基于ICP-MS法測定不同產地枳殼28種無機元素含量分析

洪家順，李道成，劉威，張康妍，王裕成

（江西省道地藥材質量評價研究中心，江西南昌，330029）

0 引言

無機元素是各種生物的重要組成部分，大多數(shù)無機元素可以在天然產物中長期保存。生物元素通常反映土壤的組成、環(huán)境因素和生物的營養(yǎng)［1］，因此，有益的營養(yǎng)元素對中藥材的品質評價具有一定的意義。另一方面，在種植、收獲和加工過程中，中藥材可能會受到鉛（Pb）、鎘（Cd）和砷（As）等有毒金屬的污染，會對人類健康造成危害。即使是在微量水平上，危害依然存在。例如導致記憶退化、腎功能不全、生殖缺陷、糖尿病、心血管問題、周圍神經(jīng)炎和免疫系統(tǒng)疾病［2］。在飲食中攝入少量銅（Cu）、鎳（Ni）、錳（Mn）或鋁（Al），并不會對健康產生負面影響，然而，如果攝入過量，可能會出現(xiàn)頭暈、腹瀉、虛弱等毒性癥狀，甚至有患心血管或中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風險［3，4］。

枳殼為蕓香科植物酸橙（CitrusaurantiumL.）及其栽培變種的干燥未成熟果實［5］。枳殼分布于江蘇、浙江、江西、廣東、貴州、四川、西藏等地，主產于四川、江西、湖南，四川產者稱川枳殼，江西產者稱江枳殼，湖南產者稱湘枳殼。目前藥材市場枳殼藥材主要是按產地來區(qū)分規(guī)格，以江西樟樹“鳳眼片枳殼”、新干的江枳殼和重慶江津的枳殼為道地藥材。枳殼主要用于胸脅氣滯，脹滿疼痛，食積不化，痰飲內停，臟器下垂等病癥的治療［6，7］。

目前，有很多學者研究了不同產地枳殼HPLC指紋圖譜［8-11］，以及柚皮苷、新橙皮苷、辛弗林、黃酮類、檸檬苦素［12-16］和枳殼的道地性［17-20］。也有文獻報道了川枳殼、江枳殼、浙江枳殼（衢枳殼）中無機元素的含量［21-25］，但將多個枳殼主產地一起進行無機元素含量差異分析的報道卻很少。

為全面評價枳殼的品質，本實驗以不同產地（湖南、江西、四川、重慶、浙江）作為研究對象，通過微波消解-ICP-MS法同時測定枳殼中Li、Be、Mg、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Zr、Mo、Cd、Sn、Sb、Cs、Ba、Hg、TL、Pb、Bi 28種無機元素的含量，分析不同產地枳殼中無機元素含量的差異，通過相關性分析、主成分分析和聚類分析，為枳殼的科學研究、開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 材料與試劑

枳殼收集于湖南省、江西省、四川省、重慶市、浙江省等5個產地，共80批樣品，所有樣品經(jīng)江西省道地藥材質量評價研究中心寧知貴藥師鑒定為正品。樣品信息見表1。

表1 樣品產地信息

硝酸（UP級，蘇州晶銳化學試劑公司），實驗用水為一級水，內標元素為鍺（72Ge）、銦（115In）。

（Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn）多元素標準溶液（批號GSB04-1767-2004，100μg/mL），Rb（GSB04-2836-2011，1000μg/mL），Mo（GSBG62035-90，1000μg/mL），Cs〔GSB04-1724-2004（b）〕單元素標準溶液，采購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

Hg（批號：22071135，1000 μg/mL）、Se（批號：22101835，1000 μg/mL）、Ge（批號：22072635，1000 μg/mL）、In（批號：21122035，1000 μg/mL），采購于國家鋼鐵材料測試中心。

1.2 主要設備

ETHOSUP微波消解儀和趕酸器（北京萊伯泰科）；ICAPRQ電感耦合等離子體質譜（ThermoFisher）；XSR205DU/A型電子天平（梅特勒-托利多）；DHG-9240A型臺式電熱恒溫鼓風干燥箱，Pulverisette11刀式研磨儀（德國Fritsch）。

