微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定祖師麻中重金屬元素含量

秦海娟， 陶占輝， 董 昆， 劉 濤

(天津科技大學(xué) 現(xiàn)代分析技術(shù)研究中心， 天津 300457)

0 引 言

中藥中重金屬污染是當(dāng)前中藥質(zhì)量控制的熱點(diǎn),一方面是因?yàn)橹亟饘賹θ梭w的新陳代謝及正常的生理功能具有明顯的傷害作用,另一方面是因?yàn)橹亟饘贇埩魢?yán)重影響著我國中藥的出口[1]。Pb、Cd、Cr、Hg、Sn、Cu、Zn等重金屬元素被人體吸收后,蓄積至一定量時可引起免疫系統(tǒng)障礙,使神經(jīng)、內(nèi)分泌、肝、腎功能受損,甚至引起腫瘤。 因此,世界各國對這些有害元素在藥品中的含量制定了嚴(yán)格的限量標(biāo)準(zhǔn)[2]。目前中藥中重金屬元素的檢測方法很多,主要有分光光度法、原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、熒光分析法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法等,這些方法大多只能單個元素測定,操作復(fù)雜,而電感耦合等離子體質(zhì)譜 (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry， ICP-MS)分析技術(shù)作為新興的方法，集檢出限低、光譜干擾少、精密度高、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)多元素同時測定且含量差別較大的各組分，是近年來中藥含量元素分析中最先進(jìn)的方法[3]。祖師麻為民間常用中草藥，收載于1977年版《中國藥典》，為瑞香科植物黃瑞香(Daphne giraldii Nitsche)、甘肅瑞香(Daphne tangutica Maxim)或凹葉瑞香(Daphne retusa Hemsl)的干燥莖皮及根皮。臨床用于治療風(fēng)濕痹痛、關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎痛等[4]。但目前對祖師麻的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究較少，尚缺乏系統(tǒng)的研究。該研究采用微波消解-ICP-MS法對產(chǎn)于陜西、四川和廣西的祖師麻中Pb、Cd、Cr、Hg、Sn、Cu、Zn含量進(jìn)行測定,建立了有害元素的檢測方法, 旨在為研究中藥質(zhì)量控制、GAP的實(shí)施以及用藥安全性提供理論依據(jù)[5]。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 儀器

Thermo ICAP Q型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀,美國ThermoFisher科技有限公司；

CETAC ASX-520自動進(jìn)樣器,美國CETAC有限公司；

Mili-Q超純水系統(tǒng),美國Millipore科技有限公司；

安東帕Multiwave PRO型微波消解儀,奧地利AntonPaar股份有限公司；

原子吸收分光光度計(jì),美國PE公司AAS-900T；

原子熒光光譜儀,北京海光儀器公司AFS9530；

ME204 萬分之一分析天平,瑞士METTLER儀器有限公司；

LD-06A高速中藥粉碎機(jī),上?？七_(dá)醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備有限公司；

所使用的玻璃和塑料容器均經(jīng)過20%硝酸水溶液浸泡48 h。

1.1.2 試劑與標(biāo)準(zhǔn)溶液

濃硝酸65%～72%,德國Merck科技有限公司；

過氧化氫30%，優(yōu)級純,國藥集體股份有限公司；

Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu、Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液,1 000g/mL,中國計(jì)量科學(xué)院；

GBW10027人參成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所；

Ge、In、Bi、 Rh、Sc、Li、Tb、Y內(nèi)標(biāo)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液,1 000g/mL,中國計(jì)量科學(xué)院；

試驗(yàn)所用水均為超純水,電阻率 ≥ 18.2 MΩ；

液氬杜瓦(比歐西氣體),天津有限公司，200 L；

高純氦氣,天津百思達(dá)氣體有限公司，99.999%。

1.1.3 樣品來源及處理

祖師麻藥材取于陜西、四川和廣西三省。用清水洗去表面灰塵及其它附著物，然后用上述超純水沖洗多次，直至干凈，晾干。置于烘箱中在60 ℃下干燥48 h，于高速中藥粉碎機(jī)粉碎后過100目篩，取1 g樣品置于烘箱中60 ℃下保持20 h，取出置于干燥器中冷卻至室溫。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ICP-MS工作參數(shù)優(yōu)化及干擾消除

