半邊蓮中重金屬及有害元素測(cè)定與污染評(píng)價(jià)

何 玲，何衛(wèi)保，麥 曦，陳 葶，李 娜，廖一靜，馮麗華，張其民

(南昌大學(xué)藥學(xué)院，江西 南昌 330006)

半邊蓮為桔?？浦参锇脒吷廘obeliachinensisLour.的干燥全草，主治毒蛇咬傷、燒傷、癰腫疔瘡、扁桃體炎、闌尾炎、肝硬化腹水及多種癌癥[1]，為臨床常用中藥材。近年來(lái)，中藥材因其重要而獨(dú)特治療效果而被廣泛使用的同時(shí)，其重金屬及有害元素污染引起的安全性問(wèn)題也受到了越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。重金屬包括鉛、砷、鎘等有害重金屬和銅、鐵等人體必需的微量元素，在體內(nèi)蓄積到一定量時(shí)具有很強(qiáng)的毒性，重金屬鎘對(duì)人體主要是腎毒性和骨骼毒性，并且抑制多種生物酶的活力[2-3]。中藥材在吸收生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)，對(duì)重金屬及有害元素也進(jìn)行吸收富集，導(dǎo)致中藥材中重金屬含量超標(biāo)，服用后在人體內(nèi)代謝緩慢而蓄積，對(duì)人的身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

中藥材對(duì)重金屬及有害元素的吸收不僅受到其生長(zhǎng)土壤、水質(zhì)等環(huán)境因素以及加工炮制方法的影響[4-6]，還與其吸收富集特性密切相關(guān)[7]。Peng等[8]研究發(fā)現(xiàn)在一個(gè)金屬污染地區(qū)半邊蓮嫩枝中鎘含量普遍較高，60%的半邊蓮生物累積因子(BF)都大于1，在對(duì)數(shù)尺度上植物組織中鎘濃度與土壤中鎘濃度呈顯著正相關(guān)，半邊蓮可能是潛在的鎘強(qiáng)累積植物。中藥材中重金屬及有害元素的吸收還存在協(xié)同效應(yīng)。秦雙雙等[9]研究發(fā)現(xiàn)全草類(lèi)中藥材中Pb，As，Cu，Hg這4種金屬元素之間呈顯著正相關(guān)，丹參的指標(biāo)性成分丹參酮類(lèi)與As、Hg呈顯著正相關(guān)。此外，中藥材重金屬及有害元素的污染評(píng)價(jià)是中藥材品質(zhì)和安全性的重要內(nèi)容。李耀磊等[10]運(yùn)用ICP-MS法測(cè)定不同產(chǎn)地冬蟲(chóng)夏草及周?chē)寥乐兄亟饘俚暮?，并采用單?xiàng)污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)As是藥材主要的污染物，綜合來(lái)看冬蟲(chóng)夏草重主要產(chǎn)地重金屬及有害元素污染處于重度污染水平。

然而，目前對(duì)中藥材半邊蓮中重金屬及有害元素的研究相對(duì)較少，缺少重金屬相關(guān)性分析和污染評(píng)價(jià)的研究。為了全面了解我國(guó)半邊蓮中重金屬及有害元素的污染情況，本研究建立了半邊蓮中重金屬及有害元素含量測(cè)定方法，對(duì)全國(guó)不同產(chǎn)地的53批半邊蓮進(jìn)行Cu、Cd、Pb、As、Hg的測(cè)定，分析了半邊蓮中重金屬元素之間相關(guān)性。此外，研究中藥的有效成分與重金屬元素之間的相關(guān)性，可以揭示中藥有效成分與重金屬元素的積累是否具有協(xié)同關(guān)系，對(duì)闡釋中藥有效性和安全性有重要意義，因此，我們對(duì)半邊蓮中香葉木苷和蒙花苷的含量與重金屬元素之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析。采用單因子指數(shù)法及內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)半邊蓮中重金屬污染進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為半邊蓮的質(zhì)量控制提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

電感耦合離子質(zhì)譜儀ICP-MS7700X(Agilent公司)；微波消解儀MARS-Xpress(CEM公司)；離心機(jī)ST16R(上海創(chuàng)萌生物科技有限公司)；超純水儀Milli-Q(美國(guó)Millipore公司)；電子分析天平AR1140(梅特勒-托利多儀器有限公司)。

