半边莲中重金属及有害元素测定与污染评价

何 玲，何卫保，麦 曦，陈 葶，李 娜，廖一静，冯丽华，张其民

(南昌大学药学院，江西 南昌 330006)

半边莲为桔梗科植物半边莲LobeliachinensisLour.的干燥全草，主治毒蛇咬伤、烧伤、痈肿疔疮、扁桃体炎、阑尾炎、肝硬化腹水及多种癌症[1]，为临床常用中药材。近年来，中药材因其重要而独特治疗效果而被广泛使用的同时，其重金属及有害元素污染引起的安全性问题也受到了越来越多学者的关注。重金属包括铅、砷、镉等有害重金属和铜、铁等人体必需的微量元素，在体内蓄积到一定量时具有很强的毒性，重金属镉对人体主要是肾毒性和骨骼毒性，并且抑制多种生物酶的活力[2-3]。中药材在吸收生长所需营养物质的同时，对重金属及有害元素也进行吸收富集，导致中药材中重金属含量超标，服用后在人体内代谢缓慢而蓄积，对人的身体健康产生严重影响。

中药材对重金属及有害元素的吸收不仅受到其生长土壤、水质等环境因素以及加工炮制方法的影响[4-6]，还与其吸收富集特性密切相关[7]。Peng等[8]研究发现在一个金属污染地区半边莲嫩枝中镉含量普遍较高，60%的半边莲生物累积因子(BF)都大于1，在对数尺度上植物组织中镉浓度与土壤中镉浓度呈显著正相关，半边莲可能是潜在的镉强累积植物。中药材中重金属及有害元素的吸收还存在协同效应。秦双双等[9]研究发现全草类中药材中Pb，As，Cu，Hg这4种金属元素之间呈显著正相关，丹参的指标性成分丹参酮类与As、Hg呈显著正相关。此外，中药材重金属及有害元素的污染评价是中药材品质和安全性的重要内容。李耀磊等[10]运用ICP-MS法测定不同产地冬虫夏草及周围土壤中重金属的含量，并采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法进行评价，发现As是药材主要的污染物，综合来看冬虫夏草重主要产地重金属及有害元素污染处于重度污染水平。

然而，目前对中药材半边莲中重金属及有害元素的研究相对较少，缺少重金属相关性分析和污染评价的研究。为了全面了解我国半边莲中重金属及有害元素的污染情况，本研究建立了半边莲中重金属及有害元素含量测定方法，对全国不同产地的53批半边莲进行Cu、Cd、Pb、As、Hg的测定，分析了半边莲中重金属元素之间相关性。此外，研究中药的有效成分与重金属元素之间的相关性，可以揭示中药有效成分与重金属元素的积累是否具有协同关系，对阐释中药有效性和安全性有重要意义，因此，我们对半边莲中香叶木苷和蒙花苷的含量与重金属元素之间的相关性进行了分析。采用单因子指数法及内梅罗综合污染指数法对半边莲中重金属污染进行了评价，为半边莲的质量控制提供了科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

电感耦合离子质谱仪ICP-MS7700X(Agilent公司)；微波消解仪MARS-Xpress(CEM公司)；离心机ST16R(上海创萌生物科技有限公司)；超纯水仪Milli-Q(美国Millipore公司)；电子分析天平AR1140(梅特勒-托利多仪器有限公司)。

铅、砷、镉、铜混合标准溶液(10 μg/mL，5183-4682)购自Agilent公司；汞标准溶液(1000 μg/mL，GBW08617 14089)来自中国计量科学研究院；锗、铟、铋单混合内标溶液(100 μg/mL，19-72VYY2)购自Agilent公司；硝酸为优级纯。

本研究收集了29批半边莲药材和24批半边莲饮片，产地包括湖南、福建、江西、安徽、四川、贵州、江苏、浙江、广东、广西、湖北、河北。

1.2 方法

1.2.1 ICP-MS工作条件

反射功率1600 W；采样深度7.6 mm；载气流速0.79 L·min-1；辅助气流速0.35 L·min-1；泵速0.1 r·s-1；S/C温度2 degC；离子透镜1为3.5 V，离子透镜2为-99.5 V；反应模式为氦模式；氦气流速4.5 mL·min-1；重复次数3次，测量方式为标准曲线法。

1.2.2 溶液的制备

精密量取各标准储备溶液，用2%硝酸溶液配制标准品混合系列溶液。铅、砷、镉、铜为0，2，4，8，16，24，32，40，100 ng·mL-1的混合标准溶液；汞为0，0.1，0.2，0.4，0.8，l.2，2 ng·mL-1的标准溶液；另精密量取锗、铟、铋单元素标准溶液适量，用水稀释制成l μg·mL-1的混合溶液。取半边莲样品经干燥、粉碎成粗粉，取约0.3 g，精密称定，置微波消解罐中，加5 ml硝酸进行消解。消解完全后，消解液冷却至60 ℃以下，取出消解罐，放冷，将消解液转入50 ml量瓶中，用少量水洗涤消解罐3次，洗液合并于量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，于4000 r·min-1离心取上清液。同法制备空白溶液。

1.2.3 测定方法

测定时选取的同位素为63Cu、75As、114Cd、202Hg和208Pb，其中63Cu、75As以72Ge为内标，114Cd以115In为内标，202Hg、208Pb以209Bi为内标。依次将样品管插入各个浓度的标准品溶液、供试品溶液中，内标管插入内标溶液中进行测定。

