桂产肿节风无机元素分析

黄少军，马留辉，孟嗣杰，唐志臣，黄勇

（1广西农业职业技术大学，广西南宁 530007；2四川蓝城检测技术有限公司，四川成都 610000；3成都市龙泉驿区农产品质量安全监督检验检测站，四川成都 610100；4广西中医药大学，广西南宁 530001）

0 引言

【研究意义】肿节风又名九节茶、九节风、接骨金栗等，为金粟兰科植物草珊瑚［Sarcandra glabra（Thunb.）Nakai］的干燥全草，广泛分布于我国长江以南地区，尤其是广西、广东等岭南地区。肿节风具有清热凉血、活血消斑、祛风通络等功效，现代药理研究也表明其具有抗菌消炎、抗肿瘤、免疫调节、保肝等药理作用（林彤和彭立生，2020），是肿节风片、复方草珊瑚含片、血康口服液等中药制剂的主要原料，也是草珊瑚口香糖、草珊瑚袋泡茶等食品和保健品的主要成分，具有广阔的应用前景（吴远媚，2017），是广西重点发展的壮瑶药材品种之一。研究表明，药材中无机元素的存在与中药临床治疗效果有着密切关系，除影响药材中次生代谢产物的积累外，还常与其药用有机成分产生协同作用，增强其临床疗效（顾志荣等，2020）。近年来随着我国工业化的快速发展，重金属污染日益严重，中药材的重金属超标现象也日益严重，品质不断下降（赵蓉等，2016）。因此，考察中药材中无机元素及重金属元素的含量，成为全面评价中药材质量的必要指标。【前人研究进展】目前，关于肿节风的研究主要集中在化学成分的分离与鉴定。许旭东等（2008）对草珊瑚中香豆素类化学成分进行研究，结果表明，草珊瑚中的4,4′-双异嗪皮啶、秦皮乙素、秦皮素等6种香豆素类成分具有较强的抗菌活性，开发利用前景广阔。黎雄等（2011）从肿节风中分离得到4α-hydroxy-5αHlindan-8（9）-en-8,12-olide、chloranthalactone E、8β,9α-dihydroxylindan-（5）,7（1）-ieb-8α,12-olide和chloranoside A等4个倍半萜内酯类成分；还发现其含有原儿茶酸、咖啡酸、迷迭香酸等15种酚酸类化学成分（黎雄等，2012）。潘馨等（2017）研究表明，不同产地的肿节风中落新妇苷、新绿原酸、绿原酸等9个次生代谢产物的含量差异显著。黄晶玲等（2018）研究表明，肿节风中含有左旋乙酸龙脑酯、喇叭茶醇、桉油烯醇等67种挥发性成分，挥发油含量丰富。邵坚等（2021）采用超高效液相色谱—串联四极杆飞行时间高分辨率质谱（UPLC-Q-TOF/MS）对肿节风中的19种化学成分进行分析，结果表明，我国传统产区肿节风黄酮含量显著高于越南产区，且多数有效成分的含量差异性显著。【本研究切入点】前人对肿节风化学成分的分离与鉴定分析较多，但关于肿节风无机元素测定及重金属污染方面的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】对来自广西不同产区的11批肿节风药材样品中的23种无机元素进行含量测定，并对测定结果进行多元统计分析，同时对重金属污染进行综合评价，以期为桂产肿节风药材的应用及质量评价提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

肿节风药材收集自广西横州市、恭城瑶族自治县等地，共11份（表1），经广西农业职业技术大学周媛副教授鉴定为金粟兰科植物草珊瑚的干燥全草。经超纯水冲洗干净，于50℃下烘干，再经球磨仪打粉后，过100目筛备用。无机元素的标准溶液均购自美国Inorganic Ventures公司，硝酸为德国默克分析纯，水为超纯水。主要仪器设备：Avio200型电感耦合等离子体发射光谱仪、NexION 350型电感耦合等离子体质谱仪（美国PerkinElmer公司）；ME104E分析天平［梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司］；微波消解仪（上海屹尧仪器科技发展有限公司）。