鉛、砷、鎘、銅混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/mL，5183-4682)購(gòu)自Agilent公司；汞標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 μg/mL，GBW08617 14089)來(lái)自中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；鍺、銦、鉍單混合內(nèi)標(biāo)溶液(100 μg/mL，19-72VYY2)購(gòu)自Agilent公司；硝酸為優(yōu)級(jí)純。

本研究收集了29批半邊蓮藥材和24批半邊蓮飲片，產(chǎn)地包括湖南、福建、江西、安徽、四川、貴州、江蘇、浙江、廣東、廣西、湖北、河北。

1.2 方法

1.2.1 ICP-MS工作條件

反射功率1600 W；采樣深度7.6 mm；載氣流速0.79 L·min-1；輔助氣流速0.35 L·min-1；泵速0.1 r·s-1；S/C溫度2 degC；離子透鏡1為3.5 V，離子透鏡2為-99.5 V；反應(yīng)模式為氦模式；氦氣流速4.5 mL·min-1；重復(fù)次數(shù)3次，測(cè)量方式為標(biāo)準(zhǔn)曲線法。

1.2.2 溶液的制備

精密量取各標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，用2%硝酸溶液配制標(biāo)準(zhǔn)品混合系列溶液。鉛、砷、鎘、銅為0，2，4，8，16，24，32，40，100 ng·mL-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；汞為0，0.1，0.2，0.4，0.8，l.2，2 ng·mL-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液；另精密量取鍺、銦、鉍單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用水稀釋制成l μg·mL-1的混合溶液。取半邊蓮樣品經(jīng)干燥、粉碎成粗粉，取約0.3 g，精密稱(chēng)定，置微波消解罐中，加5 ml硝酸進(jìn)行消解。消解完全后，消解液冷卻至60 ℃以下，取出消解罐，放冷，將消解液轉(zhuǎn)入50 ml量瓶中，用少量水洗滌消解罐3次，洗液合并于量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，于4000 r·min-1離心取上清液。同法制備空白溶液。

1.2.3 測(cè)定方法

測(cè)定時(shí)選取的同位素為63Cu、75As、114Cd、202Hg和208Pb，其中63Cu、75As以72Ge為內(nèi)標(biāo)，114Cd以115In為內(nèi)標(biāo)，202Hg、208Pb以209Bi為內(nèi)標(biāo)。依次將樣品管插入各個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)品溶液、供試品溶液中，內(nèi)標(biāo)管插入內(nèi)標(biāo)溶液中進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4 污染評(píng)價(jià)方法

運(yùn)用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，考察兩個(gè)重金屬元素之間的相關(guān)性，P<0.05表示在5%置信水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，P<0.01表示在1%置信水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

2 結(jié)果與分析

2.1 線性關(guān)系

取“1.2.2”項(xiàng)下制備的不同濃度梯度的鉛、砷、鎘、銅混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和汞單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按“1.2.1”“1.2.3”項(xiàng)下工作條件進(jìn)樣測(cè)定，以測(cè)量值為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，繪制5種元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，其線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1，結(jié)果表明5種元素線性關(guān)系良好。

表1 線性方程及相關(guān)系數(shù)

2.2 定量限

根據(jù)線性試驗(yàn)確定的最低檢出濃度確定各元素的定量限(表2)，Cu、Cd、Pb、As、Hg的定量限分別為：0.01452，0.00186，0.0117，0.02124，0.0002368 mg·kg-1。

表2 檢測(cè)限與定量限

2.3 重復(fù)性試驗(yàn)

取同一批次半邊蓮樣品，平行制備6份樣品溶液，分別測(cè)定6份樣品中的重金屬和有害元素含量，Cu、Cd、Pb、As、Hg的RSD分別為：2.5%，3.0%，5.2%，2.2%，5.5%，結(jié)果表明方法精密度符合痕量分析要求。

2.3 加樣回收試驗(yàn)

精密稱(chēng)取6份已知元素含量的半邊蓮樣品各約0.15 g，分別精密加入一定量的5種金屬元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按“1.2.2”項(xiàng)下方法制成加樣回收樣品溶液進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算各元素回收率，Cu、Cd、Pb、As、Hg的平均加樣回收率(RSD%)分別為：93.75%(3.1%)，102.1%(5.0%)，90.17%(5.2%)，102.3%(5.3%)，91.18%(7.4%)，結(jié)果表明本法準(zhǔn)確度符合痕量分析要求。

