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ICP-MS法測(cè)定消渴清顆粒原料藥材中15種重金屬和有害元素及其不確定度評(píng)估

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2019-05-07 17:20

近年來(lái),隨著中藥現(xiàn)代化的推進(jìn)和國(guó)家科技重大專項(xiàng)的實(shí)施,中藥材市場(chǎng)不斷擴(kuò)大,中藥的工業(yè)化生產(chǎn)呈現(xiàn)持續(xù)擴(kuò)大的勢(shì)頭。與此同時(shí),國(guó)家有關(guān)部門對(duì)中藥材的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也更趨嚴(yán)格,《中華人民共和國(guó)藥典》2015年版新增了重金屬和有害元素等物質(zhì)的檢測(cè)限度標(biāo)準(zhǔn)[1]。盡管如此,中藥材的質(zhì)量與安全問(wèn)題仍然令人堪憂。藥品重金屬及有害元素測(cè)定一直以來(lái)被作為判定藥物質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。隨著環(huán)境污染日益加劇,工業(yè)三廢、城市生活垃圾、污泥的排放及含重金屬及有害元素的農(nóng)藥化肥的不合理使用等,中藥材中重金屬及有害元素含量日益增高,品質(zhì)降低,甚至危害人體健康[2]。源頭管理是解決中藥材質(zhì)量問(wèn)題的根本,質(zhì)量控制是中藥安全有效的基礎(chǔ)和保障,因此建立檢測(cè)中藥材中重金屬及有害元素的高效靈敏的分析方法迫在眉睫。

 

常見(jiàn)的重金屬及有害元素檢測(cè)方法主要有紫外分光光度法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS法)、高效液相色譜法、原子熒光光度法、原子吸收光譜法等[3]。ICP-MS法是一種痕量分析技術(shù),供試品溶液制備和進(jìn)樣操作簡(jiǎn)便,可在較寬的范圍內(nèi)同時(shí)檢測(cè)多種元素,具有靈敏度高,質(zhì)量掃描速度快,運(yùn)行周期短,對(duì)所提供的離子信息干擾程度小等優(yōu)點(diǎn)[4]。ICP-MS對(duì)于大多數(shù)元素的檢測(cè)下限極低,幾乎可以取代傳統(tǒng)的元素分析技術(shù),是目前公認(rèn)的較為理想的無(wú)機(jī)元素分析手段,已被廣泛應(yīng)用于食品、環(huán)境介質(zhì)等多種領(lǐng)域的無(wú)機(jī)元素檢測(cè),成為目前國(guó)內(nèi)外具有優(yōu)勢(shì)的檢測(cè)和分析手段。近幾年來(lái),其廣泛應(yīng)用于各種藥品的無(wú)機(jī)元素以及金屬元素和有害元素檢測(cè),成為ICP-MS未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

 

測(cè)量不確定度是定量分析結(jié)果的重要組成部分,是對(duì)所得數(shù)據(jù)真實(shí)性、客觀性的科學(xué)評(píng)價(jià)[5]。以測(cè)量不確定度來(lái)評(píng)價(jià)中藥質(zhì)量是必然趨勢(shì),這符合國(guó)際要求,有利于中藥分析水平的提高,促進(jìn)中藥的標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際化發(fā)展[6]。測(cè)量不確定度是一個(gè)與測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù),可以定量地說(shuō)明測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量,測(cè)量結(jié)果的可靠性很大程度上取決于不確定度大小[7]。

 

消渴清顆粒(國(guó)藥準(zhǔn)字Z20080034)由蒼術(shù)、蒲黃、知母、黃連和地錦草5種原料藥材組成,用于治療2型糖尿病。本文建立了ICP-MS法檢測(cè)消渴清顆粒原料藥材中15種重金屬及有害元素的含量測(cè)定方法,并對(duì)檢測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的不確定度進(jìn)行了評(píng)估。本方法的建立,不僅為消渴清顆粒質(zhì)量研究提供數(shù)據(jù),也將為解決中藥材的質(zhì)量控制提供有價(jià)值的科學(xué)依據(jù)。

 

1 儀器與試劑

1.1 樣品

消渴清顆粒原料藥材,包括蒼術(shù)(北蒼術(shù)Atractylodes chinensis(DC.)Koidz.的干燥根莖,批號(hào)20141201和20140402)、黃連(黃連Coptis chinensis Franch.的干燥根莖,批號(hào)20140301)、蒲黃(水燭香蒲Typha angustifolia L.的干燥花粉,批號(hào)20140401)、知母(知母Anemarrhena asphodeloides Bge.的干燥根莖,批號(hào)20140102)和地錦草(地錦Euphorbia humifusa Willd.的的干燥全草,批號(hào)20140402),由天士力醫(yī)藥集團(tuán)股份有限公司提供。

