电感耦合等离子体质谱在中药和其制剂元素研究中应用

1、电感耦合等离子体质谱在中药和其制剂元素研究中应用关键词：电感耦合等离子体质谱；中药；元素分析; 综述中图分类号：r28文献标识码：a文章编号：1005-5304 (2013) 01-0106-04电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma mass spectrometry, icp-ms)是一种新型的元素和同位素 分析技术，具有检出限低、动态线性范围宽、干扰少、分析 精密度高和分析速度快等优点，可同时完成多元素的测定， 具有极高的检测效率，是痕量、超痕量元素分析领域中最先 进的方法。近年来，icp-ms在地质科学、生物与医学、食品 安全、农业生产、材料科学、冶

2、金工业、环境分析等领域得 到广泛应用。笔者现就icp-ms在中药及其制剂的元素分析 及形态分析中的应用作一概述。1关于电感耦合等离子体质谱icp-ms是20世纪80年代发展起来的元素分析测试技 术，以独特的接口技术将电感耦合等离子体(icp)的高温 电离特性与四极杆质谱仪(ms)灵敏快速扫描特性结合起来， 形成了一种新型的元素和同位素分析技术。icp-ms分析元素 的原理为：样品溶液中的大多数金属元素，在icp的高温环境下离子化形成一价正离子，离子被icp-ms的接口提取到高真空的 质谱仪中，经过四极杆质量筛选器的筛选，具有特定质荷比 的离子可以被传输和检测。由于不同元素的离子具有不同的 质荷

3、比，所以，icp-ms可以分析元素周期表中的80多个元 素。在分析能力上，与传统无机分析技术如电感耦合等离子 体光谱技术（icp-aes）.石墨炉原子吸收（gf-aas）、火焰 原子吸收光谱法（f-aas）等相比，icp-ms技术具备更低的 检出限、更宽的动态线性范围（78个数量级）、更少的干 扰、较高的分析精密度和分析速度等优点，可同时完成多元 素的测定，具有极高的检测效率，并可提供精确的同位素信 息，是痕量、超痕量元素分析领域中最先进的方法。icp-ms技术不仅可通过离子的质荷比进行无机元素的 定性、定量分析，还能与高效液相色谱（hplc）、气相色谱 （gc）、离子色谱（ic）等分离技术进

4、行联用。如hplc与icp-ms 联用，就是利用hplc的分离能力和icp-ms的高灵敏度，在 使用icp-ms获得元素总量信息后，还可以获得更丰富的元 素形态信息。不同形态的元素具有不同的毒性、生物利用度、 迁移性，因而元素形态分析对环境科学与生命科学的研究具有重要的意义。中药是我国传统医学的宝库，因其不良反应相对较小、 疗效较可靠、使用相对安全等特点而越来越受到社会的关 注。随着对中药成分的深入研究，无机成分尤其是微量元素 作为中药药性物质基础的重要组成部分，与中药的药性、药 效乃至毒副作用密切相关，日益受到重视。在中药微量元素 研究中，微量元素的准确测定对微量元素的药效研究、微量 元素的

5、摄入安全性问题以及有害元素的限量标准制定等均 有着十分重要的意义。但在中药的元素分析中，由于中药的 成分复杂，干扰因素多，一些微量元素含量很低且存在形态 复杂，使中药的微量元素测定方法的灵敏度和选择性显得尤 为重要。2电感耦合等离子体质谱在中药及其制剂中的应用2. 1微量元素分析铁（fe）、铜（cu）、锌（zn）、钻（co）、猛（mn）、鎔 （cr）.硒（se）、碘（i）、 （ni）、氟（f）、钮（mo）、锐 （v）、锡（sn）、硅（si）、總（sr）、硼（b）、锁（rb）、碑 （as）等微量元素对人的生命起着至关重要的作用，摄入过 量、不足、不平衡或缺乏都会不同程度引起人体生理的异常。因此，

6、中药微量元素的种类和含量与其功效存在着必然的联 系，中药微量元素对药效的影响以及微量元素在中药方面的 应用前景是中药科学研究的新领域。由于各种微量元素在中 药中的种类和含量范围差异较大，icp-ms较宽的动态线性范 围使含量差别较大的多种元素同时测定得以实现，可满足中 药中各微量元素灵敏、准确的测定要求，并具有操作简便、 分析速度快的特点。王氏等1以微波消解-icp-ms同时测定了 15批党参中 皱（be）、铝（a1）、 v、 cr、 mn、 fe、 co、 ni、 cu、 zn、 as、 镉（cd）、顿（ba）、汞（hg）、铠（tl）、铅（pb）共 16 种 元素，各元素的回收率达到93.

