张建平　孙倩男　高寒　塔娜　郭宝凤

【摘 要】 目的：建立肉苁蓉中铅、镉、砷、汞、铜5种重金属及有害元素含量的测定方法，同时评估其不确定度。方法：肉苁蓉样品经冷冻粉碎后，采用微波消解-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定5种金属元素的含量，以锗（72Ge）、铟（115In）、铋（209Bi）混合溶液作为内标，并根据CNAS-GL006：2019《化学分析中不确定度的评估指南》中的要求，对测量不确定度进行评估。结果：建立的铅、镉、砷、汞、铜5种重金属及有害元素含量的测定方法线性关系良好，相关系数r均大于0.997，重复性RSD均小于6.0%，回收率介于 89.6%～109.6%之间，各元素合成不确定度介于0.0006～0.4 mg/kg之间。结论：建立的测定方法准确高效，可以用于肉苁蓉药材的重金属及有害元素测定，同时该不确定度评估方法对同类型分析方法具有借鉴参考意义。

【关键词】 肉苁蓉；重金属及有害元素；不确定度评估；电感耦合等离子体质谱法

【中图分类号】R917 【文献标志码】 A【文章编号】1007-8517（2024）04-0028-08

DOI：10.3969/j.issn.1007-8517.2024.04.zgmzmjyyzz202404007

Determination of Heavy Metals and Harmful Elements in Cistanche deserticola by ICP-MS and Evaluation of Uncertainty

ZHANG Jianping SUN Qiannan GAO Han TA Na GUO Baofeng

Inner Mongolian Institute for Drug Control， Inner Mongolia Key Laboratory for Standard

Research of the Chinese and Mongolian Medicine，huhhot 010020， China

Abstract：Objective To establish a method for the determination of lead， cadmium， arsenic， mercury and copper in Cistanche deserticola， and evaluate the uncertainty. Method After the samples of Cistanche deserticola were frozen and pulverized， the contents of five metal elements were determined by microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）. And according to the requirements in CNAS-GL006：2019 “Guidelines for the Evaluation of Uncertainty in Chemical Analysis”， the measurement uncertainty is evaluated.Results The established method for the determination of lead， cadmium， arsenic， mercury， copper and five heavy metals and harmful elements has a good linear relationship， the correlation coefficient r is greater than 0.997， the repeatability RSD is less than 6.0%， and the recovery rate is between 89.6% and 109.6%. The combined uncertainty of each element is between 0.0006 and 0.4 mg/kg. Conclusions The established determination method is accurate and efficient， and can be used for the determination of heavy metals and harmful elements in Cistanche deserticola medicinal materials. At the same time， the uncertainty evaluation method has reference significance for the same type of analysis methods.

Key words：Cistanche Deserticola； Heavy Metals and Harmful Elements； Uncertainty；ICP-MS

肉蓯蓉为列当科苁蓉属多年肉质草本寄生植物，主要分布在中亚、西亚、蒙古以及我国西北地区的荒漠中，是我国常用传统名贵药材，在我国已有1800多年的使用历史，《中国药典》2020年版收载的肉苁蓉为列当科植物肉苁蓉Cistanche deserticola Y.C.Ma或管花肉苁蓉Cistanche tubulosa（Schenk）Wight的干燥带鳞叶的肉质茎。肉苁蓉具有补肾益精、润肠通便的作用，用于肾阳不足、精血亏虚、阳痿不孕、腰膝酸软、筋骨无力、肠燥便秘等症［1］。在国家卫生健康委的药食同源目录中，肉苁蓉被列为按照传统既是食品又是药材的物质［2］。肉苁蓉在增力配方和滋补配方中出现的频率较高，其药用、科研、经济和生态价值得到广泛认可，产量和用量也在逐年增加。

药材中重金属及有害元素多指铅（Pb）、镉（Cd）、砷（As）、汞（Hg）和铜（Cu）5种元素，对人体有慢性或积聚性毒性，损伤人体组织。经研究，肉苁蓉对重金属有一定富集作用，个别样品重金属含量偏高［3］。从用药安全性角度考虑，开展肉苁蓉重金属及有害元素的测定研究可以发现潜在用药安全隐患，确保人民用药安全。

