中藥重金屬限量標準現(xiàn)狀及分析方法研究進展

楚 楚，李 璟，顏繼忠

(浙江工業(yè)大學 藥學院，浙江 杭州 310014)

隨著“一帶一路”的推進，中藥作為古絲綢之路重要交流內(nèi)容，其發(fā)展越來越受到國際社會的關注。中藥材重金屬是否超標一直以來都是國內(nèi)外醫(yī)藥市場重點關注的話題。

中藥受重金屬污染因素較多，在藥材種植、加工，中成藥的生產(chǎn)、加工、包裝和貯藏等過程中均可能引起重金屬污染。不同于中藥中其他類型的污染，重金屬殘留會持續(xù)存在，即使藥材被煮沸，重金屬殘留仍會遷移到藥湯中[1]。過量攝入重金屬不僅可能引起機體的急性中毒，還可能會在人體內(nèi)蓄積，引起慢性中毒[2]。因此，中藥重金屬殘留的問題受到了高度關注[3]，解決中藥重金屬殘留問題已迫在眉睫。近年來，已有不少學者對中藥重金屬的研究進展進行了報道，但這些文獻大多僅綜述了中藥重金屬的污染現(xiàn)狀、脫除方法或檢測方法。而重金屬的含量極低，檢測難度大，檢測方法在源源不斷地創(chuàng)新和進步。重金屬的限量標準可以很好地體現(xiàn)檢測方法的普適性，同時亦是檢測方向的風向標[4-8]?；诖耍谥袊笆澜绺鲊?地區(qū)中藥(植物藥)中重金屬限量標準變化的基礎上，對制約重金屬控制的瓶頸——重金屬的檢測方法進行綜述，以期為解決中藥重金屬殘留問題提供思路。

1 限量標準現(xiàn)狀

1.1 國家標準

國家對中藥重金屬殘留問題日益重視，自2001年出臺了《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》，又于2005年在《中國藥典》中增錄中藥重金屬限量及檢測內(nèi)容，之后又陸續(xù)對該部分進行了多次補充修訂。2015版《中國藥典》規(guī)定了白芍、金銀花和西洋參等11 種植物藥，水蛭、鹿角膠和地龍等10 種動物藥，以及煅石膏、白礬等6 種礦物藥的重金屬限量值[9]。2020版《中國藥典》在此基礎上新增了白芷、葛根、當歸和黃精等11 種藥材和飲片的重金屬限量標準以及雄黃中三價砷、四價砷和朱砂中二價汞的限量規(guī)定，同時調(diào)整了山楂、丹參和甘草等8 種植物藥的重金屬含量規(guī)定[10]。其中，《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》中藥重金屬的一般限量標準為砷(As)≤2.0 mg/kg，鉛(Pb)≤5.0 mg/kg，鎘(Cd)≤0.3 mg/kg，汞(Hg)≤0.2 mg/kg，銅(Cu)≤20.0 mg/kg[9-11]。因重金屬具有富集和不易降解的特性，動物藥的重金屬限量標準一般比植物藥高，且高于一般標準[12]。部分礦物藥因自身重金屬發(fā)揮藥效或成分單一，其重金屬限量一般較高或只對某種重金屬作規(guī)定[13]。

1.2 域外標準

中藥國際影響日益增大，歐美等國家/地區(qū)對進口中藥材的重金屬限量十分關注，制定了相應的標準[14]。國際標準化組織(ISO)于2015 年頒布了第一個中藥重金屬標準《中醫(yī)藥-中藥材重金屬限量》。因微量Cu元素對人體有益，為人體所需[15]，歐美等國家/地區(qū)未規(guī)定Cu元素的限量值。各國家/地區(qū)/組織中藥材重金屬限量標準[16]詳見表1。

表1 各國家/地區(qū)/組織中藥材重金屬限量標準

由表1可知：從限量標準的嚴格程度上，我國已頒布的中藥重金屬限量標準與歐、美、日等相當。但從標準涵蓋的檢測范圍來看，美、日等國更加廣泛。如日本對超過100 種植物藥的重金屬限量標準進行了規(guī)定。相較之下，我國藥典僅針對28 種中藥材及飲片進行了重金屬限量規(guī)定[17]。因此，為了中藥國際貿(mào)易的發(fā)展，為更多中藥品種建立科學合理的中藥重金屬限量標準迫在眉睫。而建立限量標準的瓶頸是缺乏快速靈敏有效的重金屬檢測分析方法。目前，中藥重金屬殘留的分析方法主要有傳統(tǒng)分析法(化學分析法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子發(fā)射光譜法和原子熒光光譜法)和新型分析法(陽極溶出伏安法、陰極溶出伏安法、衰減全反射傅里葉變換紅外光譜法、X射線熒光法、毛細管電泳分析法、納米金探針技術、化學發(fā)光免疫傳感器分析法和激光輔助誘導擊穿光譜法)。中藥的組成十分復雜，組分中重金屬含量極低，共存元素干擾大，不同種類的中藥有著截然不同的重金屬污染情況，因此選擇合適的重金屬分析方法對重金屬殘留的控制尤為重要。