7、4%108. 3%。庞氏等2同时 测定了枸杞子中钠（na）、镁（mg）、al、钾（k）、钙（ca）、 v、 crmn、 fe、 co、 ni、 cu、 zn> as、 se、银（ag）> cd、 hg. pb共19种元素，测定方法均能满足痕量分析的要求。 张氏等3采用icp-ms同时测定了蛇床子中的32种微量元 素，其中常量元素中k含量最高，其次是ca、磷（p）、mg、 al、nao必须微量元素中fe含量最高，其次为mn、zn、cr. cu和ni等元素。陈氏4采用icp-ms测定了心可舒片中21种微量元素 的含量，蒋氏等5测定了注射用丹参（冻干）中as、b、ba、 be、 mn、

8、pb、 zn、 cd、 co、 cr. cu、 fe、 ni、 v、 hg 等 15 种 微量金属元素的含量，方法快速、准确、灵敏度高，可用于 中药制剂中微量元素含量的测定。张氏6采用微波消解-icp-ms测定了不同产地的当归 中 be、 b、 al、 v、 cr> mn、 fe、 co、 ni、 cu、 zn、 as、 se、 cd、ba. hg和pb等17种微量金属元素的含量。结果不同产地的当归其所含微量元素有很大不同。马氏等7在研究鳖 甲中无机元素的分布规律及其与药材产地之间的关系时，采 用icp-ms测定了 10批鳖甲样本中na、mg、k、ca、mn、fe、 ni、cu、zn、s

9、e等10种无机元素含量，根据元素含量的高 低分布状态建立了鳖甲药材相关的无机元素指纹图谱，运用 "总体特征分布分析-主成分与系统聚类分析结合-因子分 析”的三级分析方法，对选取的特征元素进行了分析。结果 表明，无机元素分布特征与鳖甲的产地关系显著；通过因子 分析方法，初步揭示了无机元素与鳖甲药理作用之间的相关 性。邵氏等8则从微量元素角度探讨了川贝母、生地黄、熟地黄、桑叶、太子参等13种糖尿病药膳常用中药 cr、mn、cu、zn、se和v的微量元素含量。样品经微波消解, 使用icp-ms同时测定上述6种中药微量元素的含量。结果 显示，被测的元素含量因不同药材而存在较大差异，且与糖 尿

10、病药膳治疗功效之间具有一定的关系。英氏等9建立了 icp-ms测定不同采收期山楂叶中微量 元素的半定量分析模式。结果表明，不同采收期山楂叶可测 定的 28 种微量元素中，mg、si、k、ca、na、ah mn、fe、 sr和ba为主要元素。zn、rb、铳(sc)、锂(li)、ge、钮 (in)和钱(bi)的含量随叶的生长逐渐下降，而错(zr)、 sn、sb、牡(th)与之相反，其他元素基本没有变化。方法 适用于不同采收期山楂叶中微量元素测定，为全面控制山楂 叶质量提供了依据，也为合理开发和利用山楂叶提供了借 鉴。曹氏等10采用icp-aes/icp-ms技术对7种土壤种植 下的4种柴胡种质药材

11、中21种常量及微量元素含量进行了 分析测定。综合考虑种质和土壤对柴胡药材中常量和微量元 素含量的影响，k、ca、mg、na 4种常量元素含量受种质影 响较大，fe、cu、ni、钛（ti）、cr、v、zr、se、sn、艳（cs）、 cd、hg. pb 13种微量元素含量则受土壤影响较大。对了解 各自药材中药效成分的含量及其疗效差异起着重要的作用， 也为选择种质和土壤及栽培出高产优质的柴胡提供了重要 依据。王氏等11采用湿法消解对不同品质的怀地黄样品进 行处理，利用icp-ms测定不同品质生（干）怀地黄与相应 水蒸法炮制熟地黄中多种金属元素含量。结果表明，不同品 质地黄及其炮制加工的熟地黄之间金属

