不同產地艾葉35種礦物元素的分析與評價

李 超，崔占虎，黃顯章*，張重義

1.南陽理工學院，河南 南陽 473000 2.福建農林大學，福建 福州 350002

引 言

艾ArtemisaargyiLevl.et Vant.為北溫帶地區(qū)特有的菊科蒿屬植物，尤其在中國、日本、韓國等國家，艾葉作為藥用植物和食用植物的使用歷史悠久。在我國，艾葉作為一種常用的傳統(tǒng)中藥材，其性溫，味苦、辛，歸肝、脾、腎經，具有散寒止痛、溫經止血、理氣安胎等功效[1-3]。艾葉既可外洗，也可內服，以其為原料制成的艾絨是中醫(yī)臨床施灸的主要材料，理療效果顯著。歷代本草已明確提出的艾葉道地產地有“四明”、“復道”、“蘄州”、“祁州”等地，即現在的浙江寧波 “海艾”、河南安陽 “北艾”、湖北蘄春 “蘄艾”和河北安國 “祁艾”?，F如今，宛艾持續(xù)快速發(fā)展，產業(yè)規(guī)模居全國之首。因此，開展以上產區(qū)艾葉礦物元素的研究能夠涵蓋我國目前艾葉主產區(qū)的整體情況，具有重要的現實意義。

目前，國內、外學者對艾葉的研究主要集中在化學成分及藥理作用[4-7]，而礦物元素方面的研究卻少有報道?，F代研究表明，中藥材的品質和療效不僅與有機成分有關，也與礦物元素的種類和含量有密切聯系[8-9]，礦物元素對藥效發(fā)揮的協同作用不容忽視。本研究采用ICP-MS法和ICP-AES法對不同主產區(qū)艾葉中35種礦物元素進行測定，并采用多種計量學方法進行分析和評價，其結果可為艾葉品質評價及資源的綜合開發(fā)利用提供科學依據和數據支撐。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

ICAP-6300型ICP-AES儀(美國Thermo Electron公司)；Thermo X Series-Ⅱ型ICP-MS儀(美國Thermo Fisher Scientific公司)；Mars-5微波消解系統(tǒng)(美國CEM公司)；多元素標準溶液(美國Spex公司)；優(yōu)級純硝酸(德國 Merk 公司)。

1.2 樣品處理

艾葉樣品于2019年5月—6月在河南省南陽市和安陽市、湖北省黃岡市、浙江省寧波市以及河北省保定市等地采集，經南陽理工學院黃顯章副教授鑒定為菊科蒿屬草本植物艾Artemisiaargyilevl.et Vant.。將不同產地的艾葉樣品去雜、挑選、干燥、剪碎并混勻后備用。

1.3 儀器及參數

ICP-MS主要工作參數：RF功率為1 200 W，霧化器壓力為1.0 bar，輔助氣(氬氣)流量為0.7 L·min-1，等離子氣流量為13 L·min-1，蠕動泵轉速(r·min-1)為分析(30)+沖洗(70)；ICP-AES主要工作參數：RF功率為1 150 W，蠕動泵轉速為50 r·min-1，輔助氣流量為0.50 L·min-1，霧化器氣體流量為0.7 L·min-1。

1.4 樣品消解及測定

準確稱取預處理后的艾葉樣品約0.4 g于消解內罐，加濃HNO35 mL浸泡過夜，160 ℃保持6 h，冷卻，加熱趕酸至近干，移入25 mL容量瓶中，合并洗液，用1% HNO3定容，混勻備用，同時做試劑空白試驗，上機測定。

1.5 數據分析

采用SPSS 19.0和SIMCA-p 12.0軟件對測定數據進行多元分析。

2 結果與討論

2.1 工作曲線

用1% HNO3介質配制不同濃度梯度的混標溶液，以標準品質量濃度為橫坐標(X)，離子數為縱坐標(Y)，繪制標準曲線。結果表明，各待測元素線性關系良好，線性范圍及定量限均符合分析要求(見表1)。

表1 35種元素的定量限及線性回歸方程Table 1 The LOQ and linear regression equations of 35 elements

2.2 方法學考察

精密度試驗中，取各標準溶液進樣6次并測定，RSD值顯示均小于2.28%，即精密度良好；穩(wěn)定性試驗中，取同一供試品溶液，每隔1 h測定(6次)，RSD值顯示均小于2.72%，即6 h內穩(wěn)定性良好；重復性試驗中，取同一供試品溶液6份，測定后RSD值顯示均小于3.06%，即重復性較好；加樣回收率試驗中，取已測定的樣品0.4 g(5份)，測定后 RSD值顯示均值在98.66%～102.17%之間。

