湘產(chǎn)黃精中24 種礦質(zhì)元素含量測定及主成分分析*

黃 莉，金 凱，蔡嘉洛，戴 冰，楊 磊，馬 杰，肖望重△

（1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，湖南 長沙 410007； 2.湖南省教育科學(xué)研究院，湖南 長沙 410005；3.湖南省藥品檢驗研究院，湖南 長沙 410001）

黃精為百合科植物滇黃精Polygonatum kingianumColl.et Hemsl.、黃精Polygonatum sibiricumRed.或多花黃精Polygonatum cyrtonemaHua 的干燥根莖，具有補(bǔ)氣養(yǎng)陰、健脾、潤肺、益腎之功效，主治脾胃氣虛、體倦乏力、胃陰不足、口干食少、肺虛燥咳、勞嗽咳血、精血不足、腰膝酸軟、須發(fā)早白、內(nèi)熱消渴等［1］。湖南省黃精資源豐富，其中以多花黃精分布地域最廣、蘊(yùn)藏量大、品質(zhì)好，是我國多花黃精主要產(chǎn)區(qū)之一。黃精中含有多糖［2］、皂苷［3］、黃酮［4］、生物堿［5］、氨基酸［6］等活性成分，具有降血糖［7］、調(diào)血脂［8］、抗腫瘤［9］及免疫調(diào)節(jié)［10］等藥理作用。中藥材的療效不僅與其活性成分有關(guān)，也與其中礦質(zhì)元素的種類及含量密切相關(guān)，然而鉛（Pb）、鎘（Cd）、銅（Cu）、砷（As）等重金屬元素在人體內(nèi)累積易損害身體健康［11?13］。目前，礦質(zhì)元素的測定方法主要有原子吸收分光光度（AAS）法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP ?AES）法、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP ?MS）法等，其中ICP ?AES 法具有線性范圍廣、測定迅速、靈敏度高等特點，被廣泛應(yīng)用于中藥和食品領(lǐng)域的多元素分析［14?15］。本研究中采用ICP ?AES 法同時測定湘產(chǎn)黃精中24 種礦質(zhì)元素的含量，并以主成分分析法進(jìn)行多元統(tǒng)計分析，以期為湘產(chǎn)黃精的品質(zhì)評價、質(zhì)量控制及安全性分析提供參考。現(xiàn)報道如下。

1 儀器與試藥

1.1 儀器

ICPE ?9000型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（日本Shimadzu 公司）；MARS6 型微波消解儀（美國CEM 公司）；VB20 型趕酸裝置（美國LabTech 公司）；AE240型電子分析天平（德國Mettler Toledo公司）。

1.2 試藥

鋁（Al）、As、硼（B）、鋇（Ba）、鈹（Be）、鉍（Bi）、Cd、鈷（Co）、鉻（Cr）、Cu、鐵（Fe）、鎵（Ga）、鋰（Li）、鎂（Mg）、錳（Mn）、鎳（Ni）、Pb、銻（Sb）、錫（Sn）、鍶（Sr）、鈦（Ti）、釩（V）、鋅（Zn）混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB04 ?1767 ?2004）購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心；鈣（Ca）單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液［GBW（E）080261］購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，質(zhì)量濃度均為100 μg/mL；HNO3為優(yōu)級純，水為去離子水。14 批黃精藥材產(chǎn)地明確，收集途徑主要為產(chǎn)地采集及當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場或中藥飲片生產(chǎn)企業(yè)采購，經(jīng)湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院張裕民主任中藥師鑒定為正品。詳見表1。

表1 黃精藥材樣品信息Tab.1 Information of Polygonati Rhizoma

2 方法與結(jié)果

2.1 ICP-AES 條件

氬氣氣壓為458.50 MPa，射頻功率為1.2 kW，等離子體流量為10.0 L/min，輔助氣流量為0.60 L/min，載氣流量為0.70 L/min，觀測方向為軸向，觀測位置為低位，靈敏度模式為高靈敏度，曝光時間為45 s；儀器穩(wěn)定延時30 s，溶劑清洗30 s，樣品清洗45 s，吹掃3 次。選擇發(fā)射凈強(qiáng)度大、信噪比高、背景低、共存元素干擾少、強(qiáng)度匹配的譜線為待測元素的分析譜線，各元素分析譜線的最優(yōu)波長見表2。

