韦熹苑 邓琦 舒柯 卢小玲 卓燊 范家文 潘思杏

摘 要： 为建立广西金樱根药材中22种金属元素的电感耦合等离子体质谱（ICP-MS） 分析方法，该文对不同产地药材及其炮制品中金属元素含量进行比较分析，评价其药材的质量和优选适当的炮制方法。同时，采用 ICP-MS 法测定22种金属元素含量，绘制其特征金属元素柱状图谱，并采用系统聚类分析和主成分分析对金樱根药材不同产地、不同炮制品的45个样品进行判别研究。结果表明：广西金樱根不同产地药材及其炮制品的45个样品中金属元素含量存在一定差异，其中Al元素含量偏高，经聚类分析和主成分分析将产地分为三类，主成分分析特征元素为Al、Pb、Ba、Zn、As、Sr。该研究通过金属元素在不同产地金樱根及炮制品中的变化规律，发现金樱根醋炙的炮制方法最优，为金樱根的临床安全应用及质量控制提供了理论依据和方法学参考。

关键词： 金樱根， 炮制品， 金属元素， ICP-MS， 聚类分析， 主成分分析

中图分类号： Q946  文献标识码： A  文章编号： 1000-3142（2021）07-1209-10

Abstract： To establish a quality control method for simultaneous analysis of 22 metal elements in the root of Rosa laevigata， collected from different origins， habitats and processed products by inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）， and to optimize a processing method in R. laevigata between different processed products. The samples were analyzed by ICP-MS and the histograms were established based on the characteristic metal elements. Discrimination study was carried out based on the hierarchical clustering analysis （HCA） and principal component analysis （PCA） of 45 samples collected from different origins， habitats and processed products， of which the results showed that the content of each metal element in the 45 samples of R. laevigata was existed variation among the nine districts， of which the content of Al was abundant. The 45 samples were classified into three clusters. The results of PCA confirmed the accuracy of HCA. Six main factors were selected by PCA， and the PCA results showed that Al， Pb， Ba， Zn， As and Sr were the characteristic elements in R. laevigata. The results displayed that the content variations of metal elements in different habitats of R. laevigata and its processed products， and the vinegar stir fry method is optimization processing. This study could provide a theory and technical support for clinical safety application and the process quality control of R. laevigata.

Key words： roots of Rosa laevigata， processed products， metal elements， inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）， hierarchical clustering analysis （HCA）， principal component analysis （PCA）

金櫻根（壮文Makgoij）为蔷薇科（Rosaceae）植物金樱子（Rosa laevigata）的根，性味涩、酸、平，有固精涩肠等作用，可用于治疗滑精、遗尿、痢疾、泄泻、崩漏带下、子宫脱垂等疾病（钟鸣等，2013）。现该药材已作为原料药用于金鸡片、三金片等广西特色中成药在临床上广泛应用。因此，对金樱根的科学开发、基础探索、临床应用等深入研究尤为重要。目前，金樱根主要以野生为主，对金樱根质量评价控制等方面的研究较少，现有研究主要是对有机化学成分如鞣质、酚类、生物碱、黄酮、多糖、三萜类等方面的研究报道（单于超和田素英，2011;刘一涵等，2018）。但对其金属元素组成分析的系统研究却鲜有报道，金属元素作为中药中一类重要的组成成分，其种类及含量高低直接影响着中药的功效及毒副作用（武志菲，2017;张杰等，2018）。因此，中药中金属元素的含量控制与中药品质有直接关系。现代研究证明，中药通过炮制后其中的微量元素发生变化可改变药性（吴兆熹等，2003）、影响疗效（陈丽坤和李绍华，2002）等。此外，中药中重金属元素超标一直成为我国中药材出口的瓶颈（韩旭等，2015），所以中药安全性也是受国际社会热点关注的问题。

本研究采用ICP-MS对广西不同产地金樱根及其炮制品中金属元素进行测定，并采用系统聚类分析和主成分分析，建立基于定量分析结果的聚类谱系图，直观地展示不同产地及其炮制品的金属元素差异，并对最佳炮制方法进行优选，以此为金樱根及其炮制品的安全性和临床合理应用提供科学依据，同时也为金樱根质量控制标准提供了一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

