ICP-MS法测定不同产地山茱萸中无机元素的含量

焦媛，车奇涛，薛淑娟，陈随清

（河南中医药大学药学院，河南郑州450046）

山茱萸是《中国药典》收载的常用中药，也是药食兼用的中药材，为山茱萸科植物山茱萸（Cornus officinalis Sieb.et Zucc.）的干燥成熟果肉。山茱萸性微温，味酸、涩，具有补益肝肾，收涩固脱的功效，用于眩晕耳鸣、腰膝酸痛、阳痿遗精、遗尿尿频、崩漏带下、大汗虚脱、内热消渴[1]。山茱萸药用历史悠久，是六味地黄丸、十全大补丸等名方的组成之一。近年来，随着社会的进步和人民生活水平的提高，人们对健康疾病不再满足于被动治疗，而是更加注重主动保健预防[2]，因此以山茱萸为原料的绿色无污染，无毒副作用的保健食品，越来越被人们所认可和喜爱。

现代药理研究表明，山茱萸含有多种山茱萸苷，为山茱萸的主要药效成分，此外还含熊果酸、马钱素、β-谷甾醇等，这些成分具有补血健胃，抗菌，提高免疫能力，消除疲劳，延缓衰老，降血压等药理作用[3]。经研究发现中药的药理作用不仅与化学成分息息相关，与药材中所含的无机元素也有着密切的关系[4]。药材中的无机元素不仅影响植物生理代谢活动，促进植物生长发育，而且参与和调节体内必需的元素，与其药用有机成分形成配合物，产生协同作用，增强其疗效[5]。目前对山茱萸的研究多集中在化学成分、药理活性研究及药材的质量分析评价方面，对其无机元素研究鲜有报道。本研究采用电感耦合等离子质谱法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS） 对不同产地山茱萸中22种无机元素含量进行测定，比较不同产地山茱萸无机元素含量差异，为中药山茱萸的质量评价及开发利用提供科学的依据。

1 材料

1.1 仪器

iCAP Qc电感耦合等离子体质谱仪：赛默飞世尔科技有限公司；EHD-40赶酸仪和MARS 6微波消解仪：美国培安公司；BSA124S-CW万分之一天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；Milli-Q Academic A10超纯水机：美国Millipore公司。

1.2 试剂

硝酸（MOS）：山东西亚化学股份有限公司；过氧化氢（优级纯）：天津市致远化学试剂有限公司；Na、Mg、Al、P、K、Ca、Fe混合标准溶液（GNM-M082201-2013）、Zn（GSB 04-1761-2004）、Pb（GSB 04-1742-2004）、Cd（GSB 04-1721-2004）、Cr（GSB 04-1723-2004）、As（GSB 04-1714-2004）、Cu （GSB 04-1725-2004）、Li（GSB 04-1734-2004）、Ti（GSB 04-1757-2004）、Mn（GSB 04-1736-2004）、Co （GSB 04-1722-2004）、Ni（GSB 04-1740-2004）、Se （GSB 04-1751-2004）、Sr（GSB 04-1754-2004）、Ba （GSB 04-1717-2004）、Hg（GSB 04-1729-2004）、Rh （GSB 04-1746-2004）、Sc（GSB 04-1750-2004）、In （GSB 04-1731-2004）、Ge（GSB 04-1728-2004）、Bi（GSB 04-1719-2004）：国家有色金属及电子材料分析测试中心，混合标准溶液为100 μg/mL，单元素标准溶液均为1 000 μg/mL；双蒸水：由河南中医药大学生药学实验室（BM629）自制。

1.3 药材

本次试验样品采于河南西峡、栾川、南召、浙江临安、陕西佛坪5个不同产地，经河南中医药大学陈随清教授鉴定为山茱萸科植物山茱萸Cornus officinalis Sieb.et Zucc.的干燥成熟果肉。共23批样品，样品信息见表1。

表1 山茱萸样品采集信息Table 1 Sample collection information

续表1 山茱萸样品采集信息Continue table 1 Sample collection information

2 方法

2.1 标准溶液的配置

第一组标准溶液：Na、Mg、Al、P、K、Ca、Fe、Zn 混合标准溶液的配置（重量法），取 Na、Mg、Al、P、K、Ca、Fe混合标准溶液1 mL和单元素Zn标准溶液0.1 mL于100 mL塑料瓶中，用2%硝酸定容至10 g，混匀，即得浓度为10 μg/mL混合标准溶液，然后用2%硝酸依次稀释为 500、200、100、50、20、10 μg/L 的标准系列。

