能量色散X射线荧光光谱快速测定山楂中 As、Cr、Pb 含量 *

王 毅，方 萍，李 晶，阿布迪·热合曼吾加布度拉，张诗文，戚雪勇江苏大学药学院，江苏 镇江 212000

山楂为蔷薇科植物山里红或山楂的干燥成熟果实［1］，具有保护心脑血管、抗菌、抗氧化、降血压、降血脂、抗肿瘤等药理作用［2］。相关报道［3］指出山楂中存在一些对人体有害的重金属元素，王枚博等［4］研究分析金银花、山楂等10种中药材中铅(Pb)、砷(As)等15种无机元素含量，结果发现，这些药材中的重金属或有害金属元素含量存在超标现象，因此有必要对中药材进行监管控制，确保中药材使用的安全性。2015版药典规定［1］，原子吸收荧光光谱法或电感耦合等离子体质谱法测定山楂中的 Pb，镉(Cd)，As，汞(Hg)和铜(Cu)5 种元素含量，限度为 Pb≤5 μg/g，As≤2 μg/g。但是，电感耦合等离子体(ICP)必须是液体进样，所以样品需要消解等复杂的前处理，特别是难溶性样品，处理更为繁琐，而且消解会导致挥发性元素的丢失，测量结果出现偏差；原子荧光光谱(AFS)用于复杂基体测定时比较困难。

能量色散X射线荧光光谱(EDXRF)分析是对物质中元素成分和含量进行定性、定量以及试样物理特征分析的一种仪器方法［5］，具有操作简单、检测效率高、样品预处理简单、非破坏性以及测定迅速等特点［6-7］，适合于多种类型的固态和液态物质的测定［8］。Desideri D 等［9］利用 EDXRF 技术测定意大利几种茶叶和甘菊叶以及果实中的必需和非必需元素含量，结果发现不同植物的元素含量比例取决于其生长的土壤组成和气候条件。吴隽等［10］采用拉曼光谱和能量色散X射线荧光分析等无损技术手段对陶瓷釉彩的元素组成和物相组成进行综合分析，探讨景德镇元、明和清代釉上彩绘瓷若干典型颜料种类的组成配方及其相应的呈色机制。秦旭磊等［11］利用EDXRF法检测茶叶中金属元素含量，实验检测发现，EDXRF法测得数值实际相对误差＞6%，相对标准偏差＞5%。

本研究利用EDXRF法测定山楂中As、Cr和Pb 3种有害金属元素含量，并与电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)的结果进行对比，评价EDXRF快速检测的实用性。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂 VISTA-MPX型电感耦合等离子体发射光谱仪(美国瓦里安公司)；EDX3600H(江苏昆山天瑞仪器有限公司)；ZHY-401压样机(北京众合创业科技发展有限责任公司)；FSJ-A05B1粉碎机(广东顺德乐品科技发展有限公司)；DHG-9145A型电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)；NUII系列台上式超纯水机(南京优普环保设备有限公司)；双层铁皮电炉(上海申航五金电器厂丹阳分厂)；相仪H1650-W台式微量高速离心机(相仪集团)。优级纯的硝酸及分析纯的硝酸、高氯酸和硼酸，超纯水。市售山楂饮片(产自山东)。

1.2 仪器工作参数 仪器测定条件经过正交法优化，选定最佳工作条件，见表1。

表1 仪器工作参数

1.3 样品预处理 将山楂样品置60℃烘箱中烘4～6小时，粉碎机粗粉，过100目筛后用玛瑙研钵研成细粉末，过200目筛，混合均匀，装于自封袋中，做好标记，放入干燥器，备用。

1.4 样品制备及测定 精密称取过200目筛后的干燥山楂样品粉末4.00 g置于压样模具中，铺平表面，再准确称取干燥硼酸粉末10.0 g，均匀充填样品四周和上表面，在30MPa压力下压片30秒，EDXRF测定。