对肉苁蓉中金属元素测定的研究已有报道，所采用的方法包括微波消解-ICP-OES法［4］、原子吸收光谱法［5］、微波消解-ICP-MS法［6］等，其中微波消解-ICP-MS法相比其他方法，具有方便快捷、检出限低、耗时少等优点。考虑到肉苁蓉中重金属及有害元素的含量处于痕量水平，其测量不确定度结果可能对测定结果有较为显著的影响，为科学合理的表征测量结果的分散性，需开展肉苁蓉重金属测定的不确定度评定的研究。因此，开展肉苁蓉重金属及有害元素的测定研究的同时，评价其测量不确定度，明确引入测量不确定度的主要分量，为指导检验检测能力和水平提升，具有重要意义。

1 材料及方法

1.1 仪器与试剂 电感耦合等离子体质谱仪（厂家：Thermo；型号：iCAP RQ）；微波消解仪（厂家：CEM；型号：MARS6）；冷冻研磨机（厂家：SPEX；型号：6875A）；万分之一电子天平（厂家：sartorius；型号：MSA224S-1CE-DU）。

肉苁蓉样品（采于阿拉善盟，由内蒙古自治区药品检验研究院主任蒙药师红霞鉴定，其基源为荒漠肉苁蓉Cistanche deserticola）；硝酸（厂家：CNW；批号：J091K900；浓度：65.0%）；铅镉砷汞铜混合对照溶液（厂家：中国食品药品检定研究院；批号：610014-201701；浓度：铅198.7 μg/mL、镉10.0 μg/mL、砷103.2 μg/mL、汞10.0 μg/mL、铜1007.5 μg/mL）；金单元素标准溶液（厂家：国家有色金属及电子材料分析测试中心；批号：GSB04-1715-2004-11B08；浓度：1000μg/mL）；铋单元素标准溶液［厂家：中国计量科学研究院；批号：GSB（E）080271-12011；浓度：100 μg/mL］；铟元素标准溶液［厂家：中国计量科学研究院；批号：GSB（E）080270-10071；浓度：100 μg/mL］；锗单元素标准溶液（厂家：国家有色金属及电子材料分析测试中心；批号：GSB04-1728-2004-12506；浓度：1000 μg/mL）；水为纯化水。

1.2 试验方法

1.2.1 ICP-MS条件 等离子体射频功率：1550.0 W；矩管采样深度5.00 mm，矩管水平位置-0.96 mm，矩管垂直位置0.60 mm；雾化器类型为同心雾化器，雾化室温度为30.0 ℃；载气和辅助气均为高纯氩气，流速分别为1.05 L/min、0.8 L/min，冷却气体流速为14.0 L/min；蠕动泵转速40 rpm。Cu、As、Cd、Hg和Pb测定时选取的同位素分子量分别为63、75、114、202和208，其中63Cu、75As以72Ge作为内标，114Cd以115In作为内标，202Hg、208Pb以209Bi作为内标；扫描方式为STD模式，重复测定次数为3次，采集点数为3。

1.2.2 标准溶液的制备 精密量取铅镉砷汞铜混合对照溶液适量，用5%硝酸溶液稀释，制成每1 mL含Pb400 ng、Cd20 ng、As200 ng、Hg20 ng、Cu2000 ng的混合标准储备溶液。精密量取标准储备溶液适量，用5%硝酸溶液稀释成每1 mL含Pb0 ng、0.8 ng、2.4 ng、6.4 ng、16 ng、40 ng；含Cd和Hg0 ng、0.04 ng、0.12 ng、0.32 ng、0.8 ng、2 ng；含As0 ng、0.4 ng、1.2 ng、3.2 ng、8 ng、20 ng；含Cu0 ng、4 ng、12 ng、3.2 ng、8 ng、20 ng的系列濃度混合溶液，每个浓度系列均加入金单元素标准溶液（1 μg/mL）200 μL。

