杨 熙,潘佳钏,雷永乾,周巧丽,郭鹏然

(中国广州分析测试中心 广东省分析测试技术公共实验室，广东 广州 510070)

微波等离子体发射光谱法同时测定特色南药中多种元素

杨 熙,潘佳钏,雷永乾,周巧丽,郭鹏然*

(中国广州分析测试中心 广东省分析测试技术公共实验室，广东 广州 510070)

特色南药样品利用硝酸微波消解后，在优化的还原剂浓度下，采用多模式样品导入系统和微波等离子体原子发射光谱法(MP-AES)对样品溶液中Al，As，Hg，Ca，Cu，Cr，Pb，Zn等17种元素进行同时分析，考察了其在特色南药材中的含量。结果表明，MP-AES对目标元素有较好的检出限，2种标准物质的分析结果与ICP-MS分析结果及标准值一致，其中可蒸气发生元素(As，Hg，Sb和Se等)未检出。方法对金属元素的检出限为0.05～0.53 μg/g，对于氢化物可蒸气发生元素和Fe的检出限为0.93～5.40 μg/g。通过该方法进行测定，发现南药样品中Cd和Cu含量低于中国药典的限值，而Cr和Pb含量明显高于欧洲草药材的限值，As和Hg需优化方法降低检出限后方可用于样品质量控制。本方法检出限较低，线性范围较宽，分析结果准确、快速，可进行多元素同时分析，能满足对南药材中多种元素的分析要求。

微波等离子体原子发射光谱仪；蒸气发生；南药；元素

南药是指生长在长江以南的热带、亚热带地区，传统指广东、广西、福建南部、台湾、云南等地区所产的地道药材[1]。南药是中药的重要组成部分,有资料可查的南药有121 种之多[2]，如阳春砂、巴戟天、槟榔、益智、高良姜、佛手、八角、肉桂等。中药中的微量元素与药性、药效乃至毒副作用关系密切，尤其是中药的必需微量元素(如Ca，Fe，Mn，Zn等)和有毒微量元素(如Pb，Cd，Hg，As等)。近年来对药材中重金属含量的检测发现，部分南药中重金属含量超标[3]，影响了南药材的质量。

目前，中草药中金属元素含量的分析方法主要有原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)及电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等。其中原子吸收光谱法使用最广泛，但其原子化效率不高，样品用量大，检出限较高，不能同时进行多元素的测定[4]；石墨炉原子吸收光谱法的样品消耗少，且灵敏度高，但石墨管价格昂贵，精密度较差，干扰较多，也不能进行多元素的同时测定[5]。原子荧光光谱法的谱线简单、灵敏度高、检出限低，目前应用较广泛的是氢化物发生原子荧光光谱法(HG-AFS)[6]，但只能进行可蒸气发生元素分析；电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)的检出限低、干扰小、线性宽，可用于多种金属元素的同时测定[7-8]，但仪器较贵，分析成本较高[9]。

从20世纪80年代开始，微波等离子体原子发射光谱法在样品中Al，As，Hg，Cd，Cu，Fe，Pb，Zn等的分析中逐渐得到应用[10-13]。但由于其发射功率低、光源温度低、元素分析灵敏度弱，且采用较为昂贵的He或Ar作为工作气体，限制了其在分析领域的进一步应用。本文采用具有微波导波技术的微波等离子体发射光谱仪(MP-AES)，将磁场与电场的能量高效聚集到等离子体激发环境中，实现了高效率的激发与能量耦合[14]，同时直接采用空气与氮气运行，对硝酸微波消解的特色南药中As，Hg，Sb，Se，Al，Ca，Cd，Co，Cr，Cu，Fe，K，Mn，Ni，Sr，Pb，Zn等元素同时分析，并考察了南药材中重金属的富集状况[15]，这对南药质量的管理和毒物污染控制具有重要意义。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件

Agilent 4100 MP-AES微波等离子体发射光谱仪，工作条件：多模式样品导入系统(MSIS)雾化室；惰性One Neb雾化器，雾化器压力80～180 kPa；积分时间 3 s(可蒸气发生元素5 s)；样品提升时间10 s，稳定时间8 s；5通道蠕动泵；背景校正Auto方式。Anton Paar MULTIWAVE 3000 微波消解系统。Milli-Q超纯水处理系统(美国Millipore公司)。ZN-08小型粉碎机(北京兴时利和科技发展有限公司)。

图1 MSIS多模式分析示意图

MSIS(多模式样品导入系统)既可作为As，Hg，Sb和Se等元素蒸气发生反应的装置，同时也可作为常规分析元素(Al，Ca，Cd，Cu，Cr，Co，Fe，K，Mn，Ni，Sr，Pb，Zn)的雾化室，无需单独配置氢化物发生器，可在原子光谱中实现一次进样，同时进行常规金属元素及 As，Hg，Sb和Se等可蒸气发生元素的分析[14]。图1为MSIS系统进行多模式分析示意图[16]。