1.5 湿法消解-ICP-AES测定山楂样品Pb、As、Cr含量 所有玻璃仪器在使用前用3 mol/L的分析纯硝酸溶液浸泡过夜。精密称取山楂样品粉末0.5000g，置于100mL三角瓶中，加入6mL硝酸-高氯酸(5∶1)混合溶液，超声溶解，混合均匀后，封口膜封口，静置过夜。次日，置于放有石棉网的电炉上缓慢加热至消化液呈无色透明，并出现大量高氯酸烟雾(几近全干)时，停止加热，放冷至室温后加入10 mL超纯水，加热至沸，取下三角瓶，待冷却后将溶液转移至25 mL量瓶中，用超纯水定容至刻度。离心，取上清液，ICP-AES法测定元素含量，同时做空白对照实验［12］。

样品在相同条件下平行测定5次，取平均值作为最终测量值，即作为山楂样品中元素含量的参考值，结果为 As：0.7469 μg/g，Cr：7.5397 μg/g，Pb：1.6181 μg/g，山楂样品 5次测量结果的误差分析见表2。

表2 ICP-AES测定结果的误差分析

2 结果

2.1 标准曲线方程 利用天瑞仪器自带的中药标准曲线测定山楂中Pb、As、Cr元素含量，各元素标准曲线方程见表3。

表3 各元素标准曲线方程

2.2 EDXRF仪器条件的选择 采用EDXRF方法对山楂样品中Pb、As、Cr含量进行测定，除基体效应外，还有很多因素影响实验结果，例如山楂样品的颗粒粒径、紧实度、含水量、仪器测试管压、测试管流等，测定待测样品时对各项实验条件进行优化选择能够有效提高测定结果的准确度［13］。

2.2.1 标准样品的选择 选择和待测样品同类型的经过多次ICP-AES测定的防风样品作为标准进行实验条件的优化选择。

2.2.2 实验条件优化选择基本方法 在对实验条件进行优化的过程中，通过控制变量法实现样品中Pb、As、Cr元素测定最佳条件的选择。

本实验以相对标准偏差的方式表示不同参数条件对实验结果的影响程度，确定最佳实验条件。实验结果精密度用相对标准偏差表示：相对标准偏差(RSD%)=标准偏差(SD)/测量平均值(χ)×100%，其中，当测量次数n≤20时，标准偏差的公式为：

对同一条件下样品测量5次，计算平均值作为测定值。

2.2.3 样品颗粒粒径的选择 颗粒粒径对实验结果产生影响是因为颗粒粒径的大小能够影响初级X射线的激发和二次荧光等过程。经过较少目数筛选的样品颗粒，其颗粒大小差异较大，即颗粒粒度的均匀性较差，从而引起均匀性效应和粒度效应［14］，使测量结果出现误差。实验中将同一批次山楂样品分别过60目、80目、100目、150目、200目和300目的标准筛，得到不同颗粒粒径的样品粉末，分别精密称取4.00 g进行压片制样，在相同测定条件下测量5次，取平均值作为最终的测量值，结果表明，随颗粒粒径的减小，测量值与参考值之间的差异逐渐减小，可能因为样品颗粒粒径减小，则均匀性增大，均匀性效应和粒度效应减弱，测量结果更加准确。当标准筛的目数达到200以上时，相对误差也趋于稳定，因此本实验选择过200目筛，见表4。

表4 颗粒粒径的选择

2.2.4 样品颗粒紧实度的选择 样品颗粒紧实度的不同主要取决于压片的压力，压力越大，紧实度越大，样品表面越平滑。紧实度不同导致样品均匀度不同，因而不均匀效应程度不同，则导致测量结果存在差异。对同批次山楂样品，平行精密称取5份，每份 4.00 g，分别在 15、20、25、30、40 MPa 5种压力下进行压片制样，在相同测定条件下进行5次测量，取平均值作为最终测量值。结果表明，随着样品颗粒紧实度的增加，误差逐渐减小，实验结果的精确度增加，当压力≥30 MPa时，测定结果趋于稳定。可能因为紧实度增加，样品混合得更加均匀，表面更加光滑，所以样品表面的X射线散射减弱，有效降低了基质效应。故本实验选择30 MPa压片30秒制样，见表5。

