電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定皂角刺中26種元素

陳小紅

（淮安市食品藥品檢驗所，江蘇淮安 223000）

皂角刺［1-2］為豆科植物皂莢的干燥棘刺，具有消腫托毒，排膿，殺蟲之功效。常用于癰疽初起或膿成不潰，外治疥癬麻風(fēng)。皂角刺含黃酮甙、酚類、氨基酸等成分，可用于治療急性扁桃體炎，還具有一定的抗癌作用。皂角刺化學(xué)成分研究文獻報道較多［3-4］，其無機元素的分析文獻報道較少，僅有使用火焰原子吸收光譜法測定皂角刺中7種微量元素的方法［5］，而皂角刺中所含的多種無機元素與其療效密切相關(guān)，因此研究在皂角刺中多種無機元素的含量及分布情況至關(guān)重要。

目前同時測定多種元素的方法主要有電感耦合等離子體質(zhì)譜法、高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法等，其分析速度快、靈敏度高，但是共存或與無機元素結(jié)合的大量有機物質(zhì)會干擾測定，必須預(yù)先將有機物質(zhì)全部破壞掉，使待測元素變?yōu)闊o機物的形態(tài)，然后進行測定，因此需對待測樣品進行消解處理。筆者采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法［6-11］同時測定皂角刺中26種無機元素（Al、As、B、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、Pb、Sb、Se、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn、Hg）的含量，采用硝酸作為消解溶液，此法消解時間短，操作安全簡單，結(jié)果準確可靠，為從無機學(xué)角度控制飲片質(zhì)量提供技術(shù)支持。同時運用統(tǒng)計學(xué)軟件對皂角刺進行聚類分析和主成分分析，對于評價藥材優(yōu)良、控制藥材質(zhì)量有一定的幫助。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：NexION 350X型，美國PerkinElmer公司。

微波消解儀：Multiwave 3000型，奧地利Anton Paar公司。

超純水機：Milli-QR型，美國密理博公司。

電子分析天平：XSDU205型，感量為0.01 mg，瑞士梅特勒托利多公司。

Hg元素標準溶液：質(zhì)量濃度為1 000μg/mL，批號為195048-1，北京國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

25種元素混合標準溶液：包含Al、As、B、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、Pb、Sb、Se、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn，質(zhì)量濃度均為100 μg/mL，批號為18D5095，北京國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

Sc、Bi、Y、Rh混合內(nèi)標標準溶液：質(zhì)量濃度均為100 μg/mL，批號為18D7287，北京國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

Au元素標準溶液：質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL，批號為166079-1，北京國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

硝酸：優(yōu)級純，美國默克公司。

皂角刺樣品：7批，具體信息列于表1。

表1 樣品信息

實驗用水為自制超純水。

1.2 溶液的制備

25種混合元素標準貯備溶液：精密量取1.1中25種元素混合標準溶液適量，用2%硝酸溶液稀釋成各元素質(zhì)量濃度均為1 μg/mL的25種元素混合標準貯備溶液。

Hg標準貯備溶液：取Hg標準溶液適量，用2%硝酸溶液稀釋成質(zhì)量濃度為1 μg/mL的Hg標準貯備溶液。

25種元素系列混合標準工作溶液：精密量取25種元素混合標準貯備溶液適量，加2%硝酸溶液分別稀釋成含25種元素質(zhì)量濃度分別為0、2、5、10、50、200、500 ng/mL的系列混合標準工作溶液。

Hg系列標準工作溶液：精密量取Hg標準貯備溶液，加2%硝酸溶液稀釋成Hg元素質(zhì)量濃度為0、0.2、0.5、1、2、5 ng/mL的Hg系列標準工作溶液。

5種混合內(nèi)標溶液：精密量取混合內(nèi)標標準溶液和金元素標準溶液適量，用2%硝酸溶液稀釋成含混合內(nèi)標50 ng/mL、金元素200 ng/mL的混合溶液。

供試品溶液：取經(jīng)過60 ℃干燥2 h的皂角刺樣品，粉碎成粗粉，精密稱取0.5 g，置微波消解罐中，加硝酸6 mL，密封之后按照1.3設(shè)定微波消解程序進行消解。消解后的樣品轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用適量超純水洗滌消解罐，洗液并入容量瓶中，用超純水稀釋至標線，搖勻，即得供試品溶液。同時制備樣品空白溶液。

