微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定祖师麻中重金属元素含量

秦海娟， 陶占辉， 董 昆， 刘 涛

(天津科技大学 现代分析技术研究中心， 天津 300457)

0 引 言

中药中重金属污染是当前中药质量控制的热点,一方面是因为重金属对人体的新陈代谢及正常的生理功能具有明显的伤害作用,另一方面是因为重金属残留严重影响着我国中药的出口[1]。Pb、Cd、Cr、Hg、Sn、Cu、Zn等重金属元素被人体吸收后,蓄积至一定量时可引起免疫系统障碍,使神经、内分泌、肝、肾功能受损,甚至引起肿瘤。 因此,世界各国对这些有害元素在药品中的含量制定了严格的限量标准[2]。目前中药中重金属元素的检测方法很多,主要有分光光度法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法、荧光分析法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等,这些方法大多只能单个元素测定,操作复杂,而电感耦合等离子体质谱 (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry， ICP-MS)分析技术作为新兴的方法，集检出限低、光谱干扰少、精密度高、线性范围宽等优点，能够实现多元素同时测定且含量差别较大的各组分，是近年来中药含量元素分析中最先进的方法[3]。祖师麻为民间常用中草药，收载于1977年版《中国药典》，为瑞香科植物黄瑞香(Daphne giraldii Nitsche)、甘肃瑞香(Daphne tangutica Maxim)或凹叶瑞香(Daphne retusa Hemsl)的干燥茎皮及根皮。临床用于治疗风湿痹痛、关节炎、类风湿性关节炎痛等[4]。但目前对祖师麻的质量标准研究较少，尚缺乏系统的研究。该研究采用微波消解-ICP-MS法对产于陕西、四川和广西的祖师麻中Pb、Cd、Cr、Hg、Sn、Cu、Zn含量进行测定,建立了有害元素的检测方法, 旨在为研究中药质量控制、GAP的实施以及用药安全性提供理论依据[5]。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 仪器

Thermo ICAP Q型电感耦合等离子体质谱仪,美国ThermoFisher科技有限公司；

CETAC ASX-520自动进样器,美国CETAC有限公司；

Mili-Q超纯水系统,美国Millipore科技有限公司；

安东帕Multiwave PRO型微波消解仪,奥地利AntonPaar股份有限公司；

原子吸收分光光度计,美国PE公司AAS-900T；

原子荧光光谱仪,北京海光仪器公司AFS9530；

ME204 万分之一分析天平,瑞士METTLER仪器有限公司；

LD-06A高速中药粉碎机,上海科达医学仪器设备有限公司；

所使用的玻璃和塑料容器均经过20%硝酸水溶液浸泡48 h。

1.1.2 试剂与标准溶液

浓硝酸65%～72%,德国Merck科技有限公司；

过氧化氢30%，优级纯,国药集体股份有限公司；

Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu、Zn标准溶液,1 000g/mL,中国计量科学院；

GBW10027人参成分分析标准物质,中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所；

Ge、In、Bi、 Rh、Sc、Li、Tb、Y内标元素标准溶液,1 000g/mL,中国计量科学院；

试验所用水均为超纯水,电阻率 ≥ 18.2 MΩ；

液氩杜瓦(比欧西气体),天津有限公司，200 L；

高纯氦气,天津百思达气体有限公司，99.999%。

1.1.3 样品来源及处理

祖师麻药材取于陕西、四川和广西三省。用清水洗去表面灰尘及其它附着物，然后用上述超纯水冲洗多次，直至干净，晾干。置于烘箱中在60 ℃下干燥48 h，于高速中药粉碎机粉碎后过100目筛，取1 g样品置于烘箱中60 ℃下保持20 h，取出置于干燥器中冷却至室温。

1.2 实验方法

1.2.1 ICP-MS工作参数优化及干扰消除

为获得理想的分析灵敏度和精密度，需要对仪器工作参数进行优化，应用ThermoFisher公司的含有Li、Co、In、U四种元素的调谐液(浓度为1×10-9)，并通过软件的AutoTune对ICP-MS做调谐校正，使仪器达到最佳分析条件。校正后，Li、Co、In、U四种元素的强度值分别为Li ≥ 12万cps/10-9、Co ≥ 23万cps/10-9、In ≥ 52万cps/10-9、U ≥ 86万cps/10-9。优化后的仪器指标参数见表1。

表1 ICP-MS仪器工作参数

注：分析模式为动能歧视KED；数据采集模式为跳峰模式。

ICP-MS的主要干扰是物理干扰和质谱干扰。物理干扰的存在易造成信号漂移和信号抑制[6]。

本试验仪器通过在线加入72Ge、115In、209Bi、103Rh、45Sc、6Li、159Tb、89Y混合内标校正溶液来消除物理干扰。而质谱干扰主要就是多原子干扰和同量异位素干扰。

本试验利用ICP-MS的QCELL技术，引入高纯氦气作为碰撞气体，采用KED动能歧视分析模式，尽可能的消除了质谱干扰，大大地降低了相应质量区间内同位素的背景等效浓度，去除了基体所引起的干扰，因此有效地优化了检出限，得到近乎无干扰的数据结果。