1.3 實驗方法

精密稱取0.5g（精確至0.1mg）烘干好的枳殼粉末置于消解罐中，加入5mL高純硝酸后，預消解過夜，根據(jù)預先設定的程序進行微波消解。試樣消解完成后，自然冷卻至60℃以下后取出，取出微波消解管，將消解液轉入50mL容量瓶中，用少量水洗滌消解罐3次，將洗滌液合并于容量瓶中，超純水定容至刻度，搖勻，即得（如有少量沉淀，必要時離心分取上清液）。同法制備試劑空白溶液。

ICP-MS開機穩(wěn)定30min后再對待測液進行調諧和質量校正，使儀器的狀態(tài)調至最佳。儀器工作條件如下：等離子體功率1550W；霧化器流量0.9968L/min；輔助氣流量0.800L/min；采樣深度5mm；冷卻氣流量14L/min；碰撞氣流量5.122L/min檢測器電壓（脈沖）1278.59V；檢測模式KED；蠕動泵泵速為40r/min。

1.4 安全性評價

單因子污染指數(shù)法：單因子污染指數(shù)法通常是指能夠分別反映目標物中各個元素的污染程度，其計算公式為Pi=Ci/Si〔式中Pi為目標物中污染元素i的單因子污染指數(shù)，Ci為污染元素i的實測濃度值（mg/kg），Si為i種污染元素的評價標準（mg/kg）〕。其中根據(jù)《中華人民共和國藥典》（2020版）一部對梔子中重金屬及有害物質的限量標準值：Cu≤20.0mg/kg，Hg≤0.20mg/kg，As≤2.0mg/kg，Cd≤1.0mg/kg，Pb≤5.0mg/kg。Pi≤0.7為優(yōu)良，0.7≤Pi≤1.0為安全，1.0＜Pi≤2.0為輕污染，2.0＜Pi≤3.0為中污染，Pi＞3.0為重污染，Pi值越大，說明受到污染越嚴重［21］。

內梅羅綜合污染指數(shù)法：內梅羅綜合指數(shù)法突出了高濃度污染物對環(huán)境質量的影響，同時兼顧單因子污染指數(shù)的平均值。由于樣品同時被多種重金屬元素污染，因而樣品污染評價要運用綜合指數(shù)法進行評價。其計算公式如下：

式中：P綜合為綜合污染指數(shù)，Pi（max）為各單項污染指數(shù)中的最大值。P綜合≤0.7為優(yōu)良，0.7＜P綜合≤1.0為安全，1.0＜P綜合≤2.0為輕污染，2.0＜P綜合≤3.0為中污染，P綜合＞3.0為重污染，P綜合值越大，說明受到污染越嚴重［26］。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL2010軟件建立不同產地枳殼樣品無機元素含量的原始數(shù)據(jù)，所用數(shù)據(jù)采用Origin 2022、SPSS 27.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與討論

2.1 方法的線性與檢出限

在儀器狀態(tài)穩(wěn)定的前提下測定制備好的混合標準溶液，測定結果見表2，各元素相關系數(shù)在0.998～1.0，表明線性關系良好；其中自變量x為樣品濃度（μg/L），y為強度。

表2 無機元素回歸方程、相關系數(shù)及檢出限

2.2 精密度和加標回收實驗

精密度試驗：按照設定的檢測方法進行測定，平行測試6次，計算28種無機元素峰強度的RSD為1.8%～8.4%，表明儀器精密度良好。

重復性試驗：取同一批枳殼供試品進行6次平行測定，計算得到28個無機元素峰強度的RSD為1.5%～8.5%，表明該方法重復性良好。

加標回收試驗：在枳殼供試品中添加一定量的標準溶液，按照設定的檢測方法處理并測試，計算得到28個無機元素的平均加標回收率為80%～110%，RSD為0.3%～7.8%，表明所建立的檢測方法準確可靠，可用于枳殼中多種無機元素的同時測定分析。

2.3 枳殼中無機元素含量測定

將處理好的5個產地的枳殼供試品，按照預先建立的檢測方法進行測試。依據(jù)表3，不同產地的枳殼中均含有Mg、Fe、Mn、Cu、Sr、Ba等無機元素，各無機元素間含量存在較大差異。湖南、江西、四川、重慶、浙江等5產地枳殼中的Mg含量最高，江西新干最高達2440mg/kg。其他元素如：Fe含量23～110mg/kg；Mn含量4～64mg/kg；Cu含量3～6mg/kg；Zn含量8～25mg/kg；Sr含量4～87mg/kg；Ba含量8～97mg/kg。枳殼中有害重金屬Hg含量較低，均未檢出，Pb、Cd、As檢出含量值均遠小于2020年版《中國藥典》規(guī)定的限量標準值，Cu含量檢出結果均未超過藥典限量標準值，但均有不同濃度的檢出，需引起注意。