第 二 组 标 准 溶 液 ：Pb、Cd、Cr、As、Cu、Li、Ti、Mn、Co、Ni、Se、Sr、Ba混合标准溶液的配置（重量法），取各单元素标准溶液10 μL于100 mL塑料瓶中，用2%硝酸定容至100 g，混匀，即得浓度为100 μg/L的混合标准溶液，然后用 2%硝酸依次稀释为 100、50、25、10、5、1 μg/L的标准系列。

第三组标准溶液：Hg单元素标准溶液的配置（重量法），取单元素标准溶液Au 1mL和Hg 5 μL于100 mL容量瓶中，用2%硝酸定容至100 g，混匀，即得浓度为50 μg/L的Hg标准溶液，然后用2%硝酸依次稀释为2、1、0.5、0.1、0.05 μg/L 的标准系列。

内标溶液：Rh、Sc、In、Ge、Bi混合内标溶液的配置（重量法）：取各单元素标准溶液2 μL于100 mL塑料瓶中，用2%硝酸定容至100 g，混匀，即得浓度为20 μg/L的混合标准溶液，然后用2%硝酸稀释为10 μg/L。

2.2 样品前处理

将以上山茱萸药材粉碎，过40目筛，粉末放入真空干燥箱60℃下干燥24 h，取出后放入干燥器内备用。

2.3 样品的制备

供试品溶液的制备：精密称取干燥恒重的样品粉末0.3 g，置聚四氟乙烯消解管底部，加入硝酸6 mL和过氧化氢2 mL，盖好内盖，旋松外盖，放置过夜。

预消解：将旋松外盖的消解管放入赶酸仪中105℃预消解15 min，放置冷却至25℃。

微波消解：旋紧外盖，将消解管放入电热套中，放置至微波消解仪内，按消解程序进行消解。消解完毕，将消解管从电热套中取出，打开盖子，待黄色烟雾散尽后，将消解液全部转移至100 mL容量瓶中，用超纯水定容至刻度，摇匀，过0.22 μm微孔滤膜，即得供试品溶液。同时同法制备试剂空白溶液。样品消解程序见表2。

表2 微波消解仪工作条件Table 2 Working parameters of microwave digestion

2.4 ICP-MS仪器工作条件

在进行元素含量测定之前我们优化了仪器的测定条件，测试时采用的试验条件是：射频等离子体（radio frequency plasma，RF）的功率1 550 W，载气流速0.80 L/min，雾化器流速1.181 8 L/min，冷却器流速13.94L/min，雾化室温度2.6℃，分析时间0.6s，等离子体冷却水流速0.55 L/min，等离子体排气压力0.38 Pa，采样深度5 mm，测定次数为3次，扫描方式：跳峰。

2.5 样品测定

在2.4项下仪器参数条件下依次对混合标准系列溶液和样品溶液分别进行测定，由ICP-MS工作站软件分析数据，仪器自动绘制出各个元素的标准曲线，并计算出样品中各对应元素的含量。

3 结果与分析

3.1 方法学考察

3.1.1 线性关系

取适量上述配置的梯度浓度的标准溶液，在2.4项下仪器的工作参数条件下进行测定，计算线性回归方程。待测元素回归方程及相关系数等见表3，相关系数R均大于0.999，说明线性关系良好。

表3 待测元素的回归方程及相关系数测定结果Table 3 Regression equations of the tested elements and correlation coefficient determination results

3.1.2 检出限

在优化ICP-MS的试验条件下，测定8份空白样品溶液，计算得到该方法对样品中各元素的检出限，结果见表3。

3.1.3 重复性试验

精密称取6份同一供试品各0.3 g，按照2.3项下方法制备供试品溶液，测得各元素含量，并分别计算各元素相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）值，如表3所示，发现所得到的RSD值均小于10%，符合有关规定，说明本方法重复性良好。

3.1.4 精密度试验

Na、Mg、Al、P、K、Ca、Fe、Zn、Pb、Cd、Cr、As、Cu、Li、Ti、Mn、Co、Ni、Se、Sr、Ba 标液选取 50 μg/L 浓度，Hg 单标选取2 μg/L浓度，标液分别进样6次，测得各元素的含量并计算RSD值，如表3所示，发现RSD值均小于5%，符合有关规定，说明仪器精密度良好。

3.1.5 加样回收率试验

称取6份已测得含量的同一供试品0.15 g，计算0.15g样品中各元素含量值，分别加入相同含量的80%、100%、120%标准溶液，即分为高、中、低3组样品，每组样品作3组平行试验，按照2.3项下试验条件进行处理，计算得到的各元素的平均回收率均在89.1%～106.7%之间，RSD均小于10%。表明该方法准确性良好，符合微量元素测定要求。结果见表4。