2.2 樣品處理及溶液制備

將藥材樣品粉碎成粗粉，取約0.5 g，置微波消解罐中，加入5 mL HNO3，加蓋密封，靜置過夜，放入微波消解儀消解（程序見表3）。消解完畢后，將趕酸儀溫度設(shè)為150 ℃，趕酸2～3 h，至溶液剩余2～3 mL時，轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，并用2%HNO3溶液分次洗滌消解罐，洗滌液并入容量瓶中，加2%HNO3溶液定容，搖勻，即得供試品溶液。同法制備不含藥材樣品的空白對照品溶液［16?18］。

表3 微波消解程序Tab.3 Microwave digestion procedure

2.3 方法學(xué)考察

線性關(guān)系及檢測限考察：取1.2項下混合標(biāo)準(zhǔn)溶液及Ca 單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用2%HNO3溶液逐級稀釋，制成各元素質(zhì)量濃度均 為0.01，0.02，0.05，0.10，0.20，0.50，1.00，2.00，5.00 μg/ mL 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液，按2.1項下ICP ?AES條件進(jìn)樣測定，以各待測元素質(zhì)量濃度（X，μg/mL）為橫坐標(biāo)，儀器信號強(qiáng)度（Y）為縱坐標(biāo)，同時扣除空白對照品溶液干擾，進(jìn)行線性回歸。取空白對照品溶液適量，重復(fù)進(jìn)樣測定11 次，記錄儀器信號強(qiáng)度并計算標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的各待測元素質(zhì)量濃度作為儀器檢測限。結(jié)果見表2。

精密度試驗：取0.2 μg/ mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液適量，按2.1 項下ICP ?AES 條件連續(xù)進(jìn)樣測定6 次，記錄儀器信號強(qiáng)度。結(jié)果各待測元素儀器信號強(qiáng)度的RSD為0.31%～2.64%（n=6），表明儀器精密度良好。

重復(fù)性試驗：稱取同一批藥材樣品粉末適量，精密稱定，共6份，按2.2項下方法制備供試品溶液，再按2.1項下ICP ?AES 條件連續(xù)進(jìn)樣測定6 次，記錄儀器信號強(qiáng)度，并計算樣品含量。各待測元素含量的RSD為0.14%～2.64%（n=6），表明方法重復(fù)性良好。

加樣回收試驗：取已知含量樣品（編號S6）適量，共6份，分別加入一定質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)品溶液（Ca、Mg，預(yù)先加入100 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)品溶液5 mL；Al、Fe、Mn，預(yù)先加入100 μg / mL 標(biāo)準(zhǔn)品溶液0.5 mL；其余元素，預(yù)先加入5 μg / mL 標(biāo)準(zhǔn)品溶液1 mL。均水浴蒸干后取樣），按2.2項下方法制備供試品溶液，再按2.1項下ICP ?AES條件進(jìn)樣測定，記錄儀器信號強(qiáng)度并計算加樣回收率。結(jié)果見表2。

表2 24種礦質(zhì)元素的回歸方程與線性范圍、檢測限及加樣回收率Tab.2 Regression equation，linear range，limit of detection and recoveries of 24 mineral elements

2.4 藥材樣品含量測定

取14 批藥材樣品各適量，分別按2.2 項下方法制備供試品溶液，再按2.1項下ICP ?AES條件進(jìn)樣測定，平行測定3 次，記錄儀器信號強(qiáng)度并計算樣品含量。結(jié)果見表4。檢出的13 種共有礦質(zhì)元素含量存在一定差異，其中以Ca含量最高，其次為Mg，Al，F(xiàn)e，Mn，Ba。

表4 14批藥材樣品中礦質(zhì)元素含量測定結(jié)果（mg/kg，n=3）Tab.4 Results of content determination of mineral elements in 14 batches of samples（mg/kg，n=3）

2.5 主成分分析

采用SPSS 26.0 統(tǒng)計學(xué)軟件對14 批藥材樣品中的13 種共有元素進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表5。提取的前