表3 各產地枳殼樣品無機元素測定結果（mg/kg）

2.4 重金屬安全性評價

根據(jù)《中華人民共和國藥典》（2020版）一部對梔子中重金屬及有害物質的限量標準值（Cu≤20.0mg/kg，Hg≤0.20mg/kg，As≤2.0mg/kg，Cd≤1.0mg/kg，Pb≤5.0mg/kg），7批梔子樣品中Cu、As、Cd、Hg、Pb含量均符合規(guī)定。不同產地枳殼中重金屬及有害元素安全性評價如表4所示。單項污染指數(shù)和內梅羅綜合污染指數(shù)均小于0.7，評價為優(yōu)良，這表明枳殼生長環(huán)境未受到污染。

表4 枳殼中重金屬及有害元素安全性評價

2.5 無機元素相關性分析

從圖1可知，枳殼中21種無機元素含量之間17個極顯著正相關（P＜0.01），13個顯著正相關（P＜0.05）；1個顯著負相關，為Rb-Sr，這說明枳殼在生長過程中對土壤環(huán)境元素吸收有一定的選擇性，存在不同程度的協(xié)同或拮抗作用。

圖1 枳殼無機元素相關分析圖

2.6 主成分分析

由表5可知，前7個主成分累積貢獻率達86.89%（＞85%），具有較強的代表性，因此選擇前7個主成分進行分析，采用最大化方差法進行旋轉，獲得因子載荷矩陣。

表5 主成分的初始特征值與貢獻率

由表6可知，對第一主成分貢獻大的元素為Mo，對第二主成分貢獻大的元素為Ga和Se，對第三主成分貢獻大的元素為Rb，對第四主成分貢獻大的元素為Fe和Ni，對第五主成分貢獻大的元素為Mg，對第六主成分貢獻大的元素為Sn，對第七主成分貢獻大的元素為Ba。綜上可知，Mo、Ga、Se、Rb、Fe、Ni、Mg、Sn和Ba是枳殼藥材的特征元素，可用于其質量控制。

表6 旋轉變換后的因子矩陣

2.7 聚類分析

對20個產地枳殼樣品中的無機元素含量進行聚類分析，當歐式距離平方和為5時，18個樣品可被分為4大類，結果見圖2。第1類：S2，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S11，S13，S14，S15，S16，S18，S20；第2類：S12；第3類：S10，S17，S19；第4類：S1，S3。從分類結果可知，第1類樣品分別來自湖南、江西、四川、重慶和浙江；第2類樣品來自江西；第3類樣品來自江西、重慶、浙江；第4類樣品來自湖南。由此表明，各地樣品具有一定的差異性，不同的土壤環(huán)境、氣候條件導致了樣品中無機元素的差異性。

圖2 枳殼聚類分析結果

3 結論

本實驗采用微波消解-ICP-MS法同時測定枳殼中的Li、Be、Mg、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Zr、Mo、Cd、Sn、Sb、Cs、Ba、Hg、TL、Pb、Bi等28種無機元素，運用碰撞反應池（KED）模式和內標法排除了機體效應和多原子分子離子的干擾，通過樣品的加標回收試驗，保證了檢測方法及結果的準確性、可靠性，適用于對枳殼中無機元素的測定。

本實驗測定了20個產地80批枳殼中無機元素含量，基本覆蓋了枳殼的主產地，可反映枳殼無機元素含量的整體情況；Cu、Hg、Pb、Cd、As檢出含量值均低于2020年版《中國藥典》規(guī)定的限量標準值；不同產地枳殼中重金屬及其有害元素的單項污染指數(shù)和內梅羅綜合污染指數(shù)均小于0.7，評價為優(yōu)良；以枳殼中檢出的21種無機元素含量進行主成分分析，篩選出9種特征元素（Mo、Ga、Se、Rb、Fe、Ni、Mg、Sn和Ba）對總方差的累積貢獻率達86.89%；通過對無機元素含量進行聚類分析，可將20個產地分為4大類，表明枳殼無機元素的含量與土壤環(huán)境、氣候條件具有相關性。本研究結果可為枳殼藥材質量控制和安全性評價提供參考。