基于ICP-MS法测定黄芪水浸液中微量元素及浸出率研究

殷光松，赵华楠，许文琪，许锦华，徐清，刘华，李邦进，王诗凝

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350002）

随着生活水平提高，人们对身体健康愈加重视，尤其在新冠疫情防控期间，老百姓意识到中药在预防和治疗新冠病毒方面具有良好的疗效。而中药代茶饮由于药效作用较汤剂、颗粒剂、片剂等缓和，口感也较汤剂好，同时，黄海[1]等认为代茶饮兼具“药引”的作用，因此，中药代茶饮受到老百姓广泛喜爱。

人体中所含微量元素与身体健康息息相关。据报道Fe摄入不足会导致缺铁性贫血，Cu摄入不足会导致脊髓病等[2,3]，Zn摄入不足会导致儿童生长缓慢，引起免疫功能障碍和认知障碍[4]等。微量元素在中药生长代谢和临床治病过程中同样发挥重要作用[5,6]，但中药饮片及制剂中元素的研究多集中在重金属限量检查方面[7-9]，对于中药中微量元素的研究相对较少。

传统的元素检测方法如原子吸收光谱法、原子荧光光谱法等，存在单元素测定、前处理繁琐、基体干扰多等缺点，电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）尽管可以多元素同时测定，但也存在光谱干扰严重、灵敏度较低等缺点。电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）弥补了传统检测方法的多种缺点，具备多元素同时测定、精密度高、灵敏度高等优点，在食品安全、环境科学等多领域广泛运用[10-13]。《中华人民共和国药典》2020版[14]四部“通则2321 铅、镉、砷、汞、铜测定法”中也有采用ICP-MS法。

黄芪益气固表、补气养血，可增强机体免疫功能。国家中医药管理局在2022年12月20日发布的《新冠病毒感染者居家中医药干预指引》中，明确将黄芪作为中医药新冠预防方剂中重要的药材。本文采用ICP-MS法测定黄芪及其浸泡液中铁(Fe)、锌(Zn)、硒(Se)、铜(Cu)、钼(Mo)、铬(Cr)、钴(Co)含量，研究上述人体必需微量元素浸出率随时间和温度变化规律。

1 试验材料

1.1 仪器设备

电子天平（赛多利斯）、微波消解仪（CEM MARS6）、电感耦合等离子体质谱仪（安捷伦7700E）、数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）等。

1.2 试剂

硝酸（HNO3）：优级纯；氩气（Ar）：纯度≥99.995%；氦气（He）：纯度≥99.995%。

试验用水均为GB/T 6682规定的一级水；

元素标准储备液（1000 μg/mL或100 μg/mL）：经国家认证并授予标准物质证书的Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Se、Mo单标溶液或混合标准溶液。

内标元素标准储备液(1000 μg/mL)：经国家认证并授予标准物质证书的Sc、Ge、In、Re单标溶液。

质谱调谐液：选用浓度为1.00 ng/mL的Li、Y、Ce、Tl、Co混合溶液。试验所用的玻璃器皿均需用20%硝酸浸泡过夜，用水反复冲洗干净。

1.3 药材

黄芪产地为内蒙古，购自北京同仁堂（安国）中药饮片有限责任公司。

2 试验和方法

2.1 标准溶液的制备

吸取适量铬、铁、钴、铜、锌、硒、钼标准储备液，用2%硝酸溶液逐级稀释配成含铬、钴、硒、钼浓度为0、1.00、2.00、5.00、10.0、20.0、50.0 μg/L，铁、铜、锌浓度为0、10.0、20.0、50.0、100、200、500 μg/L标准系列溶液。

2.2 样品待测液的制备

将黄芪磨成粉末，充分混匀备用。称取药材粉末0.2 g（精确至0.001 g），置于耐高温高压的微波消解罐中，向消解罐中加入5.00 mL浓硝酸。密闭消解管，按微波消解仪消解程序进行消解（见表1）。消解完毕后，将消解液完全转移至25 mL容量瓶中，用一级水定容至刻度，摇匀待测。按照相同的方法制备试剂空白。

表1 微波消解程序

该样品待测液中测得元素含量为该元素总量。

2.3 样品浸泡液的制备

2.3.1 考察浸泡时间

称取黄芪（经粉碎）5 g（精确至0.001g）于锥形瓶中，加入100 ℃一级水50 mL后立即将锥形瓶放入100 ℃恒温水浴锅中，分别浸泡5、10、15、20、30、40 min。浸泡时间到立刻移出，过滤，即得样品浸泡液。按照相同的方法制备空白对照液。以7种微量元素浸出总量最大的时间为最佳浸泡时间。

