电感耦合等离子体质谱法测定皂角刺中26种元素

陈小红

（淮安市食品药品检验所，江苏淮安 223000）

皂角刺［1-2］为豆科植物皂荚的干燥棘刺，具有消肿托毒，排脓，杀虫之功效。常用于痈疽初起或脓成不溃，外治疥癣麻风。皂角刺含黄酮甙、酚类、氨基酸等成分，可用于治疗急性扁桃体炎，还具有一定的抗癌作用。皂角刺化学成分研究文献报道较多［3-4］，其无机元素的分析文献报道较少，仅有使用火焰原子吸收光谱法测定皂角刺中7种微量元素的方法［5］，而皂角刺中所含的多种无机元素与其疗效密切相关，因此研究在皂角刺中多种无机元素的含量及分布情况至关重要。

目前同时测定多种元素的方法主要有电感耦合等离子体质谱法、高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法等，其分析速度快、灵敏度高，但是共存或与无机元素结合的大量有机物质会干扰测定，必须预先将有机物质全部破坏掉，使待测元素变为无机物的形态，然后进行测定，因此需对待测样品进行消解处理。笔者采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法［6-11］同时测定皂角刺中26种无机元素（Al、As、B、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、Pb、Sb、Se、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn、Hg）的含量，采用硝酸作为消解溶液，此法消解时间短，操作安全简单，结果准确可靠，为从无机学角度控制饮片质量提供技术支持。同时运用统计学软件对皂角刺进行聚类分析和主成分分析，对于评价药材优良、控制药材质量有一定的帮助。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体质谱仪：NexION 350X型，美国PerkinElmer公司。

微波消解仪：Multiwave 3000型，奥地利Anton Paar公司。

超纯水机：Milli-QR型，美国密理博公司。

电子分析天平：XSDU205型，感量为0.01 mg，瑞士梅特勒托利多公司。

Hg元素标准溶液：质量浓度为1 000μg/mL，批号为195048-1，北京国家有色金属及电子材料分析测试中心。

25种元素混合标准溶液：包含Al、As、B、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、Pb、Sb、Se、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn，质量浓度均为100 μg/mL，批号为18D5095，北京国家有色金属及电子材料分析测试中心。

Sc、Bi、Y、Rh混合内标标准溶液：质量浓度均为100 μg/mL，批号为18D7287，北京国家有色金属及电子材料分析测试中心。

Au元素标准溶液：质量浓度为1 000 μg/mL，批号为166079-1，北京国家有色金属及电子材料分析测试中心。

硝酸：优级纯，美国默克公司。

皂角刺样品：7批，具体信息列于表1。

表1 样品信息

实验用水为自制超纯水。

1.2 溶液的制备

25种混合元素标准贮备溶液：精密量取1.1中25种元素混合标准溶液适量，用2%硝酸溶液稀释成各元素质量浓度均为1 μg/mL的25种元素混合标准贮备溶液。

Hg标准贮备溶液：取Hg标准溶液适量，用2%硝酸溶液稀释成质量浓度为1 μg/mL的Hg标准贮备溶液。

25种元素系列混合标准工作溶液：精密量取25种元素混合标准贮备溶液适量，加2%硝酸溶液分别稀释成含25种元素质量浓度分别为0、2、5、10、50、200、500 ng/mL的系列混合标准工作溶液。

Hg系列标准工作溶液：精密量取Hg标准贮备溶液，加2%硝酸溶液稀释成Hg元素质量浓度为0、0.2、0.5、1、2、5 ng/mL的Hg系列标准工作溶液。

5种混合内标溶液：精密量取混合内标标准溶液和金元素标准溶液适量，用2%硝酸溶液稀释成含混合内标50 ng/mL、金元素200 ng/mL的混合溶液。

供试品溶液：取经过60 ℃干燥2 h的皂角刺样品，粉碎成粗粉，精密称取0.5 g，置微波消解罐中，加硝酸6 mL，密封之后按照1.3设定微波消解程序进行消解。消解后的样品转移至50 mL容量瓶中，用适量超纯水洗涤消解罐，洗液并入容量瓶中，用超纯水稀释至标线，摇匀，即得供试品溶液。同时制备样品空白溶液。