1.2.3 内标溶液的制备 取锗、铟、铋单元素标准溶液，用水稀释制成每1 mL各含1 μg的混合溶液，即得。

1.2.4 供试品溶液的制备 将肉苁蓉样品切为小块，置冷冻研磨机研磨罐中进行低温粉碎，放至室温后尽快称取。取约0.5 g，精密称定，小心转移至微波消解罐底部，缓慢滴加硝酸5 mL，充分冲洗消解罐侧壁，使样品完全被硝酸溶液浸润，放置过夜，防止消解反应过于剧烈。改好内外盖，设定消解程序见表1，开始微波消解。待消解程序结束，放冷，取出消解罐，逐步减压释放二氧化氮气体，小心转移消解液至50 mL量瓶中，用水少量多次洗涤消解罐，合并洗液于量瓶中，加入金单元素标准溶液（1 μg/mL）200 μL，用水稀释至刻度，摇匀，静置，即得。同法制备试剂空白溶液。

2 方法学考察与结果

2.1 线性关系考察 5种元素的标准曲线线性关系良好，相关系数r均在0.997以上，标准曲线及线性范围见表2。检出限的计算采用3倍SD的方式进行计算，空白溶液重复进样20次，求得20次平行测定的标准偏差（SD），以3倍标准偏差作为检出限。

2.2 精密度考察 精密吸取同一供试品溶液，按照1.2.1的方法分别连续重复进样6次，计算各元素响应信号值的相对标准偏差（RSD）均小于3.0%，表明仪器精密度良好。

2.3 重复性考察 按1.2.4项下要求，平行操作制备6份供试品溶液，以1.2.1的条件进行测定，计算各元素含量。结果表明，各元素含量RSD均低于6.0%（Pb：6.0%；Cd：5.2%；As：5.2%；Hg：4.7%；Cu：2.6%），在痕量分析情况下，重复性良好，可以满足试验检测要求。

2.4 回收率 根据2020年版《中国药典》四部通则9101 分析方法验证指导原则［7］，采用回收率考察方法的准确度。分别称定供试品约0.25 g于微波消解罐中，精密加入1.2.2项下混合标准储备溶液1 mL，照1.2.4项下方法处理制得加样回收溶液，平行处理6份，测定并计算回收率及RSD。如表3所示，各元素的加样回收率范围在89.6%～109.6%之间，回收率RSD变化范围为1.5%～4.0%，符合试验要求。

2.5 测定结果 按1.2.1项下的仪器工作条件，保持内标溶液持续进样，将标准系列溶液、样品空白溶液及供试品溶液分别泵入ICP-MS仪器中，以相应信号值为纵坐标，质量浓度为横坐标，采用在线内标实时校正的标准曲线法，计算样品空白及供试品溶液中待测元素的浓度。经计算，本批肉苁蓉药材重金属及有害元素含量结果为Pb：0.07 mg/kg；Cd：0.01 mg/kg；As：0.08 mg/kg；Hg：0.07 mg/kg；Cu：9 mg/kg。

3 测量不确定度评定

在CNAS-GL006：2019《化学分析中不确定度的评估指南》［8］文件中，对测量不确定度的评定过程进行了详细说明，规定了在符合GUM原则及相关要求的前提下，如何使用相关数据进行不确定度的评估。随着专业技术人员对测量不确定度的认识不断深入，评估测量不确定度的方法和步骤也在不断优化，适时开展测量不确定评估工作，有利于提升分析检测实验室能力和水平。参考相关不确定度评定文献［9-17］，本部分讨论开展ICP-MS法测定肉苁蓉中重金属及有害元素的测量不确定度评定内容。

3.1 目的 使用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定肉苁蓉中重金属及有害元素（铅、镉、砷、汞、铜）的含量。

3.2 测量步骤 详细试验步骤见1.2项下，用流程图表示如图1所示。

3.3 被测量及计算公式 本试验的被测量是肉苁蓉中铅、镉、砷、汞、铜的含量，各元素的计算公式相同，参与计算的是供试品取样量、定容体积及仪器测定结果，具体计算公式如下：

xi=（ci×V）/（m×1000）（1）

其中，xi为分析试样中的重金属元素含量（mg/kg）；Ci为仪器测定结果（扣除空白后，ng/mL）；V为供试品溶液定容体积；m为供试品取样量；1000为换算系数。

