ICP-MS法测定不同产地厚朴中金属元素

方怀防，黄庆竹，张林碧，杨　敏，魏　蒙

(1 中南民族大学 化学与材料科学学院，武汉 430074；2 湖北中医药大学 药学院，武汉 430065)

厚朴为木兰科植物厚朴(MagnoliaofficinalisRehd.et Wils.)或凹叶厚朴(MagnoliaofficinalisRehd.et Wils.var.bilobaRehd.et Wils.)的干燥干皮、根皮及枝皮，其传统功效为燥湿消痰、下气除满，主治湿滞伤中、脘痞吐泻、食积气滞、腹胀便秘、痰饮喘咳等症[1]，常用于临床治疗.现代研究表明：厚朴具有心肌保护、促进消化系统、抗炎镇痛、防龋、抗菌、抗肿瘤等作用[2,3]，常用作处方用药，也是常见中成药的重要组分，颇受关注.

厚朴中的药效成分除酚类、生物碱类、挥发油类等有机物以外，金属元素也是其重要的成分之一.金属元素与人体健康有着密切的联系，许多微量元素如Zn, Fe, Mn, Cu等对人体造血功能、中枢神经系统及能量代谢均有不可忽视的影响[4].研究证明：中药的治疗效果及药理作用与其所含的微量元素种类、含量密切相关，除了直接参与人体中各种生理过程的必需微量元素以外，金属元素还会与人体内多种有机成分形成配合物，共同发挥药效作用，达到治愈的效果[5,6].长期以来，人们对于厚朴的分析研究多集中于厚朴酚及和厚朴酚等有机成分，而对其金属元素的研究还少有报道.此外，中药材的重金属含量超标是阻碍我国中药材进入国际市场的主要因素之一，中药材中重金属残留问题得到了人们的广泛关注[7,8].重金属可与人体内生物酶等多种物质成分发生反应，破坏人体正常生化功能，并导致多种疾病的发生[9]，因此，检测厚朴药材中重金属的含量并建立合理的质量控制标准十分重要.

常用金属元素的测定分析方法有原子吸收光谱法(AAS)[10]、原子荧光光谱法(AFS)[11]、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)[12]、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[13]等.其中ICP-MS法具有分析速度快、相对干扰较少、线性范围宽、检出限极低且能同时测定多种元素等优势.本文采用ICP-MS法对不同产地厚朴药材中的10种金属元素含量进行检测分析，以期为厚朴药材的药理作用研究及安全性评价提供参考依据.

1　仪器与材料

1.1　材料和仪器

厚朴样品采集于湖北黄石、湖北恩施、湖北神农架、四川都江堰及陕西5个不同地区.经湖北中医药大学张林碧教授鉴定为木兰科植物厚朴或凹叶厚朴的干燥干皮. 柑橘叶标准物质[GBW10020(GSB-11)]，中国地质科学院地球物理化学勘查研究所.Mn(GSB 04-1736-2004), Fe(GSB 04-1726-2004), Ni(GSB 04-1740-2004),Cu(GSB 04-1725-2004),Zn(GSB 04-1761-2004), Rb(GSB 04-2836-2011), Sr(GSB 04-1754-2004), Cd(GSB 04-1721-2004), Ba(GSB 04-1717-2004), Pb(GSB 04-1742-2004)标准溶液均由国家有色金属及电子材料分析测试中心生产.65%硝酸(ppb级，德国默克)，高氯酸(优级纯，阿拉丁).超纯水(电阻率≥18.2 MΩ/cm,Milli-Q Advantage A10 超纯水系统制,德国默克).

电感耦合等离子体质谱仪(NexION 300X，美国Perkin Elmer)，电子天平(CP114，上海奥豪斯仪器)，电炉(FL-2，北京市永光明医疗仪器)，电热鼓风干燥箱(DHG-9140A，上海一恒科学仪器)，高速多功能粉碎机(CX-100型，上海緣沃工贸).

