中药重金属限量标准现状及分析方法研究进展

楚 楚，李 璟，颜继忠

(浙江工业大学 药学院，浙江 杭州 310014)

随着“一带一路”的推进，中药作为古丝绸之路重要交流内容，其发展越来越受到国际社会的关注。中药材重金属是否超标一直以来都是国内外医药市场重点关注的话题。

中药受重金属污染因素较多，在药材种植、加工，中成药的生产、加工、包装和贮藏等过程中均可能引起重金属污染。不同于中药中其他类型的污染，重金属残留会持续存在，即使药材被煮沸，重金属残留仍会迁移到药汤中[1]。过量摄入重金属不仅可能引起机体的急性中毒，还可能会在人体内蓄积，引起慢性中毒[2]。因此，中药重金属残留的问题受到了高度关注[3]，解决中药重金属残留问题已迫在眉睫。近年来，已有不少学者对中药重金属的研究进展进行了报道，但这些文献大多仅综述了中药重金属的污染现状、脱除方法或检测方法。而重金属的含量极低，检测难度大，检测方法在源源不断地创新和进步。重金属的限量标准可以很好地体现检测方法的普适性，同时亦是检测方向的风向标[4-8]。基于此，在中国及世界各国/地区中药(植物药)中重金属限量标准变化的基础上，对制约重金属控制的瓶颈——重金属的检测方法进行综述，以期为解决中药重金属残留问题提供思路。

1 限量标准现状

1.1 国家标准

国家对中药重金属残留问题日益重视，自2001年出台了《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》，又于2005年在《中国药典》中增录中药重金属限量及检测内容，之后又陆续对该部分进行了多次补充修订。2015版《中国药典》规定了白芍、金银花和西洋参等11 种植物药，水蛭、鹿角胶和地龙等10 种动物药，以及煅石膏、白矾等6 种矿物药的重金属限量值[9]。2020版《中国药典》在此基础上新增了白芷、葛根、当归和黄精等11 种药材和饮片的重金属限量标准以及雄黄中三价砷、四价砷和朱砂中二价汞的限量规定，同时调整了山楂、丹参和甘草等8 种植物药的重金属含量规定[10]。其中，《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》中药重金属的一般限量标准为砷(As)≤2.0 mg/kg，铅(Pb)≤5.0 mg/kg，镉(Cd)≤0.3 mg/kg，汞(Hg)≤0.2 mg/kg，铜(Cu)≤20.0 mg/kg[9-11]。因重金属具有富集和不易降解的特性，动物药的重金属限量标准一般比植物药高，且高于一般标准[12]。部分矿物药因自身重金属发挥药效或成分单一，其重金属限量一般较高或只对某种重金属作规定[13]。

1.2 域外标准

中药国际影响日益增大，欧美等国家/地区对进口中药材的重金属限量十分关注，制定了相应的标准[14]。国际标准化组织(ISO)于2015 年颁布了第一个中药重金属标准《中医药-中药材重金属限量》。因微量Cu元素对人体有益，为人体所需[15]，欧美等国家/地区未规定Cu元素的限量值。各国家/地区/组织中药材重金属限量标准[16]详见表1。

表1 各国家/地区/组织中药材重金属限量标准

由表1可知：从限量标准的严格程度上，我国已颁布的中药重金属限量标准与欧、美、日等相当。但从标准涵盖的检测范围来看，美、日等国更加广泛。如日本对超过100 种植物药的重金属限量标准进行了规定。相较之下，我国药典仅针对28 种中药材及饮片进行了重金属限量规定[17]。因此，为了中药国际贸易的发展，为更多中药品种建立科学合理的中药重金属限量标准迫在眉睫。而建立限量标准的瓶颈是缺乏快速灵敏有效的重金属检测分析方法。目前，中药重金属残留的分析方法主要有传统分析法(化学分析法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子发射光谱法和原子荧光光谱法)和新型分析法(阳极溶出伏安法、阴极溶出伏安法、衰减全反射傅里叶变换红外光谱法、X射线荧光法、毛细管电泳分析法、纳米金探针技术、化学发光免疫传感器分析法和激光辅助诱导击穿光谱法)。中药的组成十分复杂，组分中重金属含量极低，共存元素干扰大，不同种类的中药有着截然不同的重金属污染情况，因此选择合适的重金属分析方法对重金属残留的控制尤为重要。

