电感耦合等离子体质谱法同时测定云南中药材中25 种元素

朱叶梅，刘静，董胜强，杨盼盼，吴建伟，邱昌桂，王立芳

(云南同创检测技术股份有限公司，昆明 650106)

中药材中金属元素具有种类多、差异大、范围宽等特点，而云南地质中金属资源丰富，也带来了中药作物种植过程的外源性污染。中药材中的金属元素对人体具有正反两方面的作用：既可参与或辅助中药疗效[1-2]，也可引起人体病变和致突变，其中人体必需的微量元素，适量摄入有益，过量摄入却会严重危害人体健康[3-4]。

云南是我国中药材的主产区之一，中药材种类分布多，其中某些元素的含量分布相对复杂，如铅、镉、汞、砷[5-6]、稀土及部分微量元素等[7-8]。金属元素通常采用的检测方法主要有分光光度法、火焰原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收法、氢化物原子吸收法、原子荧光光度法和电感耦合等离子体发射光谱等[9-10]。目前主要的多元素高通量检测技术为电感耦合等离子体质谱法。采用电感耦合等离子体质谱法分别对枇杷[11]、螺旋藻[12]、金雀花[13]、雪莲[14]、麦冬[15]、厚朴[16]中多种金属元素进行检测已有报道，而关于采用电感耦合等离子体质谱法同时对铬、镍、砷、镉、汞、铅、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、铝、硒、铜、锰25 种元素测定尚无报道。

笔者利用电感耦合等离子体质谱法同时测定中药材中25 种元素，并对7 种云南道地中药材含量进行了分析，为云南中药材鉴定及质量评定提供了技术支持。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

电感耦合等离子体质谱仪：Agilent 7700X 型，美国安捷伦科技有限公司。

微波消解仪：Anton Paar 3000 型，奥地利安东帕有限公司。

分析天平：AB204-S 型，感量为0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多集团。

浓硝酸、硝酸、过氧化氢：优级纯，北京国药集团药业股份有限公司。

高纯氩气、高纯氦气：纯度(体积分数)不小于99.999%，昆明梅塞尔气体产品有限公司。

铑、铼标准溶液：质量浓度均为100 mg/L，标准物质编号分别为GSB 04-1746-2004、GSB 04-1745-2004，北京国家有色金属及电子材料分析测试中心。

铝、硒、铜、锰标准溶液：质量浓度均为1 000 μg/mL，标准物质编号分别为BW 30019-1000-NC-50、BW 30026-1000-N-20、GBW(E) 082780、BW 30011-1000-NC-50，北京坛墨质检科技股份有限公司。

铬、镍、砷、镉、汞、铅标准溶液：质量浓度均为1 000 μg/mL，标准物质编号分别为GBW08614、GBW08618、GBW08611、GBW08612、GBW08617、GBW08619，北京国家有色金属及电子材料分析测试中心。

钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥混合标准溶液：质量浓度均为100 μg/mL，标准物质编号为GBW082428，北京国家有色金属及电子材料分析测试中心。

中药材：石斛、红花、三七、天麻、当归、茯苓、重楼，云南市售。

实验用水为一级水。

1.2 溶液配制

铝、铬、镍、砷、硒、镉、铅、铜、锰系列混合标准工作溶液：分别准确移取不同体积的铝、铬、镍、砷、硒、镉、铅、铜、锰标准溶液至100 mL 容量瓶中，用5%硝酸稀释定容，得质量浓度均分别为0、1、5、10、20、50、100、200、500、1 000 μg/L 的混合标准工作溶液，其浓度范围应覆盖样品中检测的各元素含量。

内标溶液：1.0 mg/L，移取1 mL 铑、铼标准溶液至100 mL 容量瓶中，用5%硝酸溶液定容，于4 ℃保存，有效期为2 个月。

汞系列标准工作溶液：分别准确移取不同体积的汞标准溶液至25 mL 容量瓶中，用5%硝酸稀释定容，得到质量浓度分别为0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、4.0 μg/L 的系列标准工作溶液，即配即用。

15 种稀土元素系列混合标准溶液：准确移取不同体积的钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥混合标准溶液至7 只容量瓶中，用5%的硝酸稀释定容，得到15 种稀土元素的质量浓度均分别 为0、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 μg/L 的 混 合 标准工作溶液。于4 ℃保存，有效期为2 个月。

