ICP-MS法测定石斛中重金属元素的含量

杨世波 张满常 杨丽英 李晓颀

（保山市食品药品检验检测中心，云南 保山 678000）

石斛属（Dendrobium Sw.）是兰科植物中第二大属，全世界约有1 400种，广泛分布于亚洲、欧洲、大洋洲等地。我国有76种石斛，分布于秦岭以南诸地区，尤其以云南南部为多[1]。在我国传统医学中，石斛属植物有30多种的新鲜或干燥茎被收做药用，具有滋阴清热、益胃生津、润肺止咳的功效[2]。石斛在《神农本草经》中被列为上品，与人参、灵芝、冬虫夏草等并称“中华九大仙草”，其位居之首。现代科学研究也证明，从事有毒、有害物作业的工人，如果能科学地选择保健膳食，则可有效地减轻甚至抵消职业有害因素对人体的危害[3]。2010年版《中国药典》记载了铁皮石斛和紫皮石斛的药用功效，其中以铁皮石斛的药用价值为最优。

紫皮石斛（Dendrobium devoninum Paxt.）又名齿瓣石斛、紫皮兰、万丈须，是药用植物石斛的一个品种，是极具高原特色优势的生物资源，以云南龙陵紫皮石斛尤为出名[4]。铁皮石斛（Dendrobi⁃um candidium Wall.ex Lindl.）又名黑节草、云南铁皮、铁皮斗，是兰科草本植物，表面灰绿色、黄绿色或略带金黄色，有多数纵皱纹，有时可见残留的灰白色叶鞘，质坚实，易折断，断面平坦，略角质状。铁皮石斛因其药用价值高，治病防病功效明显，养生保健疗效显著，现代药理研究证明其具有抗肿瘤、抗衰老、降血糖等作用[5]，被列入《中国药典》。石斛的加工方法繁多且复杂，石斛枫斗是由石斛鲜条的茎经加工而成的半成品，在制作过程中需要人工边烤边扭曲成螺旋状或弹簧状[6]。目前市场上除了传统的石斛枫斗外，还出现了一些深加工产品，比如石斛含片、石斛胶囊、石斛口服液等[7]产品，它们大多以石斛的粉末或颗粒为主要原料。本研究以保山两个产地的紫皮和铁皮石斛为研究对象，分别对其鲜条、枫斗和成品粉进行重金属检测，测试方法简单易行，无需复杂仪器和设备，为石斛重金属检测提供便捷可靠的检测依据。

1 材料与方法

1.1 仪器、剂药与材料

1.1.1 仪器

美国Thermo Fisher iCAP Qc电感耦合离子质谱仪（美国赛默飞公司）；YHZ-1820-I超纯水系统（杭州恒诺微电子有限公司）；Multiwave TM PRO微波消解仪（奥地利安东帕有限公司）；CAP 225D电子分析天平（德国赛多利斯公司）；GS赶酸器（南京瑞尼克有限公司）；FW 100万能超速粉碎机（北京永光明有限公司）；各型号容量瓶、移液管和量具（使用前经20%硝酸溶液浸泡24 h以上，一级纯水清洗多次自然晾干）。

1.1.2 试剂与标准物质

65%优级纯硝酸（德国默克股份有限公司）；标准调谐液：7Li、59Co、89Y、205Tl、156CeO、140Ce（美国赛默飞公司）；ICP分析专用（GNM-M33198-2013）多元素标准溶液（100 ug/mL，国家有色金属分析检测中心，唯一标识为GNM-M33198-2013-17D2065，相对扩展不确定度k=2时，U为1.4%）；柑橘叶成分分析标准物质GBW 10020（GSB-11），国家标准物质研究中心。

1.1.3 材料

石斛样品分别采集于龙陵县龙山镇和腾冲市团田乡两个产地，样品采集点信息见表1。

表1 样品采集点信息

1.2 方法

1.2.1 样品预处理

取石斛样品均匀切碎，石斛鲜条烘干，置烘箱37±1.0℃烘烤24 h，充分挥发贮存过程中药材饮片潮解吸收的水分，冷却至室温后采用高速万能粉碎机打磨至粗粉，过80目筛。样品预处理结束后，分别收集于自封袋中待测，用记号笔标注采集地点、样品名称及编号。

