中药材中重金属含量检测方法研究进展

张文星 何玲玲 韦国兵

（江西中医药大学药学院，江西 南昌330004）

0 引言

当前中药材质量由于人工种植、饮片炮制研究落后、中药材的质量控制方法落后以及市场监控不力等原因，导致中药材品种退化及重金属超标等质量问题，存在用非药典品种代替药典品种[1]等以次充好的现象，严重影响到中药材的药效和安全性。目前我国中药材中重金属残留严重超标的问题时有报道，严重影响了我国的中药材及其相关产品的出口质量，也损害到中医药的信誉和声誉。因此中药材中重金属含量控制已成为目前中药材质量控制的重点。为了提高中药材及其相关产品质量和人类的健康，也为了让我国中药材及其加工产品更快更好的走出国门，走向世界，就必须严格控制中药材及其加工产品的质量，特别是中药材及其加工产品中的重金属含量。

1 中药材中重金属对人体的危害

中药材的安全性有和效性取决于所使用的中药材质量的高低，而重金属成为一种严重影响中药材品质的污染源。中药材中的重金属通常包括汞、铅、镉、铬、铜等比重在5以上的金属元素，能直接或通过积累对人体产生不良影响[2]。通过相关数据显示，因为相关中药材的重金属含量超标，我国大约有30%的中草药不合格。受中药材中重金属超标及质量标准混乱等因素影响，世界中药材的销量中只有1%左右是来自我国[3]，许多国家都制定了专门的标准和法规来进行限制中药材中的重金属含量，例如，美国禁止含有铅、汞、朱砂成分的中药进口[4]。

因重金属易与人体内的蛋白质（尤其是生物酶）乃至核酸相互结合进而导致酶的生物活性降低甚至受到抑制，从而使得人体不能很好地合成生物酶，或是导致核酸结构改变，阻碍其生长甚至使机体发生病变。如重金属汞通过与蛋白质或生物酶分子内的巯基、嘌呤基等的相互结合使得细胞的通透性发生变化，从而导致生物体神经系统、中枢和周围神经等发生损伤，甚至产生急性肾功能衰竭和肾炎。镉将抑制生物体肝细胞线粒体的氧化磷酸化过程，甚至将因为镉超标使得生物体内的生物酶如过氧化酶、脱氢酶及氨酸酶的生物活性受到抑制而使得组织代谢发生障碍甚至导致病变发生。砷由于其易与蛋白质及生物酶中的巯基相结合的特点，当生物体内砷含量超标时，往往导致生物体内含有巯基的且参与体内代谢的生物酶收到砷的影响而失去其生物活性。

2 中药材中的重金属检测的常用方法

（1）紫外—可见分光光度法（UV）。紫外—可见分光光度法指通过测定化合物在200～800 nm光区范围内的吸收光谱而对化合物进行定性或定量分析的光学分析方法。大多数重金属元素本身不具有紫外可见吸收，但能够通过显色反应生成有色配合物而进行测定。而且由于不同重金属元素形成配合物后的吸光度不同，通过显色反应后会在紫外光下有不同的吸收，可以测得中药材中重金属的含量，得到了满意的结果[5]。

（2）原子荧光光度法（AFS）。原子荧光光度法是利用金属原子在激发光照射下发生能级跃迁并发射荧光而对金属元素进行定性和定量的光学分析方法。原子荧光光度法具有检出限低、灵敏度高、特异性强及快速等优点，能够进行多元素同时测定，主要用于样品中金属元素的定量分析，为中药材中重金属测定及中药材质量控制提供一种简便方法[6]。

（3）原子吸收光谱（AAS）。原子吸收光谱法是基于气态金属原子对特定波长电磁辐射的吸收而对金属元素进行定性和定量分析的光学分析方法，具有灵敏度高、选择性高、检出限低及快速等优点。火焰原子吸收法是利用火焰原子化器使样品转化为所需要的气态基态原子而实现检测；但该法因原子化效率较低导致灵敏度不高，主要用于对金属元素含量较高的样品的检测分析（其检测限为4μg/mL-1），是近年来重金属检测的常用方法之一。冷原子吸收分光光度法是目前测定样品中微量和痕量汞元素的常用特异方法[7]。原子吸收分光光度法作为一种检出限低和灵敏度高的检测分析技术，在分析中比于原子荧光光度法容易受到外来干扰因素的干扰，使得检测结果发生偏离[8]。

（4）电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。电感耦合等离子体质谱法是将电感耦合等离子体的超高温电离能力与质谱的快速分析能力结合形成的一种元素分析新技术，具备高温电离特性和高灵敏度相结合的优点，能够同时测定多种元素及同位素，有着很高的效率，《中国药典》（2020版）将ICP-MS法作为重金属及有害元素项目检查的法定检测技术[9]。李春盈[10]等人运用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）建立了100批植物类中药材及饮片中18种重金属元素含量的检测方法。

（5）高效液相色谱法。在现代色谱分析技术中，高效液相色谱法（HPLC）是最受重视的色谱分析技术之一[11]。目前，HPLC通过选择衍生试剂来实现对金属离子的灵敏测定。HPLC的广泛应用的同时也受到一定的限制，这是因为络合试剂的选择有限[12]。董黎[13]等人运用HPLC法建立了中药材中汞、铜、铅等多种重金属的含量测定方法，提高了中药材中重金属检测及含量测定方法的选择性。

