微波消解—ICP-MS法同時(shí)測(cè)定中草藥中10種重金屬元素

吳振宇，艾林芳，田 月，梁國(guó)濤，汪玉清，朱若凱

(1.江西省職業(yè)病防治研究院，江西 南昌 330006； 2.中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京 102413；3.廣州匯標(biāo)檢測(cè)技術(shù)中心，廣東 廣州 510000)

由于受到水、空氣、土壤等因素影響，中草藥在生長(zhǎng)過程中會(huì)受到重金屬污染；在采集、加工、運(yùn)輸和倉(cāng)儲(chǔ)過程中也可能被污染[1]。中草藥中重金屬污染以Pb、Cd、As、Hg、Cu的危害較為突出[2]。2015版《中華人民共和國(guó)藥典》對(duì)山楂、丹參、甘草、黃芪、金銀花等少部分中草藥中的重金屬及有害元素的限度要求為(mg/kg)[3-4]：Pb≤5，Cd≤0.3，As≤2，Hg≤0.2，Cu≤20。目前，測(cè)定中草藥中重金屬的方法主要為原子吸收分光光度法[5-6]、原子熒光光譜法[7]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[8-10]，且只針對(duì)Pb、As、Cd、Hg、Cu元素。為更全面測(cè)定中草藥中的重金屬元素，有必要建立同時(shí)測(cè)定多種重金屬元素的方法。

參考2015版《中華人民共和國(guó)藥典》(四部)中有關(guān)重金屬及有害元素的指導(dǎo)原則，研究建立同時(shí)測(cè)定中草藥中10種重金屬元素的微波消解—ICP-MS法，并對(duì)市售苦參、蒼術(shù)、艾葉、西洋參、三七等8種中草藥進(jìn)行測(cè)定，以期為中草藥中重金屬元素的準(zhǔn)確測(cè)定提供可借鑒方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，NEXION 300X型，Perkin Elmer公司；微波消解儀，Multiwave 3000型，奧地利Anton Paar公司；趕酸儀，BHW-09A型，上海博通化學(xué)科技有限公司；紅外線干燥箱，北京興爭(zhēng)儀器設(shè)備廠；高速組織搗碎機(jī)。移液槍、移液管均為聚乙烯塑料瓶。

ICP-MS工作條件：用專用調(diào)諧溶液對(duì)儀器工作條件進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，以靈敏度、檢出限、氧化物、雙電荷和背景噪音作為優(yōu)化指標(biāo)，調(diào)整儀器達(dá)最佳狀態(tài)。優(yōu)化后的儀器最佳工作條件為：霧化氣流量1.06 L/min，輔助氣流速1.20 L/min，等離子體氣流量18.00 L/min，射頻功率1 600 W，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速48 r/min。測(cè)定時(shí)選取73Ge為52Cr、55Mn、59Co、60Ni、63Cu、66Zn、75As的內(nèi)標(biāo)，115In為114Cd的內(nèi)標(biāo)，209Bi為208Pb、202Hg的內(nèi)標(biāo)。

鉛(批號(hào)18104)、鎘(批號(hào)18104)、銅(批號(hào)18124)、鈷(批號(hào)18123)、鉻(批號(hào)18106)、鎳(批號(hào)11112)、錳(批號(hào)12026)、鋅(批號(hào)18104)各單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液購(gòu)自中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，質(zhì)量濃度均為1 000 μg/mL；砷(批號(hào)181066-1)、汞(批號(hào)18L021-2)、金(批號(hào)18L021-2)、內(nèi)標(biāo)單元素(鍺、銦、鉍)標(biāo)準(zhǔn)溶液購(gòu)自國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心，質(zhì)量濃度均為1 000 μg/mL；黃芪標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(編號(hào) GBW10028)，地球物理地球化學(xué)勘查研究所；水為超純水；30%過氧化氫、濃硝酸，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，均為優(yōu)級(jí)純；調(diào)諧溶液Be、Mg、In、U、Ce混合溶液，質(zhì)量濃度1 μg/L，購(gòu)自Perkin Elmer南昌公司。

苦參、玫瑰花、蒼術(shù)、艾葉、西洋參、三七、黃芪、絞股藍(lán)，均購(gòu)自江西中藥材零售店。

1.2 試驗(yàn)用溶液的制備

1.2.1 混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液

分別精密量取適量Cu、Mn、Zn、Co、Ni、Cr、Pb、Hg、Cd、As單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，用1%硝酸溶液逐級(jí)稀釋至2.5 μg/mL(Cu、Mn、Zn)，0.25 μg/mL(Co、Ni、Cr、Pb、As)，0.1 μg/mL(Cd、Hg)。稀釋后溶液為混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，其中Co、Ni、Cr、Pb、As標(biāo)準(zhǔn)曲線質(zhì)量濃度為0、5、10、15、25 μg/L，Cd、Hg標(biāo)準(zhǔn)曲線質(zhì)量濃度為0、2、4、6、8、10 μg/L，Cu、Mn、Zn標(biāo)準(zhǔn)曲線質(zhì)量濃度為0、50、100、150、250 μg/L。

1.2.2 系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液

精密量取混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL分別置于50 mL塑料試管中，用1%硝酸溶液定容至50 mL，制得系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.3 混合內(nèi)標(biāo)溶液

分別精密量取Ge、In、Bi單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用1%硝酸溶液稀釋至Ge 10 μg/L，In、Bi 5 μg/L的混合內(nèi)標(biāo)溶液，用于在線元素內(nèi)標(biāo)校正。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 樣品的微波消解預(yù)處理

