儀器方法［5］，具有操作簡單、檢測效率高、樣品預處理簡單、非破壞性以及測定迅速等特點［6-7］，適合于多種類型的固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)的測定［8］。Desideri D 等［9］利用 EDXRF 技術(shù)測定意大利幾種茶葉和甘菊葉以及果實中的必需和非必需元素含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同植物的元素含量比例取決于其生長的土壤組成和氣候條件。吳雋等［10］采用拉曼光譜和能量色散X射線熒光分析等無損技術(shù)手段對陶瓷釉彩的元素組成和物相組成進行綜合分析，探討景德鎮(zhèn)元、明和清代釉上彩繪瓷若干典型顏料種類的組成配方及其相應的呈色機制。秦旭磊等［11］利用EDXRF法檢測茶葉中金屬元素含量，實驗檢測發(fā)現(xiàn)，EDXRF法測得數(shù)值實際相對誤差＞6%，相對標準偏差＞5%。

本研究利用EDXRF法測定山楂中As、Cr和Pb 3種有害金屬元素含量，并與電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)的結(jié)果進行對比，評價EDXRF快速檢測的實用性。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑 VISTA-MPX型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國瓦里安公司)；EDX3600H(江蘇昆山天瑞儀器有限公司)；ZHY-401壓樣機(北京眾合創(chuàng)業(yè)科技發(fā)展有限責任公司)；FSJ-A05B1粉碎機(廣東順德樂品科技發(fā)展有限公司)；DHG-9145A型電熱鼓風干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司)；NUII系列臺上式超純水機(南京優(yōu)普環(huán)保設備有限公司)；雙層鐵皮電爐(上海申航五金電器廠丹陽分廠)；相儀H1650-W臺式微量高速離心機(相儀集團)。優(yōu)級純的硝酸及分析純的硝酸、高氯酸和硼酸，超純水。市售山楂飲片(產(chǎn)自山東)。

1.2 儀器工作參數(shù) 儀器測定條件經(jīng)過正交法優(yōu)化，選定最佳工作條件，見表1。

表1 儀器工作參數(shù)

1.3 樣品預處理 將山楂樣品置60℃烘箱中烘4～6小時，粉碎機粗粉，過100目篩后用瑪瑙研缽研成細粉末，過200目篩，混合均勻，裝于自封袋中，做好標記，放入干燥器，備用。

1.4 樣品制備及測定 精密稱取過200目篩后的干燥山楂樣品粉末4.00 g置于壓樣模具中，鋪平表面，再準確稱取干燥硼酸粉末10.0 g，均勻充填樣品四周和上表面，在30MPa壓力下壓片30秒，EDXRF測定。

1.5 濕法消解-ICP-AES測定山楂樣品Pb、As、Cr含量 所有玻璃儀器在使用前用3 mol/L的分析純硝酸溶液浸泡過夜。精密稱取山楂樣品粉末0.5000g，置于100mL三角瓶中，加入6mL硝酸-高氯酸(5∶1)混合溶液，超聲溶解，混合均勻后，封口膜封口，靜置過夜。次日，置于放有石棉網(wǎng)的電爐上緩慢加熱至消化液呈無色透明，并出現(xiàn)大量高氯酸煙霧(幾近全干)時，停止加熱，放冷至室溫后加入10 mL超純水，加熱至沸，取下三角瓶，待冷卻后將溶液轉(zhuǎn)移至25 mL量瓶中，用超純水定容至刻度。離心，取上清液，ICP-AES法測定元素含量，同時做空白對照實驗［12］。

樣品在相同條件下平行測定5次，取平均值作為最終測量值，即作為山楂樣品中元素含量的參考值，結(jié)果為 As：0.7469 μg/g，Cr：7.5397 μg/g，Pb：1.6181 μg/g，山楂樣品 5次測量結(jié)果的誤差分析見表2。