12、元素含量无明显差 异。熟地黄中含有 zn、cu、cr. fe、mn、sn、ni、mo、co 等人体必需的多种微量元素，其中ca、fe、al、zn、cu含 量较高；不同品质生地黄中对人体健康有利的金属元素含量 相对低于其相应品质炮制产物熟地黄。袁氏等12用icp-ms同时测定了厚朴、延胡索、山茱 萸3种浙江产特色药材炮制前后mn、fe、cu、zn、cr. as、 cd、pb共7种微量元素的含量。结果显示，3种药材炮制前 后对人体有益的微量元素mn、fe、zn的含量均较高；而有 害重金属元素cu、cd、cr、pb、as的含量均低于中华人 民共和国药典（以下简称“中国药典”）的限量标准, 炮制加工均

13、使其中的微量元素及重金属含量有所变化，不同 的炮制方法在个别元素含量上存在差异。炮制后除pb的含 量明显下降，cu、as、cd基本不变外，其他元素的含量均有 不同程度的增加。该测定结果为进一步探讨浙产特色药材的 炮制方法与其功效的相关性提供了科学依据。李氏等13对 自然铜、赤石脂、代赭石、磁石、石膏等常用矿物类药材采 用传统燉法炮制前后微量元素的变化进行了探讨，采用 icp-ms测定炮制前后微量元素的含量，结果炮制后药材中所 含as、cd、hg、pb等有害元素的量均有不同程度的减少， 而fe、mn、zn有益元素含量则有不同程度的增加。赵氏等14采用微波消解-icp-ms,对全国不同厂家六 味地

14、黄丸（胶囊）中15种元素的含量进行测定，通过对5 种重金属元素和10种人体必需元素与微量元素日摄入量进 行聚类分析，将不同剂型分成2类，即水蜜丸、大蜜丸为一 类，胶囊和浓缩丸为一类。结果剂型之间元素含量存在差异, 水蜜丸和大蜜丸的元素日摄入量高于胶囊和浓缩丸，意味着 其重金属的摄入量也较高。因此，对传统方剂进行剂型改变 时，应充分考虑有机物、无机物转移率二个层面，同时应考 虑重金属摄入情况，以保证药物疗效与安全。2.2重金属及有害元素检测中药存在的重金属一般包括pb、hg、cd、cu、sb、sn、cr、ni、fe、zn、鹄（w）等。as虽不属于重金属,但来源及危害与重金属相似，故通常列入此行列

15、。中药重金属的主 要来源有：环境包括土壤、大气、水的污染；植（动）物类 药材生长过程的主动吸收和富集特性；种植（养殖）、采收、 加工、辅料、包装、贮存、运输等生产过程中的污染；以及 以治疗为目的，在处方中加入了重金属含量较高的如朱砂、 雄黄等矿物药的处方性来源。目前对重金属残留最为关注的是pb、as、hg、cd、cu等，国际上进口中药材和中成药的国家对以上5种元素的含 量均提出了严格的要求，2010年版中国药典就增加了对 重金属限量有控制要求的中药或提取物品种数量。icp-ms的 高灵敏度和多元素同时测定的特性使icp-ms方法成为一种 简便、准确、快速的重金属及有害元素检测方法。温氏等15建

16、立了 icp-ms测定党参、莪术、桔梗和龙胆4种中药材共计58批样品中pb、as、hg、cd含量的方法。 样品经微波消解，以in作为内标,补偿基体效应，采用icp-ms 同时测定上述4种元素。方法具有简便、快速、准确、灵敏 度高的优点，可用于质量控制，并为不同产地不同种类的中 药材中重金属含量测定提供了方法。同时发现现有中药材样 品中存在重金属超标现象，同种类中药材中有害元素含量差 异较大，反映出我国土壤和水质环境等因素的巨大地区差 异。李氏等16建立了微波消解-icp-ms法测定莪术、茯苓、 红花、丹参、黄茂等40种中药材中pb、as、hg、cd、cu 5 种有毒元素的方法，采用in为内标，

