◎张健

中药中微量元素分析研究进展

◎张健

随着人们生活水平的提高和在“回归自然”的思潮的影响下，中药日益受到人们的普遍关注。由于防治疾病的实际需要与生物无机化学发展的推动，以及毒理学和环境污染的研究的日益深入和中药现代化，中药走向国际市场面临的机遇和挑战。微量元素是指生物体所需要的、不可缺少的、且以极少量存在的元素。中药无机成分尤其是微量元素的研究成为一大热点问题。本文对我国中药开发利用情况、国内外中药元素分析情况进行了综述。

中药具有疗效显著、毒副作用小的特点，因而在世界范围得到了越来越广泛的应用。尤其是在亚洲国家，投入了大量的人力和财力，采用先进的科学技术对传统中药进行深入研究和重新开发。我国的中药现代化研究也已经取得了长足的进展，药物研究积累了很丰富的经验和知识。中药安全性评价主要通过各种分析技术对制剂中有效、有毒、有害成分的信息充分而准确的了解和掌握。有计划地调查整理，并以现代科学方法加以提高和发展，是创造我国新医药学的一个重要内容。其中关于中药中微量元素测定与评价的研究是重要内容之一。

我国中药开发利用现状

我国中药药用资源极为丰富，全国药用资源共12807种，其中药用植物11146种，药用动物1500余种，药用矿物80种；用量较大的药材均能人工栽培，是世界上最大的药材生产国。我国中药目前出口130多个国家或地区，年出口创汇总额超过6亿美元；中药复方在应用上品种繁多，这为新药开发、保健食品的开发提供了得天独厚的来源；特别是中药在临床上表现出来的相应毒副作用小或无毒副作用、无耐药性，对一些疑难病、慢性病和老年病有独特的疗效等优势引起了世界许多国家的重视，他们纷纷把目光转移到对中药的研究上来。

我国目前出口的大部分为原料中药材（占65%左右）和保健药，这与我国作为中药发源地的地位极不相称。我国中药加工程度低，附加值低，中成药中具有“三效”，（速效、长效、高效）、“三小”，（毒性小、副作用小、用量小）和“三便”，（储存方便、携带方便、服用方便）并符合国际标准的品种很少，我国中药大多包装简陋，外观欠美观，而且包装上使用说明多不规范，给人以劣质产品的感觉，因此在国际竞争中处于不利地位。

由于中药材来自农副产品，加工手段较简单，再加上生产工艺不尽合理，导致许多产品技术含量低，有些产品不但无法定性甚至连定量都困难，所以难以保证产品质量的稳定性，且各种药材的有效成分不能相对稳定，与临床疗效不一致，自然难有好销路和高利润。目前，我国在中药种植、生产、有效成分测定、毒理药效检测、质量检测、包装贮存等方面尚缺乏统一的标准，此外，在种植药材过程中，因滥用农药而造成农药残留过多及重金属含量超标（高于FAO/WHO规定的标准），严重影响中药的安全性。

传统中药制剂多采用先进制药生产技术，药品质量保证、疗效显著、副作用小、服用方便，深受患者认可。随着人类生活质量提高，中药（天然药物）制剂在世界范围内防病、治病作用被重新认识，应用普遍。但美国FDA将中药归属健康食品，对其有害元素的含量有严格限量控制，必须对中药中的有害元素进行检测控制。加入WTO后中药的国际贸易将以国际通行的标准进行。目前国际上虽然尚无植物类药（中药）的标准，但是FAO和WHO均制定了食品、蔬菜及茶叶重金属的允许摄入量。

中药中微量元素的测定意义

微量元素是指生物体所需要的、不可缺少的、且以极少量存在的元素。自然界中存在的九十种元素，几乎在人体内都能找到。按照含量多少，可将这些元素分为两大类：占人体总重量99.9%以上的称为宏量元素（如氧、碳、氢、氮等），而不及0.05%的称为微量元素（如铁、锌、铜、砷等）。目前发现的五十多种微量元素，按照其在人体中生物作用的性质，可分为人体必需的、非必需的和对人体有害的三大类。其中必需元素有 Mn、Fe、Zn、Cu、Co 等，非必需元素有 Si、Be、Al、Ba、Rb 等，有害元素有As、Cd、Hg、Pb、Sb、Tl等。当然，此处的“必需”、“有害”只是一个相对的概念。