1.3 儀器工作參數(shù)

微波消解程序：20 min內(nèi)功率升至1 400 W，維持20 min。

ICP-MS儀器參數(shù)見表2。

表2 ICP-MS儀器參數(shù)

測定時選取同位素11B、23Na、44Ca、25Mg、27Al、39K、47Ti、51V、52Cr、55Mn、57Fe以45Sc為 內(nèi) 標 元 素，59Co、60Ni、59Cu、66Zn、75As、82Se以89Y為 內(nèi) 標 元 素，121Sb、88Sr、95Mo、118Sn、138Ba、111Cd以103Rh為內(nèi)標元素，208Pb、202Hg、205Tl以209Bi為內(nèi)標元素。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品處理方法的選擇

分析元素常用消解的方式有干法、濕法及微波消解法，干法基本不加試劑，需在高溫下灼燒，以達到破壞有機物質(zhì)的目的，濕法及微波消解法常用的溶劑有鹽酸、硝酸、硫酸、高氯酸等。

采用微波消解儀、馬弗爐兩種方式對樣品進行消解，兩種方法測得各元素含量接近，但馬弗爐法所需溫度較高、時間較長；微波消解法速度快、時間短，操作安全，故選擇微波消解法對樣品進行前處理。

2.2 消解液的選擇

使用鹽酸、硝酸兩種酸分別對樣品進行消解。由試驗結(jié)果可知，用鹽酸消解的樣品溶液中各元素含量測定的重現(xiàn)性較差，部分元素的含量極低，可能與鹽酸中氯離子干擾有關(guān)；采用硝酸做消解液，進樣測定得到的各元素含量基本保持一致，因此選用硝酸作為消解液。

在使用硝酸消解的前提下，參照藥典通則［12］規(guī)定，比較使用體積為5、6、8 mL時樣品消解情況。由試驗結(jié)果可知，使用5 mL硝酸時樣品溶液略有渾濁；使用6 mL及8 mL時樣品溶液澄清，測定得到的各元素含量接近，本著降低成本、減少儀器損耗的原則，選用6 mL硝酸對樣品進行消解。

2.3 微波消解程序的選擇

微波消解時使用兩種程序消解，第一種為10 min內(nèi)功率升至500 W，維持20 min，10 min到20 min功率升至1 200 W，維持20 min；第二種為20 min內(nèi)功率升至1400 W，維持20 min。由試驗結(jié)果可知，所得溶液均澄清透明，所測元素含量結(jié)果相差不大，本著提高節(jié)省時間的原則，選擇第二種消解方法。

2.4 儀器干擾消除

為了消除質(zhì)譜干擾，選用質(zhì)量數(shù)相對接近的元素作為內(nèi)標元素，對測定結(jié)果進行校正。金元素是測定汞元素時所需要使用的元素，因為汞元素存在記憶效應(yīng)，為減少儀器上殘留，加入一定量的金標準溶液，金與汞能形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，這樣就能消除儀器對汞元素的記憶效應(yīng)，測定結(jié)果更準確，測定同時采用扣除空白和在線加入內(nèi)標的方法消除干擾。儀器采用He碰撞模式能明顯消除對待測元素的干擾，調(diào)節(jié)載氣、輔助氣儀器工作的流量，可以減少元素在采樣錐處的富積，優(yōu)化后的條件見表2。

2.5 線性考察及檢定限與定量限

取25種混合元素系列標準工作溶液及Hg系列標準工作溶液，按設(shè)定的參數(shù)測定，以各元素的質(zhì)量濃度為橫坐標（X），各元素測量的經(jīng)內(nèi)標校正的信號值作為縱坐標（Y），進行線性回歸，計算線性方程與相關(guān)系數(shù)，各元素線性方程及相關(guān)系數(shù)見表3。

取2%硝酸溶液按設(shè)定的方法連續(xù)進樣10次，以測定結(jié)果3倍的標準偏差所對應(yīng)的濃度值作為各元素的檢出限，10倍標準偏差所對應(yīng)的濃度值作為各元素的定量限，結(jié)果見表3。

表3 26種元素線性關(guān)系考察結(jié)果及檢出限與定量限

結(jié)果表明各元素相關(guān)系數(shù)r為0.999 0～0.999 8，檢 測 限0.000 03～0.62 mg/kg，定 量 限0.000 1～2.07 mg/kg。