表2 ICP-AES測定結(jié)果的誤差分析

2 結(jié)果

2.1 標準曲線方程 利用天瑞儀器自帶的中藥標準曲線測定山楂中Pb、As、Cr元素含量，各元素標準曲線方程見表3。

表3 各元素標準曲線方程

2.2 EDXRF儀器條件的選擇 采用EDXRF方法對山楂樣品中Pb、As、Cr含量進行測定，除基體效應外，還有很多因素影響實驗結(jié)果，例如山楂樣品的顆粒粒徑、緊實度、含水量、儀器測試管壓、測試管流等，測定待測樣品時對各項實驗條件進行優(yōu)化選擇能夠有效提高測定結(jié)果的準確度［13］。

2.2.1 標準樣品的選擇 選擇和待測樣品同類型的經(jīng)過多次ICP-AES測定的防風樣品作為標準進行實驗條件的優(yōu)化選擇。

2.2.2 實驗條件優(yōu)化選擇基本方法 在對實驗條件進行優(yōu)化的過程中，通過控制變量法實現(xiàn)樣品中Pb、As、Cr元素測定最佳條件的選擇。

本實驗以相對標準偏差的方式表示不同參數(shù)條件對實驗結(jié)果的影響程度，確定最佳實驗條件。實驗結(jié)果精密度用相對標準偏差表示：相對標準偏差(RSD%)=標準偏差(SD)/測量平均值(χ)×100%，其中，當測量次數(shù)n≤20時，標準偏差的公式為：

對同一條件下樣品測量5次，計算平均值作為測定值。

2.2.3 樣品顆粒粒徑的選擇 顆粒粒徑對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響是因為顆粒粒徑的大小能夠影響初級X射線的激發(fā)和二次熒光等過程。經(jīng)過較少目數(shù)篩選的樣品顆粒，其顆粒大小差異較大，即顆粒粒度的均勻性較差，從而引起均勻性效應和粒度效應［14］，使測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。實驗中將同一批次山楂樣品分別過60目、80目、100目、150目、200目和300目的標準篩，得到不同顆粒粒徑的樣品粉末，分別精密稱取4.00 g進行壓片制樣，在相同測定條件下測量5次，取平均值作為最終的測量值，結(jié)果表明，隨顆粒粒徑的減小，測量值與參考值之間的差異逐漸減小，可能因為樣品顆粒粒徑減小，則均勻性增大，均勻性效應和粒度效應減弱，測量結(jié)果更加準確。當標準篩的目數(shù)達到200以上時，相對誤差也趨于穩(wěn)定，因此本實驗選擇過200目篩，見表4。

表4 顆粒粒徑的選擇

2.2.4 樣品顆粒緊實度的選擇 樣品顆粒緊實度的不同主要取決于壓片的壓力，壓力越大，緊實度越大，樣品表面越平滑。緊實度不同導致樣品均勻度不同，因而不均勻效應程度不同，則導致測量結(jié)果存在差異。對同批次山楂樣品，平行精密稱取5份，每份 4.00 g，分別在 15、20、25、30、40 MPa 5種壓力下進行壓片制樣，在相同測定條件下進行5次測量，取平均值作為最終測量值。結(jié)果表明，隨著樣品顆粒緊實度的增加，誤差逐漸減小，實驗結(jié)果的精確度增加，當壓力≥30 MPa時，測定結(jié)果趨于穩(wěn)定?？赡芤驗榫o實度增加，樣品混合得更加均勻，表面更加光滑，所以樣品表面的X射線散射減弱，有效降低了基質(zhì)效應。故本實驗選擇30 MPa壓片30秒制樣，見表5。

表5 顆粒緊實度的選擇

2.2.5 樣品含水量的選擇 樣品中水分對初級X射線和二次熒光X射線的干擾(主要為吸收效應和散射效應)比較強烈，嚴重影響樣品的特征峰強［15-16］，同時含水量的多少也影響樣品混合的均一度。

