湘产黄精中24 种矿质元素含量测定及主成分分析*

黄 莉，金 凯，蔡嘉洛，戴 冰，杨 磊，马 杰，肖望重△

（1.湖南中医药大学第一附属医院，湖南 长沙 410007； 2.湖南省教育科学研究院，湖南 长沙 410005；3.湖南省药品检验研究院，湖南 长沙 410001）

黄精为百合科植物滇黄精Polygonatum kingianumColl.et Hemsl.、黄精Polygonatum sibiricumRed.或多花黄精Polygonatum cyrtonemaHua 的干燥根茎，具有补气养阴、健脾、润肺、益肾之功效，主治脾胃气虚、体倦乏力、胃阴不足、口干食少、肺虚燥咳、劳嗽咳血、精血不足、腰膝酸软、须发早白、内热消渴等［1］。湖南省黄精资源丰富，其中以多花黄精分布地域最广、蕴藏量大、品质好，是我国多花黄精主要产区之一。黄精中含有多糖［2］、皂苷［3］、黄酮［4］、生物碱［5］、氨基酸［6］等活性成分，具有降血糖［7］、调血脂［8］、抗肿瘤［9］及免疫调节［10］等药理作用。中药材的疗效不仅与其活性成分有关，也与其中矿质元素的种类及含量密切相关，然而铅（Pb）、镉（Cd）、铜（Cu）、砷（As）等重金属元素在人体内累积易损害身体健康［11−13］。目前，矿质元素的测定方法主要有原子吸收分光光度（AAS）法、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP −AES）法、电感耦合等离子体质谱（ICP −MS）法等，其中ICP −AES 法具有线性范围广、测定迅速、灵敏度高等特点，被广泛应用于中药和食品领域的多元素分析［14−15］。本研究中采用ICP −AES 法同时测定湘产黄精中24 种矿质元素的含量，并以主成分分析法进行多元统计分析，以期为湘产黄精的品质评价、质量控制及安全性分析提供参考。现报道如下。

1 仪器与试药

1.1 仪器

ICPE −9000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（日本Shimadzu 公司）；MARS6 型微波消解仪（美国CEM 公司）；VB20 型赶酸装置（美国LabTech 公司）；AE240型电子分析天平（德国Mettler Toledo公司）。

1.2 试药

铝（Al）、As、硼（B）、钡（Ba）、铍（Be）、铋（Bi）、Cd、钴（Co）、铬（Cr）、Cu、铁（Fe）、镓（Ga）、锂（Li）、镁（Mg）、锰（Mn）、镍（Ni）、Pb、锑（Sb）、锡（Sn）、锶（Sr）、钛（Ti）、钒（V）、锌（Zn）混合标准溶液（GSB04 −1767 −2004）购自国家有色金属及电子材料分析测试中心；钙（Ca）单元素标准溶液［GBW（E）080261］购自国家标准物质研究中心，质量浓度均为100 μg/mL；HNO3为优级纯，水为去离子水。14 批黄精药材产地明确，收集途径主要为产地采集及当地农贸市场或中药饮片生产企业采购，经湖南中医药大学第一附属医院张裕民主任中药师鉴定为正品。详见表1。

表1 黄精药材样品信息Tab.1 Information of Polygonati Rhizoma

2 方法与结果

2.1 ICP-AES 条件

氩气气压为458.50 MPa，射频功率为1.2 kW，等离子体流量为10.0 L/min，辅助气流量为0.60 L/min，载气流量为0.70 L/min，观测方向为轴向，观测位置为低位，灵敏度模式为高灵敏度，曝光时间为45 s；仪器稳定延时30 s，溶剂清洗30 s，样品清洗45 s，吹扫3 次。选择发射净强度大、信噪比高、背景低、共存元素干扰少、强度匹配的谱线为待测元素的分析谱线，各元素分析谱线的最优波长见表2。

2.2 样品处理及溶液制备

将药材样品粉碎成粗粉，取约0.5 g，置微波消解罐中，加入5 mL HNO3，加盖密封，静置过夜，放入微波消解仪消解（程序见表3）。消解完毕后，将赶酸仪温度设为150 ℃，赶酸2～3 h，至溶液剩余2～3 mL时，转移至50 mL容量瓶中，并用2%HNO3溶液分次洗涤消解罐，洗涤液并入容量瓶中，加2%HNO3溶液定容，摇匀，即得供试品溶液。同法制备不含药材样品的空白对照品溶液［16−18］。

表3 微波消解程序Tab.3 Microwave digestion procedure

2.3 方法学考察

线性关系及检测限考察：取1.2项下混合标准溶液及Ca 单元素标准溶液适量，用2%HNO3溶液逐级稀释，制成各元素质量浓度均 为0.01，0.02，0.05，0.10，0.20，0.50，1.00，2.00，5.00 μg/ mL 的系列混合标准品溶液，按2.1项下ICP −AES条件进样测定，以各待测元素质量浓度（X，μg/mL）为横坐标，仪器信号强度（Y）为纵坐标，同时扣除空白对照品溶液干扰，进行线性回归。取空白对照品溶液适量，重复进样测定11 次，记录仪器信号强度并计算标准偏差，以3倍标准偏差对应的各待测元素质量浓度作为仪器检测限。结果见表2。