2.3 不同產地艾葉礦物元素分析

分別測定蘄艾、宛艾、海艾、祁艾及北艾中35種礦物元素的含量，并進行方差分析和多重比較，分析結果詳見表2。

從表2可以看出，不同產地艾葉樣品中35種礦物元素均被有效檢出，且產地間元素含量差異顯著。元素質量分數整體呈現出K>Ca>Mg>Al>Fe>Mn>Na>Zn>Cu>Ti>Ba>Sr>Cr>V>Pb>Ni>La>Zr>As>Y>Cd>Co>Mo>Ga>Sc>Sn>Nb>Bi>Be>Tl>Sb>Hg>Ge>Ag>Se的規(guī)律，數量級在10-6～102g·kg-1之間。方差分析和多重比較結果表明，蘄艾與宛艾在Mg，Sn和Hg等10種元素的含量差異上達到顯著水平(p<0.05)；蘄艾與海艾在Ca，As和Al等21種元素的含量差異上達到顯著水平；蘄艾與祁艾在Na，Fe和Ti等12種元素的含量差異上達到顯著水平；蘄艾與北艾在Bi，La和Ba等9種元素的含量差異上達到顯著水平；宛艾與海艾在Be，Co和Ni等14種元素的含量差異上達到顯著水平；宛艾與祁艾在V，Sc，Cr等16種元素的含量差異上達到顯著水平；宛艾與北艾在Ni，Sb和Sr 3種元素的含量差異上達到顯著水平；海艾與祁艾在Zn，Ge和Se等22種元素的含量差異上達到顯著水平；宛艾與北艾在Ni，Sb和Sr 3種元素的含量差異上達到顯著水平；海艾與北艾在Se，Ti和Zr等11種元素的含量差異上達到顯著水平；祁艾與北艾在Bi，Ga和Nb等18種元素的含量差異上達到顯著水平。由此可見，不同產地艾葉的礦物元素含量具有各自的特征，且產地間差異顯著。

表2 測定結果及差異分析Table 2 Determination results and variance analysis

Pb，Cd，Hg，Cu和As是重金屬及有害元素，當在體內蓄積至一定量時可引起免疫系統(tǒng)障礙和多種生理功能損害，在2019國家藥典《藥材和飲片檢定通則公示稿》中明確限度檢查(Pb含量≤5 mg·kg-1，Cd含量≤1 mg·kg-1，As含量≤2 mg·kg-1，Hg含量≤0.2 mg·kg-1，Cu含量≤20 mg·kg-1)。本研究中不同產地艾葉Pb，Cd，Hg和As 4種元素的檢出最高值分別為3.912，0.787，0.055及1.594 mg·kg-1，說明以上4種有害元素的含量均在限度之內，而Cu元素的檢出最高值44.104 mg·kg-1，是限度的2倍以上，這可能與艾葉對Cu元素的富集能力較強有關，需要重視和關注。

2.4 不同產地艾葉主成分分析

主成分分析是利用降維的方式將原始多個變量擬合為少數的幾個主成分，且盡可能多地保留原始變量的信息。為進一步探索不同產地艾葉礦物元素間的關系，采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行主成分分析，分析結果詳見表3。

表3 主成分的特征值及貢獻率Table 3 The eigenvalues and variance contribution of PCA

從表3可以看出，不同產地艾葉35種礦物元素共提取7個主成分(特征值均大于1)，累計貢獻率達82.75%，說明所提取的主成分因子能夠較為全面的反映艾葉產地間礦物元素的綜合信息。通過因子分析發(fā)現，第一主成分中Ca，K，Mg，Na，Fe，Be，As，Al，V，Sc，Cr，Co，Bi，Ga，La，Mo，Ag，Nb，Ge，Se，Sb，Y，Ti，Pb及Zr共25種元素具有較高的載荷值，說明第一主成分主要反映了這25種元素的信息，方差貢獻率占44.91%；同理，第二主成分中Sn，Mn，Hg，Zn，Tl，Cd及Ba共7種元素具有較高的載荷值，方差貢獻率占11.80%；第三主成分中Ni，Cu及Sr共3種元素具有較高的載荷值，方差貢獻率占9.72%；而第四、五、六、七主成分的元素載荷值分布不明顯，方差貢獻率分別為5.55%，4.25%，3.45%及3.07%。用方差貢獻率較大的第一、第二主成分繪制PC1/PC2散點圖(圖1)，從圖1可以看出，雖有少部分樣品出現重疊和混亂，但大多數樣品的分布相對集中且獨立，說明本方法對不同產地艾葉的分類和評價具備可行性。

圖1 不同產地艾葉主成分散點圖Fig.1 The scatter plots of A.argyi by PCA

2.5 不同產地艾葉的綜合評價

以各主成分因子得分與方差貢獻率乘積之和相加，得出不同產地艾葉綜合評價函數為F=0.449 1F1+0.118 0F2+0.097 2F3+0.055 5F4+0.042 5F5+0.034 5F6+0.030 7F7，并計算綜合得分。結果顯示，綜合評價函數加權值(n=15)高低順序為：河北安國的祁艾(6.44)>湖北蘄春的蘄艾(1.79)>河南南陽的宛艾(0.82)>河南安陽的北艾(-3.22)>浙江寧波的海艾(-5.82)。以上結果表明，從礦物元素角度考慮，河北安國的祁艾與湖北蘄春的蘄艾品質較好，這可能與不同產地之間的氣候、土壤、水文等多種生態(tài)因子差異有關。

3 結 論

中藥材中礦物元素的種類和含量是決定中藥寒、熱、溫、涼四性的物質基礎之一，與其質量和療效密切相關。艾葉作為一種常用的中藥材，因其顯著的臨床療效及保健作用備受關注，但關于不同產地艾葉的礦質元素研究卻尚未見報道。

本研究以4個省份5個主產區(qū)的75份艾葉樣品為實驗材料，建立了ICP-MS法和ICP-AES法測定艾葉中35種礦物元素含量的方法，并進行分析與評價。結果表明，所建立的檢測方法線性關系、穩(wěn)定性及精密度均良好，回收率較高；通過主成分分析與因子分析構建綜合因子評價函數并計算，其高低順序為：河北安國的祁艾>湖北蘄春的蘄艾>河南南陽的宛艾>河南安陽的北艾>浙江寧波的海艾，說明從礦物元素角度考慮，河北安國的祁艾與湖北蘄春的蘄艾品質較好。本研究結果可為艾葉的質量控制提供科學依據，也可為制定元素限量標準提供有益參考，具有一定的現實意義。本研究還有一些不足之處，如應把礦質元素與藥效成分相結合進行綜合評價，本課題組將進一步持續(xù)研究。