1.3 仪器工作参数

微波消解程序：20 min内功率升至1 400 W，维持20 min。

ICP-MS仪器参数见表2。

表2 ICP-MS仪器参数

测定时选取同位素11B、23Na、44Ca、25Mg、27Al、39K、47Ti、51V、52Cr、55Mn、57Fe以45Sc为 内 标 元 素，59Co、60Ni、59Cu、66Zn、75As、82Se以89Y为 内 标 元 素，121Sb、88Sr、95Mo、118Sn、138Ba、111Cd以103Rh为内标元素，208Pb、202Hg、205Tl以209Bi为内标元素。

2 结果与讨论

2.1 样品处理方法的选择

分析元素常用消解的方式有干法、湿法及微波消解法，干法基本不加试剂，需在高温下灼烧，以达到破坏有机物质的目的，湿法及微波消解法常用的溶剂有盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸等。

采用微波消解仪、马弗炉两种方式对样品进行消解，两种方法测得各元素含量接近，但马弗炉法所需温度较高、时间较长；微波消解法速度快、时间短，操作安全，故选择微波消解法对样品进行前处理。

2.2 消解液的选择

使用盐酸、硝酸两种酸分别对样品进行消解。由试验结果可知，用盐酸消解的样品溶液中各元素含量测定的重现性较差，部分元素的含量极低，可能与盐酸中氯离子干扰有关；采用硝酸做消解液，进样测定得到的各元素含量基本保持一致，因此选用硝酸作为消解液。

在使用硝酸消解的前提下，参照药典通则［12］规定，比较使用体积为5、6、8 mL时样品消解情况。由试验结果可知，使用5 mL硝酸时样品溶液略有浑浊；使用6 mL及8 mL时样品溶液澄清，测定得到的各元素含量接近，本着降低成本、减少仪器损耗的原则，选用6 mL硝酸对样品进行消解。

2.3 微波消解程序的选择

微波消解时使用两种程序消解，第一种为10 min内功率升至500 W，维持20 min，10 min到20 min功率升至1 200 W，维持20 min；第二种为20 min内功率升至1400 W，维持20 min。由试验结果可知，所得溶液均澄清透明，所测元素含量结果相差不大，本着提高节省时间的原则，选择第二种消解方法。

2.4 仪器干扰消除

为了消除质谱干扰，选用质量数相对接近的元素作为内标元素，对测定结果进行校正。金元素是测定汞元素时所需要使用的元素，因为汞元素存在记忆效应，为减少仪器上残留，加入一定量的金标准溶液，金与汞能形成稳定的络合物，这样就能消除仪器对汞元素的记忆效应，测定结果更准确，测定同时采用扣除空白和在线加入内标的方法消除干扰。仪器采用He碰撞模式能明显消除对待测元素的干扰，调节载气、辅助气仪器工作的流量，可以减少元素在采样锥处的富积，优化后的条件见表2。

2.5 线性考察及检定限与定量限

取25种混合元素系列标准工作溶液及Hg系列标准工作溶液，按设定的参数测定，以各元素的质量浓度为横坐标（X），各元素测量的经内标校正的信号值作为纵坐标（Y），进行线性回归，计算线性方程与相关系数，各元素线性方程及相关系数见表3。

取2%硝酸溶液按设定的方法连续进样10次，以测定结果3倍的标准偏差所对应的浓度值作为各元素的检出限，10倍标准偏差所对应的浓度值作为各元素的定量限，结果见表3。

表3 26种元素线性关系考察结果及检出限与定量限

结果表明各元素相关系数r为0.999 0～0.999 8，检 测 限0.000 03～0.62 mg/kg，定 量 限0.000 1～2.07 mg/kg。

2.6 仪器精密度试验

取浓度为200 ng/mL的25种混合元素标准工作溶液及浓度为2 ng/mL的汞标准工作溶液，按设定的方法重复测定6次，记录信号值，经计算得到各元素测定结果的相对标准偏差为1.27%～4.87%，表明仪器精密度良好。