3.4 不确定来源分析 根据前述公式及测量不确定度来源的范围，采用因果图法进行各不确定度来源的梳理，列出不确定度来源并展示各来源之间的相互关系，以及对结果不确定度的影响，辅助计算测量不确定度，避免重复计算不确定度来源。该试验影响测量不确定度的主要因素为：供试品称量、供试品溶液制备、对照品溶液制备、仪器分析过程、测量重复性等。通过分析，制作因果关系图如图2所示。

3.5 不確定度分量的归属与量化 通过对图2的分析，可以发现在样品称量、标准溶液配制、样品溶液定容和测量重复性均有重复性的分量，同时，考虑到内标溶液在检验检测过程中，其带来的不确定度也体现的是对重复性的影响，并且温度的波动在该试验中主要对定容操作准确度有轻微影响，也可以将其影响体现到重复性中，因此上述内容均合并到总试验重复性中进行不确定度计算。另外，标准溶液配制与样品溶液定容均涉及玻璃量器校准带来的不确定度，不应该重复计算，因此将玻璃量器校准带来的不确定度单独计算一次即可。天平的可读性即天平灵敏度带来的不确定度，由于称量范围的波动较小，可以忽略灵敏度带来的不确定度。在仪器分析测量过程中，线性拟合带来的不确定度可以通过回收率来体现，因此将该项合并到回收率不确定度计算中，不再进行重复计算。

通过上述分析，再进一步梳理各不确定度分量，综合考虑各项指标，结合式（1），将不确定度来源因果图进行合并和简化，如图3所示。此时，数学模型可以表示为如式（2）所示。

xi=[（ci×V）/（m×1000）]×Rep×Rec（2）

其中，Rep为重复性带来的修正因子，数值为1.0；Rec为回收率带来的修正因子，数值参考2.4项下的数据。

3.5.1 样品称量m 电子天平经计量检定，检定证书给出的天平示值误差为0.2 mg（0≤m≤5×104e），参考JJF 1847-2020《电子天平校准规范》，天平示值误差服从矩形分布［18］，其标准不确定度为：u（IdigL）=dL/2×3=0.2×10-3g/（2×3）=0.00005由于天平的重复性误差引入的标准不确定度在总体重复性中进行考察，其他项引入的标准不确定度忽略，因此样品称量分量引入的标准不确定度为：

3.5.2 供试品溶液浓度C 供试品溶液浓度的不确定度分量，经分析及合并后，仅考虑对照品溶液纯度的影响。由国家药品标准物质使用说明书及《铅、镉、砷、汞、铜混合对照品溶液的定值及不确定度评估研究》［19］中给出的数值可知，铅、镉、砷、汞、铜各元素标准值和扩展不确定度分别为（198.7±6.1）μg/mL、 （10.0±0.3）μg/mL、 （103.2±3.6）μg/mL、 （10.0±0.7）μg/mL、 （1 007.5±24.6）μg/mL，取，按与供试品溶液相近浓度进行计算，供试品溶液浓度的各元素标准不确定度分别为：

3.5.3 重复性Rep 按照2.3项下的方法进行测定和试验， 采用方法确认的数据进行重复性不确定度的计算。 经计算，6次平行试验结果的RSD值分别为： Pb 6.0%、Cd 5.2%、As 5.1%、Hg 4.7%、Cu 2.5%，重复性的标准不确定度直接采用上述结果即可。

3.5.4 体积V 样品溶液定容体积为50 mL，经查 GB/T 12 806—2011《实验室玻璃仪器单标线容量瓶》［20］，A级50 mL容量瓶的允差为±0.05 mL，检定中发现其极端值极少，认为服从三角分布，计算公式为：U（V）=a6=0.020 mL。