随着人们生活水平的提高和在“回归自然”的思潮的影响下，传统医药日益受到人们的普遍关注，“绿色食品”和“天然药物”倍受青睐。又由于防治疾病的实际需要与生物无机化学发展的推动，以及毒理学和环境污染的研究的日益深入和中药现代化，中药走向国际市场面临的机遇和挑战，中药无机成分尤其是微量元素的研究成为一大热点问题。中药中的微量元素进入人体后，将会对人体健康起到重要的作用。这些微量元素有可能促进中药中某些有效成分作用的发挥，并且有些微量元素本身就有疗效作用例如在各类补益药中Zn/Cu比值变化与相应病人血清中的Zn/Cu的比值变化相反，其中起主要作用的可能是微量元素。然而中药中也有一部分微量元素（如Se、Hg、As 等）对生物体具有双重效应或只具有毒性效应。具有双重效应的元素（如Se）在人体中的含量过高或过低时，都会使人体机能出现异常，如缺硒会致克山病。而在安全范围内时，则会促进人体的健康。中药中矿物类药的使用方法巧妙地解决了微量元素的毒性效应，其中重金属元素的含量虽然普遍较高，但这些重金属元素的含量进入人体后可能只有微量溶出，在其生物活性的特定范围内与人体作用，或与方剂中有机成分通过协同、拮抗、络合等作用成为没有毒性的成分。

许多微量元素都是对人体有益的元素，有的甚至被确认是人体必需的微量营养元素。几乎所有中药都含有不同种类和不同比例的微量元素，近年来对中药材中微量元素的研究，以及微量元素在药效中的作用和对人体健康的影响越来越引起人们的重视。研究发现药物中各种微量元素的含量水平是决定植物类中药四性（寒、温、凉、热）的主要因素之一。还有研究表明， 中药的药理活性与道地药材的微量元素含量有一定的相关性；中药的疗效不仅与其有机成分有关，而且与它们所含微量元素的种类及含量密切相关；不同功效中药微量元素含量的比例存在显著差异，含量比例大小与功效分布之间显示出有规律的变化。因此中药中微量元素的含量已经成为中药材的重要评价指标。

综上所述，对中药中微量元素含量进行分析研究，尤其是严格检测和控制中药中重金属有害元素含量及其不同形态的含量，尽快科学地制订中药材中有害元素限量标准，为提高中药材的质量，保证临床安全用药提供科学依据。这样才能探明微量元素的具体结合形式，为新药的发现、合成及现有药剂疗效的进一步提高提供依据，为中药走向国际铺平道路。

国内外中药元素分析及存在的问题

相关检测标准。我国在中药的质量标准的制定方面与一些较发达国家或地区相比目前还比较滞后，并且引起了国际重视。WHO专项资助我国的“中药重金属研究”的行动计划，说明中药中有害物质是中药国际化亟待解决的重要问题之一。一般而言，西方医药界对中药复方中那些通常意义上具有毒性作用的成分抵制较为强烈，并把重金属列入所有药物的杂质检查项目。每个国家对重金属含量都有自己严格的质量控制标准，且每个国家侧重点也有所不同。如新加坡、马来西亚、泰国规定中药中铜的含量必须小于150μg g-1，铅小于 20μg g-1，汞小于0.5μg g-1，砷小于5μg g-1。美国禁止含有汞、铅、砷、砒霜等重金属有毒物质含量超规定的中药制品销售，该国所规定的有害微量元素的限量标准如下：砷≤0.02μg g-1，汞≤0.026μg g-1，铅≤1μg g-1，镉≤0.3μg g-1。日本对可能影响中药产品质量的各个方面，包括重金属、砷类化学物质的限量以及定性、定量等内容，都制定了严格的质量规范，而且还有许多日本制药厂还制定了高于日本药典的内部质控标准。2001年7月1日，中华人民共和国对外贸易经济合作部发布了《药用植物及制剂进口绿色行业标准》，其中规定了重金属限量指标：铅≤5.0μg g-1，镉≤0.3μg g-1，汞≤0.2μg g-1，铜≤20.0μg g-1，砷≤2.0μg g-1，重金属总量≤20.0μg g-1，尽管针对性不同，仍具有极大的参考价值。