2 重金屬測定前中藥材的前處理

因中藥中重金屬含量低，為了提高檢測靈敏度，在分析檢測前一般要進行前處理。傳統(tǒng)的前處理方法有灰化法[18]、濕法消化法[19]、微波消解法[20]和高壓密封溶樣法[21]等，其中微波消解法最為常用[22]。當需要快速處理大體積樣品時，也可用高壓密封溶樣法代替。此外，也有濁點萃取法[23]和超聲波提取法[24]等新的前處理技術。各種方法的特點如表2所示。

表2 前處理方法匯總

3 重金屬檢測方法

3.1 傳統(tǒng)分析法

3.1.1 化學分析法

經(jīng)典的化學檢測方法主要包括紫外分光光度法[31]、納氏比色法[32]和有機顯色法[33]，如表3所示。其中，以紫外分光光度法較為常見。如余樂等[34]應用紫外分光光度法檢測到浙產(chǎn)三葉青中重金屬As，Hg，Pb，Cd，Cu的含量在2015版《中國藥典》規(guī)定限量之內(nèi)。

表3 經(jīng)典化學分析法的優(yōu)缺點對比

由表3可知：經(jīng)典化學分析法雖然操作簡便，對儀器要求不高，但受操作條件或精確度等的限制，并非重金屬檢測所常用。因此，儀器分析法是重金屬分析的首選。

3.1.2 原子吸收光譜法(AAS)

AAS主要包括石墨爐原子吸收分光光度法[35]、火焰原子吸收分光光度法[36]、冷原子吸收法[37]和氫化物-原子吸收法[41]等，優(yōu)缺點詳見表4。AAS中每個元素的氣態(tài)基態(tài)原子只對某些特定波長的光有吸收，邢鳳晶等[38]用氫化物原子吸收法靈敏測定了金銀花中砷的含量，在一定范圍內(nèi)，熒光強度與砷含量成正比[39]。目前AAS可測定的元素有70多種[40]。AAS適用性廣且檢測成本適中，為大多數(shù)實驗室所采用。Li等[41]用冷原子吸收法測定不同來源的龍齒藥材中Hg的質(zhì)量分數(shù)，測得質(zhì)量分數(shù)為0.26～1.16 mg/kg，可為制定龍齒Hg限量標準提供檢測方法。但不能同時測多種重金屬及高污染的缺點仍對AAS的發(fā)展造成一定的限制。

表4 AAS優(yōu)缺點匯總

3.1.3 電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP)

ICP能連續(xù)測定多種重金屬，且污染小，彌補了AAS的不足，是中藥痕量有害元素測定中常被采用的方法。近年來有電感耦合等離子體光學發(fā)射光譜(ICP-OES)[42]、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)[43]和高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法(HPLC-ICP-MS)[44]等方法，詳見表5。

表5 ICP特點匯總

李佳[45]用ICP-MS法同時測定微波消解法預處理后紫梢花樣品中Cu，As，Cd，Pb和Hg這5 種重金屬元素的含量，結果這5 種重金屬的回收率為80.3%～105.2%，RSD值為0.5%～12.1%，該方法適用于檢測紫梢花中這5 種重金屬元素。李邦進[49]應用HPLC-ICP-MS連續(xù)測定了10 種中藥中不同形態(tài)As的質(zhì)量分數(shù)，5種As形態(tài)的方法檢出限均低于5.0 μg/kg，加標回收率為88.7%～101%，相對標準偏差為1.02%～3.34%，該法完全可以滿足中藥中無機砷的檢測要求。

3.1.4 原子熒光光譜法(AFS)