2.6 儀器精密度試驗

取濃度為200 ng/mL的25種混合元素標準工作溶液及濃度為2 ng/mL的汞標準工作溶液，按設(shè)定的方法重復(fù)測定6次，記錄信號值，經(jīng)計算得到各元素測定結(jié)果的相對標準偏差為1.27%～4.87%，表明儀器精密度良好。

2.7 重復(fù)性試驗

精密稱取1號樣品6份，按1.2項方法制備供試品溶液，按建立方法進行測定，計算各元素含量。經(jīng)計算得測定結(jié)果的相對標準偏差為2.12%～5.57%，表明方法重復(fù)性良好，符合分析要求。

2.8 加標回收試驗

精密稱取1號樣品6份，每份約0.5 g，分別精密加入一定量26種元素混合標準溶液（25種元素加入量為2.5 μg，Hg元素加入量為0.05 μg），按1.2項下方法制備供試品溶液，按建立的方法進行測定，計算加標回收率，結(jié)果列于表4。由表4可知，26種元素的加標回收率為95.08%～104.80%，測定結(jié)果的標準偏差為0.33%～3.10%，表明此法準確可靠。

表4 加樣回收實驗(n=6)

續(xù)表4

續(xù)表4

續(xù)表4

3 質(zhì)量考察

3.1 樣品中26種元素測定

取上述7批皂角刺樣品，按1.2方法制備供試品溶液進行測定，結(jié)果見表5。由表5可以了解各元素在樣品中含量分布情況，特別是有害重金屬元素，對評價飲片質(zhì)量、臨床用藥提供一定指導(dǎo)作用。

表5 7批皂角刺中26種元素的質(zhì)量分數(shù) mg/kg

3.2 主成分分析

對測得的7批皂角刺樣品中26種無機元素含量數(shù)據(jù)進行考察，剔除未檢出的Se、Sn、Sb、Tl四種元素，剩余22中元素數(shù)據(jù)通過SPSS 22.0軟件標準化后進行主成分分析，根據(jù)特征值和方差貢獻率選擇4個主成分因子，見表6。

表6 4各主成分因子及特征值和貢獻率

結(jié)合碎石圖（見圖1）可直觀的看出前4個因子可基本反映出不同批次皂角刺的大體情況。

圖1 主成分因子碎石圖

初始因子載荷矩陣見表7，由表7可知，主成分1主要反映了Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pb這10個成分的信息，主成分2主要反映了Ti、As、Mo、Ba、Hg這5個成分的信息，主成分3主要反映了Mg、K、Ca、Sr這4個成分的信息，結(jié)合載荷圖（見圖2），分布規(guī)律基本一致。

表7 初始因子載荷矩陣

圖2 因子載荷圖

3.3 飲片的排名

計算皂角刺4個主成分得分、總得分，以確定皂角刺的排列順序。使用SPSS 22.0軟件，由初始因子載荷計算出各個主成分的特征向量值，結(jié)果列于見表8。將7批皂角刺樣品22個元素數(shù)據(jù)標準化，由標準化后數(shù)據(jù)和各主成分特征向量值計算出主成分因子的得分F1、F2、F3、F4，再根據(jù)各主成分得分及特征值λ，按照如下公式（1）計算出總的得分F，結(jié)果列于表9。

表8 4個主成分的特征向量值

表9 主成分因子得分及飲片排名

由表9可知，5號樣品排名第一，3號、6號接近，7號最差，從無機元素的角度，通過主成分分析，可以清楚地分別飲片質(zhì)量的等級層次。

幾批皂角刺有機元素測定中，Mg、Al、K、Ca、Fe含量豐富，這幾種元素參與人體重要生命活動，與人類的健康密切相關(guān)。參考《中國藥典》2020年版飲片重金屬及有害元素檢查項下的限量規(guī)定，鉛不得過5 mg/kg，鎘不得過0.3 mg/kg，砷不得過2 mg/kg，汞不得過0.2 mg/kg，銅不得過20 mg/kg，結(jié)合表8、表9，1號、2號汞超出限度，3號、5號銅超出限度，可能與環(huán)境污染、藥物的過度使用有關(guān)，劇毒物Ti未檢出。

4 結(jié)語

建立了ICP-MS法［13-16］測定皂角刺元素的含量，通過主成分分析研究皂角刺的品質(zhì)等級，對研究皂角刺的功效及對人體的作用將有極大的幫助。