2.7 重复性试验

精密称取1号样品6份，按1.2项方法制备供试品溶液，按建立方法进行测定，计算各元素含量。经计算得测定结果的相对标准偏差为2.12%～5.57%，表明方法重复性良好，符合分析要求。

2.8 加标回收试验

精密称取1号样品6份，每份约0.5 g，分别精密加入一定量26种元素混合标准溶液（25种元素加入量为2.5 μg，Hg元素加入量为0.05 μg），按1.2项下方法制备供试品溶液，按建立的方法进行测定，计算加标回收率，结果列于表4。由表4可知，26种元素的加标回收率为95.08%～104.80%，测定结果的标准偏差为0.33%～3.10%，表明此法准确可靠。

表4 加样回收实验(n=6)

续表4

续表4

续表4

3 质量考察

3.1 样品中26种元素测定

取上述7批皂角刺样品，按1.2方法制备供试品溶液进行测定，结果见表5。由表5可以了解各元素在样品中含量分布情况，特别是有害重金属元素，对评价饮片质量、临床用药提供一定指导作用。

表5 7批皂角刺中26种元素的质量分数 mg/kg

3.2 主成分分析

对测得的7批皂角刺样品中26种无机元素含量数据进行考察，剔除未检出的Se、Sn、Sb、Tl四种元素，剩余22中元素数据通过SPSS 22.0软件标准化后进行主成分分析，根据特征值和方差贡献率选择4个主成分因子，见表6。

表6 4各主成分因子及特征值和贡献率

结合碎石图（见图1）可直观的看出前4个因子可基本反映出不同批次皂角刺的大体情况。

图1 主成分因子碎石图

初始因子载荷矩阵见表7，由表7可知，主成分1主要反映了Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pb这10个成分的信息，主成分2主要反映了Ti、As、Mo、Ba、Hg这5个成分的信息，主成分3主要反映了Mg、K、Ca、Sr这4个成分的信息，结合载荷图（见图2），分布规律基本一致。

表7 初始因子载荷矩阵

图2 因子载荷图

3.3 饮片的排名

计算皂角刺4个主成分得分、总得分，以确定皂角刺的排列顺序。使用SPSS 22.0软件，由初始因子载荷计算出各个主成分的特征向量值，结果列于见表8。将7批皂角刺样品22个元素数据标准化，由标准化后数据和各主成分特征向量值计算出主成分因子的得分F1、F2、F3、F4，再根据各主成分得分及特征值λ，按照如下公式（1）计算出总的得分F，结果列于表9。

表8 4个主成分的特征向量值

表9 主成分因子得分及饮片排名

由表9可知，5号样品排名第一，3号、6号接近，7号最差，从无机元素的角度，通过主成分分析，可以清楚地分别饮片质量的等级层次。

几批皂角刺有机元素测定中，Mg、Al、K、Ca、Fe含量丰富，这几种元素参与人体重要生命活动，与人类的健康密切相关。参考《中国药典》2020年版饮片重金属及有害元素检查项下的限量规定，铅不得过5 mg/kg，镉不得过0.3 mg/kg，砷不得过2 mg/kg，汞不得过0.2 mg/kg，铜不得过20 mg/kg，结合表8、表9，1号、2号汞超出限度，3号、5号铜超出限度，可能与环境污染、药物的过度使用有关，剧毒物Ti未检出。

4 结语

建立了ICP-MS法［13-16］测定皂角刺元素的含量，通过主成分分析研究皂角刺的品质等级，对研究皂角刺的功效及对人体的作用将有极大的帮助。