1.2 试剂与标准溶液

硝酸、过氧化氢(优级纯，广州化学试剂厂)；硼氢化钠(优级纯，成都格雷西亚化学技术有限公司)；桃叶GBW 08501国家标准物质(中国科学院环境化学院) 和茶树叶GBW 08513国家标准物质(中国科学院生态环境研究中心)；Zn，Fe，Cu，Mn，Cr，Co，Ni，Se，Sr，As，Cd，Hg，Pb，Sb，K，Ca，Al标准溶液(国家钢铁材料测试中心)，所用水均为18.2 MΩ·cm的去离子水。

1.3 样品消解

实验所用砂仁(SR)、八角(BJ)、佛手(FS)、高良姜(GLJ)、巴戟天(BJT)等南药购自广州市面药店。药材样品平铺于大蒸发皿上，放入60 ℃烘箱中烘24 h后，用粉碎机进行粉碎。

分别准确称取(0.500 0±0.005 0) g各种药材样品和标准物质样品，置于微波消解罐中，加入5 mL硝酸、1 mL过氧化氢过夜放置进行冷消解后，密封并置于微波炉内，采用P-program 功率程序模式进行消解，消解完毕后取出消解罐，冷却，将样品转移至玻璃小烧杯中，在80 ℃电热板上蒸至小体积，定容至10 mL，利用MP-AES标准曲线法测定消解液中元素浓度。同时做流程空白。

1.4 实际样品的测定

根据样品特点以及测定元素的要求优化仪器参数条件，采用标准曲线法进行样品的测定，各元素的分析谱线见表1。

2 结果与讨论

2.1 还原剂浓度的优化

图2 NaBH4浓度对信号强度的影响

NaBH4可与样品溶液中的As，Sb，Se等形成氢化物蒸气，并可还原溶液中Hg形成汞蒸气，使这些元素以蒸气发生的方式导入微波等离子体中。利用标准溶液稀释配成浓度为2 μg/mL的As，Hg，Sb和Se可蒸气发生元素混合溶液。在2% HNO3载流液浓度下，考察不同NaBH4浓度对蒸气发生元素信号强度的影响，确定最优的还原剂浓度。对于2% HNO3浓度的高纯水，由于在还原剂浓度为0.5%的情况下，各元素的信号强度非常低(As,Hg,Sb和Se信号强度分别为0,351,180和14)，故考察了NaBH4还原剂浓度在1.0%，1.5%，2.0%，2.5%时可蒸气发生元素的信号强度变化，结果见图2。随着还原剂浓度的增加，Hg和Se的信号强度逐渐降低，As的信号强度无明显变化，而Sb的信号强度在还原剂浓度为2.0%以上时明显下降。因此，选择还原剂NaBH4的浓度为1.0%。

2.2 方法检出限

选取与样品同一基体的消化空白溶液，在最优还原剂浓度条件下，重复测量10次计算标准偏差(SD)，以3倍标准偏差所对应的浓度为仪器检出限。将仪器检出限根据样品消解的称样量和定容体积计算方法检出限(MDL)，结果见表1。方法对蒸气发生元素(As，Hg，Se和Sb)和Fe的检出限较高，为0.93～5.40 μg/g；对其它元素的检出限在0.05～0.53 μg/g之间。

表1 各元素的分析谱线、方法检出限、标准曲线方程及相关系数

Y：the line intensity;X:element concentration (μg/g)

2.3 标准曲线

将17种元素的标准储备液配制成一系列浓度梯度的混合标准工作溶液，溶液介质为2%硝酸溶液。在选定的仪器操作条件下对标液进行测试，化学工作站自动绘制工作曲线(见表1)。元素Al，Zn的标准曲线浓度为0，0.1，0.2，0.5，1.0 μg/mL；K的标准曲线浓度为0，2，5，10，20 μg/mL；其它元素的标准曲线浓度为0，0.2，0.5，1.0，2.0 μg/mL。其线性相关系数在0.999 1～1.000 0之间。

2.4 方法的准确性

为验证本方法对南药药材样品的分析准确度与MP-AES仪器的分析性能，采用国家标准物质GBW 08501和GBW 08513消解后测定，分析结果见表2。结果表明，对于高含量元素Ca，K和Fe，MP-AES与ICP-OES分析结果一致，且与标准值相符合。对于较高含量的Al，Cu，Sr，Zn和较低含量的Co，Cr，Ni，Pb，MP-AES的分析结果与ICP-MS分析结果及标准值均一致。然而对于Mn元素，MP-AES与ICP-MS的分析结果虽然一致，但高于GBW08051标准值，而低于GBW08513标准值。对于痕量Cd，MP-AES无法像ICP-MS获得满意的分析结果。