表5 颗粒紧实度的选择

2.2.5 样品含水量的选择 样品中水分对初级X射线和二次荧光X射线的干扰(主要为吸收效应和散射效应)比较强烈，严重影响样品的特征峰强［15-16］，同时含水量的多少也影响样品混合的均一度。

分别精密称取充分干燥后的山楂样品粉末3份，每份4.00 g，压片制样，EDXRF检测前在压片表面滴加其质量的 5%、15%和25%(g)的18.3 MΩ超纯水，使其在表面分布均匀并充分吸收后在相同测定条件下快速测量5次，取平均值作为最终的测量值。结果表明，样品含水量对实验结果影响较大，当含水量达到5%时，实验结果出现较大偏差，随着含水量的增大，3种元素的相对误差均超过了15%。由此可见，含水量对元素特征谱线的干扰效应较强，因此，测定前必须充分干燥样品，保证含水量＜5%，见表6。

表6 样品含水量的选择

2.2.6 仪器测试管压、管流的选择 通过调节管压和管流使计数率维持在2～3万，此时的线性规律较好，实验结果较准确。在调节过程中，尽量多的调节管流，保持较高管压。本实验选择管压40 Kv，管流 130 μA，此时计数率保持在 21 600～21 700之间。

2.3 EDXRF元素检出限 标准偏差法［17］：选用各元素含量较低的国家生物标准物质GBW10012进行8次测定，计算元素分析线谱峰强度的标准偏差(S)，以3S对应的含量为各元素方法的检出限，结果为 As：0.2941 μg/g，Cr：0.7385 μg/g，Pb：0.1632 μg/g。结果表明，EDXRF的检出限低于药典规定的元素限度，因此可以用此方法对中药中超标元素含量进行测定控制，以达到快速检测的目的。

2.4 EDXRF的精密度 按试验方法对山楂样品进行5次平行测定，计算3种元素的RSD%，评价方法的精密度，结果3种元素的RSD%均小于3.0%，表明该方法精密度良好，测定结果稳定可靠，见表7。

表7 EDXRF的精密度

2.5 EDXRF测定山楂样品中元素含量 精密称取干燥的待测样品粉末4.00 g，硼酸粉末10.0 g，压片，利用建好的中药标准曲线进行元素含量测定［18-21］，平行测定5次，取平均值作为测量值，结 果 为 As：0.7342 μg/g，Cr：7.5832 μg/g，Pb：1.6448 μg/g，5次测量结果的误差分析见表8。

表8 EDXRF 5次测量结果的误差分析

2.6 ICP-AES与EDXRF测定结果的相关性 在山楂样品中依次添加 0.500 0 μg 的 As、Cr、Pb 元素标准溶液，分别用ICP-AES和EDXRF法测定含量，然后以ICP-AES测定结果为横坐标，EDXRF测定结果为纵坐标作图，评价2种方法测量结果的相关性。3种元素的线性回归方程如下：

As：y=0.9771x-0.0074，R2=0.9998

Cr：y=0.8908x+0.8971，R2=0.9990

Pb：y=0.9419x+0.0877，R2=0.9994

结果表明2种方法测量结果相关性良好，EDXRF测量结果准确可信，可以用EDXRF测定山楂中元素含量，结果见图1—3。

图1 ICP-AES与EDXRF关于As的相关性

图2 ICP-AES与EDXRF关于Cr的相关性

图3 ICP-AES与EDXRF关于Pb的相关性

3 讨论

对于同一批次的山楂样品，EDXRF与ICP-AES的测量结果相关性良好，表明EDXRF测量结果准确可信。ICP-AES测定时，需要对样品进行消解等一系列前处理，操作复杂，耗时；EDXRF操作简单，无需进行复杂的前处理，对样品没有破坏性，样品可重复利用，可对多种元素进行同时测定，对技术人员要求低，成本低，满足中药元素快速测定的要求，特别适用于中药中超标元素的快速检测，具有较好的应用前景。