1.2.2 重金属元素测定方法与原理

参照食品国家标准GB 5009.268-2016[8]，采用微波消解法对样品进行前处理后，由电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定。以元素特定质量数（质荷比，m/z）定性，采用外标法，以待测元素质谱信号与内标元素质谱信号的强度比与待测元素的浓度成正比，对石斛中铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）5种重金属的含量进行定量分析。

1.2.3 微波消解条件

称取石斛试样（龙山紫皮石斛鲜条、枫斗和石斛粉，团田铁皮石斛鲜条、枫斗、石斛粉）约0.3～0.5 g（精确至0.000 1 g）置于清洗干净且经过高温烘干的微波聚四氟乙烯消解罐中，加入65%优级纯硝酸8 mL，混匀，置于赶酸器（110℃）上预消解30 min。旋紧罐盖置于微波消解仪中，参照杨世波[9]等ICP-MS法测定药材中重金属含量的工作条件进行微波消解。消解结束后取出消解罐放入通风橱中，冷却至室温后，缓慢打开罐盖排气，于赶酸器上（145℃）赶酸至0.5 mL左右。赶酸完毕应得到无色或淡黄色的澄清溶液，用超纯水反复洗涤消解罐，萃取4～5次，将洗涤液合并于25 mL容量瓶中，用0.3%稀硝酸溶液定容，混匀备用。空白对照组使用同法制备。

1.2.4 ICP-MS工作条件

ICP-MS的仪器工作参数见表2。

表2 仪器工作条件及参数

1.2.5 标准溶液的配制与标准曲线绘制

1.2.5.1 标准储备液的配制

精密量取ICP分析专用多元素标准溶液，用体积分数为1.0%的酸溶液逐级稀释，稀释为1 mL中分别含10 μg铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）的标准储备溶液，备用。

1.2.5.2 系列标准溶液的配制

分别精密量取多元素混合储备液适当，用体积分数为0.3%的硝酸纯水配制成每1 mL中分别含有铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）为20 ng、40 ng、60 ng、80 ng、100 ng的系列浓度标准溶液（现配现用）。

1.2.5.3 标准曲线的绘制数据

测试中每个标准溶液平行测定3次，以金属元素浓度的平均数值绘制5种重金属元素的标准曲线，实测数值见表3。

表3 五种重金属元素的标准曲线浓度的平均数值（n=3）

五种重金属元素的线性数据具体见表4。

表4 五种重金属元素的线性关系

由表4可知，五种重金属的标准曲线相关系数R2在0.998 7～0.999 9之间，线性范围为0～100 ng/mL，线性关系良好。

2 结果与分析

2.1 方法检出限（LoD）

LoD（limit of detection）值是仪器的最低检出限，是一个能够判断检测方法、仪器灵敏的度量度指标。五种重金属的最低检出限见表5，数据表明铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）的检出限均达到检测要求，且仪器的灵敏度较高。

表5 五种重金属元素的最低检出限

2.2 精密度试验

在设定相同的工作状态下平行测定6次石斛处理样品并求其平均值，分别计算五种重金属元素的相对标准偏差，结果数据见表6。五种重金属元素的处理溶液所测定的RSD≤5.0%，表明相对标准偏差均较小，仪器精密度良好。

表6 石斛中五种重金属元素的相对标准偏差（n=6）

2.3 重复性试验

以龙山紫皮石斛粉试样溶液为例，平行进样11次，在相同仪器工作情况下测定五种重金属元素含量，求平均值，结果见表7。

表7 五种重金属元素的相对标准偏差

五种重金属元素的试样溶液RSD%<5.0%，n=11，表明该试验方法重复性良好。

2.4 加标回收率试验

以龙山紫皮石斛粉为例，平行进样6次，在前处理试样中精密量取并加入适量多元素混合标准溶液，测定并计算各元素回收率和RSD值，结果见表8。

表8 五种重金属元素的加标回收率（n=6）

五种重金属元素试样溶液的回收率在94～105%之间，加标回收率良好，且RSD%≤5.0%。

2.5 方法准确性试验

本次检测采用柑橘叶成分分析标准物质GBW10020（GSB-11）作为参考，来评价检测方法的准确性，分析结果见表9。结果表明测定数据与参考数据基本相符，且RSD%<5.0%。说明该检测方法准确可靠。

表9 标准参考物质测试结果与标准参考值的比较（n=6）

2.6 检测结果

每个石斛样品测定3组数据，设置重复测定3次，数据处理详见艾薇[10]等关于保山罗勒的微量元素测定的方法。在温度17.1℃，湿度45%下称取的石斛样品质量（精确至小数点后四位）数据见表10。

