微波消解电感耦合等离子体质谱法同时测定生姜药材中6种重金属元素含量

谭丽盈，胡国辉

（广州中医药大学第一附属医院，广东 广州 510400）

生姜药材为姜科植物姜 Zingiber officinale Rosc.的新鲜根茎，味辛，性微温，具有发散风寒及解表功效，临床主要用于风寒感冒伴咳嗽的治疗[1]。生姜的主要化学成分为姜辣素类成分，包括6-姜酚和6-姜烯酮等，还含有部分挥发油成分[2-4]。目前对生姜的研究主要涉及化学成分、生物活性成分和临床药理等方面[5-8]，同时对生姜药材中的微量元素也有报道[9]，但未见重金属含量测定的相关报道。生姜药材取用的根茎部分，由于土壤易受农药、化肥和大气环境等污染，进而影响植物类药材的种植和生长，且重金属在人体内容易累积，不易排出，将对人体各器官造成一定伤害。目前对中药材的重金属测定方法主要有原子吸收光谱法[10]、原子荧光光谱法[11]、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法[12]、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法[13-14]等。由于原子吸收光谱法和原子荧光光谱法的检测时间长、结果不稳定，且不能同时测定多种元素，故极少被选用。ICP法因其具有较高灵敏度和检测限，且可同时快速测定多种元素，在食品、药品、环保、金属元素分析等行业已广泛应用[15]。本研究中参考2015年版《中国药典（四部）》重金属检查法[16]和相关文献[15]建立了测定不同产地12批生姜药材中6种重金属元素含量的ICP-MS法，为全面评价其质量和临床应用提供参考。现报道如下。

1 仪器与试药

仪器：NEXION 300x型 ICP-MS仪（美国 PE公司）；WX-8000型微波消解仪（上海屹尧仪器科技发展有限公司）；赶酸加热板（意大利 Labtech公司）；BSA124S-CW型电子分析天平（德国Sartorius公司）。

试药：铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）多元素标准溶液（批号为GNM-M251678-2014，质量浓度均为 1 000 μg ／mL），内标溶液铋（Bi）、锗（Ge）、钪（Sc）、铑（Rh）、铟（In）、钇（Y）元素标准溶液（批号为GSB 04-1719-2004，质量浓度均为 1 000 μg ／mL），均购自国家有色金属及电子材料分析测试中心；汞（Hg）单元素标准溶液（批号为GBWE 081593-1702，质量浓度为 1 000 μg／mL），购自中国计量科学研究院；动能歧视（KED）调谐液购自美国PerkinElmer公司；硝酸为优级纯，其余试剂均为分析纯，水为超纯水。

药材：12批生姜药材源于不同产地（均为种植品种），购自广州市清平中药材市场(见表1），所有药材均经我院梁文能副主任药师鉴定为正品。使用前在烘箱中60℃烘干，然后粉碎成粉末。

表1 生姜药材样品来源

2 方法与结果

2.1 ICP-MS 条件

RF 发射功率：1.2 kW；气体流量：冷却气体为 18 L／min，辅助气体为 1.2 L ／min，雾化气体为 0.85 L ／min；液氩压力：0.6 MPa；脉冲电压：850 V；样品冲洗时间：38 s，延迟16 s；调谐模式：KED碰撞模式，数据采集模式为全定量方式；读数时间：3 s，重复测定3次。测定时选取的同位素63Cu和52Cr以47Sc为内标，202Hg和208Pb以209Bi为内标，75As以Ge为内标；114Cd以115In为内标。

2.2 溶液制备

分别精密吸取 Pb，Cd，Cr，Cu，As 多元素标准溶液和Hg单元素标准溶液适量，加水稀释成每1 mL分别含 Pb，Cd，Cr，Cu，As，Hg 均为 1 μg 的混合标准贮备溶液，精密量取适量，加水稀释成每1 mL中分别含Pb 5，20，40，60，80 ng，Cd 1，2，4，6，8 ng，Cr 5，10，15，25，35 ng，Cu 0.04，0.20，0.40，0.60，0.80 μg，As 1.0，2.0，4.0，8.0，16.0 ng，Hg 2，6，10，14，18 ng 的系列标准溶液。精密量取含 Sc，Bi，Ge，In的内标溶液适量，加水稀释成每1 mL 分别含 Sc，Bi，Ge，In 均为 0.1 μg 的内标溶液。称取药材样品（编号为 1）粉末（过 4号筛）0.5 g，置微波消解罐中，加入硝酸10 mL，混匀，浸泡过夜，置微波消解仪中消解（微波消解程序见表2）。消解完后，将消解罐置赶酸加热板上，于120℃下将消解液酸蒸发至1～2 mL时，用水少量多次洗涤消解罐转移至25 mL聚四氟乙烯容量瓶中，加水定容，即得供试品溶液。同法制备空白对照溶液。