 

1.2 試劑

硝酸(優(yōu)級(jí)純,Z0353941532,Merck公司);V、Cr、Ni、Cu、As、Mo、Ru、Rh、Pd、Cd、Ir、Pt、Au、Hg、Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg·L-1,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心);混合內(nèi)標(biāo)溶液(含6Li、45Sc、73Ge、89Y、115In、159Tb、209Bi元素,1 000 mg·L-1,CL1-46MKBY,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心);超純水(電阻率18.2 mΩ·cm-1)。

 

1.3 儀器

ICAP-Q電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Thermo Fisher公司);MARS微波消解系統(tǒng)(Milestone公司);Milli-Q純水處理系統(tǒng)(Millipore公司);Sartorius BP210S電子分析天平(Mettler Toledo公司)。

 

2 試驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)模型

2.1 微波消解條件

消解程序?yàn)?0 min內(nèi)由室溫爬坡至180 ℃,再恒溫消解15 min。功率由儀器自動(dòng)調(diào)節(jié)。

 

2.2 ICP-MS儀器條件

功率:1.55 kW;冷卻氣體積流量(氬氣):15.00 L·min-1;輔助氣體積流量(氬氣):1.00 L·min-1;霧化氣體積流量(氬氣):1.00 L·min-1;采樣錐和截取錐:鎳;采樣深度:5.0 mm;重復(fù)次數(shù):3;采用KED碰撞池模式;蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速:24 r·min-1。

 

2.3 溶液的配制

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)工作儲(chǔ)備溶液

精密量取15種元素的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量,用5%硝酸分別稀釋制成每1 mL含Ru、Rh、Pd、Cd、Ir、Pt、Au、Hg各5 μg,含V、Mo、Pb各25 μg,含Cr、As、Ni、Cu分別為100、100、200、500 μg的混合溶液。

 

2.3.2 系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

精密量取上述標(biāo)準(zhǔn)工作儲(chǔ)備溶液適量,用5%硝酸稀釋制成系列濃度混合溶液,即得。其中,Ru、Rh、Pd、Cd、Ir、Pt、Au、Hg系列質(zhì)量濃度均為0.25、0.5、1.0、2.5、5.0 ng·mL-1,V、Mo、Pb系列質(zhì)量濃度均為1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 ng·mL-1,Cr、As系列質(zhì)量濃度均為5.0、10.0、20.0、50.0、100.0 ng·mL-1,Ni系列質(zhì)量濃度為10.0、20.0、50.0、100.0、200.0 ng·mL-1,Cu系列質(zhì)量為10.0、50.0、100.0、200.0、500.0 ng·mL-1。

 

2.3.3 內(nèi)標(biāo)工作溶液

精密量取混合內(nèi)標(biāo)溶液(Li、Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi)適量,用超純水稀釋制成20 ng·mL-1,即得。測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)工作溶液及供試品溶液時(shí),內(nèi)標(biāo)溶液由蠕動(dòng)泵管在線加入。

 

2.3.4 供試品溶液及空白對(duì)照溶液

取藥材約0.2 g,精密稱定,置于聚四氟乙烯(PTFE)消解罐中。加入65%硝酸5 mL,加蓋密封,按“2.1”項(xiàng)條件進(jìn)行消解。待消解完成后,消解液冷卻至60 ℃以下,取出消解罐,放冷,將消解液轉(zhuǎn)至50 mL量瓶中,用少量水洗滌消解罐3次,洗液合并于量瓶中,并用水定容、搖勻,即得??瞻讓?duì)照溶液如法處理。

 

2.4 方法學(xué)考察

2.4.1 線性關(guān)系考察

依次測(cè)定濃度由小至大的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,以測(cè)定元素與內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)強(qiáng)度之比為縱坐標(biāo),質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),繪制得到標(biāo)準(zhǔn)曲線,求得回歸方程。各元素的回歸方程、相關(guān)系數(shù)及線性范圍見(jiàn)表 1。結(jié)果表明,15種元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)均在0.992~1.000之間,能滿足分析要求。

 

表 1 回歸方程、相關(guān)系數(shù)(r)、線性范圍及檢測(cè)下限Tab.1 Regression equations, coefficient of correlation(r), linear ranges and detection limits

