电感耦合等离子体质谱法测定江西省3种道地中药材重金属含量及其关联性研究

刘志斌 王红芯 姜伟 骆瑜 王维亚 汪保林

1.南昌市食品药品检验所 江西南昌 330038

2.南昌市中药质量控制与安全性评价重点实验室 江西南昌 330038

江西省的道地药材众多，尤其以车前子、夏天无、栀子、吴茱萸、枳壳这几味中药材让人熟知，由于其质量优异、毒副作用小及药效优良而为历代医家所推崇[1]。中药在种植、生产、加工等过程中，由于中药材根系对重金属的富集吸收或种植基地土壤中自身重金属污染水平过高，种植过程施肥、喷洒农药、生产加工硫磺熏蒸等情况可能也会引入金属元素，使得中药材存在不同程度的重金属污染情况[2-3]。近年来在国际市场上，我国许多出口中药材产品被重金属、农药残留等所谓的“绿色贸易壁垒”所束缚，中药材及其种植环境的农药残留及重金属污染问题也日益引起人们的重视[4]。

目前，由于电感耦合等离子体质谱技术（ICP-MS）具有高的灵敏度、低的检出限以及多元素同时测定等诸多优点，因此广泛应用于中药材中多元素的测定分析，并且2015版药典已经将ICP-MS方法列入。而微波消解法相比传统湿法消解、压力罐消解更节约时间和溶解且减少了易挥发性元素 Hg、As等的损失、回收率好。因此，本研究将采用微波消解-电感耦合等离子体质谱联用法来测定三种道地药材中6种易污染重金属含量，既可避免样品消解过程中易挥发元素砷和汞的损失，又能达到准确、快速、高效的目的。

本研究将初步了解江西省地区本地生产四种常见道地中药材（车前子、夏天无、栀子）重金属污染现状，重点了解栀子对土壤中有害重金属的吸收特性，进行危险性评估。建立三种道地药材重金属污染现状的本底值数据库，揭示污染现状和指纹特征。为提高江西省道地中药材的质量安全，保护当地中药材品种，控制重金属污染提供科学依据，为江西省中药材绿色产业的发展提供技术保障。

1 试验材料

1.1 试验材料

车前子、夏天无、栀子来源于安徽亳州中药材专业市场、江西樟树中药材批发市场、江西汇仁药业集团有限公司均为江西本地产。新干中药材GAP种植基地栀子种植土壤3份，婺源中药材种植基地土壤3份。

1.2 试验试剂

双氧水（国药集团化学试剂有限公司 优级纯）、硝酸（Merk公司）、超纯水电阻率≥18．2MΩ·cm、Pb、Cd、Cr、As、Cu标准储备液（1000mg/L）用2% HNO3配制成 2、4、8、10、20、50、100ng/mL 系列，汞单独配制成 0．2、0．5、1、2、5ng/mL系列。内标溶液：Ge（1000mg/L，国家标准物质中心）、In（1000mg/L，国家标准物质中心）、Bi（1000mg/L，国家标准物质中心）标准贮备液，用2%HNO3稀释配制成1μg/mL工作溶液。调谐溶液Tune B：将调谐溶液贮备液（含Li、Co、In、U等元素，1PPb，Thermo Fisher公司）。

1.3 仪器设备

iCAP-Q电感耦合等离子体质谱仪（Thermo Fisher公司）配置KED&STD两种模式及Qtegra分析软件工作站；万分之一分析天平（Sartorius）；CEM微波消解仪（CEM公司）；实验室专用超纯水机（FST-IV-10上海富诗特仪器设备有限公司）。

2 试验方法和结果

2.1 试验方法

2.1.1样品制备

栀子湿样烘干（35-60℃）后，均质化过50目筛备用；种植土壤干燥风干（25-35℃）后，磨细过筛备用；其它中药材打碎后过50目筛备用。称取样品0．5g（精确至0．0001g）于聚四氟乙烯（PTFE）微波消解内罐中，加5mL HNO3放置过夜或100℃预消解30min，补酸液2mL和H2O21mL摇匀，安装好消解罐，放入微波消解仪中，设置消解程序为15min内由室温上升到185℃，再恒温消解10min，待消解完全后自然冷却至室温后；取出消解内罐，用2%硝酸将溶液转移至50mL量瓶中定容，过滤待测。由于汞存在记忆效应，为了减少仪器残留，标准和待测样品需加入200μL 1μg/mL金标准溶液，同法做两份试剂空白[5]。

仪器工作参数

雾化器流量：0．92L/min；冷却气流量：14．0L/min；辅助气流量 0．80L/min；采样锥孔径：1．0mm；入射功率：1．2kW；扫描方式：跳峰；积分时间：0．5s；扫描次数：40次；采样深度：0．8mm；截取锥孔径：0．7mm。仪器灵敏度，在测定Tune B时保证以下元素信号强度达到以下要求：7Li＞50Mcps/ppm；59Co＞100Mcps/ppm；115In＞220Mcps/ppm；238U＞300Mcps/ppm。