2 重金属测定前中药材的前处理

因中药中重金属含量低，为了提高检测灵敏度，在分析检测前一般要进行前处理。传统的前处理方法有灰化法[18]、湿法消化法[19]、微波消解法[20]和高压密封溶样法[21]等，其中微波消解法最为常用[22]。当需要快速处理大体积样品时，也可用高压密封溶样法代替。此外，也有浊点萃取法[23]和超声波提取法[24]等新的前处理技术。各种方法的特点如表2所示。

表2 前处理方法汇总

3 重金属检测方法

3.1 传统分析法

3.1.1 化学分析法

经典的化学检测方法主要包括紫外分光光度法[31]、纳氏比色法[32]和有机显色法[33]，如表3所示。其中，以紫外分光光度法较为常见。如余乐等[34]应用紫外分光光度法检测到浙产三叶青中重金属As，Hg，Pb，Cd，Cu的含量在2015版《中国药典》规定限量之内。

表3 经典化学分析法的优缺点对比

由表3可知：经典化学分析法虽然操作简便，对仪器要求不高，但受操作条件或精确度等的限制，并非重金属检测所常用。因此，仪器分析法是重金属分析的首选。

3.1.2 原子吸收光谱法(AAS)

AAS主要包括石墨炉原子吸收分光光度法[35]、火焰原子吸收分光光度法[36]、冷原子吸收法[37]和氢化物-原子吸收法[41]等，优缺点详见表4。AAS中每个元素的气态基态原子只对某些特定波长的光有吸收，邢凤晶等[38]用氢化物原子吸收法灵敏测定了金银花中砷的含量，在一定范围内，荧光强度与砷含量成正比[39]。目前AAS可测定的元素有70多种[40]。AAS适用性广且检测成本适中，为大多数实验室所采用。Li等[41]用冷原子吸收法测定不同来源的龙齿药材中Hg的质量分数，测得质量分数为0.26～1.16 mg/kg，可为制定龙齿Hg限量标准提供检测方法。但不能同时测多种重金属及高污染的缺点仍对AAS的发展造成一定的限制。

表4 AAS优缺点汇总

3.1.3 电感耦合等离子发射光谱(ICP)

ICP能连续测定多种重金属，且污染小，弥补了AAS的不足，是中药痕量有害元素测定中常被采用的方法。近年来有电感耦合等离子体光学发射光谱(ICP-OES)[42]、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)[43]和高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用法(HPLC-ICP-MS)[44]等方法，详见表5。

表5 ICP特点汇总

李佳[45]用ICP-MS法同时测定微波消解法预处理后紫梢花样品中Cu，As，Cd，Pb和Hg这5 种重金属元素的含量，结果这5 种重金属的回收率为80.3%～105.2%，RSD值为0.5%～12.1%，该方法适用于检测紫梢花中这5 种重金属元素。李邦进[49]应用HPLC-ICP-MS连续测定了10 种中药中不同形态As的质量分数，5种As形态的方法检出限均低于5.0 μg/kg，加标回收率为88.7%～101%，相对标准偏差为1.02%～3.34%，该法完全可以满足中药中无机砷的检测要求。

3.1.4 原子荧光光谱法(AFS)

