石楠藤无机元素指纹图谱的建立及相关性分析

包鹏杰

（宁波卢米蓝新材料有限公司，浙江 宁波 315048）

石楠藤为胡椒科植物毛蒟 [Piper puberulum(Benth.)Maxim.]的干燥枝叶，又名石南藤、毛蒟、爬岩香、巴岩香、南藤、丁公藤、搜山虎、蓝藤和小风藤等，在《开宝本草》、《滇南本草》及《本草纲目》等书均有记载[1-4]。石楠藤是贵州、内蒙古、广西和四川等地少数民族的习用药材[5]。味辛性温，入肝、脾、小肠三经，具有祛风湿、强腰膝、补肾壮阳、止咳平喘、活血止痛功效；主治风寒湿痹、肾虚腰痛、痛经、咳嗽气喘、跌打肿痛、阳萎等[6-7]。有研究发现，木脂素、新木脂素类、酰胺生物碱类、有机酸、甾醇类和挥发油等是石楠藤的主要化学成分，其中木脂素类和新木脂素类是石楠藤的主要有效成分[8-9]。

无机元素作为植物中必不可少的一类成分之一，其在植物次生代谢产物合成、化学成分的结构组成和中药活性的表达等方面起着十分重要的作用[10-11]。指纹分析是一种表征天然植物多组分特征，全面反映天然植物多组分体系整体现状的综合性质量分析方法。此外，指纹分析对鉴别药材等非直接质量评价方面也具有重要意义[12]。冉金凤等以稀土元素含量的平均值构建了黄精稀土元素标准指纹图谱，作为鉴定黄精中药材的参考依据[13]。刘倩倩等使用ICP-MS 法测定了不同产地玉竹和黄精中26 种无机元素，同时绘制了玉竹和黄精的无机元素指纹图谱，并找出Sr、Se、V、Cd、Al、Ga、Fe、Cr、Ni、Co 等10 种特征无机元素，可有效区分不同产地的2 种药材[14]。于喆源等使用ICP-MS 法对甘草中27 种无机元素进行了定量测定，并绘制了无机元素质量分数分布图，得出Ba、Te、Al、Cs、Co、Ce、Fe、La、V、As、Mn、Cr、Y 对产地溯源具有明显的统计学意义，将其作为产地溯源的特征元素[15]。谭新宁等从无机元素角度分析了青葙子及其混伪品的差异，而乔婷婷等使用ICP-OES/MS 技术对白矾及其伪品铵明矾的无机元素差异进行了分析，结果表明，从无机元素的角度出发，可以很好地区分青葙子/白矾及其伪冒产品[16-17]。然而，目前对于石楠藤的研究大多集中在有机化学成分方面，而对于石楠藤无机元素指纹图谱研究未见报道。

为全面评价石楠藤的品质，本实验以不同产地（江西省新余市、宜春市上高县、新余市分宜县、宜春市高安市、宜春市三阳县）的石楠藤作为研究对象，通过微波消解-ICP-OES/MS 法同时测定石楠藤中Li、Be、Ti、V、Cr、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Sn、Sb、Ba、Tl、Bi、Mg、K等20 种无机元素的含量，分析不同产地石楠藤中无机元素含量的差异，绘制了无机元素指纹图谱，进行了相关性分析。以期为石楠藤的科学研究、质量监控提供参考依据。

1 实验部分

1.1 材料与试剂

石楠藤收集于江西省新余市、宜春市上高县、新余市分宜县、宜春市高安市、宜春市三阳县5 个产地，样品编号依次为S1、S2、S3、S4 和S5；硝酸，UP 级，苏州晶锐化学试剂公司；实验用水为一级水；内标元素为锗（72Ge）、铟（115In）；多元素（Li、Be、Ti、V、Cr、Co、Ni、Zn、Ga、Sr、Sn、Sb、Ba、Tl、Bi、Mg、K、Fe、Mn、Ca）标准溶液，批号GSB04-1767—2004，100 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心；Ge（批号：22072635,1 000 μg/mL）、In（批号：21122035，1 000 μg/mL），国家钢铁材料测试中心。

1.2 主要设备

ETHOS UP 微波消解仪和赶酸器，北京莱伯泰科；ICAP RQ 电感耦合等离子体质谱，Thermo Fisher；XSR205DU/A 型电子天平，梅特勒-托利多；DHG-9240A 型台式电热恒温鼓风干燥箱；Pulverisette 11 刀式研磨仪，德国Fritsch。

1.3 实验方法

精密称取约0.5 g 石楠藤粉末于消解管中，加入5 mL 高纯硝酸和2 mL 双氧水后，预消解过夜，之后进行微波消解。试样消解完成后，冷却至60 ℃以下取出，将消解液定容至50 mL 容量瓶中，摇匀，即得；同法制备试剂空白溶液。

待测液在ICP-MS 开机稳定30 min 后进行调谐和质量校正，使仪器的状态调至最佳。仪器工作条件如下：等离子体功率1 550W；雾化器流量0.996 8 L/min；辅助气流量0.800 L/min；采样深度5 mm；冷却气流量14 L/min；碰撞气1 流量5.122 L/min 检测器电压（脉冲）1 278.59 V；检测模式KED；蠕动泵泵速为40 r/min。其中使用ICP-OES 测定石楠藤样品中Mg、K、Fe、Mn和Ca 的含量。