由于中药材属于传统产业，我国一直以来以《中华人民共和国药典》作为中药材的产品标准。而药典主要从药理方面规定药材的性状、炮制、功能与主治及用法，未对药材除必要的药效成分之外有毒有害物质的含量作出规定。原外经贸部曾于2001年7月发布《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》，该标准力图与国际标准接轨，对中药材重金属、农药残留物和微生物限量等作出了强制性要求，但标准本身属推荐性的，并非用于所有出口中药材，而是基于出口企业申请的许可使用“绿色标志”。从出口药材的整体情况看有必要制定类似食品卫生标准的中药材产品标准，规定中药材除必要的药效之外有毒有害物质的最高限量，从而推动中药材质量整体水平的提高。

在检验方面，目前的出口药材多参照食品的检测方法进行有毒有害物质的检测，而且中外（如中韩）方法有区别，国内各个部门及各地检验检疫机构之间的做法也不完全统一，有必要针对性的制定有关药材相关项目检测的标准方法。

我国对中药材微量元素检测方法和标准不健全。在中药材的检测方面，韩国、英国等国家已经提出了相关的检测项目，但是遗憾的是在我国，目前有的项目还没有相应的检测方法和标准。同时也没有全国统一的出口中药材检验检疫管理制度和措施。检验检疫部门不仅对生产加工过程的重金属和农药残留尚无统一的控制管理措施，也缺乏中药材重金属残留情况的基本数据。我国的中药材的重金属残留限量标准只有一个，即2001年中华人民共和国外经贸行业标准《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》。另据国家医药保健品进出口商会的介绍，我国的中药材70%和30%的中成药能够达到标准。出口检验以外观品质为主，也按照商人的要求和进口食品国的要求进行有限残留项目的检验。由此可知，当前我国建立植物性中药微量元素的现代化标准检测方法迫在眉睫。

药用植物中微量元素的测定方法研究

比色法。比色法是《中国药典》中规定的植物药重金属检测的法定方法。包括硫代乙酞胺法、砷斑法和银盐比色法。比色法主要用于重金属总量和总砷的测定。该法所需仪器简单，操作简便，但准确度相对较差，受多种金属的干扰，选择性差，现多用于植物药、矿物药中常量元素的分析。

紫外-可见分光光度法。紫外-可见分光光度法是基于物质对紫外-可见光辐射的选择性吸收来进行分析测定的方法。本法具有快速、简便、重现性好等优点，但由于干扰因素较多，选择性较差，多用于汞、铅、镉的测定。楼小红等采用该法测定白芍中重金属的含量，样品的回收率为100.7%。

原子吸收光谱法（AAS）。该法又分为冷原子吸收法、石墨炉原子吸收法和火焰原子吸收法等。

冷原子吸收法专用于汞的测定，多采用现代化仪器，简单、快速。田义杰用冷原子吸收法测定藏药厥麻中汞的量，样品经微波消解，用测汞仪测定得最低检出限为0.0608ng/kg，平均回收率为95.3%。

石墨炉原子吸收法利用石墨管高温下使样品原子化，通过炉内光路产生吸收的原理来测定。该法具有灵敏度高（一般可达10-9mg/kg）选择性好，方法简便，分析速度快等优点，但石墨管耗价昂贵，且不能同时测定多个元素，可用于除汞以外的重金属的测定。李仲瑞采用石墨炉原子吸收法对正柴胡饮颗粒和新清宁片中的铅、镉的含量进行了测定，最低检出限分别为2.0×10-9mg/kg、2.0×10-10mg/kg，铅、镉的回收率分别为95.64%、96.32%。

火焰原子吸收法将含待测元素的样品溶液喷射成雾状进入火焰，用该元素空心阴极灯作光源，辐射出特征谱线的光，当通过一定厚度的该元素蒸气时部分光被蒸气中基态原子吸收而减弱，从而测定其含量。该法操作简便，重现性好，但由于其灵敏度受限，一般可达到l×10-6mg/kg，故多用于含相对较高元素的测定。如铜、砷、铅、汞、锅、铝、锰、锌、钻、镍等。冯光泉等采用该法测三七及其栽培土壤中铅的含量，平均回收率为97.24%。

氢化物-原子吸收法将待测元素在酸性介质中还原成沸点低、易受热分解的氢化物，在吸收池中被加热分解，并形成基态原子。氢化物-原子吸收法有比石墨炉原子吸收法更好的检出限且干扰低，其缺点是可检测的元素较少，可用于铅、砷、汞、锡、锑的测定。

