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微波消解-电感耦合等离子体质谱测定中药中的重金属元素

大耳朵兔兔

2018/09/05

私聊

ICP-MS

微波消解-电感耦合等离子体质谱测定中药中的重金属元素

张俊杰

山西大学,大型科学仪器中心，山西太原，030006

摘要：电感耦合等离子体质谱具有高灵敏度和高稳定性，在多元素的高灵敏度检测方面具有一定优势。本论文使用电感耦合等离子体质谱，对中药中 As、Hg、Pb、Cd、Cu五种重元素进行了同时测定。结果表明，所测中药中重金属含量均未超出药典规定的重金属限量值。采用微波消解前处理，电感耦合等离子体质谱内标法定量，是中药中重金属测定的快速可靠方法。
关键词：微波消解、电感耦合等离子体质谱、中药、重金属

引言
对人体有害的重金属主要包括铅、镉、汞、砷、镉、镍等,人体通过食物链摄取毒性放大，使人体蛋白变性，酶失去活性，进而导致各种病变，如肾功能衰竭、中枢麻痹、脏器出血等病理现象。中药是中华民族的瑰宝,中药的质量控制一直备受关注,其中重金属的检测与控制，是中药安全性和有效性的的关键之一。重金属含量测定方法主要包括紫外分光光度法、原子吸收分光光度法、原子荧光分光光度法、电感耦合等离子体法等。电感耦合等离子体质谱法的优点在于其更低的检出限、更高的灵敏度及更大的 LDR( 线性动态范围 )，故尤其适用于微量、痕量分析，且可以同时测定多种元素。
1、材料与方法
1.1 试剂药品
实验所需药品包括:浓硝酸（65%-68%，优级纯）（国药集团化学试剂有限公司，中国上海），铋、锗、铟、锂、钪、铽、铱（1000μg/ml）内标溶液（PerkinElmer，美国），1000ug/mL铅，镉，汞，砷，铜、金元素标准溶液（1000ug/mL）（国家有色金属及材料研究中心，中国），超纯水（电阻率≥18MΩ·cm）采用EASY 15 Heal Force超纯水系统(力康发展有限公司，香港)制备。
1.2 实验仪器
电感耦合等离子体质谱仪（PerkinElmer，美国）、Multiwave PRO微波消解仪（Anton Paar，意大利）、Ex2250ZH电子天平（奥豪斯仪器，中国常州）。所用器皿（定容容量瓶，烧杯等）均经20%硝酸溶液浸泡过夜，用超纯水洗净并晾干后使用。
1.3 样品前处理
中药粉末样品称取0.2 g左右，精确到0.1 mg，记录其准确质量，加入浓硝酸6 mL进行消解。微波消解程序如表1所示。消解完成，待消解液冷却至70度以下，将其转入100 ml容量瓶中，用少量水洗涤消解罐3次，将洗液合并于容量瓶中，加入Au标准溶液（1000 μg/mL）20 μL，使Au元素终浓度为200 ng/mL，加入内标溶液（10 μg/mL）500 μL，使内标元素终浓度为50 ng/mL，用超纯水将消解液定容至100 mL，混匀待测。样品空白除样品加入步骤外，其余操作与样品相同。

表1微波消解步骤

事件	功率	时间	风扇档位
功率爬坡	400	10 min	1
保持功率	400	5 min	1
功率爬坡	800	10 min	1
保持功率	800	30 min	1
冷却	-	-	3