表4 待测元素的加样回收率Table 4 Sample recovery rate of the tested element

3.2 测定结果

分别取23批样品粉末，按2.3项下方法制备供试品溶液，按2.4项下仪器工作条件测定样品各元素含量。测定结果见表5。

表5 山茱萸样品中22种无机元素含量测定结果Table 5 Determination results of 22 inorganic elements in samples

分析表5中测定结果发现，所测的22种无机元素中以元素 K、Ca、Mg、P、Fe、Na、Al含量较高，其中 K 的含量最高，其次依次为Ca、Mg、P的含量较高；产于浙江临安的山茱萸中K、Ca、Mg、Na的含量比其他几个产地山茱萸都要高，K含量高达39 311.87 mg/kg，Ca、Mg、Na 含量分别为 8 490.49、2 578.90、143.81 mg/kg。Sr、Ti、Ba、Mn、Ni、Li、Co、Se、Cr的含量较低，且它们之间也具有明显的差别，例如山茱萸中Se、Co的平均含量为 0.027 4、0.050 7 mg/kg，而 Sr、Ti的平均含量为10.273 6、7.417 5 mg/kg，比 Se、Co 的含量高出 2～3 个数量级，或许这些元素之间的差异性使得元素之间组成特定比例，与药材自身含有的物质基础形成协同作用，促进药材药效的发挥。另外，对重金属元素Pb、Cd、As、Hg、Cu进行分析显示，这23批山茱萸样品中5种重金属含量均符合WM/T2-2004《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》，即 Pb≤5.0 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg，As≤2.0 mg/kg，Hg≤0.2 mg/kg，Cu≤20 mg/kg。

3.3 无机元素含量分布曲线

根据全定量测定的22种无机元素结果，发现元素之间含量差异悬殊，按其含量高低分别制作分布曲线，将含量较多的 K、Ca、Mg、P、Fe、Na、Al作为一组，含量较少的 Ba、Sr、Zn、Ti、Mn、Cu、Cr、Pb 作为一组，Li、Co、Ni、Se、As、Cd、Hg 作为一组。为了绘图方便，取元素 K含量的二分之一。绘制出5个产地山茱萸样品无机元素含量分布曲线，发现不同产地山茱萸各元素分布呈现相似的分布趋势，具体结果如图1、图2、图3所示。

图1 元素 K、Ca、Mg、P、Fe、Na、Al的含量分布图Fig.1 Distribution of the contents of elements K，Ca，Mg，P，Fe，Na and Al

图2 元素 Ba、Sr、Zn、Ti、Mn、Cu、Cr、Pb 的含量分布图Fig.2 Distribution of the contents of elements Ba，Sr，Zn，Ti，Mn，Cu，Cr and Pb

图3 元素 Li、Co、Ni、Se、As、Cd、Hg 的含量分布图Fig.3 Distribution of the contents of elements Li，Co，Ni，Se，As，Cd，Hg

由图1可以直观地看出产于浙江临安的山茱萸中K、Ca、P、Mg的含量均比其他几个产地高，其中K元素尤为显著。图2中浙江临安的山茱萸含Ba元素明显较高，其余不同产地的各元素含量差异不大。图3中明显可以看出产于陕西佛坪和浙江临安的样品Ni元素含量高于河南地区Ni元素的含量，其余不同产地各元素的含量差异不大。

3.4 样品无机元素间方差分析

采用SPSS20.0对23批山茱萸样品中22种无机元素的含量数据进行单因素方差分析，并运用字母标记法进行标记，分析结果见表6。

由表6可以看出，浙江临安的样品中K元素与河南西峡、栾川和陕西佛坪的样品具有显著性差异，与河南南召的山茱萸样品具有极显著性差异。浙江临安的山茱萸样品中的元素Cu、Ba含量与其他几个产地样品均具有极显著性差异，而这两个元素在其他几个产地样品之间均无显著性差异，因此元素K、Cu、Ba是浙江临安的山茱萸与其他几个产地山茱萸区别的特征性元素。另外河南西峡、栾川与南召的山茱萸样品中元素 K、Al、Na、Zn、Ba、Ti、Cu、Ni均无显著性差异。陕西佛坪的山茱萸样品与浙江临安样品中元素K、Ca、Mg、Na、Zn、Sr具有显著性差异，元素 Ba、Cu 具有极显著性差异，其中产于陕西佛坪山茱萸中的Sr元素与产于河南西峡、南召的样品也具有显著性差异，因此元素Sr是陕西佛坪的山茱萸与浙江临安、河南西峡、南召区别的特征性元素。另外由上表可以看出西峡、栾川、南召、佛坪和临安5个产地的山茱萸样品在测定过的22种无机元素中有7种元素不具有显著性差异，分别是元素 Li、Cr、Fe、Co、As、Se、Hg，其中元素 Fe 的含量较高，且样品之间没有显著性差异。