2.2 方法学考察

2.2.1各元素线性关系考察

在选定的测定参数下，将所配制的Pb、As、Cr、Cu、Cd、Hg 元素混合标准系列溶液用ICP-MS法测定各元素强度，绘制标准曲线，得出其线性回归方程。结果见图1。由图1可见，各测定元素的相关系数均大于0．9993；Cd检出限最低为0．001ppb，在线内标Ge、In、Bi回收良好，介于95．1%-102．5%之间，方法满足6种重金属元素同时快速测定的要求[6]。

图1 六种元素的标准曲线及在线内标回收率图谱

表1 三种道地药材不同批次及栀子种植基地土壤六种重金属污染水平

表2 6种重金属质量分数间相关性分析

表3 栀子GAP种植基地土壤重金属评价

2.2.2精密度实验

取Pb、Hg、As标准混合溶液（1ppb），重复测定6次，结果 Hg、Pb、As 元素平均质量浓度分别为 0．996，1．012，0．997，RSD分别为1．3%，2．3%，1．6%，表明仪器精密度良好。

2.2.3重复性试验

取同一批栀子样品（1511001樟树天齐堂中药饮片有限公司）精密称定6份，按正文方法进行ICP-MS试验，计算Pb，Hg，As，Cu，Cd，Cr元素的平均含量分别为 0．350、0．016、0．104、16．349、0．076、0．862mg/kg，RSD 依次为 3．9%，9．2%，6．8%，0．9%，3．8%，1．8%。表明该方法的重复性良好。

2.2.4加标回收率试验

取同一批栀子样品（1511001樟树天齐堂中药饮片有限公司）称取已知各元素含量的样品9份，等分为3组，各组分别精密加入各元素含量80%，100%，150% 的混合对照品溶液，按2．1．1项下方法制备待测溶液，按2．1．2项下条件测定，计算Pb，Hg，As，Cu，Cd，Cr元素的平均加样回收率92．9%-109．1%，RSD 2．1%-9．7%，符合定量分析的要求。

2.3 样品测定和关联性分析

2.3.1含量测定

按上述方法测定，不同种类、不同批次的样品六种重金属污染水平见表1。由表1可见三种江西省常见道地中药材中6重金属污染水平具有显著性差异，5种明确需要控制的有害重金属元素（Pb、Cd、Hg、As、Cu）的残留量大部分处于《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》、《中国药典》（2015版）规定的限制浓度范围内，但结果表明161021批次栀子的总含量和161017批次的栀子中的镉和汞略微有所超标，需要引起重视。

2.3.2关联性分析

采用SPSS 22．0统计软件对3种道地中药材重金属质量分数进行相关性分析，结果见表2。结果表明，Hg和Cd、Cu和总含量之间在0．01置信水平呈显著正相关，Pb和Cd、Hg和Cd在0．05置信水平呈显著正相关，其他元素之间几乎无相关性。

2.3.3栀子GAP种植基地土壤重金属评价

参考GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤风险管控标准（试行）》和HJ/T166-2004《土壤环境监测技术规范》对两个栀子种植基地进行风险评估，本研究通过单项污染指数法—以土壤样品的实测值和评价标准值计算污染指数和综合污染指数—内梅罗综合污染指数的模式对基地土壤的重金属含量进行评价，结果见表3。从表3可以看出从单项污染指数看Cd元素为主要特征污染物，占比35%以上，其次是Cu和As。两个基地综合污染指数≤0．7，说明两个栀子种植基地土壤符合GAP无公害中药材生产基地的要求[7]。

3 讨论与小结

本研究建立了简便、快速、准确、灵敏度高的电感耦等离子体-质谱法（ICP-MS）重金属污染水平分析技术平台，由于中药材样品基质复杂选择了微波消解硝酸双氧水消解体系进行样品预处理，避免了砷、汞等易挥发元素的损失[8-10]。

本研究发现两个批次栀子样本超过《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》限量，需要引起我们的重视，但是两个栀子种植基地重金属安全评价均为安全级别，原因是土壤中的重金属本底并不高，而中药材富集造成超标，亦可能是元素之间竞争性抑制，与土壤PH、有机质含量、施肥效率、施肥部位等息息相关[11-14]，还亟待进一步深入研究，尤其是多元素之间相关联性研究和栽培土壤的重金属形态污染水平的监控。同时研究发现栀子和车前草Cu含量较高，而土壤中Cu含量并不高，有文献报道车前草对Cu选择性吸附能力强，因为其可通过交换态和碳酸盐结合的形式吸附[15]，因此可以作为土壤修复植物进行种植[16-17]。目前《中国药典》2015年版一部只收录了部分中药材的有害重金属污染控制限量，因此本研究也可为药典的完善提供科学依据，为制定地方标准提供可行、科学的检测方法和平台，为制定典型区域道地中药材重金属污染限量标准制定提供基础数据。