1.2.4 污染评价方法

运用SPSS 22.0软件对数据进行相关性分析，考察两个重金属元素之间的相关性，P<0.05表示在5%置信水平(双侧)上显著相关，P<0.01表示在1%置信水平(双侧)上显著相关。

2 结果与分析

2.1 线性关系

取“1.2.2”项下制备的不同浓度梯度的铅、砷、镉、铜混合标准溶液和汞单元素标准溶液，按“1.2.1”“1.2.3”项下工作条件进样测定，以测量值为纵坐标，浓度为横坐标，绘制5种元素的标准曲线，其线性回归方程和相关系数见表1，结果表明5种元素线性关系良好。

表1 线性方程及相关系数

2.2 定量限

根据线性试验确定的最低检出浓度确定各元素的定量限(表2)，Cu、Cd、Pb、As、Hg的定量限分别为：0.01452，0.00186，0.0117，0.02124，0.0002368 mg·kg-1。

表2 检测限与定量限

2.3 重复性试验

取同一批次半边莲样品，平行制备6份样品溶液，分别测定6份样品中的重金属和有害元素含量，Cu、Cd、Pb、As、Hg的RSD分别为：2.5%，3.0%，5.2%，2.2%，5.5%，结果表明方法精密度符合痕量分析要求。

2.3 加样回收试验

精密称取6份已知元素含量的半边莲样品各约0.15 g，分别精密加入一定量的5种金属元素标准溶液，按“1.2.2”项下方法制成加样回收样品溶液进行测定，计算各元素回收率，Cu、Cd、Pb、As、Hg的平均加样回收率(RSD%)分别为：93.75%(3.1%)，102.1%(5.0%)，90.17%(5.2%)，102.3%(5.3%)，91.18%(7.4%)，结果表明本法准确度符合痕量分析要求。

2.4 样品测定

取各批次半边莲药材和饮片，按“1.2.2”项下方法制备样品溶液后进行测定，分别计算各批次样品中铅、镉、砷、汞、铜的含量，结果如表3所示。53批半边莲样品中，铜元素含量在1.75～19.65 mg·kg-1之间，平均为10.96 mg·kg-1；砷的含量在0.31～12.45 mg·kg-1之间，平均为1.79 mg·kg-1；镉的含量在0.18～6.89 mg·kg-1之间，平均为1.02 mg·kg-1；汞的含量在0.00022～0.03135 mg·kg-1之间，平均为0.00266 mg·kg-1；铅的含量在1.16～106.1 mg·kg-1之间，平均为8.78 mg·kg-1。

表3 半边莲药材和饮片中重金属及有害元素测定结果

2.5 半边莲中重金属及有害元素含量相关性分析

半边莲中Pb、Cd、As、Cu这4种重金属元素之间呈显著正相关(P<0.01)，其中Cu与As在5%的置信水平上呈显著正相关，说明半边莲中Pb、Cd、As、Cu的积累存在协同效应。此外，Hg与其他4种重金属元素之间没有明显的相关性。结果见表4。

表4 半边莲中重金属及有害元素相关性分析

2.6 半边莲指标性成分与重金属元素之间的相关性

基于本课题对半边莲主要活性成分香叶木苷和蒙花苷含量的研究[12]，以香叶木苷和蒙花苷作为指标性成分,结果表明半边莲中两种指标性成分含量与各金属元素无显著性相关。

2.7 重金属及有害元素污染评价

本研究以ISO国际标准《中医药-中药材重金属限量》中各金属元素的限量标准为评价标准，汞、砷、铅、镉的限度值分别为3，4，10，2 mg·kg-1。53批半边莲中处于安全级41批，警戒级5批，轻度污染2批，中度污染3批，重度污染2批。半边莲中重金属及有害元素平均单项污染指数顺序为Pb>Cd>As>Hg，Cd、As、Hg污染等级为安全级，重金属铅平均单项污染指数为0.88，属警戒级污染。若不考虑存在极端值的样品S12(Pb含量为106.1 mg·kg-1)，内梅罗综合污染指数均值为0.64，所有批次样品整体污染等级为安全级。结果见表5。

表5 半边莲中重金属及有害元素单因子指数及内梅罗综合污染指数评价

3 讨论

本工作建立了有效的半边莲中重金属及有害元素含量测定方法，分析了53批半边莲中重金属元素的含量，重金属元素之间相关性和两种指标性成分香叶木苷、蒙花苷与重金属元素之间的相关性。结果表明Pb、Cd、As、Cu这4种重金属元素之间呈显著正相关(P<0.01)，其中Cu与As呈显著正相关(P<0.05)，说明这4种元素的积累存在协同效应。重金属Hg与其他4种重金属元素之间没有明显的相关性，半边莲中两种指标性成分香叶木苷、蒙花苷含量与各金属元素也无明显的相关性。

采用单因子指数法及内梅罗综合污染指数法对半边莲中重金属及有害元素评价的结果表明，重金属Hg，Cd，As污染等级为安全级，Pb为警戒级污染。所有批次半边莲中41批为安全级，12批为警戒级以上污染，不考虑极端值样品的内梅罗综合污染指数均值表明半边莲总体处于安全级别。铜作为多种组织酶的活性中心，多个国家和地区权威机构建议除去药材中铜元素的限制，因此不对其进行污染评价。为了减少半边莲中重金属及有害元素含量，需对半边莲产地土壤、水源、空气等环境进行监测并修复，从源头上减少半边莲重金属污染。