分別精密稱取充分干燥后的山楂樣品粉末3份，每份4.00 g，壓片制樣，EDXRF檢測前在壓片表面滴加其質(zhì)量的 5%、15%和25%(g)的18.3 MΩ超純水，使其在表面分布均勻并充分吸收后在相同測定條件下快速測量5次，取平均值作為最終的測量值。結(jié)果表明，樣品含水量對實驗結(jié)果影響較大，當含水量達到5%時，實驗結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，隨著含水量的增大，3種元素的相對誤差均超過了15%。由此可見，含水量對元素特征譜線的干擾效應較強，因此，測定前必須充分干燥樣品，保證含水量＜5%，見表6。

表6 樣品含水量的選擇

2.2.6 儀器測試管壓、管流的選擇 通過調(diào)節(jié)管壓和管流使計數(shù)率維持在2～3萬，此時的線性規(guī)律較好，實驗結(jié)果較準確。在調(diào)節(jié)過程中，盡量多的調(diào)節(jié)管流，保持較高管壓。本實驗選擇管壓40 Kv，管流 130 μA，此時計數(shù)率保持在 21 600～21 700之間。

2.3 EDXRF元素檢出限 標準偏差法［17］：選用各元素含量較低的國家生物標準物質(zhì)GBW10012進行8次測定，計算元素分析線譜峰強度的標準偏差(S)，以3S對應的含量為各元素方法的檢出限，結(jié)果為 As：0.2941 μg/g，Cr：0.7385 μg/g，Pb：0.1632 μg/g。結(jié)果表明，EDXRF的檢出限低于藥典規(guī)定的元素限度，因此可以用此方法對中藥中超標元素含量進行測定控制，以達到快速檢測的目的。

2.4 EDXRF的精密度 按試驗方法對山楂樣品進行5次平行測定，計算3種元素的RSD%，評價方法的精密度，結(jié)果3種元素的RSD%均小于3.0%，表明該方法精密度良好，測定結(jié)果穩(wěn)定可靠，見表7。

表7 EDXRF的精密度

2.5 EDXRF測定山楂樣品中元素含量 精密稱取干燥的待測樣品粉末4.00 g，硼酸粉末10.0 g，壓片，利用建好的中藥標準曲線進行元素含量測定［18-21］，平行測定5次，取平均值作為測量值，結(jié) 果 為 As：0.7342 μg/g，Cr：7.5832 μg/g，Pb：1.6448 μg/g，5次測量結(jié)果的誤差分析見表8。

表8 EDXRF 5次測量結(jié)果的誤差分析

2.6 ICP-AES與EDXRF測定結(jié)果的相關(guān)性 在山楂樣品中依次添加 0.500 0 μg 的 As、Cr、Pb 元素標準溶液，分別用ICP-AES和EDXRF法測定含量，然后以ICP-AES測定結(jié)果為橫坐標，EDXRF測定結(jié)果為縱坐標作圖，評價2種方法測量結(jié)果的相關(guān)性。3種元素的線性回歸方程如下：

As：y=0.9771x-0.0074，R2=0.9998

Cr：y=0.8908x+0.8971，R2=0.9990

Pb：y=0.9419x+0.0877，R2=0.9994

結(jié)果表明2種方法測量結(jié)果相關(guān)性良好，EDXRF測量結(jié)果準確可信，可以用EDXRF測定山楂中元素含量，結(jié)果見圖1—3。

圖1 ICP-AES與EDXRF關(guān)于As的相關(guān)性

圖2 ICP-AES與EDXRF關(guān)于Cr的相關(guān)性

圖3 ICP-AES與EDXRF關(guān)于Pb的相關(guān)性

3 討論

對于同一批次的山楂樣品，EDXRF與ICP-AES的測量結(jié)果相關(guān)性良好，表明EDXRF測量結(jié)果準確可信。ICP-AES測定時，需要對樣品進行消解等一系列前處理，操作復雜，耗時；EDXRF操作簡單，無需進行復雜的前處理，對樣品沒有破壞性，樣品可重復利用，可對多種元素進行同時測定，對技術(shù)人員要求低，成本低，滿足中藥元素快速測定的要求，特別適用于中藥中超標元素的快速檢測，具有較好的應用前景。