微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定根茎类中药材中多种重金属元素含量

冯 俊，李清清

（上海市质量监督检验技术研究院，国家食品质量监督检验中心（上海），上海 200233）

由于中药的天然生长属性，在环境中受水、土壤等因素影响较大，特别是重金属元素，会随药材的生长富集，如果含量过高会影响其在临床使用上的安全性[1-2]。《中国药典》（2020年版）对中药中铅（Pb）、砷（As）、汞（Hg）、镉（Cd）、铜（Cu）制定了限量值[3]。测定中药中重金属的方法主要有原子吸收光谱法[4-5]、原子荧光光谱法[6-9]和电感耦合等离子体质谱法[10-15]。电感耦合等离子体质谱法是目前发展迅速的一种元素检测方法，具有检测灵敏度高、线性范围宽、精密度高，多元素同时分析等优点，较多应用于中药分析。本研究以根茎类中药材为基质，研究测定8种代表性重金属元素的方法，并对市售的38批次中药进行测定，为中药的质量安全、风险评估和产品监管提供技术支持和数据支撑。

1 仪器与材料

Mars 6微波消解仪（美国CEM公司）；Nexlon 300D电感耦合等离子体质谱仪（珀金埃尔默股份有限公司）；Miletone酸纯化系统（意大利Miletone公司）；PT60石墨消解仪（北京普立泰科仪器有限公司）。

市售根茎类中药材38批次，具体品种见表2。

Pb单元素标准溶液[GBW(E)080129]；As单元素标准溶液[GBW（E）080117]；Hg单元素标准溶液[GBW（E）080124]；Cd单元素标准溶液[GBW（E）080119]；Cu单元素标准溶液（GBW08615）（中国计量科学研究院）；锗（Ge）单元素标准溶液（GSB 04-1728-2004）；铟（In）单元素标准溶液（GSB04-1731-2004）；铼（Re）单元素标准溶液（GSB04-1745-2004）（国家有色金属及电子材料分析测试中心）；硝酸（优级纯，国药试剂）；超纯水（电阻率≥18.2 MΩ·cm，美国Millipore公司）；ICP-MS 调谐溶液（1 μg/L，Be、Ce、In、Li、Mg、U，珀金埃尔默股份有限公司）。

2 方法与结果

2.1 样品前处理

样品经混匀后，称取0.3～0.5 g（精确至0.0001 g）于微波消解管中，加入经纯化的硝酸6 ml，再置于电炉上，100 ℃预反应30 min，后置入微波消解仪，按照微波升温程序进行消解，冷却取出，置于石墨消解仪，170 ℃将酸液挥发至约2 ml，冷却，用超纯水转移至50 ml量瓶，定容，上机检测。同时做试剂空白试验。微波升温程序见表1。

表1 微波消解升温程序

2.2 仪器测试条件

载气为高纯氩气；入射功率：1350 W；等离子体气流量：16.0 L/min；辅助气流量：1.0 L/min；碰撞气流量：2.0 L/min；雾化气流量：1.0 L/min；采样深度：5.0 mm；进样后冲洗时间：10 s；检测质量数：m/z=208（Pb），m/z=75（As），m/z=202（Hg），m/z=111（Cd），m/z=63（Cu），As、Cu采用m/z=72（Ge）作为内标，Cd采用m/z=115（In）作为内标，Hg、Pb采用m/z=185（Re）作为内标。

2.3 样品检测结果

按照实验优化的条件，对市售8个品种共38批次根茎类中药进行测定，计算5种元素含量，结果见表2。

表2 市售根茎类中药材中元素含量

3 讨论

3.1 消解条件的选择

分别采用纯硝酸、硝酸-盐酸、硝酸-双氧水等3种消解液对样品进行处理，经过消解后，发现3种酸液均可将样品完全消化至澄清，均没有沉淀和悬浮物干扰，考虑到样品处理的便捷性以及减少质谱检测中的干扰，故选择纯硝酸对样品进行处理。