（6）电化学生物传感器。电化学生物传感器通过将生物敏感分子固定在固体电极表面进而通过特异识别作用将目标分子识别并捕捉到电极表面并产生电信号，从而对目标分子进行定性或定量分析。电化学生物传感器作为一种高新分析测试技术，具有选择性高、速度快、成本低及灵敏度高的优点[14]，广泛应用于生物医药、化学、食品科学等领域，在当前分析科学发展中占据研究前沿地位[15]。因DNA上碱基互补配对特性，通过固定在电极上的DNA会选择性识别特异靶基因。而靶基因的存在和含量可以由杂交指示剂（电化学标示物）的电化学信号进行测定[16]。

（1）电化学标示物。电化学标示物主要指电活性物质，在电化学标示物的世界里，各自有各自的优缺点。①二茂铁线性。二茂铁基萘二酰亚胺（FND）是一种常用的电化学标示物，它与DNA双螺旋的键合比通常使用的插入剂更紧密。广泛应用于电化学传感器的氧化还原反应发生在二茂铁上[17]，二茂铁和二茂铁基络合物有着很大的利用价值，不仅可以通过它直接检测到分子内部所发生的反应，而且电子的转移还可以用它作为介质。在一定条件下二茂铁标记信号的强度与其衍生基团的长短密切相关，并且他们保持成正比的关系。②纳米材料。纳米材料（nanometer materials）指至少在三维立体空间中有一个维度（如长、宽、高）的尺寸出在0.1～100 nm或由它们作为基本单元构成的新型材料，如二氧化硅纳米线、石墨烯、碳纳米管等均是目前应用较多的纳米材料，具有表面效应、小尺寸效应、尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性，在目前高速发展的高科技领域得到了快速应用，为现代技术创新提供了机会。纳米材料可以作为生物物质与电极的纽带，得益于纳米材料中的金属纳米粒子和碳纳米管具有很好的导电性能，氧化还原物质在电极表面发生反应的可逆性也可以得到加强[18]。近年来纳米材料与金属材料的有机结合使得电子转移率的研究得到人们广泛的关注。纳米复合材料的电子传递性能比简单单一的纳米颗粒更加优越的观点已经得到证明。比起单一的纳米颗粒，纳米复合材料更加容易形成连续的电场，提高了电子转移速度，增强了电化学生物传感器的电流响应时间和响应效率。此外，纳米材料还可以作为电化学传感器的电化学信号标记物，通过增强和放大电信号提高电化学传感器检测的灵敏度。③石墨烯材料。石墨烯是一种碳原子紧密堆积而成的单层二维蜂窝状晶体纳米材料，以碳原子通过sp2杂化轨道呈单层二维蜂窝晶格排列，表现出良好的电学、力学、光学机可塑性等特性。石墨烯作为一种新发现的材料，由于其本身特有的性质，不管是与其他物质一起还是单独作为修饰物，都可以极大地提高检测的灵敏度。石墨烯因其单层二维蜂窝结构使得其具有表面积大和良好的电学特性，使得利用其作为电化学标识物构建的电化学传感器表现出高的检测范围和低的检测限，当检测糖类、血红蛋白、脂类、核酸、中药活性成分如蒽醌类化合物等具有氧化还原性质的化合物时，使得发生氧化还原反应时被测物质与电极通过形成电子环路而实现被测物质的快速灵敏检测。

（2）电化学分析技术。最近几年，关于重金属快速检测方法这个研究领域，电化学生物传感器在科学前沿领域也是一个重要的分析检测方法[19]。①极谱法：极谱法是提供使用滴汞电极或其他表面能够周期性更新的液体电极作为化学电池的极化电极，具有工作电极比表面积小、浓差极化明显的特点，已被广泛用于铅的测定，经典极谱法最早被用于药物的检验和质量监控，谢治民[20]等人报道了运用极谱法测定中药材中的铜、锌、铅、镉等重金属。②溶出伏安法：溶出伏安法是利用待测离子发生电解后在电极上进行富集导致电极电位发生改变，从而导致富集在电极表面上的该金属重新溶出，根据电解富集与电解溶出两个过程中电流与电压的关系对金属离子进行定量分析。目前溶出伏安法广泛应用于样品中痕量重金属离子的测定，结果一致较好[21]。③计时电流法：计时电流法是通过向工作电极施加单电位阶跃或双电位阶跃后，电活性物质（或称去极剂）发生氧化或还原反应，记录电流随时间的变化关系而对试样进行定量分析，广泛应用于环境监测、临床诊断及食品安全等领域。

3 结语

随着现代科学技术的快速发展，人们对中药材的有效性和安全性有着越来越高的标准，中药材质量控制技术的发展也是非常迅速。中药材质量检测方法一直是中药走向国际化、现代化的必经之路，而中药材中重金属含量超标已成为严重影响中药材疗效和质量安全的重要因素，因此中药材中重金属含量测定方法研究将是中药质量控制中一项十分有意义的工作。