2.3.2 考察浸泡温度

称取黄芪（经粉碎）5 g（精确至0.001g）于锥形瓶中，分别向锥形瓶中加入50 mL的70、80、90、100 ℃的一级水，并将锥形瓶立刻放入与一级水温度等同的恒温水浴锅浸泡，浸泡的时间为2.3.1项下考察出的最佳浸泡时间。浸泡时间到立刻移出，过滤，即得样品浸泡液。按照相同的方法制备空白对照液。

2.4 仪器工作条件

2.4.1 微波消解程序（表1）

2.4.2 ICP-MS工作条件（表2）

表2 ICP-MS的参考工作条件及参数（高纯氩气）

2.5 测定

采用在线加入内标的方式，依次测定标准溶液、试剂空白、样品待测液。以待测元素与内标元素的强度比为纵坐标，待测元素浓度为横坐标，绘制标准曲线，外标法定量。

3 结论与讨论

3.1 线性关系及检出限

取2.1项下制备的标准溶液进行测定，结果见表3，其中y为待测元素与内标元素强度比率，x为待测元素浓度（μg/L），7种元素的标准曲线线性关系良好，方法检出限在0.2～5.6 μg/kg之间。7种元素的标准曲线相关系数（R）、检出限均能满足定量分析的要求。

表3 待测元素的标准曲线

3.2 样品检测结果

样品中7种微量元素的含量见表4。从表4中可看出，黄芪中7种微量元素均有检出，含量大小依次为：Fe＞Zn＞Cu＞Mo＞Cr＞Co＞Se，但浸泡液中Se未检出，因此，在后续的元素浸出率考察时，仅研究Fe、Zn、Cu、Mo、Cr、Co。

表4 黄芪各元素加标回收率试验结果

《中华人民共和国药典》2020年版[14]一部中，对Cu进行了限量要求，规定Cu＜20 mg/kg，其余元素限量没有规定，从表4可看出，黄芪及浸泡液中Cu含量均没有超标。

3.3 加标回收率和精密度

按照步骤2.2项下试样处理中的要求，分别对Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Se、Mo进行加标回收试验，对每个加标样进行6次平行测定，计算其相对标准偏差（RSD）、平均回收率，结果见表4。从表4中可看出，各元素的加标回收率在90.6%～98.4%之间，相对标准偏差在0.42%～3.32%之间，此方法的加标回收及精密度良好。

3.4 元素浸出规律研究

3.4.1 浸泡时间对浸出率的影响

按照2.3.1，在100 ℃恒温对黄芪进行浸泡时间考察。将一定浸泡时间下元素浸出值，除以对应总量，得到浸出率，结果见图1。从图1中可看出Fe、Cu、Zn、Co在浸泡10 min时，浸出率最大，而后随着浸泡时间延长，浸出率逐渐下降并趋于稳定。Cr在不同浸泡时间，浸出率基本一致。Mo在浸泡时间增加到20 min时，浸出率快速增大，而后趋于稳定。这可能是由于黄芪中微量元素与有机成分结合后，形成复杂的配合物，在一定的温度下，微量元素形成易于人体吸收的可溶性形态在不同时间段不同有关。

图1 黄芪100 ℃元素浸出率

在浸泡时间5 min到40 min内，Fe、Cr的浸出率为3.0%～4.7%，Cu、Zn的浸出率为10.5%～20.0%，Co、Mo的浸出率为14.6%～49.0%。Fe总量最大，浸出率最小，在水浸泡条件下，Fe较难溶出。

在浸泡时间为10 min时，Fe、Cu、Zn、Co、Cr、Mo的总量最高，因此黄芪100 ℃恒温浸泡的最佳时间是10 min。

3.4.2 浸泡温度对浸出率的影响

根据以上对浸泡时间的考察结果，得出黄芪100 ℃恒温浸泡的最佳时间是10 min，再按照2.3.2考察不同浸泡温度影响，见图2。由图2可知，黄芪中的Fe、Co、Cu、Zn、Mo的浸出率均随着浸泡温度的升高而增加，Cr在不同温度下，浸出率没有明显变化。因此，黄芪最佳浸泡温度为100 ℃。从结果可知，随着浸泡温度增加，黄芪中微量元素越易形成人体吸收的可溶性形态，这可能是由于微量元素在水中的溶解度随温度升高而增加有关。

图2 黄芪在不同浸泡温度下浸泡10 min元素浸出率

4 结论

试验结果表明，黄芪中7种微量元素均有检出，含量大小依次为：Fe＞Zn＞Cu＞Mo＞Cr＞Co＞Se。黄芪水浸液中，Se未检出，Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Mo在100 ℃浸泡10 min时总量最大，Fe含量最高，但浸出率最低。饮用黄芪代茶饮时可参照此条件，将黄芪100 ℃恒温煮沸10 min，除去滤渣冷却即可饮用。

同时，由于ICP-MS法还具有精密度高、灵敏度好、线性范围宽、干扰小、可多元素同时测定的优点，在中药元素测定中发挥越来越重要的作用。