表1 肿节风药材来源Table 1 Source of S.glabra

1.2 试验方法

1.2.1 供试品溶液制备精确称取样品0.2000～0.5000 g，加入硝酸8 mL，加盖放置过夜，放入微波消解仪进行消解，消解程序参数见表2。消解后放入赶酸仪，100℃加热30 min，用2%硝酸定容至25 mL。

表2 微波消解程序参数Table 2 Parameters of the microwave digestion process

1.2.2 仪器工作条件电感耦合等离子体质谱法（Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICPMS）：RF功率1200 W；雾化器流量0.88 L/min；等离子体流量0.88 L/min；辅助气流量1.20 L/min；偏转板电压-12.0 V。

电感耦合等离子体发射光谱法（Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP）：RF功率1300 W；雾化器流量0.55 L/min；等离子体流量12.00 L/min；辅助气流量0.2 L/min；观测方式：Na和Ca使用径向观测，Ti使用轴向观测。

1.2.3 标准品配制所使用的B、Cr、Cu、Fe等23种元素的标准溶液浓度均为1000 mg/L。将所测的23种元素分为3组，分别配制对照品溶液。第一组：取Ca、Na、Ti标准溶液适量，加2%硝酸稀释配制成含Ca和Na元素5、20、50、80和100 mg/L，含Ti元素0.05、0.1、0.5、1和2 mg/L的混合标准溶液。第二组：先取适量的Au标准溶液，加2%硝酸溶液配制成含Au元素的2 mg/L Hg标准稳定剂，再取Hg标准溶液适量，加入Hg标准稳定剂稀释配制成0.1、0.5、1、3和5μg/L系列标准溶液。第三组：取剩余各元素的标准液适量，加2%硝酸稀释配制成含B、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Zn元素10、50、100、300和500μg/L；含As、Cd、Ni、Pb、Se、Sr、V元素1、5、10、30和50μg/L；含Sb、Sn元素0.1、0.5、1、3和5μg/L的系列标准溶液。以20μg/L Rh溶液为内标元素。

1.2.4 线性关系考察吸取各系列标准溶液，在仪器的工作条件下，以质量浓度与内标元素的比值为横坐标、吸光值为纵坐标，绘制标准工作曲线，并测定其检出限和定量限。由于Ca、Na、Ti元素在ICPMS上响应度过高，因此这3种元素采用ICP测定，其余元素采用ICP-MS测定。

1.3 数据分析

1.3.1 重金属污染分析以WM/T 2—2004《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》的限量（Pb≤5.0 mg/kg、Cd≤0.3 mg/kg、Hg≤0.2 mg/kg、As≤2.0 mg/kg、Cu≤20.0 mg/kg）为标准，采用单因子指数法和内梅罗综合指数法对肿节风药材中Pb、Cd、Hg、As和Cu 5种有害重金属的污染进行综合评价（高振杰等，2015；潘媛等，2018；钟源等，2018）。

单因子污染指数计算公式为：

式中，Pi为样品i的单因子指数，Ci为样品i的实测值，Ri为样品i的评价标准值。Pi＞1表明受到污染，Pi越大表明污染程度越高。

内梅罗综合污染指数计算公式如下：

式中，P综合为综合污染指数，Pmax为所有污染物单因子指数中的最大值，Pave为污染物单因子指数的平均值。综合污染分级见表3。

表3 重金属污染等级划分Table 3 Grade classification of heavy metal pollution

1.3.2 相关分析采用相关分析衡量不同元素之间是否具有协同或拮抗作用，以SPSS 26.0对肿节风药材的23种无机元素进行相关分析。

1.3.3 元素特征图谱为更直观准确地绘制元素特征图谱，参考前人研究（史静超等，2018；王哲等，2019；贾妙婷等，2021）的方法，将不同元素的含量扩大或缩小至同一数量级（K、Ca缩小100倍，Na、Fe、Zn缩小10倍，As、V、Li、Cd、Mn、Hg、Se、Mg、Sn扩大10倍，Mo、Sb扩大100倍）。