將各中草藥置于65 ℃烘箱中干燥2 h，冷卻后用料理機(jī)粉碎至粉末狀，過80目篩后分別裝入食品級(jí)密封袋。

以苦參為主要測(cè)定對(duì)象進(jìn)行方法學(xué)考察。精密量取樣品0.500 0 g，置于四氟乙烯消解罐內(nèi)，加硝酸5 mL，100 ℃下加熱預(yù)消解30 min，取下冷卻后加過氧化氫1 mL，混勻，蓋好內(nèi)蓋，旋緊外套，置于微波消解罐內(nèi)，按微波消解程序(見表1)進(jìn)行消解。

表1 微波消解條件

微波消解完全后取出消解罐，將消解液用水洗滌至50 mL塑料試管中，加入金標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 μg/mL)200 μL，加水定容至50 mL，搖勻(如有少量沉淀，必要時(shí)可離心分取上清液)，同時(shí)制備樣品空白溶液。

試驗(yàn)用濃硝酸-雙氧水(5+1)溶液消解苦參。微波消解后不趕酸，直接加金溶液并以水定容，然后用ICP-MS法測(cè)定10種重金屬元素含量。用濃硝酸-雙氧水(5+1)溶液作消解液，可減少因其他酸引入而造成的干擾；雙氧水可將NOx氣體重新氧化生成硝酸，又能防止消解罐因產(chǎn)生NOx氣體而導(dǎo)致消解罐變黃；定容時(shí)加金溶液，是利用金與汞產(chǎn)生無毒金汞齊，可有效消除汞的記憶效應(yīng)[11]。樣品微波消解后不趕酸直接用水定容，可防止因趕酸導(dǎo)致的汞揮發(fā)，定容后樣品酸度約6.5%，用ICP-MS測(cè)定時(shí)引進(jìn)內(nèi)標(biāo)(酸度為1%)，樣品和內(nèi)標(biāo)進(jìn)樣管徑比為1/1，因此,樣品與內(nèi)標(biāo)混合后進(jìn)入檢測(cè)器的溶液酸度約為4%，不會(huì)對(duì)ICP-MS的矩管和錐產(chǎn)生損害，同時(shí)極大縮短了樣品前處理時(shí)間。

2.2 方法線性范圍及檢出限

檢出限為試劑空白溶液11次測(cè)定值標(biāo)準(zhǔn)差的3倍(3σ)所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度。測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 測(cè)定方法對(duì)各元素的檢出限

由表2看出，方法的動(dòng)態(tài)線性范圍很寬，各元素在選定范圍內(nèi)均具有良好的線性關(guān)系。方法對(duì)各重金屬元素的靈敏度極高，檢出限較低。

2.3 方法精密度

取系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線上第3點(diǎn)溶液，重復(fù)進(jìn)樣6次進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表3。可以看出，各元素測(cè)定結(jié)果的RSD在0.74%～3.67%范圍內(nèi)，表明方法具有良好的精密度。

2.4 方法的重復(fù)性

精密稱量苦參樣品0.500 0 g，同時(shí)制備6份樣品，微波消解處理后用ICP-MS測(cè)定。測(cè)定結(jié)果(表3)表明：苦參中Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb平均含量分別為1.088 6、18.228 7、0.243 4、1.555 4、4.944 5、16.212 2、0.190 2、0.045 7、0.017 1、0.517 7 mg/kg，RSD在2.16%～4.39%范圍在內(nèi)，方法重復(fù)性較好。

表3 方法精密度測(cè)定結(jié)果

2.5 方法的加標(biāo)回收

精密稱量苦參樣品0.500 0 g，平行制備6份樣品，均加入混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1 mL，按樣品前處理方法進(jìn)行消解處理，然后進(jìn)行ICP-MS測(cè)定并計(jì)算加標(biāo)回收率及RSD。結(jié)果見表4，可以看出，各金屬加標(biāo)回收率均在92.02%～107.69%之間，RSD在1.47%～5.49%之間，表明方法具有良好的回收率。

表4 樣品加標(biāo)回收率

續(xù)表4

2.6 方法的準(zhǔn)確度

將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)黃芪按2.1節(jié)方法進(jìn)行測(cè)定，測(cè)得結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)(見表5)，表明該方法準(zhǔn)確度良好。

表5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析結(jié)果

2.7 多種樣品測(cè)定

按分析方法對(duì)8種市售植物類中藥材制備溶液和相應(yīng)的空白溶液進(jìn)行分析，并按試驗(yàn)方法測(cè)定10種重金屬元素。測(cè)定值取3次讀數(shù)平均值，并利用各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線分別計(jì)算。測(cè)定結(jié)果見表6。

表6 各中藥材中重金屬測(cè)定結(jié)果 mg/kg

3 結(jié)論

建立了同時(shí)測(cè)定中草藥中鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、砷、鎘、汞、鉛10種重金屬元素的微波消解—ICP-MS法。采用此方法，各重金屬元素的線性相關(guān)系數(shù)較好，加標(biāo)回收率在92.02%～107.69%范圍內(nèi)，RSD在1.47%～5.49%范圍內(nèi)。在最佳條件下對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10028進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相吻合，表明該方法具有較高的準(zhǔn)確度。所建立的微波消解—ICP-MS方法操作簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確，可用于同時(shí)測(cè)定中藥材中多種重金屬元素，同時(shí)也為制定鉻、錳、鈷、鎳、鋅相關(guān)限量范圍提供測(cè)定方法。