1.2　ICP-MS工作条件

经调谐后，仪器参数设置见表1.

表1　ICP-MS主要工作参数

1.3　内标溶液的制备

精密量取Sc, Ge, In标准溶液适量，用φ(HNO3)=1%的硝酸水溶液逐级稀释，制成含Sc, Ge, In各40 μg/L的混合溶液，即得.

1.4　标准溶液的制备

精密量取待测元素标准溶液适量，用1%的硝酸水溶液逐级稀释，制成含Mn, Fe, Zn, Ba, Sr, Pb为0, 1, 5, 10, 25, 50, 100 μg·L-1；含Ni, Cu, Rb, Cd为0, 0.1, 0.5, 1, 2.5, 5, 10 μg·L-1的系列浓度混合溶液.

1.5　样品溶液的制备

取厚朴药材适量，粉碎过65目筛，取药材样品粉末约0.5 g，精密称定，置于150 mL锥形瓶中，加入7 mL浓硝酸和4 mL高氯酸，加盖，浸泡过夜.第2天将锥形瓶置于电炉上加热消解，加热过程中产生大量棕色气体，调节电炉火力使溶液保持微沸，当棕色气体消失且消解液澄清透明时，停止加热.将锥形瓶取下冷却，消解液转移至50 mL容量瓶中，用1%硝酸水溶液少量多次洗涤锥形瓶，洗液并入容量瓶中，再用1%硝酸水溶液定容至刻度，混匀，即得.同法同时制备样品空白溶液.

1.6　样品测定

测试前先用调谐液对仪器进行调谐，优化仪器各项指标，使其达到样品测试要求.编辑测定方法，选取各元素合适的同位素质量数，其中Mn, Fe以Sc作为内标，Ni, Cu, Zn, Rb, Sr以Ge作为内标，Cd, Ba, Pb以In作为内标.在整个分析检测过程中，内标进样管始终插入内标溶液中，将样品管依次插入按“1.4”项制备的系列标准溶液中，按照浓度由低到高进行测定，以每种浓度3次读数与内标读数比值的平均值为纵坐标，对应浓度为横坐标作各元素的标准曲线.后将样品管插入各样品溶液中测定，取3次读数的平均值，代入标准曲线中计算相应的浓度，扣除相应样品空白溶液的浓度，即为各元素的含量.计算公式为：wx=(ρx-ρ0)×V/m,式中：wx/(μgg-1)为样品中各元素含量;ρx/(μgL-1)为标准曲线读取的样品浓度;ρ0/(μgL-1)为标准曲线读取的样品空白浓度;V/L为样品定容体积;m/g 为称样量.

2　结果与讨论

2.1　线性关系及方法检出限

将系列标准溶液依次进样，得到各元素的线性回归方程和相关系数；取样品空白溶液重复进样11次，以目标元素测定结果的3倍标准偏差(3σ)除以该元素标准曲线的斜率(k)，即为该元素的方法检出限，结果见表2.由表2可见：各元素相关系数均在0.9998～1.0000之间，线性关系良好；检出限低，Cd的检出限可达到ngL-1级别.

表2　厚朴中各元素的线性、检出限、精密度和重复性检测结果Tab.2　Determination results of the linear dependence,detection limit,precision and repeatability of each element from Magnolia officinalis

2.2　精密度试验

取同一混合标准溶液连续进样6次，计算RSD值得到各目标元素的精密度，结果见表2.由表2可见，各元素RSD为0.34%～2.10%，说明仪器精密度良好.

2.3　重复性试验

取同一厚朴样品粉末6份，按照“1.5”项平行制备样品溶液，测定并计算各元素含量及RSD.结果见表2.表2中各元素的RSD均小于5%，说明方法重复性良好.

2.4　准确性试验

2.4.1加标回收率试验

取已知含量的厚朴样品0.5 g，共6份，精密称定，分别精密加入高、低2个浓度水平的混合标准溶液，每个浓度平行实验3份，按照“1.5”项方法制备样品溶液并测定，计算各元素的加标回收率，结果见表3.