1.3.4 主成分分析参考何首乌（罗益远等，2015）、乌梅（欧金梅等，2020）和马勃（岳丽丹等，2021）等中药材的分析方法，对肿节风药材中的23种无机元素数据进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 工作曲线及仪器检出限、定量限测定结果

由表4可知，各个无机元素的标准工作曲线相关系数为0.9991～0.9999，表明1.2方法下各元素线性关系均良好。

表4 肿节风无机元素线性关系考察结果Table 4 Linear relationship observation of inorganic elements in S.glabra

2.2 无机元素含量直观分析结果

由表5可知，肿节风药材中23种无机元素的含量差异明显，K元素的平均含量（10888 mg/kg）最高，其次为Ca（5319 mg/kg）；Fe（349.2 mg/kg）、Na（115.6 mg/kg）、Zn（107.5 mg/kg）平均含量亦达100 mg/kg以上；B、Sr、Ti、Pb、Ni、Cu、Cr、V 8种无机元素的平均含量相对较低，在1.00～30.00 mg/kg；其余无机元素的平均含量很少，均在1 mg/kg以下，以As（0.1348 mg/kg）、Mo（0.1048 mg/kg）和Sb（0.0477 mg/kg）含量最低。此外，不同产地肿节风药材中各个元素的含量差异明显，变异系数均相对较大，最小的是Mn，为7.62%，最大的是Sb，达87.21%。

表5 肿节风药材中无机元素的测定结果（mg/kg）Table 5 Results of inorganic elements in S.glabra medicine（mg/kg）

2.3 重金属污染的综合评价结果

由表6可知，肿节风样品中，5种重金属元素平均单项污染指数由大到小排序为Pb＞Hg＞Cd＞Cu＞As。其中Pb是最主要的污染物，单项污染指数平均值为1.30，超标率为72.73%，其次是Hg和Cd，超标率分别为45.45%和18.18%，Cu和As则基本不存在污染情况。总体来看，桂产肿节风的内梅罗综合污染指数为1.32，污染程度为轻度污染，需引起重视。

表6 肿节风5种重金属的污染指数Table 6 Pollution index of 5 heavy metals in S.glabra

2.4 无机元素的相关分析结果

由表7可知，肿节风中23种无机元素含量之间有13个极显著正相关（P＜0.01，下同），14个显著正相关（P＜0.05，下同），1个极显著负相关，9个显著负相关，表明肿节风对元素吸收存在一定的协同或拮抗效应，也说明肿节风对元素吸收存在一定的选择性。

2.5 无机元素特征图谱

由图1可知，11个不同产地肿节风药材中各元素相对含量不完全相同，K、Sb、Sr、Cr等元素的含量差异较大，但从整体看不同产地肿节风元素呈现较相似的分布态势。

2.6 主成分分析结果

由表8可知，前6个主成分累积贡献率达88.67%（＞85%），具有较强的代表性，因此选择前6个主成分进行分析。采用最大化方差法进行旋转，获得因子载荷矩阵。

表8 主成分的初始特征值与贡献率Table 8 Initial eigenvalue and contribution rate of principal components

由表9可知，对第一主成分贡献大的元素为As和B，对第二主成分贡献大的元素为Fe，对第三主成分贡献大的元素为Sr，对第四主成分贡献大的元素为Sn，对第五主成分贡献大的元素为Hg，对第六主成分贡献大的元素为Mn。可见，As、B、Fe、Sr、Sn、Hg和Mn是肿节风药材的特征元素，可用于其质量控制。

表9 旋转变换后的因子矩阵Table 9 Factor matrix after rotation transform

3 讨论

本研究测定了11批桂产肿节风样品中的23种无机元素，分析结果显示肿节风中含有丰富的无机元素，如人体必需的常量元素K、Ca、Na、Mg，对人体有益的微量元素Fe、Zn、B、Mn、Se等，有害微量元素Pb、Cd、Hg、As、Cu、Sb等。不同元素的含量差异大，以K、Ca、Fe的平均含量较高，分别达10888、5319和