為獲得理想的分析靈敏度和精密度，需要對儀器工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)用ThermoFisher公司的含有Li、Co、In、U四種元素的調(diào)諧液(濃度為1×10-9)，并通過軟件的AutoTune對ICP-MS做調(diào)諧校正，使儀器達(dá)到最佳分析條件。校正后，Li、Co、In、U四種元素的強(qiáng)度值分別為Li ≥ 12萬cps/10-9、Co ≥ 23萬cps/10-9、In ≥ 52萬cps/10-9、U ≥ 86萬cps/10-9。優(yōu)化后的儀器指標(biāo)參數(shù)見表1。

表1 ICP-MS儀器工作參數(shù)

注：分析模式為動能歧視KED；數(shù)據(jù)采集模式為跳峰模式。

ICP-MS的主要干擾是物理干擾和質(zhì)譜干擾。物理干擾的存在易造成信號漂移和信號抑制[6]。

本試驗(yàn)儀器通過在線加入72Ge、115In、209Bi、103Rh、45Sc、6Li、159Tb、89Y混合內(nèi)標(biāo)校正溶液來消除物理干擾。而質(zhì)譜干擾主要就是多原子干擾和同量異位素干擾。

本試驗(yàn)利用ICP-MS的QCELL技術(shù)，引入高純氦氣作為碰撞氣體，采用KED動能歧視分析模式，盡可能的消除了質(zhì)譜干擾，大大地降低了相應(yīng)質(zhì)量區(qū)間內(nèi)同位素的背景等效濃度，去除了基體所引起的干擾，因此有效地優(yōu)化了檢出限，得到近乎無干擾的數(shù)據(jù)結(jié)果。

1.2.2 微波消解條件

該研究采用微波消解技術(shù)，應(yīng)用安東帕的微波消解儀，采用程序功率控制方式對樣品進(jìn)行密閉、高溫、高壓微波消解，有效防止易揮發(fā)元素的損失，整個消解反應(yīng)各個階段更平穩(wěn)、完全[7]。該消解方式具有消解速度快、樣品用量少、重現(xiàn)性好、更準(zhǔn)確、更安全及操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。

具體微波消解條件見表2。

1.2.3 混合標(biāo)準(zhǔn)曲線和混合內(nèi)標(biāo)校正標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

精密吸取Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu的10 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液各0.1 mL，用5%硝酸(V/V))稀釋至4 mL,即為250g/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

吸取上述混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，用5%硝酸(V/V)稀釋至10 mL，即為Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu、Zn的混合標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)空白為5%硝酸(V/V)，以上Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)濃度均為0、5、10、15、20、25g/L；Zn元素的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)濃度為0、20、40、60、80、100g/L。

精密量取內(nèi)標(biāo)元素Ge、In、Bi、Rh、Sc、Li、Tb、Y的1g/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液各10 mL，用5%硝酸(V/V)稀釋至500 mL，濃度即為20g/L的混合內(nèi)標(biāo)校正標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.4 待測樣品溶液的制備

準(zhǔn)確稱取各產(chǎn)地祖師麻樣品粉末0.200 0 g各兩份和人參成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)四份，置于干凈的微波消解管中，其余6支消解管為空白，以上均加入濃硝酸5 mL和過氧化氫1 mL，加蓋密封后置于轉(zhuǎn)子中，將轉(zhuǎn)子于消解儀中放置平穩(wěn)，按照上述微波消解條件進(jìn)行操作，待消解完成后，取出消解管放壓，壓力平穩(wěn)后將液體轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，同時多次清洗消解管，并將液體一并轉(zhuǎn)移至容量瓶，用超純水定容待測。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線和樣品測定