表6 方差分析结果Table 6 Analysis of variance results

4 结论与讨论

本试验建立了ICP-MS法同时分析河南西峡、栾川、南召、陕西佛坪、浙江临安5个产地山茱萸样品中22种无机元素含量的方法，对不同产地样品的无机元素含量进行比较分析，结果表明不同产地来源的山茱萸样品中均含有丰富的 K、Ca、Mg、P、Na、Fe、Al、Zn 等无机元素，具有丰富的营养价值，且 Cu、As、Cd、Hg、Pb等重金属含量也均在限定范围内。其中，浙江省临安县样品 Na、Mg、Ca、Zn、Ti、Ba元素含量最高，陕西佛坪K、Al元素含量最高，河南南召Fe元素含量最高，河南西峡Sr元素含量最高。同时对含量结果进行方差分析，结果表明陕西省佛坪产地山茱萸样品中K、Ca、Mg、Na、Zn、Ba、Sr、Cu 等元素与浙江临安产地样品有显著性差异，而与河南省各产地样品中大部分无机元素均无显著性差异，并且河南省西峡、栾川、南召各产地中无机元素基本无显著性差异。

山茱萸具有补益肝肾、收涩固脱的作用，这与山茱萸中的无机元素有着紧密的关系。管竞环等[6]认为无机元素作为决定中药药性的物质基础，虽然其含量较低，但是它可以直接作用于有机体发挥药效。K离子作为机体内重要的电解质存在于组织及细胞中，主要维持机体肌肉正常的韧性，促进蛋白质及碳水化合物的代谢[7]，Ca参与了神经和肌肉的活动，维持组织的应激性，还可以调整心律，降低毛细血管和细胞膜的通透性[8]，Mg可以促进心肌代谢，抗心律失常作用显著，同时扩张血管，使血压下降[9]，K、Ca、Mg协同调节神经肌肉的兴奋，对保护神经、肌肉及骨骼有一定的促进作用，这与山茱萸具有的神经保护、心肌保护及抗骨质疏松[6]的药理活性一致；Se既可以延缓人体衰老，抑制敏感细胞增生，降低机体对各种致癌物的敏感性，抑制癌细胞分裂，同时促进T淋巴细胞的增殖以促进抗体的合成[10]，对山茱萸抗衰老、抗肿瘤[11]作用具有促进作用。Fe是人体造血所必需的主要微量元素，参与氧的运输和造血过程[9]，Zn参与人体代谢，维持人体生长发育，对增强人体免疫健康起着重要的作用[12]，Mn可以促进骨骼的生长发育，改善机体的造血功能，并且具有保护机体细胞免疫和体液免疫系统的正常功能[9]，龚太平等[13]对传统中医抗衰老中药的微量元素进行分析，发现具有补肾作用的补益中药中均含丰富的与人体衰老相关的无机元素 Ca、Fe、Zn、Cu、Mg 等，且山茱萸作为中医临床常用的名贵传统抗衰老药物[14]，其内部含有丰富的Ca、Fe、Zn、Cu、Mg等元素，这与山茱萸补益肝肾，涩精固脱的功效一致；申明金等[15]对通草类中药微量元素的主成分分析和聚类分析可知，Zn、Fe、Mn能与药材中的有机成分形成络合物和盐类，从而起到清热、抗菌作用，且Zn、Mn被视为“归肾经”的物质基础，它们在补肾方面发挥着重要的作用。

通过结合上述元素的生理功能与相关文献报道，发现微量元素之间的特定比例能产生一定的协同作用，且与中药本身具有的药效存在相关性[15]。这与山茱萸具有降血糖、抗肿瘤、抗衰老、抗炎镇痛、提高免疫力、抗骨质疏松、肝肾保护、神经及心肌保护作用等[14]相一致。而且随着科学技术的不断发展，山茱萸已经显示出越来越多的药用功效，且广泛应用于糖尿病、心脏病、血栓、癌症、艾滋病等现代临床疾病中[16]。近年来随着人们对养生理念的日益加深，山茱萸保健酒、山茱萸保健食品、山茱萸保健饮料等[17]食用产品层出不穷。本试验通过对5个主要产地的山茱萸无机元素的综合对比研究，为山茱萸种植基地的选择及质效评价提供依据，为以后大规模食品加工生产提供参考。