2.4 樣品測(cè)定

取各批次半邊蓮藥材和飲片，按“1.2.2”項(xiàng)下方法制備樣品溶液后進(jìn)行測(cè)定，分別計(jì)算各批次樣品中鉛、鎘、砷、汞、銅的含量，結(jié)果如表3所示。53批半邊蓮樣品中，銅元素含量在1.75～19.65 mg·kg-1之間，平均為10.96 mg·kg-1；砷的含量在0.31～12.45 mg·kg-1之間，平均為1.79 mg·kg-1；鎘的含量在0.18～6.89 mg·kg-1之間，平均為1.02 mg·kg-1；汞的含量在0.00022～0.03135 mg·kg-1之間，平均為0.00266 mg·kg-1；鉛的含量在1.16～106.1 mg·kg-1之間，平均為8.78 mg·kg-1。

表3 半邊蓮藥材和飲片中重金屬及有害元素測(cè)定結(jié)果

2.5 半邊蓮中重金屬及有害元素含量相關(guān)性分析

半邊蓮中Pb、Cd、As、Cu這4種重金屬元素之間呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，其中Cu與As在5%的置信水平上呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明半邊蓮中Pb、Cd、As、Cu的積累存在協(xié)同效應(yīng)。此外，Hg與其他4種重金屬元素之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性。結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 半邊蓮中重金屬及有害元素相關(guān)性分析

2.6 半邊蓮指標(biāo)性成分與重金屬元素之間的相關(guān)性

基于本課題對(duì)半邊蓮主要活性成分香葉木苷和蒙花苷含量的研究[12]，以香葉木苷和蒙花苷作為指標(biāo)性成分,結(jié)果表明半邊蓮中兩種指標(biāo)性成分含量與各金屬元素?zé)o顯著性相關(guān)。

2.7 重金屬及有害元素污染評(píng)價(jià)

本研究以ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《中醫(yī)藥-中藥材重金屬限量》中各金屬元素的限量標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，汞、砷、鉛、鎘的限度值分別為3，4，10，2 mg·kg-1。53批半邊蓮中處于安全級(jí)41批，警戒級(jí)5批，輕度污染2批，中度污染3批，重度污染2批。半邊蓮中重金屬及有害元素平均單項(xiàng)污染指數(shù)順序?yàn)镻b>Cd>As>Hg，Cd、As、Hg污染等級(jí)為安全級(jí)，重金屬鉛平均單項(xiàng)污染指數(shù)為0.88，屬警戒級(jí)污染。若不考慮存在極端值的樣品S12(Pb含量為106.1 mg·kg-1)，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均值為0.64，所有批次樣品整體污染等級(jí)為安全級(jí)。結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 半邊蓮中重金屬及有害元素單因子指數(shù)及內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

3 討論

本工作建立了有效的半邊蓮中重金屬及有害元素含量測(cè)定方法，分析了53批半邊蓮中重金屬元素的含量，重金屬元素之間相關(guān)性和兩種指標(biāo)性成分香葉木苷、蒙花苷與重金屬元素之間的相關(guān)性。結(jié)果表明Pb、Cd、As、Cu這4種重金屬元素之間呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，其中Cu與As呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，說(shuō)明這4種元素的積累存在協(xié)同效應(yīng)。重金屬Hg與其他4種重金屬元素之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性，半邊蓮中兩種指標(biāo)性成分香葉木苷、蒙花苷含量與各金屬元素也無(wú)明顯的相關(guān)性。

采用單因子指數(shù)法及內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)半邊蓮中重金屬及有害元素評(píng)價(jià)的結(jié)果表明，重金屬Hg，Cd，As污染等級(jí)為安全級(jí)，Pb為警戒級(jí)污染。所有批次半邊蓮中41批為安全級(jí)，12批為警戒級(jí)以上污染，不考慮極端值樣品的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均值表明半邊蓮總體處于安全級(jí)別。銅作為多種組織酶的活性中心，多個(gè)國(guó)家和地區(qū)權(quán)威機(jī)構(gòu)建議除去藥材中銅元素的限制，因此不對(duì)其進(jìn)行污染評(píng)價(jià)。為了減少半邊蓮中重金屬及有害元素含量，需對(duì)半邊蓮產(chǎn)地土壤、水源、空氣等環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)并修復(fù)，從源頭上減少半邊蓮重金屬污染。