17、利用其回收率对以上5 种元素的测定结果进行校正，提出中药材有毒元素超标问题 相当严重。包氏等17对甘露消渴胶囊、降糖宁胶囊等9种临床常用治疗糖尿病的中成药pb、cd、hg. as、铀（u）、th、t1 共7种有害元素的含量进行了分析，采用微波消解处理中成 药样品，icp-ms对样品进行测定，结果显示，7种有害元素 在中成药样本中均有检出，其中pb、cd、hg、as的含量与 国内外食品及药品相关标准进行对比存在一定的超标。王氏等18采用微波消解法处理药材样品，icp-ms检测不同品种、不同产地、不同栽培方法的17批罗汉果中cu、pb、cd、hg、cr、as共6种有害元素的含量。结果显示，不同产

18、地的罗汉果样品重金属的含量差异较大，部分批次pb的含 量超过了绿色行业标准。2.3微量元素形态分析中药及其制剂中微量元素的生物学活性、毒理和生物利用率与其存在形态密切相关，如通过对淫羊翟、大青叶等中 药中的微量元素mn的药效研究，以及对cu、fe、zn、mn、 错（ge）的有机结合态配位药物的研究，显示有机结合态微 量元素较无机态具有更大的活性19 o因此，对元素作用的 研究，不但要对元素的总量进行分析，更重要的是对元素的 存在形态进行研究。研究中药微量元素与药效的关系，应考虑不同溶剂中元 素溶出量和溶出率。罗氏等20分析了巴戟天中微量元素初 级形态，采用icp-ms测定了巴戟天cr、mn、f

19、e、co、ni、 cu、zn、as、se、mo、cd、sn、pb共13种元素含量及水煮 溶出率，并分析了水煎液中9种元素的可溶态与悬浮态、正 辛醇-水萃取体系中醇溶态与水溶态。结果巴戟天含量较多 元素依次为mn、fe、zn、pb、cuo元素溶出率大小不取决于 药材中元素总量。在水煎液9种元素中，se、mn、co以可溶 态为主，其余以悬浮态为主；se、fe、pb以及肠液酸度下的 cu、cd的醇溶态含量较高，其余醇溶态含量较低。表明巴戟 天中微量元素的溶出率主要取决于它在药材中存在形态；而 在水煎液中，元素可溶态与悬浮态分布可能与其存在形态及 煎出物特性有关；元素醇溶态与水溶态分布与元素所结合成

20、分及结合的稳定性有关。杨氏等21对蜂胶中pb的存在形态进行了分析测定， 采用溶剂提取法获得水溶态pb、脂溶态pb和不溶态pb, 3 种形态的pb分别进行消化处理后，采用icp-ms测定pb的 含量。结果样品中pb的形态含量分布为不溶态脂溶态水 溶态，且大部分为不溶态pb。hplc与icp-ms联用，可以获得更丰富的元素形态信息。 陈氏等22采用rp-hplc与icp-ms联用的技术对西洋参水 提取液中多种元素(p、mg、ah ca、mn、fe、zn、ni、cu、 sr)的形态进行了分析。结果表明，p元素以6种不同的形 态存在于西洋参水提取液中，其中5种为不同形式的结合态 离子，其他元素的无机态

21、和有机态均得到良好分离，且主要 以有机态形式存在。目前，采用hplc与icp-ms联用的技术对中药及其制剂 中as元素的形态分析较为深入。as的毒性与其存在的化学 形态密切相关，由各主要碑化物的ld50可知：亚碑酸as(iii) 和碑酸as (v)的毒性远远大于一甲基神酸(mma)和二甲 基神酸(dma),而神甜菜碱(asb)、神胆碱(asc)、神糖(ass) 和神脂(asl)则毒性很小23。所以，as的形态分析比其 总量分析更有意义。郝氏等24采用甲醇-水(1：1)为溶剂，以超声法提 取蟾酥、红花、龙胆、白前、当归、莪术、合欢花、厚朴、 金银花、仙茅、桑螺蜡、娱蚣、五味子、全蝎等15种中药