1.4 数据分析

采用EXCEL 软件进行数据处理，Origin 软件进行绘图。

2 结果与讨论

2.1 方法的线性与检出限

在仪器状态稳定的条件下测定制备好的混合标准溶液，其中，Mg、K、Fe、Mn 和Ca 采用ICP-OES 测定，其他元素采用ICP-MS 测定，结果见表1。结果显示，各元素的标准曲线线性关系良好，R2均大于0.99。

表1 各元素回归方程、相关系数及检出限

2.2 精密度实验

精密吸取混合元素标准溶液，根据上述方法平行测定6 次，计算得到20 种无机元素响应峰强度的RSD 均小于2.85%，说明仪器的精密度良好。

2.3 稳定性实验

取S3 石楠藤供试品溶液，按上述方法分别于0、2、4、6、8、10、12 h 进行测定。记录各元素的响应信号值，计算得到20 种无机元素的RSD 均小于2%，表明供试品溶液在12 h 内稳定性良好。

2.4 重复性实验

取S3 石楠藤供试品6 份，按照上述方法制备供试品溶液，同法测定，计算的到20 种无机元素的RSD为1.33%～2.81%，表明该方法的重复性良好，可以满足检测要求。

2.5 加标回收率实验

取S3 石楠藤供试品粉末约0.5 g，分别加入适量的各元素标准溶液，按照上述方法制备供试品溶液，记录响应值，计算得到各元素的加标回收率为93.25%～122.91%，RSD 为1.79%～4.22%。

2.6 无机元素含量分析

石楠藤样品中20 种无机元素的含量如表2 所示。石楠藤中Ca、K、Mg 的含量最高，其中人体必须常量元素Ca 和K 均大于7 000 mg/kg，其次含量较高的元素有Ti、Ni、Zn、Sr、Ba、Fe 和Mn，平均值均大于1 mg/kg，而其余元素含量均小于1 mg/kg。Ca 是人体骨骼和牙齿的主要成分，Mg 可以舒张血管和降低血压，Fe 是血红蛋白的主要成分，参与细胞酶的合成，维持细胞的正常功能[18-19]。因此，石楠藤可以作为补充人体必需元素的药材。

表2 石楠腾中无机元素测定结果 单位：mg/kg

将石楠藤中20 种无机元素根据其含量的数量级分为6 组，并绘制石楠藤无机元素含量折线图，结果见图1。在5 个产地中，Ca、Ti、Be、V、Li、Co、Ga 的含量较为平均。采自宜春市上高县的石楠藤S2 中Ba、Tl、Ni、Zn 和Mn 含量较其他产地要高（见图1），这可能与当地的气候环境以及土壤等有关。

图1 石楠藤无机元素含量折线图

2.7 石楠藤无机元素指纹图谱

石楠藤无机元素含量的数量级相差比较大，为了更直观的绘制石楠藤无机元素指纹图谱，将20 种无机元素进行放大或缩小，统一为同一数量级。其中将Be、Sn、Sb、Tl、Bi 扩 大1 000 倍，Li、V、Ga、Co 扩 大100 倍，Cr、Ni 扩大10 倍，Mg、K、Ca 缩小100 倍，Fe和Mn 缩小10 倍，其余元素保持不变。之后以元素种类为横坐标，相对含量为纵坐标绘制20 种无机元素相对质量分数分布曲线图，结果如图2 所示。不同样品之间峰形相似，但其谱线具体走势因石楠藤样品中各元素含量的高低差异而有所不同。利用石楠藤无机元素含量的平均值绘制石楠藤无机元素对照图谱（见图3），以方便鉴别石楠藤与其他伪冒药材。

图2 石楠藤无机元素指纹图谱

图3 石楠藤无机元素对照图谱

2.8 相关性分析

为了探究石楠藤中各种无机元素直接的相互关系，利用Origin 软件对石楠藤中20 种无机元素进行相关性分析，结果见图4 所示。由图4 可知，石楠藤中有4 对元素呈显著正相关，分别是Ni-Ti、Mn-Ti、Ca-Ti 和Ca-Mn，说明在石楠藤样品中这4 对元素在被吸收积累的过程中具有相互协同、促进吸收的关系。而Co-Be、Tl-Be、V-Ti、Fe-Ti、Ca-Ti、Tl-Co、Ba-Ni、Sn-Ga、Ca-Sr 和Bi-Sb 这10 对元素呈显著负相关，Mn-Ni 呈极显著负相关，说明这11 对元素在吸收积累的过程中具有拮抗作用。

图4 无机元素相关性分析图

3 结论

本文分析了石楠藤样品中20 种无机元素的含量，石楠藤中无机元素含量最高的是Ca、K、Mg，其平均值均大于1 000 mg/kg，其次含量较高的元素有Ti、Ni、Zn、Sr、Ba、Fe 和Mn，平均值均大于1 mg/kg，而其余元素含量均小于1 mg/kg。此外，在5 个产地中，Ca、Ti、Be、V、Li、Co、Ga 的含量较为均一，相差不是很大。根据石楠藤中无机元素的相对含量绘制石楠藤无机元素指纹图谱，并利用石楠藤中各无机元素相对含量的平均值进一步生成石楠藤无机元素对照图谱，可用于鉴别石楠藤及其伪冒产品。此外，相关性分析显示，共有4 对元素呈显著正相关，10 对元素呈显著负相关，只有Mn-Ni 呈极显著负相关。相关性分析表明石楠藤中这15 对无机元素之间在一定程度上具有拮抗或相互协同的作用。结果可为石楠藤的质量评价提供一定的借鉴。