精密度试验：取0.2 μg/ mL 的混合标准品溶液适量，按2.1 项下ICP −AES 条件连续进样测定6 次，记录仪器信号强度。结果各待测元素仪器信号强度的RSD为0.31%～2.64%（n=6），表明仪器精密度良好。

重复性试验：称取同一批药材样品粉末适量，精密称定，共6份，按2.2项下方法制备供试品溶液，再按2.1项下ICP −AES 条件连续进样测定6 次，记录仪器信号强度，并计算样品含量。各待测元素含量的RSD为0.14%～2.64%（n=6），表明方法重复性良好。

加样回收试验：取已知含量样品（编号S6）适量，共6份，分别加入一定质量浓度的标准品溶液（Ca、Mg，预先加入100 μg/mL标准品溶液5 mL；Al、Fe、Mn，预先加入100 μg / mL 标准品溶液0.5 mL；其余元素，预先加入5 μg / mL 标准品溶液1 mL。均水浴蒸干后取样），按2.2项下方法制备供试品溶液，再按2.1项下ICP −AES条件进样测定，记录仪器信号强度并计算加样回收率。结果见表2。

表2 24种矿质元素的回归方程与线性范围、检测限及加样回收率Tab.2 Regression equation，linear range，limit of detection and recoveries of 24 mineral elements

2.4 药材样品含量测定

取14 批药材样品各适量，分别按2.2 项下方法制备供试品溶液，再按2.1项下ICP −AES条件进样测定，平行测定3 次，记录仪器信号强度并计算样品含量。结果见表4。检出的13 种共有矿质元素含量存在一定差异，其中以Ca含量最高，其次为Mg，Al，Fe，Mn，Ba。

表4 14批药材样品中矿质元素含量测定结果（mg/kg，n=3）Tab.4 Results of content determination of mineral elements in 14 batches of samples（mg/kg，n=3）

2.5 主成分分析

采用SPSS 26.0 统计学软件对14 批药材样品中的13 种共有元素进行主成分分析，结果见表5。提取的前

表5 特征值及贡献率Tab.5 Eigenvalue and contribution

3 个主成分的特征值均大于1，累积贡献率达94.41%。

主成分1（PC1）方差贡献率最大，占57.89%，Al，B，Ba，

Li，Sr，Zn在PC1上有较高荷载，故可认为上述元素是湘

产黄精的特征矿质元素；主成分2（PC2）累积贡献率为

80.04%，主要反映了Cu，Mg，Ti 等矿质元素指标信息；

主成分3（PC3）累积贡献率为94.41%，主要反映了Ga，

Mn等元素指标信息。详见表6。

表6 主成分荷载矩阵Tab.6 Load matrix of principal components

以PC1 为X 轴、PC2 为Y 轴、PC3 为Z 轴得到3D 散

点矩阵。14 批药材样品大致可聚为3 组，见图1。第1 组

图1 14批药材样品中待测元素主成分分析Fig.1 PCA plot of 14 batches of samples

6批（S1、S2、S7、S8、S9、S11），均产自湘中雪峰山区；第2组

5 批（S3、S5、S10、S12、S13），均产自湘西武陵山地区；产

自湘东罗霄山脉的3 批（S4、S6、S14）可归为一组。可推测，湘产黄精的矿质元素含量与地理位置关联较大，而待测元素含量与品种基源并未表现出明显关联性。

3 讨论

矿质元素作为中药的重要组成部分，除本身具有一定的药理作用外，还能与中药中其他有机成分螯合成新化合物，或通过影响中药药性与品质来调节机体内各种生物酶的化学活性、参与激素的合成，传递生物信号等［19−20］。本研究中建立的微波消解−ICP −AES法能快速准确地同时测定黄精中24 种矿质元素的含量，线性范围广、灵敏度高，重复性、精密度、加样回收率等均能满足检测要求。14 批湘产黄精含13 种共有矿质元素，Ca 含量为1 100.45～4 740.02 mg/kg，占矿质元素总量的50.0%～71.6%。黄精中含量较高的Fe，Mn，Zn 等，作为人体所需微量元素，具有维护心血管平稳、防治动脉粥样硬化的作用，能为湘产黄精营养价值深度开发提供依据［21］。

Pb，Cd，Cr，As 及汞5 种典型重金属或有害元素在人体蓄积会对肺、肾、肝、免疫系统和生殖器官等造成不可逆的损伤［22］。因此，2020年版《中国药典》明确要求检测重金属及有害元素的药材品种增至28 个。在检测的14 批湘产黄精中4 种重金属或有害元素均低于各自阴量值（Pb 为5 mg/ kg，As 为2 mg/ kg，Cd 为0.3 mg/kg，Cu 为20 mg/kg），说明其安全性较好，可能与14 批湘产黄精来自土壤污染程度较低的山脉区域有关。

主成分分析是通过降维技术把多个变量化为少数几个主成分的统计分析方法，在中药指纹图谱、多指标成分质量及微量元素分析、药材真伪鉴别等多方面应用广泛［23−24］。本研究中对待测元素含量测定结果进行主成分分析，结果显示湖南省内各大山脉区域内种植生产的黄精所含元素存在差异，该差异主要表现在地理位置分布上，与药材品种基原关系不大，为从矿质元素方面评价湘产黄精质量提供了新思路。