元素
(elements)
內(nèi)標(biāo)元素
(internal element)
回歸方程
(regression equation)
r 線性范圍
(linear range)/(ng·mL-1
檢測(cè)下限
(detection limit)/(ng·mL-1
51V 45Sc Y=0.096 1X+0.002 6 0.999 5 1.00~20.00 0.004
52Cr 45Sc Y=0.147 7X+0.037 3 1.000 0 5.00~100.00 0.033
60Ni 45Sc Y=0.069 1X+0.016 1 1.000 0 10.00~200.00 0.025
63Cu 73Ge Y=0.137 7X+0.024 2 0.995 5 10.00~500.00 0.037
75As 73Ge Y=0.010 9X+0.000 4 1.000 0 5.00~100.00 0.010
95Mo 89Y Y=0.114 4X+0.000 9 1.000 0 1.00~20.00 0.004
101Ru 89Y Y=0.174 3X+0.000 0 1.000 0 0.25~5.00 0.000
103Rh 89Y Y=0.998 2X+0.000 2 1.000 0 0.25~5.00 0.000
105Pd 115In Y=0.180 8X+0.000 8 0.999 5 0.25~5.00 0.002
111Cd 115In Y=0.062 3X+0.001 4 1.000 0 0.25~5.00 0.005
193Ir 159Tb Y=1.375 0X+0.000 1 1.000 0 0.25~5.00 0.000
195Pt 159Tb Y=0.407 9X+0.002 1 1.000 0 0.25~5.00 0.001
197Au 209Bi Y=0.301 6X+0.005 5 0.992 0 0.25~5.00 0.036
202Hg 209Bi Y=0.134 9X+0.000 4 0.993 0 0.25~5.00 0.001
208Pb 209Bi Y=1.155 7X+0.373 9 0.998 5 1.00~25.00 0.010

 

2.4.2 檢測(cè)下限測(cè)定

取空白對(duì)照溶液10份,分別測(cè)定,以測(cè)定結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(3SD)對(duì)應(yīng)的元素質(zhì)量濃度作為檢測(cè)下限,見(jiàn)表 1。

 

2.4.3 重復(fù)性試驗(yàn)

 

取批號(hào)為20141201的蒼術(shù)藥材樣品0.2 g,精密稱定,按“2.3.4”項(xiàng)方法制備供試品溶液,平行6份溶液,上機(jī)測(cè)定,并計(jì)算樣品中待測(cè)元素的平均含量及其RSD。結(jié)果(表 2)所測(cè)元素的RSD均在5.0%以內(nèi),說(shuō)明該方法具有良好的重復(fù)性。

 

表 2 重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

 

Tab.2 Result of repeatability test

 

元素
(element)

平均含量
(average content)/
(ng·g-1

RSD/
%

51V

0.576

1.6

52Cr

0.514

2.4

60Ni

0.305

0.86

63Cu

0.088

0.70

75As

0.115

0.91

95Mo

0.297

0.87

101Ru

103Rh

105Pd

0.007

3.1

111Cd

0.093

0.52

193Ir

0.000

2.3

195Pt

197Au

0.006

2.5

202Hg

0.010

4.7

208Pb

0.321

2.2

 

2.4.4 回收率試驗(yàn)

取批號(hào)為20141201的蒼術(shù)樣品9份,每份約0.2 g,平均分成3組。每組分別精密加入標(biāo)準(zhǔn)工作儲(chǔ)備溶液50、100、200 μL,然后按“2.3.4”項(xiàng)方法進(jìn)行消解,取出定容至50 mL,進(jìn)行測(cè)定,并計(jì)算回收率及RSD。結(jié)果如表 3所示,各元素的回收率均在87%~115%之間,符合痕量分析要求。

 

表 3 加樣回收率試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of the recovery

元素(element) 回收率(recovery rate)/% RSD/%
低點(diǎn)(low-level) 中點(diǎn)(mid-level) 高點(diǎn)(high-level) 平均值(average)
51V 109.7 104.1 107.8 107.2 2.5
52Cr 99.9 102.3 87.8 96.6 5.1
60Ni 101.0 97.8 100.7 99.8 2.6
63Cu 94.3 105.8 91.7 97.3 2.6
75As 99.0 98.1 102.7 100.0 3.6
95Mo 99.7 98.3 102.8 100.3 1.5
101Ru 109.2 107.0 109.3 108.5 2.2
103Rh 105.9 104.5 107.7 106.1 2.3
105Pd 110.6 109.6 112.3 110.8 2.4
111Cd 105.4 107.8 114.2 109.1 2.3
193Ir 90.5 89.0 90.0 90.0 2.0
195Pt 108.2 107.1 109.1 108.1 1.8
197Au 88.4 92.3 100.8 93.8 6.3
202Hg 98.3 94.3 97.0 96.5 1.8
208Pb 93.5 101.9 106.1 100.5 0.75