首先將ICP-MS儀器調(diào)整到最佳分析狀態(tài)，設(shè)置儀器參數(shù)，編輯實(shí)驗(yàn)方法，通過三通混合器在線引入內(nèi)標(biāo)溶液，觀察內(nèi)標(biāo)靈敏度及其穩(wěn)定性，達(dá)到要求后，將7種待測元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測樣品逐一通過自動進(jìn)樣器引入分析儀器中進(jìn)行測定。

2.2 線性關(guān)系的考察

7種元素的分析信號值和濃度值具有良好的線性關(guān)系,見表3。

表2 微波消解條件

表3 被測元素線性方程和檢測限

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

通過測定得到一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)不能作為樣品的最終檢測結(jié)果，需進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。首先，選定合適的空白結(jié)果進(jìn)行扣除，然后對人參標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的待測元素進(jìn)行內(nèi)標(biāo)元素的選擇，直至該待測元素測定結(jié)果處于人參標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中該元素的認(rèn)定值與不確定度之間即可，各待測元素均按以上方法操作，得到各樣品待測元素測定結(jié)果見表4。

2.4 儀器方法比對試驗(yàn)

2.4.1 利用原子熒光分光光度計(jì)(AFS)對以上樣品進(jìn)行As、Hg總量測定

依照國標(biāo)GB5009.11-2014和GB5009.17-2014微波消解-AFS法對以上不同產(chǎn)地祖師麻樣品進(jìn)行As、Hg元素測定，并同時進(jìn)行不同濃度的加標(biāo)試驗(yàn)，檢測結(jié)果和加標(biāo)回收率見表5。

2.4.2 利用原子吸收分光光度計(jì)(AAS)對以上樣品進(jìn)行Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的測定

依據(jù)國標(biāo)GB5009.13-2017、GB5009.12-2017、GB5009.14-2017、GB5009.15-2014和GB5009.123-2014方法對樣品進(jìn)行微波消解，利用原子吸收分光光度計(jì)對上述不同產(chǎn)地祖師麻中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr進(jìn)行測定，同時做Cu元素加標(biāo)試驗(yàn)，檢測結(jié)果和加標(biāo)回收率見表6。

表4 三種產(chǎn)地祖師麻和人參標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中7種待測元素檢測結(jié)果 μg/g

表5 AFS法測定總As和總汞檢測結(jié)果

表6 AAS法測定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr檢測結(jié)果

通過對比表4～表6分析數(shù)據(jù)可以看出，不同儀器之間測試比對結(jié)果基本相當(dāng)，無明顯數(shù)據(jù)差異。

根據(jù)《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(2001)、《美國藥典》和《歐洲藥典》規(guī)定，中藥材中重金屬含量限值為Pb ≤5.0 mg/kg、Cd ≤0.3 mg/kg、Cr ≤0.2 mg/kg、As ≤2.0 mg/kg、Hg ≤0.2 mg/kg、Cu ≤20.0 mg/kg、Zn ≤50.0 mg/kg[8-9]。

依據(jù)上述重金屬限值可以看出,三個產(chǎn)地的祖師麻檢測結(jié)果中，四川的祖師麻重金屬Pb和Cr超標(biāo)，而陜西和廣西兩個產(chǎn)地的祖師麻重金屬Cr超標(biāo)。

3 結(jié) 語

實(shí)驗(yàn)建立用微波消解-ICP-MS法測定中藥祖師麻中7種重金屬元素含量，以微波消解作樣品的前處理，通過在線加入Bi、In、Ge、Sc、Rh元素進(jìn)行內(nèi)標(biāo)校正，消除非質(zhì)譜干擾，同時采用KED動能歧視模式，消除質(zhì)譜干擾。利用人參標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，通過選取合適內(nèi)標(biāo)元素對該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中待測的7種重金屬元素含量進(jìn)行比對，進(jìn)而確定祖師麻中重金屬元素的含量。通過采用原子吸收光譜法和原子熒光光譜法進(jìn)行方法比對，可知該方法操作簡便、快捷、可靠，穩(wěn)定性更好，可廣泛用于中藥材中重金屬含量的準(zhǔn)確測定。