1.2.2 微波消解条件

该研究采用微波消解技术，应用安东帕的微波消解仪，采用程序功率控制方式对样品进行密闭、高温、高压微波消解，有效防止易挥发元素的损失，整个消解反应各个阶段更平稳、完全[7]。该消解方式具有消解速度快、样品用量少、重现性好、更准确、更安全及操作简便等优点。

具体微波消解条件见表2。

1.2.3 混合标准曲线和混合内标校正标准溶液的配制

精密吸取Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu的10 μg/mL标准溶液各0.1 mL，用5%硝酸(V/V))稀释至4 mL,即为250g/L的混合标准溶液。

吸取上述混合标准溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，用5%硝酸(V/V)稀释至10 mL，即为Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu、Zn的混合标准曲线，标准空白为5%硝酸(V/V)，以上Pb、Cd、Cr、Hg、As、Cu的标准点浓度均为0、5、10、15、20、25g/L；Zn元素的标准点浓度为0、20、40、60、80、100g/L。

精密量取内标元素Ge、In、Bi、Rh、Sc、Li、Tb、Y的1g/mL标准溶液各10 mL，用5%硝酸(V/V)稀释至500 mL，浓度即为20g/L的混合内标校正标准溶液。

1.2.4 待测样品溶液的制备

准确称取各产地祖师麻样品粉末0.200 0 g各两份和人参成分分析标准物质四份，置于干净的微波消解管中，其余6支消解管为空白，以上均加入浓硝酸5 mL和过氧化氢1 mL，加盖密封后置于转子中，将转子于消解仪中放置平稳，按照上述微波消解条件进行操作，待消解完成后，取出消解管放压，压力平稳后将液体转移至50 mL容量瓶中，同时多次清洗消解管，并将液体一并转移至容量瓶，用超纯水定容待测。

2 结果与分析

2.1 标准曲线和样品测定

首先将ICP-MS仪器调整到最佳分析状态，设置仪器参数，编辑实验方法，通过三通混合器在线引入内标溶液，观察内标灵敏度及其稳定性，达到要求后，将7种待测元素的混合标准溶液和待测样品逐一通过自动进样器引入分析仪器中进行测定。

2.2 线性关系的考察

7种元素的分析信号值和浓度值具有良好的线性关系,见表3。

表2 微波消解条件

表3 被测元素线性方程和检测限

2.3 实验数据处理方法

通过测定得到一系列实验数据，此数据不能作为样品的最终检测结果，需进行相应的数据处理。首先，选定合适的空白结果进行扣除，然后对人参标准物质中的待测元素进行内标元素的选择，直至该待测元素测定结果处于人参标准物质中该元素的认定值与不确定度之间即可，各待测元素均按以上方法操作，得到各样品待测元素测定结果见表4。

2.4 仪器方法比对试验

2.4.1 利用原子荧光分光光度计(AFS)对以上样品进行As、Hg总量测定

依照国标GB5009.11-2014和GB5009.17-2014微波消解-AFS法对以上不同产地祖师麻样品进行As、Hg元素测定，并同时进行不同浓度的加标试验，检测结果和加标回收率见表5。

2.4.2 利用原子吸收分光光度计(AAS)对以上样品进行Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的测定

依据国标GB5009.13-2017、GB5009.12-2017、GB5009.14-2017、GB5009.15-2014和GB5009.123-2014方法对样品进行微波消解，利用原子吸收分光光度计对上述不同产地祖师麻中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr进行测定，同时做Cu元素加标试验，检测结果和加标回收率见表6。

表4 三种产地祖师麻和人参标准物质中7种待测元素检测结果 μg/g

表5 AFS法测定总As和总汞检测结果

表6 AAS法测定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr检测结果

通过对比表4～表6分析数据可以看出，不同仪器之间测试比对结果基本相当，无明显数据差异。

根据《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》(2001)、《美国药典》和《欧洲药典》规定，中药材中重金属含量限值为Pb ≤5.0 mg/kg、Cd ≤0.3 mg/kg、Cr ≤0.2 mg/kg、As ≤2.0 mg/kg、Hg ≤0.2 mg/kg、Cu ≤20.0 mg/kg、Zn ≤50.0 mg/kg[8-9]。

依据上述重金属限值可以看出,三个产地的祖师麻检测结果中，四川的祖师麻重金属Pb和Cr超标，而陕西和广西两个产地的祖师麻重金属Cr超标。

3 结 语

实验建立用微波消解-ICP-MS法测定中药祖师麻中7种重金属元素含量，以微波消解作样品的前处理，通过在线加入Bi、In、Ge、Sc、Rh元素进行内标校正，消除非质谱干扰，同时采用KED动能歧视模式，消除质谱干扰。利用人参标准物质，通过选取合适内标元素对该标准物质中待测的7种重金属元素含量进行比对，进而确定祖师麻中重金属元素的含量。通过采用原子吸收光谱法和原子荧光光谱法进行方法比对，可知该方法操作简便、快捷、可靠，稳定性更好，可广泛用于中药材中重金属含量的准确测定。