1.1.1 材料和试剂 金樱根采自广西9个产地，经贵州省食品药品检验所副主任药师舒柯鉴定为蔷薇科（Rosaceae）植物金樱子（Rosa laevigata ）的根，金樱根及其不同炮制品（实验室自制）共45个，具体见表1。Al，Fe，Cu，Pb，As，Cd，Cr，Ni，V，Sb，Sn，Tl，Ag，B，Ba，Co，Mn，Mo，Se，Sr，Ti和Zn等22个元素的标准储备液（规格为ng·mL-1，国家标准物质研究中心），硝酸（AR），超纯水（实验室自制）。

1.1.2 仪器 Icap Q电感耦合等离子体质谱仪（赛默飞公司），Milli-Q型超纯水制备系统（ 美国密理博公司），微波消解仪 （美国CEM公司），电子分析天平 （瑞士梅特勒公司），电热鼓风干燥箱（上海精密仪器公司），电磁炉（美的公司）。

1.2 方法

1.2.1 标准溶液的制备 将原始质量浓度为1 000 ng·mL-1的金属元素的标准溶液，临用前将其稀释为所需浓度，以确保待测样品质量浓度在标准系列的范围之内，具体见表2。

1.2.2 不同炮制品的制备 参照2015版《中国药典》四部通则项下各炮制品的制备方法，将9批不同产地的金樱根分别称取各1 000 g，每批产地分5份，每份200 g，分别为生品、炒黄、酒炙、盐炙、醋炙。

生品：将9批不同产地金樱根药材净选切制后，40 ℃低温烘干，备用。

炒黄品：取上述9批净制后的药材适量（每批200 g），置烧热炒锅内，用文火翻炒至表面颜色加深时，取出，放凉。

酒炙品：取上述9批净制后的药材适量（每批200 g），加入定量的黄酒（药∶黄酒=100∶20） 搅拌均匀，待黄酒被吸尽后，置烧热炒锅内，用文火翻炒至表面颜色加深时，取出，放凉。

盐炙品：取上述9批净制后的药材适量（每批200 g），加入定量的盐水（药∶食盐 = 100∶20） 搅拌均匀，待盐水被吸尽后，置烧热炒锅内，用文火翻炒至表面颜色加深时，取出，放凉。

醋炙品： 取上述9批净制后的药材适量（每批200 g），加入定量的米醋（药∶米醋 = 100∶20） 搅拌均匀，待醋被吸尽后，置烧热炒锅内，用文火翻炒至表面颜色加深时，取出，放凉。

1.2.3 样品溶液的制备 取上述9批不同产地炮制品低温干燥后，粉碎，过65目筛，准确称各炮制品粉末0.5 g，放入聚四氟乙烯消解罐中，精确加入浓硝酸8 mL，置于通风橱中静置25 min，装入微波消解仪中，按下列程序消解：10 min 升温至150 ℃，维持2 min，随后3 min 升温至200 ℃，维持 8 min 消解。完毕后，冷却至室温，取出，于通风橱中将酸挥发尽，超纯水定容至100 mL。同法同时制备样品空白溶液。

1.2.4 ICP-MS工作条件 RF功率为1 555 W，冷却气体积流量14 L·min-1，载气体积流量 0.8 L·min-1，辅助气体积流量0.8 L·min-1，雾化器体流量1 L·min-1，样品提升量为 1.5 L·min-1，测量条件为扫描模式为跳峰模式，扫描次数10次，重复次数3次，采样通道个数3个，停留时间0.01 s。

1.2.5 方法学考察

1.2.5.1 线性关系、检出限及定量限 根据“1.2.1”项方法，依次测定22种金属元素的標准溶液，按测定条件以标准品质量浓度为横坐标（X），标准品峰强度为纵坐标（Y），绘制标准曲线，得到各元素的回归方程，相关系数，线性范围和检出限。结果见表2。

1.2.5.2 精密度试验 取22种金属元素标准溶液各自连续进样6次，22种元素的 RSD 值在0.36%～2.86%之间。由表2可知，表明仪器的精密性良好。

1.2.5.3 重复性试验 取S1号金樱根样品6份，按照“1.2.3 ”项方法制备样品溶液，测定 22种金属元素的含量，22种金属元素的 RSD值在0.46%～2.96%之间。由表2可知，说明方法的重复性良好。

1.2.5.4 稳定性试验 取 S1号金樱根样品1份，按照“1.2.3”项方法制备样品溶液，分别于 0、2、4、8、16、24 h后测定22种金属元素的含量，22种金属元素的RSD值分别在0.52%～2.71%之间。由表2可知，表明样品在24 h内各元素的量是稳定的。