3.5.5 回收率Rec 回收率测定方法参照2.4项下，其测定结果见表3，6次测定结果的SD值分别为：Pb2.7%、Cd1.9%、As1.6%、Hg3.5%、Cu2.9%，其分布服从矩形分布，计算公式为u（Recx）=SD3，经计算各元素回收率的标准不确定度值为：

3.6 不确定度结果与表示

3.6.1 合成标准不确定度的计算 采用电子表格法进行合成标准不确定度的计算，计算表格见表4～8，含量计算公式参照式（2）。

3.6.2 扩展不确定的计算 扩展不确定度由合成标准不确定度乘以包含因子得到，包含因子，则扩展不确定度结果为：

3.6.3 报告结果 经过上述试验及计算，该批肉苁蓉药材重金属及有害元素的报告结果为：Pb（0.07±0.005）mg/kg、Cd（0.01±0.0006）mg/kg、As（0.08±0.005）mg/kg、Hg（0.07±0.006）mg/kg、Cu（9.1±0.4）mg/kg。本结果给出的扩展不确定度是由合成标准不确定度乘以包含概率约为95％时对应的包含因子k得到的，k=2。

4 讨论

4.1 肉苁蓉重金属及有害元素测定结果 本批肉苁蓉中铅、镉、砷、汞、铜的含量均较低，参考联合国粮食及农业组织（FAO）/世界卫生组织（WHO）食品添加剂联合专家委员会（JECFA）2010 年公布的健康指导值［21］，从风险评估的角度来看，不存在较高的健康风险。同时，其不确定度评定结果也在较为合理的范围内。本次肉苁蓉中重金属及有害元素测定及不确定度评定，对实验室开展日常检验具有一定的指导意义。

4.2 不确定度主要分量来源 通过测量不确定度评定工作的开展，可以深化检验人员对检验过程的认识和理解，明确不确定度来源的重要因素和次要因素。通过对各不确定度分量的分析，可以发现在对总不确定度的贡献中，体积V和取样量m所贡献的不确定度分量非常小。因此在日常开展该试验的不确定度计算时，只要使用的量瓶和电子天平是经过检定校准并且合格，就可以忽略这两个因素引入的不确定度。该试验进行不确定度计算，仅需考虑重复性、对照品（标准品）纯度和回收率三者，这与CNAS-GL006：2019 《化学分析中不确定度的评估指南》示例A4中所得出的结论基本相近，但在本试验中不考虑样品均匀性引入的不确定度，同时由于本试验中对照品引入的不确定度分量较大，因此与示例A4也有一定的不同。

4.3 不确定度评定对试验的指导作用 通过完成此次试验的不确定度评定，发现对该试验影响较大的因素包括重复性、回收率及对照品纯度，因此在此后开展此类试验时，要重点关注所用对照品纯度，若对试验结果要求较高，则应更换标准物质；同时要确保检验人员在称量、消解、转移、定容、上机时操作的平行性和一致性，以最大程度地消除重复性和回收率带来的影响；并且在需要的时候，计算结果可以带入回收率的数值进行校正，以确保试验结果更加精准可靠。

5 结论

研究采用微波消解法进行样品前处理，采用ICP-MS法进行测定，建立了测定肉苁蓉中重金属及有害元素的测定方法。方法学考察表明，该方法在重复性、稳定性和准确度上满足检验要求，可以用作肉苁蓉中重金属及有害元素的快速测定。同时，本文用GUM法开展了该试验的不确定度评定，展示了如何利用试验结果、证书结果和方法确认结果进行不确定度评定的步骤。经不确定度评定，发现该试验主要的不确定度贡献分量为重复性、回收率和对照品纯度，提示在开展本试验时，对检验人员的检验能力和水平要求较高，要严格把控试验的关键步骤，以降低试验不确定度，让试验结果更加可靠。同时，本次测量不确定度的评定，对痕量分析试验均有一定的指导和借鉴意义。

参考文献

［1］中华人民共和国药典委员会.中国药典（一部）［M］.北京：中国医药科技出版社，2020：140-141.