AFS是一種以原子在輻射能激發(fā)下發(fā)射的熒光強度進行定量分析的檢測方法[50]。AFS的檢測靈敏度較高[51]，檢測的范圍較廣，干擾少，可將重金屬從樣品基體中分離出來，樣品導入效率高，自動化程度高[52]。該方法能同時進行多種元素的含量檢測，且無需進行樣品前處理，彌補了ICP需要復雜前處理的不足。但AFS只能分析有熒光效應的重金屬，該特性限制了AFS的普及。楊修鎮(zhèn)等[53]采用原子熒光光譜法測定雄黃中As2O3的質(zhì)量濃度，As進樣質(zhì)量濃度為0～100 ng/mL時，熒光強度值與As質(zhì)量濃度呈現(xiàn)良好的線性關系，可以為建立雄黃的重金屬限量提供依據(jù)。

3.2 新型分析方法

上述傳統(tǒng)分析方法雖能較為高效地分析中藥中重金屬的含量，但大多存在前處理過程復雜、儀器設備要求高、分析時間長和價格昂貴等不足。為了彌補這些弊端，重金屬檢測研究不斷發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了儀器依賴性低、分析費用低廉、操作簡單和分析速度快的新型分析技術。

3.2.1 陽極溶出伏安法(ASV)

ASV是一種利用重金屬離子被還原富集于微電極后再被氧化而產(chǎn)生的電流-電壓曲線變化進行分析的重金屬檢測方法。該方法可同時測多種重金屬以及低濃度樣品，操作簡單、儀器便宜、費用低廉，可獲得較好的響應值和精確度[54]。劉祖圻等[55]用Bi2O3-石墨烯修飾的玻碳電極，建立ASV，快速測定西洋參中Pb和Cd的質(zhì)量濃度。在質(zhì)量濃度為10～90 μg/L時，Pb和Cd的溶出峰電流與其質(zhì)量濃度呈現(xiàn)良好的線性關系，回收率RSD<5.00%(n=6)。該方法能夠精確測定Pb和Cd的質(zhì)量濃度，可以為建立西洋參的重金屬限量標準提供依據(jù)。這是一種有望代替ICP分析中藥重金屬殘留的方法[56]。但該方法易受樣品中氧化還原物質(zhì)的干擾，檢測過程需要注意排除干擾物[57]。

3.2.2 陰極溶出伏安法(CSV)

CSV具有高靈敏度和高選擇性，且能同時測定多種金屬，是一種較為經(jīng)濟實惠的檢測方法[58]。Tekenya等[59]將電化學還原氧化石墨烯/汞膜米復合修飾鉛筆石墨電極與方波吸附式CSV聯(lián)用，分析了自來水以及天然河水樣品中的Ni2+，結果表明：該方法具有極佳的檢測靈敏度，能在0.1 μg/L的水樣中測定金屬離子，遠遠低于世界衛(wèi)生組織的標準。該方法，雖未在中藥重金屬檢測領域普及，但其可靈敏檢測低濃度金屬元素，有望應用于中藥重金屬含量的測定。

3.2.3 衰減全反射傅里葉變換紅外光譜法(FTIR-ATR)

在中藥重金屬分析前，將重金屬離子絡合成可產(chǎn)生紅外吸收的物質(zhì)，繼而采用FTIR-ATR進行測定。該方法的儀器價廉、操作簡單、樣品消耗少，但靈敏度不高，需要與富集技術聯(lián)用。蔡嘉華[60]用濕法消解處理樣品，利用FTIR-ATR測定3 批不同產(chǎn)地地龍中的Cu含量，用ICP-MS設定對照組，F(xiàn)TIR-ATR測定結果與ICP-MS檢測結果間的相對誤差均小于15%，誤差均在10-6以內(nèi)，該方法具有較高的準確度，可為制定地龍Cu限量標準提供依據(jù)。但該方法受被檢測物質(zhì)應具有高紅外線通透性的局限。

3.2.4 X射線熒光法(XRF)

XRF的檢測限一般在10-6范圍內(nèi)，達不到痕量重金屬檢測要求，為了提高檢測限，需進行預濃縮處理[61]。Ayres等[61]用電化學沉積法(EC)進行重金屬電化學預富集，建立電化學X射線熒光法(EC-XRF)，檢測水樣中Pd的含量，結果表明該方法達到了國際藥典指南規(guī)定的檢測靈敏度要求。不同于XRF，同步輻射X射線熒光法(SRXRF)與放射性核素X射線熒光光譜法(RRFS)制樣簡單，無需復雜前處理，可直接進行重金屬分析，不要求將被分析物從基質(zhì)中分離出來，降低了檢測誤差，簡化了操作[62]，且其檢測限可達10-9量級，遠低于質(zhì)子探針技術(10-6量級)等分析技術[63]。Huang等[64]應用SRXRF技術定位監(jiān)測黃連中的Cr元素，取得了較好的效果，為其他中藥材中Cr元素的快速分析檢測提供了參考。