22、材中的as形态，利用hplc与icp-ms联用技术对asb、asc、 as (iii)、as (v)、mma、dma共6种形态进行了分析，方法 检出限为0.2 ug/lo结果表明，15种中药材存在的主要as 形态是有毒的无机碑as ( v ),另外还有少量的asb和asc, 且动物用药中的有机碑含量明显高于植物用药，这可能与动 物体的复杂代谢有关。而王氏等25采用1.2 mol/l的盐酸 溶液浸提蟾酥中as的化学形态，处理后直接进行 hplc-icp-ms测定，同样获得蟾酥中as的主要存在形态是有 毒的as ( v)的结论。方氏等26采用甲醇-水(1：1)为溶剂，以超声法对 牛黄解毒片、补肾片

23、、十二太保丸、保婴丹、明眼丸、正心 丹、鼻敏清9种中药制剂样品的as形态进行提取，采用阴 离子交换柱，以含 0.2 mmol/l edta 和 2 mmol/l nah2p04 的水溶液为流动相，hplc-icp-ms成功分离测定了 as (iii)、 as (v)、mma、dma共4种as形态，结果所测样品中as的 形态主要是有毒的无机碑，有机碑的量较低。传统中药中的有毒元素有时是作为有效成分而专门加 入的，如六神丸由牛黄、麝香、珍珠、雄黄、蟾酥、冰片组 成，其中雄黄的主要成分就是as2s2,也含有少量as203及 微量元素，as2o3则易被氧化为as205o这类中药as的总量 要远远大于其

24、作为有害污染物的限额，因此，as的化学形态 分析对这类中药尤其重要。吴氏等27对六神丸和雄黄中可 溶性as的形态进行了研究，建立了同时分析中药中as(iii)、 as (v)、mma、dma的hplc-icp-ms方法，并对六神丸中几 种药材对单味雄黄中as溶出量的影响进行了考察，结果六 神丸中几种药材与单味雄黄混合后，测得的可溶性as含量均低于单味雄黄中的可溶性as含量。蟾酥、牛黄、麝香、冰片、珍珠与雄黄混合后，as溶出量比单味雄黄的碑溶出量 依次减少 93. 6%. 86.4%、71. 3%. 27. 6%. 14.7%。可见，六 神丸复方中的几种单味药均有抑制雄黄中碑溶出的作用。3小结i

25、cp-ms的高灵敏度、高分辨率的特性，具有多元素测定 的功能，特别适用于涉及大量样品测定的多元素分析研究工 作，可以更好地发挥其简便、快速、准确的特点。而icp-ms 与多种分析技术联用的，特别是与hplc联用，可获得元素 不同存在形态的信息。另外，激光剥蚀技术与icp-ms联用 技术(la-icp-ms)在植物样品元素分析方面的应用也有所 进展28,其原位、实时、微区分析的优势，大大减少了样 品前处理步骤与时间，以及由此引起的测试污染与误差，成 为icp-ms联用技术的一个重要发展方向，在测定中药材不 同药用部位中的微量元素方面有着广阔的发展前景。总之， icp-ms技术今后将在中药及其制剂

26、的微量元素分析、重金属 及有害元素监测及元素形态分析方面发挥越来越重要的作 用。参考文献：1 王瑾，尹利辉.icp-ms法测定党参中微量元素含量 j药物分析杂志，2008, 28 (10)： 1689-1691.2 庞靖，刘峰，仲娜.微波消解-电感耦合等离子体质 谱法同时测定枸杞中19种元素j.中国卫生检验杂志，2008, 18 (5)： 837-838.3 张琦红，李忠瑞，王斌.icp-ms测定蛇床子中32种 元素j.内蒙古中医药,2010, 29 (12)： 41-42.4 陈伟光.icp-ms法测定心可舒片中的微量元素j. 广东微量元素科学，2006, 13 (7)： 41-43.5 蒋

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