1.3 样品制备

1.3.1 处理

中药材样品清洗泥沙后，用自来水冲洗，再用去离子水冲洗，晾干，于80 ℃烘干6 h，粉碎过0.18 mm(40 目)筛，置干燥玻璃瓶或塑料瓶中备用。

1.3.2 消解

称取0.2～0.5 g 试样，精确至0.1 mg，置于清洁的聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL 硝酸，在70 ℃下进行预消解(或静置12 h)，待黄烟冒尽，冷却至室温，加入2 mL 过氧化氢，置于微波消解仪中，按微波消解程序(见表1)进行消解，消解完毕，待温度降至室温后取出消解罐，将消解罐置于电热板上于135 ℃下赶酸，至消解液剩余约0.5 mL，于消解罐中加入1.0 mL 硝酸，转移消解液并用超纯水定容至25 mL。同时做空白试验。试样液应在24 h 之内完成测试。

表1 微波消解升温程序

1.4 仪器工作条件

以1 μg/L 的锂、钇、铈、铊、钴的调谐液对仪器参数进行优化，调谐电感耦合等离子体质谱仪至最佳工作环境。

射频功率：1 550 W；雾化室温度：2 ℃；载气流量：0.80 L/min；蠕动泵采集转速：0.2 r/s；辅助气流量：0.40 L/min；蠕动泵快速提升时间：30 s；采样深度：10 mm；蠕动泵稳定时间：30 s。25 种元素测定质量数、内标元素、积分时间见表2。

表2 25 种元素测定质量数、内标元素、积分时间

1.5 分析步骤

以Rh 和Re 作内标，在He 模式下测定系列混合标准工作溶液，分别以待测元素不同浓度下质谱强度与内标质谱强度的比值对待测元素的质量浓度进行线性回归，计算线性方程和相关系数，利用标准曲线法定量。

2 结果与讨论

2.1 样品消解条件的选择

影响样品处理效果的主要因素是消解方式和酸体系。消解方式主要有干法灰化和湿法消解，湿法消解中应用最广泛的是微波消解，微波消解有试剂消耗少、操作简单、处理效率高等显著特点[17-20]。硝酸、盐酸、高氯酸等广泛运用于化学分析元素检测的样品消解过程。综合考虑中药材样品的特性、酸的特点和电感耦合等离子体质谱法的要求，选择硝酸与过氧化氢联合使用，作为中药材中多元素高通量检测方法消解的酸体系。

对比《中华人民共和国药典》2020 版第4 部2321 铅、镉、砷、汞、铜测定中电感耦合等离子体质谱检测方法中只采用HNO3作为消解体系，笔者采用HNO3-H2O2作为消解体系，该体系能更好地消解组成复杂的中药材，对比消解后的溶液，该方法所得消解液澄清度更高，分析干扰更小。采用加标(铝、铷、铊)红花样品，比对了HNO3为消解体系和HNO3-H2O2消解体系体积比分别为2∶5、1∶1、5∶2时铝、铷、铊的响应值，结果见表3。

表3 不同消解体系响应值

由表3 可知，采用HNO3-H2O2消解体系(5∶2)时，3 种目标物响应值最高，因此采用该消解体系对化合物进行消解。

2.2 仪器工作条件的选择

电感耦合等离子体质谱仪器分析条件中最关键的工作参数为采样深度、载气流量和辅助气流量，采用单因素优化的方式，分别选择3 个参数，利用调谐液进行试验，以铝、铷、铊的响应值作为参照进行优化，具体试验结果见表4。由表4 可知，电感耦合等离子体质谱关键参数：采样深度优化为10 mm，载气流量优化为0.80 L/min，辅助气流量优化为0.40 L/min。

表4 ICP-MS 关键参数优化试验响应值

2.3 线性方程、检出限和定量限

由于不同中药材含有的元素含量差异较大，为了满足不同含量范围的样品测定需求，减少稀释过程，快速得到分析结果，选择采用较大的动态范围，对于含量范围较大的元素，确定标准工作曲线线性范围为0～1 000 μg/L，汞为0～4.0 μg/L，稀土元素为0～20.0 μg/L。

根据IUPAC 对检出限的定义，取11 次平行测定试剂空白溶液的结果，以及3 次重复测定一定浓度的各元素溶液的结果，计算方法的检出限和定量限[21]。25 种元素的线性方程、相关系数、检出限和定量限见表5。