 

2.5 數(shù)學(xué)模型

樣品中重金屬及有害元素的含量可用下式進(jìn)行計(jì)算:

其中,CX為樣品中待測(cè)元素的含量,μg·g-1;C0為標(biāo)準(zhǔn)曲線讀取的元素的濃度,ng·mL-1;V為供試品溶液定容體積,mL;M為樣品的稱樣量,g。

2.6 魚(yú)刺圖

根據(jù)測(cè)定方法和數(shù)學(xué)模型,ICP-MS檢測(cè)重金屬及有害元素過(guò)程中的不確定度主要來(lái)源于5個(gè)方面:標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的濃度、稱取固體樣品的質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、樣品前處理過(guò)程和測(cè)定過(guò)程中重現(xiàn)性所產(chǎn)生的不確定度[6]??捎敏~(yú)刺圖來(lái)表述不確定度的各分量來(lái)源,見(jiàn)圖 1。

ICP-MS法測(cè)定消渴清顆粒原料藥材中15種重金屬和有害元素及其不確定度評(píng)估

ICP-MS法測(cè)定消渴清顆粒原料藥材中15種重金屬和有害元素及其不確定度評(píng)估

 

4 結(jié)果4.1 不確定度計(jì)算

表 4為各元素不確定度計(jì)算結(jié)果。由測(cè)量不確定度評(píng)定可見(jiàn),采用ICP-MS法測(cè)定藥材中重金屬及有害元素含量時(shí),其測(cè)量不確定度主要來(lái)源于曲線擬合和微波消解過(guò)程,樣品稱量和定容引入的不確定度影響較小。同時(shí)也說(shuō)明分析過(guò)程中每一步都存在著誤差,且各種誤差隨著過(guò)程的進(jìn)行而積累,構(gòu)成了影響整個(gè)測(cè)量的不確定性[12]。

表 4 各元素不確定度計(jì)算結(jié)果Tab.4 Uncertainty of fifteen elements

元素(element) 不確定度(uncertainty)/%
UrelM UrelR1 UrelV1 UrelB UrelC UrelP Urel合成(synthetic)
51V 0.03 1.62 0.02 1.02 2.12 0.65 2.93
52Cr 0.03 4.17 0.02 1.02 0.39 0.98 4.43
60Ni 0.03 0.92 0.02 1.50 1.94 0.35 2.65
63Cu 0.03 4.06 0.02 1.50 3.70 0.29 5.70
75As 0.03 1.33 0.02 1.50 6.61 0.37 6.92
95Mo 0.03 1.30 0.02 1.50 0.13 0.35 2.02
101Ru 0.03 0.69 0.02 1.02 0.90 0.88 1.76
103Rh 0.03 0.92 0.02 1.02 1.23 0.93 2.07
105Pd 0.03 0.79 0.02 1.02 9.22 1.25 9.39
111Cd 0.03 2.53 0.02 1.02 0.16 0.21 2.75
193Ir 0.03 0.46 0.02 1.02 4.49 0.94 4.72
195Pt 0.03 0.57 0.02 1.02 0.21 0.76 1.41
197Au 0.03 3.58 0.02 1.02 6.20 1.04 7.31
202Hg 0.03 1.18 0.02 1.02 2.18 1.90 3.29
208Pb 0.03 3.65 0.02 1.50 1.36 0.91 4.28
注(note):101Ru、103Rh和195Pt的UrelP)由加樣回收率試驗(yàn)的RSD計(jì)算得出[the UrelP)of 101Ru、103Rh and 195Pt are calculated by the RSD results of recovery rate]

4.2 藥材樣品中重金屬及有害元素測(cè)定

按本實(shí)驗(yàn)建立的方法,對(duì)5味藥材中的15種金屬元素及有害元素進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表 5。定量結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)中的限度的要求。