表2 茶树叶和桃叶标准物质中元素含量的分析结果

*unit：mg/g

表3 特色南药样品元素含量数据

*(mg/g);#(As+Hg+Cu+Pb+Cd+Cr);-：under detection limit

为缩短样品处理过程，本方法中样品介质为消解的硝酸体系，由于消解最后未置换为稀盐酸介质体系，从而影响了还原剂对元素的蒸气发生效率，造成As，Hg，Sb和Se的检出限升高，因而MP-AES对样品中痕量的As，Hg，Sb和Se均未检出。后续研究将在样品消解程序中改变样品的介质体系，以提高蒸气发生元素的检测灵敏度。

总体而言，MP-AES虽然不及ICP-MS的检测性能，但仍显示出较好的分析性能，且可同时检测As，Hg等蒸气发生元素与Cu，Pb，Zn和Fe等金属元素。

2.5 实际样品的分析

在优化条件下对市售砂仁、佛手、高良姜、八角和巴戟天等特色南药样品进行分析，结果见表3。结果显示，不同南药中的金属元素含量差异较大：巴戟天中Al，Ca，Sr和Cd的含量明显高于其它药材，K，Cr和Ni的含量较低；高良姜中Fe，Mn和Cr的含量明显高于其它药材，Ca，Cu和Ni的含量较低；砂仁中Cu，Pb和Zn的含量较高，Al含量较低；八角中Cu和Ni的含量明显较其它药材高，Pb和Sr的含量较低；而佛手中Ca和Sr的含量稍高，Al，Cd，Mn和Ni的含量较低。几种南药中As，Hg，Sb和Se均未检出。

上述南药样品的检测中，Cd和Cu含量均低于中国药典(2010版)中的限值(As≤2 μg/g，Cd≤0.3 μg/g，Cu≤20 μg/g，Hg≤0.2 μg/g)，而As和Hg由于方法检出限较高而无法确定超标与否，后续实验中将尝试改变分析溶液介质体系以降低As和Hg的检出限；砂仁和巴戟天中Pb含量高于欧洲和香港的中药材限值(Pb≤5 μg/g)；值得注意的是，几种南药中Cr含量均明显高于加拿大草药材中的限值(Cr≤0.2 μg/g)，可能是产地土壤中Cr含量较高所致。其它重金属因缺少限定标准而无法评价是否超标。

3 结 论

利用MP-AES对砂仁等几种特色南药样品中的多种元素进行了分析。以1.0% NaBH4为还原剂，对微波消解的南药样品和标准物质植物样品进行测定，通过与ICP-OES/MS分析结果和标准物质的标准值比较，发现本方法具有检出限低、线性范围宽、结果准确、无需昂贵运行气体等特点，且可同时测定样品中微量的可蒸气发生元素(As，Hg，Sb和Se)。对几种特色南药的分析结果表明，样品中Cr含量超标。除As和Hg外，本方法的分析能力可满足部分重金属的限定标准要求。

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Simultaneous Determination of Multiple Elements in Characteristic South China Herbal Medicine by Microwave Plasma Atomic Emission Spectrometry

YANG Xi,PAN Jia-chuan,LEI Yong-qian,ZHOU Qiao-li,GUO Peng-ran*

(Guangdong Provincial Public Laboratory of Analysis and Testing Technology,China National Analytical Center(Guangzhou),Guangzhou 510070,China)

Characteristic south China herbal medicine samples were digested by microwave system with nitric acid,and 17 kinds of elements,such as Al,As,Hg,Ca,Cu,Cr,Pb and Zn,etc in the digestion solutions were simultaneously analyzed by microwave plasma atomic emission spectrometry(MP-AES) with multi-mode sample introduction system(MSIS) under the optimized reductant concentration,to investigate the contents of these elements in south herbal medicines.Result showed that MP-AES had good detection limits for metal elements,and the analytical results of elements in two kinds of standard material were consistent with the analytical results of ICP-MS and the standard values,except for As,Hg,Sb and Se that were undetected.The detection limits of the method were 0.05-0.53 μg/g for the metal elements,and 0.93-5.40 μg/g for elements that could generate the vapor with hydride.In these south China herbal medicine samples,concentrations of Cd and Cu were below the limit values of Chinese Pharmacopoeia,contents of Cr and Pb exceeded the limits of European herbs,but the detection limits of As and Hg needed to decrease for quality control of herbs.The method could meet the analysis requirements of some elements in the south China herbal medicine because of its low detection limit,wide linear range,accuracy,rapid analysis and simultaneous multi-element analysis.

MP-AES;vapor generation;South China herbal medicine;elements

2014-10-09;

2014-10-30

国家自然科学基金(21307120);广东省科技计划项目(2012B061800043)

10.3969/j.issn.1004-4957.2015.02.018

O657.3；O611

A

1004-4957(2015)02-0227-05

*通讯作者：郭鹏然，博士，副研究员，研究方向：原子光谱分析技术,Tel：020-37656885-823，E-mail：prguo@fenxi.com.cn