表5 特征值及貢獻(xiàn)率Tab.5 Eigenvalue and contribution

3 個主成分的特征值均大于1，累積貢獻(xiàn)率達(dá)94.41%。

主成分1（PC1）方差貢獻(xiàn)率最大，占57.89%，Al，B，Ba，

Li，Sr，Zn在PC1上有較高荷載，故可認(rèn)為上述元素是湘

產(chǎn)黃精的特征礦質(zhì)元素；主成分2（PC2）累積貢獻(xiàn)率為

80.04%，主要反映了Cu，Mg，Ti 等礦質(zhì)元素指標(biāo)信息；

主成分3（PC3）累積貢獻(xiàn)率為94.41%，主要反映了Ga，

Mn等元素指標(biāo)信息。詳見表6。

表6 主成分荷載矩陣Tab.6 Load matrix of principal components

以PC1 為X 軸、PC2 為Y 軸、PC3 為Z 軸得到3D 散

點矩陣。14 批藥材樣品大致可聚為3 組，見圖1。第1 組

圖1 14批藥材樣品中待測元素主成分分析Fig.1 PCA plot of 14 batches of samples

6批（S1、S2、S7、S8、S9、S11），均產(chǎn)自湘中雪峰山區(qū)；第2組

5 批（S3、S5、S10、S12、S13），均產(chǎn)自湘西武陵山地區(qū)；產(chǎn)

自湘東羅霄山脈的3 批（S4、S6、S14）可歸為一組?？赏茰y，湘產(chǎn)黃精的礦質(zhì)元素含量與地理位置關(guān)聯(lián)較大，而待測元素含量與品種基源并未表現(xiàn)出明顯關(guān)聯(lián)性。

3 討論

礦質(zhì)元素作為中藥的重要組成部分，除本身具有一定的藥理作用外，還能與中藥中其他有機(jī)成分螯合成新化合物，或通過影響中藥藥性與品質(zhì)來調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)各種生物酶的化學(xué)活性、參與激素的合成，傳遞生物信號等［19?20］。本研究中建立的微波消解?ICP ?AES法能快速準(zhǔn)確地同時測定黃精中24 種礦質(zhì)元素的含量，線性范圍廣、靈敏度高，重復(fù)性、精密度、加樣回收率等均能滿足檢測要求。14 批湘產(chǎn)黃精含13 種共有礦質(zhì)元素，Ca 含量為1 100.45～4 740.02 mg/kg，占礦質(zhì)元素總量的50.0%～71.6%。黃精中含量較高的Fe，Mn，Zn 等，作為人體所需微量元素，具有維護(hù)心血管平穩(wěn)、防治動脈粥樣硬化的作用，能為湘產(chǎn)黃精營養(yǎng)價值深度開發(fā)提供依據(jù)［21］。

Pb，Cd，Cr，As 及汞5 種典型重金屬或有害元素在人體蓄積會對肺、腎、肝、免疫系統(tǒng)和生殖器官等造成不可逆的損傷［22］。因此，2020年版《中國藥典》明確要求檢測重金屬及有害元素的藥材品種增至28 個。在檢測的14 批湘產(chǎn)黃精中4 種重金屬或有害元素均低于各自陰量值（Pb 為5 mg/ kg，As 為2 mg/ kg，Cd 為0.3 mg/kg，Cu 為20 mg/kg），說明其安全性較好，可能與14 批湘產(chǎn)黃精來自土壤污染程度較低的山脈區(qū)域有關(guān)。

主成分分析是通過降維技術(shù)把多個變量化為少數(shù)幾個主成分的統(tǒng)計分析方法，在中藥指紋圖譜、多指標(biāo)成分質(zhì)量及微量元素分析、藥材真?zhèn)舞b別等多方面應(yīng)用廣泛［23?24］。本研究中對待測元素含量測定結(jié)果進(jìn)行主成分分析，結(jié)果顯示湖南省內(nèi)各大山脈區(qū)域內(nèi)種植生產(chǎn)的黃精所含元素存在差異，該差異主要表現(xiàn)在地理位置分布上，與藥材品種基原關(guān)系不大，為從礦質(zhì)元素方面評價湘產(chǎn)黃精質(zhì)量提供了新思路。