349.2 mg/kg，Sb含量最低，仅有0.0477 mg/kg，且不同产区的肿节风药材中各个元素的含量有明显差异，变异系数均相对较大。现代药理研究表明，中药材的药效除与次生代谢产物有关外，无机元素也产生重要作用（强正泽等，2017）。如K对维护心脏正常功能、在细胞新陈代谢及神经传导功能正常运行等方面均具有重要的作用（吴茂江，2011）。Ca对人体骨骼发育和维持心脏正常生理功能均至关重要（姚莉和段玉峰，2004）。Na在调节细胞水量，维持人体渗透压、酸碱平衡、血压，协助神经和肌肉的正常运作等方面有着十分重要的作用（石昌来和魏峰，2014）。Mg是人体必需的阳离子元素之一，能参与骨骼组成，影响体内酶活性，具有免疫调节、抗氧化、调节机体代谢等作用，体内缺Mg可能引起心律失常、骨质疏松、手足搐搦等（姜海龙等，2015）。Fe是血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素及其他酶系统的主要成分，是维持生命活动所必需的微量元素（简金龙等，2012）。Zn对促进机体生长发育、维持细胞功能、调节机体免疫具有重要作用（伍臣和夏倩，2021）。B是植物必需的微量营养元素，不仅能降低动物肿瘤细胞活性、提高骨形成速率、降低骨的再吸收等功效，还具有抗炎、止痛等作用（万洋灵和郭顺堂，2016）。Mn分布于各个器官与组织中，参与人体多种酶的合成与激活，以及人体骨骼造血和糖类、脂肪代谢，能加速蛋白质、维生素C和维生素B等合成，提高人体免疫力（马彦平等，2020）。Se在调节免疫功能、抗氧化、抗病毒、抗衰老、预防心血管疾病、抗癌等方面均具有重要作用（殷菲敏等，2021）。上述元

素所表现出的生理功能与肿节风具有抗肿瘤、抗癌、抗菌消炎、免疫调节、促进骨折愈合等作用相一致。相关研究也表明，肿节风中Zn、Cu、Mn、Se、Mg等元素可能与肿瘤的发病和防治有较密切的联系（李先春等，1997），其元素的分布特点可能与其消炎、清热、解毒和舒筋活血等作用有关（杨波等，2008）。因此，可认为肿节风中所含有的无机元素也是其功效物质之一，在其药效发挥过程中起着相应的作用。主成分分析结果表明，As、B、Fe、Sr、Sn、Hg和Mn是肿节风的特征无机元素，在今后的研究中可重点分析这几种元素。

近几年的研究表明，我国中药材重金属超标问题严峻，形势不容忽视（左甜甜等，2019）。本研究分析了样品中当前最受关注的5种重金属元素（Pb、Cd、As、Cu、Hg），结果表明，Cu和As含量低于《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》，Pb、Hg和Cd均存在超标现象。综合分析表明，11个批次样品的重金属污染水平中，有7个属于轻度污染水平，4个处于警戒水平。中药材中重金属超标不仅影响中药材质量，且大多数重金属无法被生物降解，随着重金属在药材中的不断累积，其毒性也不断增加，最终危害人体生命健康（左甜甜等，2017；楚楚等，2021）。因此肿节风作为广西重点发展的民族药，在生产上应注意把控其质量，对肿节风的持续开发利用具有积极意义和实用价值。

不同中药材中无机元素的种类与含量有较大差异，中药材均有其独特的元素分布特征（赵一懿等，2019a）。本研究以所测23种元素为基础数据，构建了肿节风无机元素特征图谱，可为其药材的鉴别提供参考。但仍需对正品与伪品中的无机元素进行具体测定与分析，并结合数学统计方法，进一步确定肿节风药材中具有专属性和特征性的元素（赵一懿等，2019b），同时加强对肿节风重金属污染进行有效控制，从源头上把控肿节风药材的质量。

4 结论

本研究测定了11批次肿节风药材无机元素含量，基本涵盖了广西肿节风药材主产地，可反映桂产肿节风药材无机元素含量的整体情况。发现药材存在Pb、Hg和Cd超标现象，筛选出7种特征无机元素，绘制出肿节风药材无机元素图谱，该结果可为肿节风药材的质量评价及药材中重金属限量标准的制定提供参考。