1.2.5.5 加样回收率试验 取已测定的S1样品 0.5 g（5份），精密称定，分别精密加入一定量的各元素标准溶液，按照“1.2.3”项制备样品溶液，按上述 “1.2.4”项条件进行测定，计算得到各元素的回收率在 87.34%～108.33%之间，RSD 均小于3%。

2 结果与分析

2.1 重金属元素含量分析

本实验采用 ICP-MS 法测定45批广西金樱根不同产地样品及炮制品药材中22种金属元素含量，具体结果见表3。参照现行《药用植物及制剂进出口绿色行业标准（WM2-2001）》（中华人民共和国外贸行业标准，2005 ） 限量指标：Pb≤5.0 mg·kg-1，Cd≤0.3 mg·kg-1，Hg≤0.2 mg·kg-1，Cu≤20.0 mg·kg-1，As≤2.0 mg·kg-1，可以得出45份金樱根炮制品药材中Pb、Cd、Hg、Cu、As元素的量均在标准限制范围内，金樱根及各炮制品重金属含量均符合我国中药材重金属安全性的相关规定。其结果可能与金樱根在生长过程中对重金属元素的吸收富集能力和土壤中的重金属元素含量密切相关，因此，说明广西的土壤及气候环境对金樱根生长的要求是有利的。

2.2 不同产地金樱根炮制品中金属元素聚类分析

采用系统聚类分析方法，选择组间距离法 （between-groups linkage） 为聚类方法，欧氏距离平方法 （squared euclidean distance） 为测量距离方法进行聚类分析，将9个不同产地金樱根及不同炮制品的45批样品金属元素含量数据作为量化指标，得到 22×45 阶的数据矩阵， 应用SPSS 23.0 （Windows 23.0， SPSS Inc.， USA）软件建立基于金樱根金属元素分析结果的树状聚类谱图，具体结果见图1。

由聚类树状图1可知，在λ<5.0 时，45个样品能明显划分为三类：产于柳州融水、宜州怀远、宜州洛东和桂林全州的炮制品聚为第一类;产于桂林灌阳、贺州信都、贵港桂平和钦州平吉的炮制品聚为第二类;产于贵港平南的金樱根炮制品聚为第三类。结合表3的结果分析，以上三类产区Al元素均偏高，第三类产区的Al元素含量范围最高，Fe、Ba、B以及Zn元素平均含量范围第二类含量最高，第一类含量次之，而第三类均在第一和第二类范围内。当λ>10.0 时，所有样品聚合为两类，除贵港平南外所有产区聚为第一类，样品大致采集于广西西北、东北及东南部，而采集于贵港平南县的金樱根及炮制品为第二类，第二类产区Al元素含量比第一类产区高，其他元素含量均在第一类产区含量范围内。

从以上分析数据可见，除单独聚为一类的贵港平南地区外，广西东北部及东南部地区金樱根中金属元素的含量比西北部地区的高。原因可能是由于植物在满足自身所需元素的同时，对土壤中的富集元素也会有非选择性吸收，这种吸收取决于土壤中某一元素的含量和物理化学性质，以及相应的土壤、温度、湿度等自然因素，从而造成中药中不同地域含有的金属元素存在差异。以上分析结果可见，广西地域差异、环境、气候等因素对金樱根炮制品金属元素的富集性均具显著的影响。

2.3 金属元素间主成分分析

为明确22种金属元素在广西金樱根中各自的主成分特征值和贡献率，采集9个不同产地金樱根及不同炮制品的45 批样品中22种金属元素的含量数据，其中有5种金属元素的含量接近0或等于0，为了统计分析，取17种金属元素含量数据，运用SPSS 23.0统计软件进行主成分分析。主成分的特征值及贡献率是选择主成分的主要依据。得到6个主成分， 累积贡献率达到85.432%。第1主成分累积贡献率达到32.44%，主要来自Al（0.726）、Pb（0.797）、Ba（0.845）及Zn（0.797）的信息，第2主成分累积贡献率达15.43%，主要来自As（0.797）的信息，第3主成分累积贡献率达14.17%，主要来自Sr（0.829）的信息。根据主成分分析原理，结合特征向量表可以看出，Al、Pb、Ba、Zn、As、Sr可作为金樱根及炮制品的特征金属元素，基本可以说明各指标的所有信息。