表2 微波消解程序

2.3 方法学考察

线性关系考察：取2.2项下系列标准溶液各适量，按2.1项下ICP-MS条件进行设定，同时内标进样管插入2.2项下内标溶液中，依次将进样管插入各系列标准溶液中测定，记录仪器信号值。以 Pb，Cd，Cr，Cu，As，Hg的仪器信号值（Y）为纵坐标、质量浓度（X，ng／mL）为横坐标进行线性回归，回归方程和线性范围见表3。

表3 回归方程、线性范围和检测限考察结果

检测限测定：取空白对照溶液，按2.1项下条件连续测定11次，记录仪器响应值并计算标准偏差，以3倍标准偏差对应的各元素质量浓度作为检测限。结果见表3。

精密度试验：在线性范围内，分别取2.2项下低、中、高质量浓度的系列标准溶液，按2.1项下ICP-MS条件进样测定6次，记录仪器信号值。结果见表4。

表4 精密度、稳定性及重复性试验结果

稳定性试验：取2.2项下供试品（编号为1）溶液适量，按2.1项下ICP-MS条件，分别于室温下放置1，2，4，8，12，16，20，24 h 时进样测定，记录仪器信号值。结果见表4。可见，供试品溶液室温放置24 h内基本稳定。

重复性试验：称取药材样品（编号为 1）粉末（过 4 号筛），每份 0.5 g，共 6 份，按 2.2 项下方法制备供试品溶液，按2.1项下ICP-MS条件进样测定，记录仪器信号值并计算含量。结果见表4。

加样回收试验：取已知含量药材样品（编号：1）粉末（过 4号筛）适量，精密称定，每份 0.25 g，共 6份，分别加入质量浓度为100 μg／L的混合标准贮备溶液，依法制备供试品溶液，按2.1项下ICP-MS条件进样测定，记录仪器信号值并计算加样回收率。结果见表5。

2.4 样品含量测定

取样品适量，精密称定，每份0.5 g，均取2份，依法制备供试品溶液和空白对照溶液，按2.1项下ICP-MS条件测定，每份重复测定3次，取平均值，记录仪器信号值并计算含量。结果见表6。

3 讨论

试验中首先对药材样品粉末的消解酸进行了考察，分别采用 HNO3，HNO3-H2O2HF（8 ∶1 ∶1，V／V／V），HNO3-HCl（9 ∶1，V／V）等体系进行消解药材样品，结果发现，3种酸均可将药材样品消解完全，且消解液澄清无残渣，考虑到消解体系中酸越多对试验干扰就越多，如 HCl中的 Cl-在 ICP-MS测定中会与 Ar＋形成ArCl而干扰As的测定，并且HF如果消解不彻底，酸会对仪器中的雾化室、通透镜和炬管产生一定的腐蚀作用，影响测定结果的准确性，故采用HNO3作为药材样品的消解体系。由于所测重金属元素为痕量物质，因此试验所用容量瓶均为聚乙烯塑料瓶，使用前需用20%硝酸浸泡过夜，减少污染，从而保证数据的准确性。

表5 6种元素加样回收试验结果（n＝6）

表6 药材样品中6种重金属元素含量测定结果（mg／kg，n＝2）

试验中对ICP-MS条件进行了优化，以使仪器灵敏度最高，同时为防止干扰，补偿基体效应，依据质量数相近、电离电位相近的原则选择Ge，In，Bi等元素作为内标溶液。ICP-MS同时测定多元素含量具有较大优势，可一次进样测定多个元素，减少进样次数，缩短试验时间，故本试验中选用ICP-MS法同时测定，该方法具有操作简便、分析速度快、灵敏度和准确度高等优点。

本试验中，12批药材样品中各元素含量分别为：Pb，0.015 8 ～2.051 7 mg／kg；Cd，0.006 6 ～0.323 7 mg ／kg；Cr，0.206 8 ～3.105 6 mg／kg；Cu，0.831 4 ～5.706 6 mg／kg；As，未检出 ～1.065 5 mg／kg；Hg，未检出 ～0.213 5 mg／kg。2015年版《中国药典(四部)》对黄芪、金银花、枸杞子等部分药材的重金属作了限量要求，具体规定为Pb≤5 mg／kg，As≤2 mg ／kg，Cd≤0.3 mg ／kg，Hg≤0.2 mg ／kg，Cu≤20 mg／kg，Cr≤2 mg ／kg，但未对生姜药材中重金属进行控制。本试验中参考上述规定判断，12批生姜药材中，河南商丘产Cd含量稍高，四川乐山、江苏新沂产Cr超标，江苏徐州产Hg含量稍高，可能是由于当地的大气环境或施肥种植导致土壤污染引起的，其他产地药材的重金属含量均在规定范围内，个别含量偏高，但未超出限度，因此建议生姜药材在用药时增加重金属的检测项目，以保证药效和用药安全。

综上所述，本研究中建立的ICP-MS法结果准确，操作简单，分析速度快，准确度高，可用于不同产地生姜药材中6种重金属元素的含量测定。