表3　厚朴中各元素的加标回收率结果Tab.3　Results of recovery tests of each element from Magnolia officinalis

由表3可见：样品回收率在90.57%～114.56%之间，说明此方法准确度高，能满足样品中各元素的分析要求.

2.4.2标准物质验证试验

由于未找到针对厚朴中金属元素含量的标准物质，本文选用与厚朴成分相近的柑橘叶标准物质(国家标准物质，GBW10020)进行方法验证试验.按照“1.5”项下样品溶液的制备方法，对柑橘叶标准物质进行测定，结果见表4.

表4　标准物质测定结果Tab.4　Determination results of standard substances

注：Ni给出的仅为参考值，无标准偏差

由表4可见，测得值均在标准值范围内，表明该方法准确度较好.

2.5　厚朴样品测定结果分析

取5个不同产地的厚朴样品，按“1.5”项下样品溶液制备方法制备样品溶液，按“1.6”项下样品测定方法测定不同产地样品中的10种元素.测定结果见表5. 由表5可见：不同产地的厚朴样品中同一元素的含量有明显差异，陕西厚朴Mn, Fe, Ni含量较高，四川都江堰Fe, Zn含量最高，湖北黄石厚朴Mn, Fe, Rb含量较高，湖北恩施厚朴Sr含量最高，Mn, Ni, Ba含量最低，湖北神农架厚朴Mn, Fe, Rb含量较低，Ni含量处于较高水平.这些差异可能与不同药材种植地区空气、水、土壤等生长环境要素有关.

在所分析的元素中，Cu, Cd, Pb等重金属会改变人体蛋白质等物质的结构，破坏人体组织细胞功能，且易在人体中累积，危害人体健康，需要严格控制.《药用植物及制剂进出口行业绿色标准》[14]及《中国药典》中重金属限量指标为：w(Cu)≤20 μg·g-1,w(Cd)≤0.3 μg·g-1,w(Pb)≤5 μg·g-1.由表5测试结果可见：不同产地厚朴样品中Cu和Cd的含量均未超标；而陕西、四川都江堰、湖北黄石3个产地厚朴样品中Pb含量均超过了限量标准，或由于厚朴种植地区土壤污染等生态环境因素造成，或在药材运输、贮藏等过程中引起重金属污染.有关部门应更加重视中药材种植环境、运输、贮藏等环节重金属污染的问题，加强监管与控制.

表5　不同产地厚朴中金属元素含量的比较Tab.5　Comparison of metal elements in Magnolia officinalis from different origins

注：样品溶液中有些元素浓度较高，超出仪器测量范围，需适当稀释后测定

厚朴药材中Mn, Fe, Zn, Sr, Ba含量较为丰富.其中Mn对人体抗衰老、钙磷代谢、粘多糖的合成、生殖与生长发育等生理过程有重要影响；Fe则参与人体血红蛋白与氧结合，以及脱氧核糖核酸的合成等过程，且与中药补气、补血功效有重要联系；Zn是参与人体免疫功能的一种关键元素，影响着人体的免疫健康；Sr与人体心血管功能、骨骼形成、神经肌肉兴奋性紧密相关，此外，许多抗癌药中Sr的含量较高，在一定意义上，Sr具有抗癌防癌的作用[15,16].这些元素可能对厚朴药效的发挥有一定影响，具体影响方式及作用原理有待进一步研究.

3　结语

本文建立了用ICP-MS同时分析测定厚朴药材中10种金属元素含量的方法，此方法稳定、快速、准确且灵敏度高，可完全满足测定要求.对5个不同产地厚朴药材进行对比分析，结果表明:不同产地厚朴中金属元素含量有一定差异，且存在重金属超标现象，为厚朴药理作用研究及质量控制标准提供参考依据.

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