AFS是一种以原子在辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的检测方法[50]。AFS的检测灵敏度较高[51]，检测的范围较广，干扰少，可将重金属从样品基体中分离出来，样品导入效率高，自动化程度高[52]。该方法能同时进行多种元素的含量检测，且无需进行样品前处理，弥补了ICP需要复杂前处理的不足。但AFS只能分析有荧光效应的重金属，该特性限制了AFS的普及。杨修镇等[53]采用原子荧光光谱法测定雄黄中As2O3的质量浓度，As进样质量浓度为0～100 ng/mL时，荧光强度值与As质量浓度呈现良好的线性关系，可以为建立雄黄的重金属限量提供依据。

3.2 新型分析方法

上述传统分析方法虽能较为高效地分析中药中重金属的含量，但大多存在前处理过程复杂、仪器设备要求高、分析时间长和价格昂贵等不足。为了弥补这些弊端，重金属检测研究不断发展，陆续出现了仪器依赖性低、分析费用低廉、操作简单和分析速度快的新型分析技术。

3.2.1 阳极溶出伏安法(ASV)

ASV是一种利用重金属离子被还原富集于微电极后再被氧化而产生的电流-电压曲线变化进行分析的重金属检测方法。该方法可同时测多种重金属以及低浓度样品，操作简单、仪器便宜、费用低廉，可获得较好的响应值和精确度[54]。刘祖圻等[55]用Bi2O3-石墨烯修饰的玻碳电极，建立ASV，快速测定西洋参中Pb和Cd的质量浓度。在质量浓度为10～90 μg/L时，Pb和Cd的溶出峰电流与其质量浓度呈现良好的线性关系，回收率RSD<5.00%(n=6)。该方法能够精确测定Pb和Cd的质量浓度，可以为建立西洋参的重金属限量标准提供依据。这是一种有望代替ICP分析中药重金属残留的方法[56]。但该方法易受样品中氧化还原物质的干扰，检测过程需要注意排除干扰物[57]。

3.2.2 阴极溶出伏安法(CSV)

CSV具有高灵敏度和高选择性，且能同时测定多种金属，是一种较为经济实惠的检测方法[58]。Tekenya等[59]将电化学还原氧化石墨烯/汞膜米复合修饰铅笔石墨电极与方波吸附式CSV联用，分析了自来水以及天然河水样品中的Ni2+，结果表明：该方法具有极佳的检测灵敏度，能在0.1 μg/L的水样中测定金属离子，远远低于世界卫生组织的标准。该方法，虽未在中药重金属检测领域普及，但其可灵敏检测低浓度金属元素，有望应用于中药重金属含量的测定。

3.2.3 衰减全反射傅里叶变换红外光谱法(FTIR-ATR)

在中药重金属分析前，将重金属离子络合成可产生红外吸收的物质，继而采用FTIR-ATR进行测定。该方法的仪器价廉、操作简单、样品消耗少，但灵敏度不高，需要与富集技术联用。蔡嘉华[60]用湿法消解处理样品，利用FTIR-ATR测定3 批不同产地地龙中的Cu含量，用ICP-MS设定对照组，FTIR-ATR测定结果与ICP-MS检测结果间的相对误差均小于15%，误差均在10-6以内，该方法具有较高的准确度，可为制定地龙Cu限量标准提供依据。但该方法受被检测物质应具有高红外线通透性的局限。

3.2.4 X射线荧光法(XRF)

XRF的检测限一般在10-6范围内，达不到痕量重金属检测要求，为了提高检测限，需进行预浓缩处理[61]。Ayres等[61]用电化学沉积法(EC)进行重金属电化学预富集，建立电化学X射线荧光法(EC-XRF)，检测水样中Pd的含量，结果表明该方法达到了国际药典指南规定的检测灵敏度要求。不同于XRF，同步辐射X射线荧光法(SRXRF)与放射性核素X射线荧光光谱法(RRFS)制样简单，无需复杂前处理，可直接进行重金属分析，不要求将被分析物从基质中分离出来，降低了检测误差，简化了操作[62]，且其检测限可达10-9量级，远低于质子探针技术(10-6量级)等分析技术[63]。Huang等[64]应用SRXRF技术定位监测黄连中的Cr元素，取得了较好的效果，为其他中药材中Cr元素的快速分析检测提供了参考。