原子荧光光度法（AFS）是通过测量待测元素的原子蒸气在辐射能激发下所产生荧光的发射强度，来测定待测元素的一种分析方法。原子荧光光度法的检出限低于原子吸收法，谱线简单且干扰少，但线性范围较宽，应用元素有限，仅用于砷、锑、锡、硒、蹄、锗、锡、铅、锌、福、汞的分析。

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）。电感耦合等离子体质谱 （ICP-MS）分析技术将电感耦合等离子体与质谱联用，利用电感耦合等离子体使样品汽化，将待测金属分离出来，从而进入质谱进行测定。ICPMS可通过离子荷质比进行无机元素的定性分析、半定量分析、定量分析，同时进行多种元素及同位素的测定，可以激光采样、氢化物发生、低压色谱、高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳等进样或分离技术联用，具有比原子吸收法更低的检出限，是痕量元素分析领域中最先进的方法，可用于除汞外的绝大多数重金属的测定，但其价格昂贵，易受污染。黄志勇等采用ICP-MS采用微波消解电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定了碧螺春、乌龙茶、毛峰、茉莉花茶和云南滇红五种茶叶中微量元素的含量，对其中的乌龙茶和碧螺春两种茶叶进行了不同浸泡时间和不同冲泡次数微量元素浸出率的研究，用茶叶标准物质对测定方法的准确度进行验证，结果表明方法的回收率大多介于95～110%之间，相对标准偏差小于5%。王秀萍，曹志权，路雪雅测定六神丸及各单味药中可溶性重金属的含量及砷与半胱氨酸配合作用和毒性关系，对六神丸及牛黄解毒丸中重金属进行了测定，实现了多元素同时测定，通过对不同厂家所生产的六神丸及牛黄解毒丸中多种金属元素的量进行了比较，发现同一种药品中金属元素量差别较大。

电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）。电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）高频感应电流产生的高温将反应气加热、电离，利用元素发出的特征谱线进行测定，谱线强度与重金属量成正比。ICP-AES具有灵敏度高，干扰小，线性宽，可同时或顺序测定多种金属元素，可对高温金属元素进行快速分析的。缺点是检测灵敏度较ICP-MS略差。优点是可用于绝大部分金属元素的测定。近年来新发展的技术置矩端视ICP-AES，采用轴向测光，增强了取样信号量，提高了灵敏度和信噪比。而流动注入（FI-HG）进样技术与ICP-AES仪器联用，有效地解决了其试剂用量大，灵敏度低的问题。

多元统计分析方法简介

多元统计分析，指以多元分析为基础，对客观事物中多个变量之间相互依赖的统计规律性的研究。其已在地质气象、经济分析、分析化学等领域得到广泛的应用。常见的分析方法有：判别分析、聚类分析、特征投影显示等。

主成分分析。主成分分析（Principle Component Analysis PCA），属于无监督模式识别，其中心目的是将多维数据进行降维、简化，使数据可视化。因此，主成分分析可将信息量参差不齐、变量间存在一定相关性的原始变量进行转换，线性组合成后形成数量较少且不相关的新变量，即主成分。其中，主成分1携带的信息量最多，主成分2与主成分1不相关，携带的信息量次之，并以此类推。而原始变量的线性组合系数被称为载荷，即原始变量与新变量的相关系数。其中给出了各样木的区分归类效果，结果较为直观。

聚类分析。聚类分析（Cluster Analysis ），又称聚群分析，同样属于无监督模式识别。其主要基于在多维空间中相似的样本间的距离相对较小，而非相似样本间的距离较大的原理将相似的事物区分归类。聚类（Clustering）就是将某个对象集团划分为若干组（Class或，Cluster）的过程，目的是使同一组内数据的对象具有较高相似度，而不同组的数据对象呈非相似性。在设定了样品间和类之间的距离后，让一定数量样品各成一类，然后以距离最近的两类进行合并，经过逐次合并类至一定水平后停止，即得到了聚类分析结果。其中，以聚类个数的确定较为复杂，日前主要有R2统计量、半偏相关系数、双峰性系数等选取方法。

（作者单位：贵州省地矿局103地质大队分析测试中心）