表10 称取石斛样品的重量

根据食品国家标准GB 5009.268-2016中的电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）中的公式所计算得出的平均值即为五种重金属的平均测定含量，见表11。

表11 五种重金属元素的平均含量（n=6）

2.7 含量分析

2.7.1 紫皮与铁皮石斛中五种重金属元素含量的对比分析

根据紫皮和铁皮石斛样品检测结果，建立五种重金属元素含量分析图（a～e）。

由分析图1可知，紫皮石斛和铁皮石斛样品中均检测出一定含量的五种重金属元素：铬（Cr）平均含量排列顺序为6>3>1>5>2>4；团田铁皮石斛粉（6号）中铬含量最高，为4.06 mg/kg；团田铁皮石斛鲜条（4号）铬含量最低，为0.127 mg/kg；团田铁皮石斛鲜条（4号）低于其枫斗含量（5号），而龙山紫皮石斛鲜条（1号）含量却高于其枫斗含量（2号）。铅（Pb）平均含量排列顺序为5>6>2>3>1>4；团田铁皮石斛枫斗（5号）铅含量最高，为0.372 mg/kg；在团田铁皮石斛鲜条（4号）铅含量最低，为0.028 9 mg/kg；同一产地石斛铅含量呈现出：石斛枫斗＞石斛粉＞石斛鲜条。铜（Cu）平均含量排列顺序为6>3>2>5>1>4；团田铁皮石斛粉（6号）含量最高，为4.23 mg/kg；团田铁皮石斛鲜条（4号）含量最低，为0.425 mg/kg；同一产地石斛铜含量呈现出：石斛粉＞枫斗＞鲜条。砷（As）平均含量排列顺序为5>6>3>1>4>2；团田铁皮石斛枫斗（5号）含量最高，为0.108 mg/kg，龙山紫皮石斛枫斗（2号）含量最低，为0.011 0 mg/kg。镉（Cd）平均含量排列顺序为6>5>2>3>1>4；团田铁皮石斛粉（6号）含量最高，为0.160 mg/kg；团田铁皮石斛鲜条（4号）含量最低，为0.015 1 mg/kg。

图1 石斛中重金属元素含量分析图

本试验运用《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》来判断本试验的石斛样品是否存在重金属超标。标准中重金属及砷盐限量指标为As≤2.0 mg/kg，Pb≤5.0 mg/kg，Cu≤20.0 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg，Cr未见规定。结合计算数据可知，所测六组石斛样品中的Cu、As、Cd、Pb四种重金属元素均符合标准规定。

2.7.2 两个产地石斛中五种重金属元素含量的对比分析

根据图2可知：从整体来看，鲜条、枫斗、石斛粉中铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）五种重金属元素含量基本一致（除两个产地石斛鲜条中铬含量有较大差异外），铜（Cu）元素含量都较高的，砷（As）和镉（Cd）元素含量都较低的。

图2 两个产地石斛中五种重金属元素含量对比图

单从两个产地石斛鲜条样品来看，龙山紫皮石斛五种重金属元素均高于团田铁皮石斛，除铬含量有较大差异外，其他重金属元素含量变化基本一致；单从两个产地石斛枫斗样品来看，团田铁皮石斛中铬（Cr）、铅（Pb）、砷（As）和镉（Cd）的含量均高于龙山紫皮石斛枫斗，而铜（Cu）的含量却比其略低；单从两个产地石斛粉样品来看，团田铁皮石斛中铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）五种重金属元素均略高于龙山紫皮石斛粉，且含量变化基本一致，铬（Cr）和铜（Cu）两种重金属元素都较高。

3 结论与展望

石斛样品中均能检测出一定量的铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）重金属。通过对比，两个产地、不同品种、不同属性之间的重金属元素含量各异，但均未超标。

保山市作为石斛栽培的重要地区更应该对石斛栽培中的农药使用量进行严格把控，加强绿色无公害的石斛种植，促进其种植产业的发展。着重推广绿色健康的石斛产品，对保山本地石斛进行宣传推广，努力发展地方经济特色，增加特色产品的经济盈利。其次，推动石斛产业链的发展，打造保山特色食用石斛品牌。石斛产业是一个开发度尚低的市场，发展潜力巨大，通过对石斛的研究，总结生产与种植技术，更好地推动石斛经济的发展。