3.2.5 毛細管電泳分析法(CE)

CE是一種快速、高效的分離分析技術，且該方法所消耗的樣品量較小，雖然目前在中藥重金屬檢測方面應用較少，但具有很好的發(fā)展前景。Chen等[65]通過動態(tài)螯合機制掃描樣品時，發(fā)現(xiàn)少量的螯合劑將大量重金屬離子掃掠到毛細管中，提高了Pb，Cd和Hg的檢測效率和靈敏度，結果其相對標準偏差和相對誤差均小于8.7%，該方法具有較高的精密度和準確度，能作為高效檢測重金屬的方法。Li等[66]將CE與ICP-MS技術聯(lián)用，定性定量分析藻類中Pb元素，結果表明：該方法具有較好的相對標準偏差和重現(xiàn)性，回收率可達103.6%，能夠高效靈敏地檢測Pb，為制定藻類中藥材中重金屬限量標準提供技術支持。

3.2.6 納米金探針技術

納米金探針技術對儀器設備的要求不高、費用低，但其具有較高的選擇性，可對重金屬進行高靈敏度的分析，快速得到分析結果。仁增等[67]根據(jù)Cu2+對金納米簇的熒光淬滅特性，以及Cu2+濃度和熒光強度的線性關系，建立納米金探針方法，靈敏、快速地測定Cu2+的含量，但若存在Cd3+和Ag+，Cu2+的含量測定會受到影響。

3.2.7 化學發(fā)光免疫傳感器分析法

化學發(fā)光免疫傳感器利用放射免疫分析的原理，將化學發(fā)光技術、免疫反應以及傳感器技術結合起來，縮短了檢測時間，提高了檢測效率。歐陽輝[68]構建免標記免疫分析方法檢測人參和丹參中Cu的質(zhì)量濃度，檢測范圍為1.0～1 000 mg/mL，檢出限為0.33 mg/mL(S/N=3)，結果表明該方法可用于人參和丹參中Cu的測定。

3.2.8 激光輔助誘導擊穿光譜法(LIBS)

LIBS是一種利用激光脈沖對目標進行燒蝕，并收集和分析等離子體發(fā)射的技術[69]。LIBS操作簡單、不需要樣品制備，能同時進行多元素分析和現(xiàn)場實時分析，但因為水引起的脈沖能量和等離子體信號的吸收、折射和擴散，不適合分析水樣，需要將溶液中的重金屬轉移到固體表面進行分析[70]。Fang等[71]將水樣中的重金屬富集到環(huán)槽親水石墨片上，然后用LIBS對水樣中的Cd，Cr，Cu，Ni，Pb和Zn進行分析，結果其相對標準偏差均小于6%，適合重金屬的現(xiàn)場在線分析，在中藥重金屬檢測中有較好的研究前景；Wang等[72]利用與多元線性回歸法聯(lián)用的激光擊穿光譜法檢測川芎中Pb和Cu的質(zhì)量分數(shù)，結果表明：光譜強度與質(zhì)量分數(shù)呈線性關系，該方法適用于中藥中重金屬的測定。

4 結 論

從調(diào)研國內(nèi)外中藥重金屬限量標準現(xiàn)狀入手，針對建立標準的瓶頸問題，綜述了中藥重金屬檢測的方法。其中，AAS，AFS和ICP等傳統(tǒng)方法價格低、普適性強，已被各國/地區(qū)的藥典收錄，但由于受儀器、操作環(huán)境和成本等方面的限制，不能快速簡便地進行檢測分析。因此，近年來ASV和SRXRF等新型檢測技術不斷涌現(xiàn)，這些方法大多具有儀器依賴性低、分析費用低廉和操作簡單等優(yōu)勢，能夠現(xiàn)場實時檢測，縮短分析時間，順應了目前快速靈敏檢測重金屬的趨勢，其中ASV的應用發(fā)展尤為突出，若能改善其易受氧化還原物干擾的弊端，有望成為未來普適性較強的重金屬檢測方法。因此，加速探索成本低、快速和儀器依賴性低的重金屬檢測新方法和拓寬新方法的適用范圍刻不容緩。此外，2020版《中國藥典》中不僅只簡單規(guī)定了對重金屬元素的檢測，也針對同一重金屬元素的不同價態(tài)規(guī)定了相應限度，體現(xiàn)了重金屬限制標準與時俱進。相信隨著分析檢測手段的不斷進步，中藥重金屬檢測方法會朝著國際化、特色化的道路不斷發(fā)展。