3.2.5 毛细管电泳分析法(CE)

CE是一种快速、高效的分离分析技术，且该方法所消耗的样品量较小，虽然目前在中药重金属检测方面应用较少，但具有很好的发展前景。Chen等[65]通过动态螯合机制扫描样品时，发现少量的螯合剂将大量重金属离子扫掠到毛细管中，提高了Pb，Cd和Hg的检测效率和灵敏度，结果其相对标准偏差和相对误差均小于8.7%，该方法具有较高的精密度和准确度，能作为高效检测重金属的方法。Li等[66]将CE与ICP-MS技术联用，定性定量分析藻类中Pb元素，结果表明：该方法具有较好的相对标准偏差和重现性，回收率可达103.6%，能够高效灵敏地检测Pb，为制定藻类中药材中重金属限量标准提供技术支持。

3.2.6 纳米金探针技术

纳米金探针技术对仪器设备的要求不高、费用低，但其具有较高的选择性，可对重金属进行高灵敏度的分析，快速得到分析结果。仁增等[67]根据Cu2+对金纳米簇的荧光淬灭特性，以及Cu2+浓度和荧光强度的线性关系，建立纳米金探针方法，灵敏、快速地测定Cu2+的含量，但若存在Cd3+和Ag+，Cu2+的含量测定会受到影响。

3.2.7 化学发光免疫传感器分析法

化学发光免疫传感器利用放射免疫分析的原理，将化学发光技术、免疫反应以及传感器技术结合起来，缩短了检测时间，提高了检测效率。欧阳辉[68]构建免标记免疫分析方法检测人参和丹参中Cu的质量浓度，检测范围为1.0～1 000 mg/mL，检出限为0.33 mg/mL(S/N=3)，结果表明该方法可用于人参和丹参中Cu的测定。

3.2.8 激光辅助诱导击穿光谱法(LIBS)

LIBS是一种利用激光脉冲对目标进行烧蚀，并收集和分析等离子体发射的技术[69]。LIBS操作简单、不需要样品制备，能同时进行多元素分析和现场实时分析，但因为水引起的脉冲能量和等离子体信号的吸收、折射和扩散，不适合分析水样，需要将溶液中的重金属转移到固体表面进行分析[70]。Fang等[71]将水样中的重金属富集到环槽亲水石墨片上，然后用LIBS对水样中的Cd，Cr，Cu，Ni，Pb和Zn进行分析，结果其相对标准偏差均小于6%，适合重金属的现场在线分析，在中药重金属检测中有较好的研究前景；Wang等[72]利用与多元线性回归法联用的激光击穿光谱法检测川芎中Pb和Cu的质量分数，结果表明：光谱强度与质量分数呈线性关系，该方法适用于中药中重金属的测定。

4 结 论

从调研国内外中药重金属限量标准现状入手，针对建立标准的瓶颈问题，综述了中药重金属检测的方法。其中，AAS，AFS和ICP等传统方法价格低、普适性强，已被各国/地区的药典收录，但由于受仪器、操作环境和成本等方面的限制，不能快速简便地进行检测分析。因此，近年来ASV和SRXRF等新型检测技术不断涌现，这些方法大多具有仪器依赖性低、分析费用低廉和操作简单等优势，能够现场实时检测，缩短分析时间，顺应了目前快速灵敏检测重金属的趋势，其中ASV的应用发展尤为突出，若能改善其易受氧化还原物干扰的弊端，有望成为未来普适性较强的重金属检测方法。因此，加速探索成本低、快速和仪器依赖性低的重金属检测新方法和拓宽新方法的适用范围刻不容缓。此外，2020版《中国药典》中不仅只简单规定了对重金属元素的检测，也针对同一重金属元素的不同价态规定了相应限度，体现了重金属限制标准与时俱进。相信随着分析检测手段的不断进步，中药重金属检测方法会朝着国际化、特色化的道路不断发展。