1.4 仪器参数
ICP-MS功率：1600 W，等离子体氩气流速：18 L/min，辅助气流速1.2 L/min，载气流速0.94 L/min，雾化器为梅哈德型（Meinhard），滞留时间50 ms，仪器调谐的主要技术指标包括常规分析灵敏度指标Be（9）：>2000 cps，In（115）：>40000cps，U(238): >30000 cps；背景：Bkgd220≤1 cps ，氧化物（CeO⁺156/Ce⁺140）:≤2.5%，双电荷离子（Ce²⁺70/Ce⁺140）：≤3.0%，质量数和分辨率Li(7.016)，Mg(23.985)，In(114.904)，U(238.05)10%峰高处峰宽在0.65-0.8 amu范围。实验前，优化矩管位置、雾化器流量，四极杆离子偏转器（QID）电压，检测器电压，并进行检测器双模校正。标准模式下，选择各元素的同位素⁶³Cu、⁷⁵As、¹⁰⁶Pb、¹¹¹Cd、²⁰²Hg进行测定。
1.5 标准溶液的配制
分别精密量取铅、砷、镉、汞、铜单元素标准溶液（1000 μg/mL）各10 μL，用2%硝酸溶液(含200 ng/mL金元素)分别定容至10mL，成铅、砷、镉、汞、铜浓度为1μg/mL的单独标准中间溶液。分别取铜、铅、砷、镉、汞标准溶液中间液（1μg/mL ）0.1、0.4、1和4mL，先后加入10 mL容量瓶中，用2%硝酸溶液定容，得到含铜、铅、砷、镉、汞标准溶液10 、40、100和400 ng/mL的混合标准溶液。分别取混合标准溶液母液0 mL、0. 5 mL、1.25 mL、2.5mL和5 mL，至10 mL容量瓶中，再分别取含Bi（209）, Ge（73）, In（115）, Li（7）, Sc（45）, Tb（159）, Y（89）元素的内标溶液储备液(10 μg/mL) 50 μL,依次加入以上10 mL容量瓶中，定容，得到系列标准溶液，均含50 ng/mL的内标。
1.6数据处理
在每个样品（包括标准溶液、供试品溶液和试剂空白）中添加相同浓度的内标元素，以标准溶液待测元素分析峰响应值与内标元素参比峰响应值的比值（3次读数的平均值）为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线。利用供试品中待测元素分析峰响应值和内标元素参比峰响应值的比值，扣除试剂空白后，从标准曲线中查得相应的浓度，计算样品中各待测元素的含量。
中药中（铅、镉、汞、砷、铜）含量ω₁按照以下公式进行计算
式中，ω1-中药中元素含量，mg/kg；
c-由校准曲线计算得出待测试液中元素的浓度，ng/mL；
c₀-空白溶液中元素的测定浓度，ng/mL；
n-测定前试液的稀释倍数
V₀-微波消解后试液的定容体积，mL；
m-称取样品的质量，g；
w_dm-样品的干物质含量，%。
2、结果与讨论
2.1 内标的选择
使用内标可有效地校正响应信号的波动，选择内标时应考虑如下因素：待测样品中不含有该元素，与待测元素质量数接近，电离能与待测元素电离能相近，与待测元素的化学特性相似，本试验，⁶³Cu、⁷⁵As以⁷³Ge作为内标，¹⁰⁶Pb，¹¹¹Cd以¹¹⁵In作为内标，²⁰²Hg 以²⁰⁹Bi作为内标。内标元素在各个浓度标准溶液和样品中的响应值见表2。
表 2 内标元素在标准溶液和样品中的响应值

样品名称	²⁰⁹Bi	⁷⁴Ge	¹¹⁵In
Standard 1 (c1)	1666617.3	477605.1	2303394.0
Standard 2 (c2)	1669782.6	482701.6	2317741.8
Standard 3 (c3)	1670898.2	480221.7	2323776.4
Standard 4 (c4)	1686515.6	486491.2	2359529.3
Standard 5 (c5)	1649549.4	476337.0	2299869.8
黄芪	1714366.4	516816.7	2491738.3
连翘	1677638.3	513542.5	2448736.1
黄芩茶	1613035.8	499644.4	2377784.2
赤小豆	1684147.0	521093.2	2512120.9
RSD（%）	1.7	3.7	3.5

2.2 线性
以浓度和各元素同位素与内标响应强度的比值，得出相应的线性方程。元素的线性及相关系数如表3所示。在各自的线性范围内，各元素的线性相关系数在0.9989到0.99997之间，符合质谱的定量要求。
表 3 元素的线性、相关系数及检出限

元素	线性方程	相关系数	检出限（ng/mL）
Pb	y = 0.013x + 0.00646	0.99997	0.08
Hg	y = 0.002x + 0.00007	0.99982	0.10
As	y = 0.008x + 0.00292	0.99993	0.02
Cu	y = 0.032x + 0.03028	0.99992	0.14
Cd	y = 0.002x + 0.00030	0.99890	0.10

2.3 检出限
将空白溶液重复进样读数6次，计算各个元素的标准偏差，以3倍的标准偏差作为检出限，检出限结果如表2所示。
2.4 样品测定
采用以上方法，对山西省的典型道地药材中药的重金属进行了测定，其重含量分布见表4，汞元素均为未检出，药典对中药汞金属的限定值为0.2mg/kg，其余元素，结果也均低于中药重金属含量限定值：铅（5mg/kg）、砷(2mg/kg)、铜(20mg/kg)和镉(0.3mg/kg)。
表 4中药重金属含量分布（mg/kg）

元素	黄芪	连翘	黄芩茶	赤小豆
Pb	0.47	0.93	0.51	0.24
Hg	ND	ND	ND	ND
As	0.23	0.12	0.20	0.11
Cu	2.55	5.52	4.66	3.63
Cd	0.05	0.05	0.03	0.04

3、结论
本论文使用电感耦合等离子体质谱，以中药为研究对象，通过微波消解提取，在标准模式下，采用内标法对重金属元素进行了测定。结果表明，所测中药重金属含量均未超出药典规定的重金属限量值。采用微波消解前处理，ICP-MS内标法定量，是中药中重金属测定的快速可靠方法。
致谢
感谢山西国新晋药集团及山西大学中医药现代研究中心提供的测试样品。
参考文献

鄢星,魏惠珍,朱益雷,刘文霞,罗小妹，林苗苗,朱敏,饶毅.江西中医药大学学报2017,29(5):116-120
曹洪斌，申明金，陈莲惠.西北药学杂志.2016,31(6):654-657
段红福,荣春蕾.2015,5(1):95-96,102.
中华人民共和国药典，第一部，2015。

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