3.2 质谱分析条件的选择

分析前，使用质谱调谐液对仪器进行调谐，使高中低质量数的响应值达到调谐参数要求，氧化物CeO+/Ce+低于0.025 %，双电荷Ce2+/Ce+低于0.03 %。为了减少进样后Hg元素的记忆效应，设置进样后冲洗10 s，冲洗液为1 %硝酸溶液。

在选择检测质量数时，一方面考虑元素的质量数丰度比和响应值，另一方面考虑仪器和基质中的元素干扰，如Pb和Hg元素有多个质量数，Pb的同位素质量数中丰度较大的为206，207，208，同位素干扰较少；Hg的同位素质量数中丰度较大的是199，200，201，202，其主要受同质量数Wo202干扰。经分析，在检测溶液中几乎不存在对此两个元素形成多原子离子干扰的元素，所以Pb和Hg均选择最大丰度比的质量数m/z=208（Pb）、m/z=202（Hg），以获得较好的灵敏度。Cd的同位素质量数中丰度比较大的为110，111，112，113，114，其主要受Pd、Sn、In同位素质量数和氧化物ZrO、多原子离子ArGe干扰，经综合比较，选择m/z=111（Cd）作为分析质量数；Cu有63和65两个质量数，由于质量数65受Ba2+和TiO2干扰，故选择m/z=63（Cu）进行检测；As只有1个质量数，遂选择m/z=75（As）进行分析。同时为了尽量消除质谱中多原子离子的干扰，5种元素均选择碰撞反应池分析模式。

为了校正进样雾化量、质量歧视和仪器波动等产生的信号变化，在上机检测时在线加入与待测元素质量数接近的内标进行校正，内标元素质量数应尽量与待测元素相近，且样品溶液中不含有内标元素，经对目标元素质量数的对比和样品溶液中内标元素的信号检测，As，Cu采用m/z=72（Ge）作为内标，Cd采用m/z=115（In）作为内标，Hg，Pb采用m/z=185（Re）作为内标。

3.3 线性范围和检出限

用5 %的硝酸溶液配制5种元素混合标准溶液，Pb，As，Cd，Cu标准曲线配制浓度为1.00，5.00，10.0，25.0，50.0 μg/L，Hg标准曲线配制浓度为0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，在上述优化的条件下进行分析，绘制标准曲线，检测20次试样空白，计算20次空白浓度的标准偏差SD，则3倍和10倍的SD值分别为仪器的检出限和定量限，再将仪器的检出限和定量限作为检测值带入到称样量和定容体积中进行计算，得到方法定性限和定量限。各元素线性方程和相关系数及检出限分别见表3和表4。

表3 各元素线性方程和相关系数

表4 各元素检出限

由结果可见，5种元素的线性关系均良好，检出限均可达到μg/kg级别，可满足检测需求。考虑到Hg有一定的记忆效应，并结合样品中Hg的普遍含量，Hg的标准曲线最高点设置较其他元素低，最高点为2.5 μg/L。

3.4 加标回收率

由于植物根茎类中药样品的消化液组成成分相近，选择38批次市售根茎类中药中一种，进行基质加标回收试验。试验采用4号葛根样品为基质，选择低、中、高3个不同水平浓度加标，Pb，As，Cd，Cu加标浓度分别为0.10，1.00，4.00 mg/kg，Hg加标浓度分别为 0.05，0.10，0.20 mg/kg，各元素加标回收率结果见表5。由结果可见，Pb，As，Cd，Cu在回收率为92.5 %～107 %；Hg回收率为85.1 %～91.5 %。由于Hg是低温元素且添加量较低，在消化过程中可能造成散失，回收率较其他元素稍低。根据GB/T 27404-2008《实验室质量控制规范食品理化检测》[16]，各元素相应浓度的回收率均在可接受范围之内。

表5 各元素加标回收率

3.5 精密度

以2号黄芪为基质，处理6个平行样，经检测后计算平均含量，考察方法精密度，以RSD表示，结果见表6。结果表明各元素RSD均在5 %以内，可满足检测需求。

表6 检测精密度

3.6 耐用性

小幅度改变各项试验条件考察对目标物质检测结果是否产生较大影响，本实验涉及的主要因素有微波消解温度、微波消解时间、定容体积和仪器雾化气流量、碰撞气流量、采样深度等，以2号黄芪消化液为实验基质，采用不同的条件进行实验，考察前处理条件及仪器条件改变对检测的影响，结果见表7和表8。