提取3个主成分用SPSS 23.0统计软件做散点3D得分图。由图2可知，45批样品可分为三类：柳州融水、宜州怀远、宜州洛东和桂林全州的炮制品聚为第一类;桂林灌阳、贺州信都、贵港桂平和钦州平吉的炮制品聚为第二类;贵港平南的金樱根炮制品聚为第三类。主成分分析结果与聚类分析结果完全一致。

2.4 特征金属元素柱状图

经过主成分分析得出 Al、Pb、Ba、Zn、As、Sr是金樱根炮制品的特征金属元素，基本可以表征此批样品的22种金属元素信息。从测定结果可见，Al元素含量较高，为便于分析各特征金属元素在45批样品中的分布情况，将含量较高的Al元素缩小10倍数值与其他特征金属元素达到同一数量级，再进行绘制柱状图，各产区金樱根及其炮制品特征金属元素情况如图3所示。S1～S45表示样品编号。

由图3可知，9个产区的金樱根在经过不同方法炮制后Pb、As、Sr元素含量无显著性变化，Al元素经过醋炙后的含量均显著降低，Zn元素在经过醋炙后含量明显提高，而这两种元素在其他炮制方法中无显著性变化规律，Ba元素在柳州融水、贵港桂平及钦州平吉的产区炮制后变化明显外，其他产区炮制后变化无显著性。在醋制过程中Al元素降低，可能是由于金樱根存在某种成分在酸性条件下能与Al元素形成络合物导致了Al元素含量下降，而Zn元素增加有可能是由于金樱根中存在的物质能够在酸性环境中，促进金樱根中Zn盐的解离，使Zn元素增加。而对于其他元素在不同产区和不同炮制方法中呈现出无规律变化，可能与该地区药材所含的成分的影响或者所含成分在一定炮制过程中产生的物质变化有关。

3 讨论与结论

在金樱根各炮制品中常量元素以Al和Fe元素最为丰富，Al含量在各种炮制品中可达到33.9～270 mg·kg-1，此特征性可作为广西金樱根药材的重要标志，Al元素普遍较高可能与该药材本身的遗传特征，及在该药材中存在某种成分能对Al元素产生主动吸收的现象相關。Fe元素在生品中均达到1 mg·kg-1以上，但是，个别产区的Fe元素经过炮制后呈现出无规律的下降或升高的特征，此特征可能是受产区土壤、气候及炮制方法等综合因素的影响所造成的，微量元素以B、Ba、Mn、Zn、Sr较为丰富，这些元素都是人体所必需的元素。

现代医学研究证明，正常人Al总量在45～150 mg，毒性不大，在体内拮抗Al的某些毒害作用，但是Al元素的量必须控制在必要的范围内，因为过多的Al能阻碍磷的吸收，有抑制消化道酶的作用（叶福媛等，1999）。Zn元素具有清热、凉血、消炎、收敛生肌等功效，同时还可以用于拮抗 Cd、Hg、Al元素，可提高免疫力等（张俊清等，2002;管敏强，2008），从金樱根中抗炎解热收敛等功效来看与Zn元素的作用相一致（谭年秀等，2012）。金樱根的功效与其所含这些微量元素有一定的相关性，因此，适当提高Zn元素的含量，降低Al元素的含量，使这些元素在金樱根的药效方面起着协同的作用。实验结果显示，经醋制后Al元素和Zn元素呈现出降低或升高的趋势，醋炙方法不仅能控制降低Al元素的含量，同时能够适当提高Zn元素的含量，同时醋味酸，在中药中具有收敛固涩的作用，与其金樱根治疗的功效达到协同的作用。

本研究采用ICP-MS建立了测定广西金樱根及其炮制品中22种金属元素含量的方法，该方法快速、准确，可为金樱根药材质量标准的制定提供必要的参考。通过对45批样品中金属元素含量的数据进行统计学分析发现。聚类分析可以对45批样品做出初步分组，展示了金樱根药材不同产地、不同炮制品的化学差异;主成分分析又能进一步验证聚类分析结果的准确性，同时筛选出特征金属元素为金樱根药材质量控制研究提供方法学参考。本研究可为人工种植栽培基地的筛选、饮片加工生产以及临床用药安全提供一定的科学依据。

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（责任编辑 周翠鸣）