表 5 樣品中各元素含量Tab.5 Contents of the fifteen elements in samples

元素
(element)
含量(content)/(μg·g-1)±不確定度(uncertainty)/%
蒼術(shù)
(Atractylodis Rhizoma)
20140402
知母
(Anemarrhenae Rhizoma)
20140102
地錦草(Euphorbiae
Humifusae Herba)
20140402
蒲黃
(Typhae Pollen)
20140401
黃連
(Coptidis Rhizoma)
20140301
51V 0.634±3.83 0.585±3.53 0.626±3.78 1.561±9.43 1.260±7.61
52Cr 0.573±5.14 0.415±3.72 0.351±3.15 0.087±0.78 0.024±0.22
60Ni 0.325±1.78 0.968±5.32 0.258±1.42 0.120±0.66 0.191±1.05
63Cu 9.172±1.05 8.780±1.01 6.363±0.73 4.731±0.54 13.246±1.52
75As 0.115±1.60 0.104±1.44 0.120±1.67 0.186±2.58 4.518±6.29
95Mo 0.306±1.31 0.247±1.06 0.229±0.99 0.194±0.83 0.578±2.48
101Ru ND ND ND ND ND
103Rh ND ND ND ND ND
105Pd 0.005±0.10 0.004±0.08 0.003±0.06 0.003±0.06 0.003±0.05
111Cd 0.094±0.53 0.399±2.27 0.106±0.0.06 0.615±3.49 0.045±0.25
193Ir 0.000±0.00 0.000±0.00 0.000±0.00 0.000±0.00 0.000±0.00
195Pt ND ND ND ND ND
197Au 0.005±0.07 0.012±0.17 0.008±0.11 0.006±0.08 0.006±0.08
202Hg 0.008±0.05 0.010±0.07 0.017±0.12 0.009±0.06 0.213±1.43
208Pb 0.342±2.97 1.303±11.32 0.435±3.78 1.873±1.63 0.856±7.44
注(note):ND表示含量低于檢測(cè)下限;(ND indicates that the content is lower than LOD)

5 討論

5.1 藥物組成及特性

消渴清顆粒具有藥物穩(wěn)定性高,口感好,攜帶方便等特性,配合抗糖尿病化學(xué)藥品,用于Ⅱ型糖尿病屬陰虛熱盛挾血瘀證的治療[13]。該劑型是由蒼術(shù)、蒲黃、地錦草、黃連和知母5味藥材組成的復(fù)方制劑。

 

5.2 實(shí)驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性分析

樣品測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上依賴于選擇正確的樣品前處理方法。本實(shí)驗(yàn)采用微波消解法進(jìn)行樣品前處理,具有消解時(shí)間短,樣品消化完全的優(yōu)點(diǎn)[13-14]。實(shí)驗(yàn)選用內(nèi)標(biāo)法,一定程度上可減小儀器漂移誤差和基體的干擾效應(yīng),提高了測(cè)量的準(zhǔn)確率。實(shí)驗(yàn)建立的15種重金屬及有害元素檢測(cè)方法具有良好的線性關(guān)系,且重復(fù)性和精確度良好。線性系數(shù)均大于0.992,RSD低于5.0%,加樣回收率在87%~115%之間。表明此方法準(zhǔn)確、可靠,可用于藥材中多種重金屬及有害元素的測(cè)定。

 

5.3 不確定度分析

本研究采用ICP-MS法測(cè)定消渴清顆粒藥材中15種重金屬及有害元素含量,根據(jù)實(shí)際計(jì)算可知,其測(cè)得的不確定度主要來(lái)源于曲線擬合和微波消解過(guò)程,而樣品稱量和定容引入的不確定度影響較小。因此曲線擬合以及微波消解是準(zhǔn)確測(cè)定消渴清顆粒藥材中重金屬及有害元素的關(guān)鍵步驟。并且由計(jì)算公式可知,不確定度隨溶液稀釋的步驟增多而增大,因此在標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制中減少稀釋步驟可以降低不確定度。除此之外,分析過(guò)程中每一步都存在著誤差,且各種誤差隨著過(guò)程的進(jìn)行而積累,構(gòu)成了影響整個(gè)測(cè)量的不確定性。因此,通過(guò)選擇合適、可行的實(shí)驗(yàn)方案,提高標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)度,富集樣品中待測(cè)元素濃度,可有效減少不確定度,保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性,使得測(cè)定時(shí)更加接近真實(shí)值。

 

6 結(jié)論

ICP-MS法測(cè)定的消渴清顆粒原材料藥材中15種重金屬及有害元素的不確定度主要來(lái)源于曲線擬合和微波消解過(guò)程,樣品稱量和定容引入的不確定度影響較小。檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室可以通過(guò)優(yōu)化曲線擬合及微波消解過(guò)程的方法來(lái)降低ICP-MS法測(cè)定消渴清顆粒原材料藥材中重金屬及有害元素測(cè)定結(jié)果的不確定度。

 

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來(lái)源:中國(guó)藥事

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