［2］国家卫生健康委.关于对党参等9种物质开展按照传统既是食品又是中药材的物质管理试点工作的通知［EB/OL］.北京：食品安全标准与监测评估司，2020（2020-01-06）［2023-04-03］.http：//www. nhc.gov.cn/sps/s7885/202001/1ec2cca04146450d9b14a cc2499d854f.shtml.

［3］王玉霞，孙建云，李拥军，等.甘肃道地中药材荒漠肉苁蓉安全性分析［J］.甘肃医药，2021，40（11）：1021-1023，1026.

［4］古元梓，耿薇，郑敏燕，等.微波消解-ICP-OES法测定肉苁蓉中矿质元素［J］.应用化，2011，40（10）：1853-1856.

［5］陈卫军，王彪，姜晓瑞.原子吸收光谱法测定新疆肉苁蓉中的铅、镉和铜［J］.农垦医学，2011，33（6）：506-508.

［6］奚群华.基于ICP-MS的三种中药中無机元素的分析［D］.上海：上海交通大学，2019.

［7］中华人民共和国药典委员会.中国药典（四部）［M］.北京：中国医药科技出版社，2020：480-483.

［8］中国合格评定国家认可委员会.CNAS-GL006：2019，化学分析中不确定度的评估指南［S］.北京：中国合格评定国家认可委员会，2019：1-26.

［9］朱雪妍，罗轶，林燕翔.ICP-MS法测定薄荷中13种重金属及有害元素含量的不确定度评定［J］.中国民族民间医药，2021，30（15）：49-58.

［10］荀秀彪，张顺平.龙金通淋胶囊中龙胆苦苷HPLC测定结果的不确定度分析［J］.中国民族民间医药，2020，29（3）：52-55，76.

［11］张丽芳，张亮，杜瑞焕，等.气相色谱法测定蔬菜中农药残留量的测量不确定度评定［J］.计量学报，2022，43（7）：965-972.

［12］陈钟扬，尹思泳，梁华伦，等.ICP-MS测定三七中有害元素As含量的不确定度分析［J］.中国民族民间医药，2015，24（17）：31-32，35.

［13］李菁，康帅，王冰，等.MCM法和GUM法在药品内标法含量测定不确定度评定中的比较研究［J/OL］.中国药学杂志：1-11［2023-04-03］.http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2162.R.20220207.1309.010.html.

［14］王顾希，管驰，吴微，等.含自然铜中成药中15种重金属和有害元素测定方法的建立及其不确定度评估［J］.中国测试，2021，47（S2）：46-53.

［15］胡桂霞，曹美萍，张燕峰.电感耦合等离子体质谱法测定大米中总砷、镉和铅含量的不确定度评估［J］.食品安全质量检测学报，2021，12（6）：2098-2104.

［16］金芝梅，张妍楠，王富强，等.电感耦合等离子体质谱法测定食品中铅的不确定度评定［J］.食品安全质量检测学报，2021，12（5）：1995-1999.

［17］程明焱，刘和连.电感耦合等离子体质谱法测定食用植物油中重金属元素的不确定度评定［J］.食品安全质量检测学报，2021，12（4）：1456-1462.

［18］国家市场监督管理局.电子天平校准规范：JJF1847-2020［S］.北京：中国标准出版社，2020：10.

［19］李耀磊，唐秋竹，金红宇，等.铅、镉、砷、汞、铜混合对照品溶液的定值及不确定度评估研究［J］.药物分析杂志，2018，38（12）：2128-2134.

［20］GB/T12806—2011，实验室玻璃仪器单标线容量瓶［S］.北京：中国标准出版社，2011：4.

［21］WHO.Evaluation of certain food additives and contaminants： seventy-third report of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives［R］. Geneva： WHO， 2010：162-177.

（收稿日期：2023-05-24 編辑：陶希睿）

基金项目：内蒙古自治区科技计划项目（2019GG132）；内蒙古自治区“草原英才”工程青年创新创业人才基金（No.2022-20）。

作者简介：张建平（1986—），男，汉族，硕士，副主任技师，研究方向为药物质量分析。E-mail： zhangjianping2007@163.com