表7 改变前处理条件检测结果

表8 改变仪器条件检测结果

结果表明，当小幅度改变前处理条件时，5种元素的检测结果RSD均在5 %以内，方法对前处理条件的耐用性较好，可接受前处理条件的小幅波动。

本法使用的雾化气流量1.0 L/min、碰撞气流量3.0 L/min、采样深度5 mm等条件，均为进样前对仪器进行调谐而确定，在此基础上小幅度改变仪器条件考察结果的变化。当改变雾化器流量时5种元素的检测结果RSD均在5 %以内；改变碰撞气流量时，As和Hg检测结果RSD超过5 %，主要是由于改变碰撞气流量对仪器信号值影响明显，而As和Hg的响应值相对较低，所以波动较大；改变采样深度时，Pb，As，Hg的检测结果RSD超过5 %，采样深度对元素进入仪器时的状态有较大影响，说明Pb，As，Hg元素受进样状态影响较明显；综合分析，碰撞气流量和采样深度对检测结果有一定影响，但5种元素检测结果RSD仍在10 %以内，本法对仪器条件波动有一定耐受性，但要注意开始检测前对仪器进行调谐，确定仪器达到较好的检测状态。

3.7 溶液稳定性

以2号黄芪消化液为实验基质，对溶液按照0，1，3，6，9，12 h间隔进行测定，考察样品溶液的稳定性，结果见表9。用特性量值随时间变化曲线是否具有单方向变化趋势判断，并采用经典线性模型对其稳定性进行评估。

表9 稳定性检测结果

根据趋势法计算规则，计算斜率b1及其不确定度s(b1)，然后比较斜率的绝对值|b1|和t(α，n-2)×s(b1)的大小，考察斜率b1的显著性。如果|b1|＜ t(α，n-2)×s(b1)，表明溶液稳定；若|b1|＞t(α，n-2)×s(b1)，则表明溶液不稳定，其中 n为考察次数，α为t检验分位数置信水平。由结果比较可见，Pb，As，Cd，Cu元素在12 h内溶液浓度未发生明显变化；Hg在12 h内溶液变化显著，呈下降趋势，而在6 h内变化不明显。所以消化后的样品溶液需在6 h内进行检测，以免造成Hg检测结果偏低。

3.8 样品检测结果讨论

按照《中国药典》2020年版四部通则中Pb，As，Hg，Cd，Cu的限量值分别为5，2，0.2，1，20 mg/kg，由表2可见，38批次中药材中有35批次5种元素含量均符合中国药典的限量值要求，有3批次中药材的Hg含量超过药典的限量值要求，分别为4号黄芪、3号三七、5号黄精，其中3号三七Hg含量超过限量值近百倍；另外，5号葛根和2号当归的Pb含量较高，虽没有超过药典限量值，但明显高于其他批次中药材。由结果可见，市售中药材总体情况向好，但也存在个别药材不符合药典要求的情况，特别是Hg在自然界代谢运输中易富集在动植物体内，需在监管中进一步重视，同时也需密切关注重金属Pb含量在中药材中的富集代谢情况。

4 结论

本文以中药材中应用广泛的根茎类中药作为检测对象，建立了微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定根茎类中药材中Pb，As，Hg，Cd，Cu的方法。以微波消解对样品进行消化，通过比较不同酸液消化效果，采用纯硝酸体系进行前处理；同时，对电感耦合等离子体质谱检测参数进行优化，采用碰撞反应模式、内标法定量，并对检测质量数的选择进行了分析讨论。在优化条件下，对方法的线性、检出限、加标回收率以及精密度进行了验证，并对市售38批次根茎类中药材进行测定。结果表明本法前处理操作简便，检测结果准确性好、精密度高，可满足中药中多种重金属元素检测需求；多种药材检测结果也可给相关部门监管提供数据支撑和技术依据。