表5 25 种元素的线性方程、相关系数、检出限和定量限

由表5 可知，25 种元素在各自的质量浓度范围内与质荷比强度和内标质荷比强度的比值具有良好的线性关系，线性相关系数均大于0.999，方法检出限为0.001～0.2 mg/kg，定量限为0.003～0.7 mg/kg，检出限和定量限均低于文献[14-15]。

2.4 精密度试验

选择某个红花样品，按照1.3 方法进行处理，在1.4 仪器工作条件下对25 种元素，进行6 次重复测定，计算平行测定结果的平均值和相对标准偏差，结果见表6。由表6 可知，除了含量低于0.10 mg/kg的铥、镥和汞等三种元素测定值的相对标准偏差分别为12.9%、18.9%和16.5%外，其它元素测定值的相对标准偏差均小于6%，该方法的精密度可以满足测定要求。

表6 25 种元素的精密度试验质量分数测定结果

2.5 加标回收试验

选择某个红花样品，经前处理后，测定25 种元素含量。在样品测定后，向其中分别添加3 个浓度水平(浓度分别为本底值的0.5 倍、1.0 倍、1.5 倍)的25 种金属元素混合母液，继续测定，计算加标回收率，结果见表7。由表7 可知：各元素的回收率为73.2%～104.8%，结果符合《中华人民共和国药典》2020 版4 部9101 中对检测方法准确度的要求。

表7 红花样品25 种元素加标回收试验质量分数测定结果

2.6 对照试验

分别利用所建方法和《中华人民共和国药典》2020 版4 部2321 铅、镉、砷、汞、铜的电感耦合等离子体质谱法检测方法，分别对石斛、三七、当归、重楼进行检测及测定数据比对，各元素质量分数测定结果见表8。

表8 4 种中药材方法比对试验元素质量分数测定结果mg/kg

由表8 数据可知，两种方法检测结果无明显差异。再对比两种方法的操作步骤与特点，方法比对情况见表9。由表9 可知，所建的电感耦合等离子体质谱法不仅可以同时测定25 种元素，还改进了药典中的实验步骤，具有准确检验复杂基质的优势，特别适合颜色较深的中药材检测。

表9 方法对比情况

2.7 实际样品测定

从市场采集不同云南特色的7 种中药材，按照所建方法处理并测定，检测结果见表10。由表10可知，不同种类的中药材的元素含量差异较大。在所检测的样品中，一些样品中某些待测元素含量较高，如重楼样品的汞元素含量明显高于其它样品；三七样品的铅和镉元素的含量均较高，明显高于其它的样品，有些样品的元素的含量总体较低，如茯苓样品含有的铝等10 个元素的含量较低，同时茯苓样品中的稀土元素仅检出少量的钇、镧、铈和铌元素，其它11 种稀土元素均低于检出限；很多元素在不同样品中的含量相差较大，甚至相差两个数量级，如石斛样品和天麻样品中的镉分别为0.08 mg/kg 和9.40 mg/kg，三七样品和茯苓样品中的铅含量分别为13.9 mg/kg 和0.06 mg/kg，差异明显，均达到了两个数量级。而且25 种元素的总量差异也较大，红花总量最大，三七、当归、重楼总量较接近，石斛和茯苓的25 种元素总量最低。市售样品结果可以看出，中药材中无机元素的含量差异较大，也表明该方法具有快速、简便的优势，非常适合同时测定中药材中25 种元素的含量。

表10 市售中药材25 种元素质量分数检测结果 mg/kg

续表10

3 结论与展望

建立了一种同时检测中药材中10 种金属元素和15 种稀土元素的方法，开发了元素高通量检测技术，该技术特点为采用微波消解前处理，运用电感耦合等离子体质谱法，中药材经一次处理可同时获得25 种元素含量结果，可用于云南道地中药材元素含量测定。

对该方法进行验证后，得出该方法具有检测限低、准确性好、精密度高、快速简便等优点，可实现中药材中25 种元素的高通量检测。且方法明显优于中国药典2020 版中对5 种重金属的方法，具备检测复杂基质的优势，特别适合颜色较深的中药材。

对云南7 种道地药材进行检测分析后，发现不同中药材中元素的含量差异较大，可能与药材品种及其生长环境有关。基于该方法的优势，需要对云南道地中药材元素的含量分析还需要进一步的研究，笔者后期将对不同环境(土壤、水质等)、不同中药材部位、同一品种不同区域等方面进行研究分析。