电感耦合等离子体质谱在药物分析中的应用

1、电感耦合等离子体质谱在药物分析中的应用 近年来，药品安全事件是非常吸引人眼球的事件，与食品安全事件相仿，用于口服或者直接静脉注射的药品一旦对人体健康出现危害，则有可能产生更大的危害。 从2006年的“鱼腥草”事件，到2008年的“刺五加”事件”、“茵栀黄”事件，再到今年的“双黄连”事件、“双糖”事件，药品的不良反应连绵起伏，伤害了患者，也吓坏了国人。据国家药品不良反应监测中心统计，在收到的药品不良反应病例报告中，中药注射剂的不良反应事件病例报告占中药不良反应病例报告的72.64%，其中严重不良反应、事件报告占中药严重病例报告的76.57%。重要注射剂的不良反应问题的频发其实更加掩盖了其他方面的

2、质量问题。 药品安全事件ICP-MS在中药分析的主要应用中药和天然药物中的重金属和有害元素检测2005版中华人民共和国药典一部P87：西洋参P68 ：白芍P59 ：甘草P52 ：丹参P212 ：黄芪P152 ：金银花Pb 5.0；Cd 0.3；Hg0.2；As2.0；Cu20.0ppm采用原子吸收与ICP-MS两种方法，其中，Pb、Cd采用石墨炉原子吸收，As采用氢化物原子吸收，汞采用冷冷原子吸收，铜采用火焰原子吸收。ICP-MS测定五种元素2010版药典 新版药典中的重金属监测重点依然在一部（中药），在原有的六个品种的中药材基础上，增加了如下三种：阿胶，枸杞子，山楂。这三种中所要求的5种重金

3、属元素的限值指标与05版药典相同，之所以将枸杞子，山楂，人参皂苷，人参颈叶总皂苷等中药材引入检测的主要原因是这两种中药属于较为常见，摄入较多的品种，尤其对于儿童而言。 在检测方法上，铅、镉、汞、铜、砷的检测方法依然没有变化，为原子吸收与ICPMS法，但是值得注意的是在药典一部附录XI E中收录了ICP方法。 美国药典最近的更新中，承认原来的重金属检查方法（化学结果不够稳定，另外难于找到提到硫化氢的试剂），因此在最新的USP 231中着手使用仪器检测方法代替化学方法。使用ICP-MS与传统化学方法检测重金属时的回收率水平对比 由于化学法的回收率欠佳（有部分金属元素在前处理过程中，包括灰化过程中损

4、失掉），因此有可能导致实际测试结果偏低的情况，因此有必要更多的使用仪器方法USP232为有害物质限值文件，其中规定了大量的重金属限值指标，其中非常重要的是提供了各种金属元素的摄入或注射限值水平，而这个水平则是参照人类健康要求所设定的，如下表。 Class1为毒性较大，需要高度关注；Class2为毒性次之，限值一般也较高。上表中制定了四个限值，第一项为假设每日100g使用量的情况下的有害元素限值水平，由于一般药物日摄入量小于10g，因此第二项的口服剂量水平要求比第一项高出10倍，要求放松一些。对于静脉注射，由于利用率明显增加，因此第三项的注射物限值比第一项低10倍，如果注射量小于10g每天，那么

5、第四项的限值会放大十倍。 USP233为检测方法要求，规定了ICP-OES与ICP-MS的检测程序。流程选择方法国标规定（GB系列）的食品药品中的微量元素的限量卫生标准及传统分析方法生物医学微量元素数据手册针对不同的食品有不同的食品限量卫生标准，如限量最低的色拉油、鸡蛋、乳制品到限量较高的银耳、皮蛋等；为了能满足所有食品分析的法规要求，仪器必须具有分析最低浓度成分的能力。同时，Ca、P、K等常量营养元素也常需要测定。对于一个食品检验机构，为完成国标规定的分析指标，传统上必须具备石墨炉原子吸收、氢化物发生装置、测汞仪、ICP发射光谱、常量化学分析（滴定）等仪器，并针对不同元素采用不同的样品处理技

6、术，费时费力；采用ICP-MS技术，可只用一种样品消解技术，一次快速测定完成所有元素的测定应用ICP-MS同时测定中药及食品等动植物样品中多种元素标准物：茶叶茶树叶小麦粉大米粉猪肝消解方法：1）酸煮洗净的PTFE密封罐中加入：0.5g干样品，5mL HNO3 ，加入100uL 10ppm Rh 作为消解控制内标。2）不盖紧PTFE密封罐，室温净置4小时，而后将PTFE罐密封。3）烘箱中密封罐2小时从室温加热到160C4）在160C维持约2小时5）冷却到室温约须4小时（该过程可由烘箱定时程序控制，一次可同时处理50个以上样品）6）小心打开PTFE罐，加入10mL超纯水7）将样品转移到干净的PET

7、塑料瓶中，稀释定重到50g8）标准溶液系列酸度为6 HNO3 （v/v) 样品：杭白菊白菊花银杏叶番泻叶五味子北五味子红花槐米应用ICP-MS同时测定中药和食品等动植物样品中多种元素各种标准参考物质的标准值和ICP-MS测定结果 （质量数）元素（单位） 茶叶 参考值 茶叶 测定值 茶树叶 参考值 茶树叶 测定值 小麦粉 参考值 小麦粉 测定值 大米粉 参考值 大米粉 测定值 猪肝 参考值 猪肝 测定值 23 Na(ug/g) / / / 8.40.6 8.47 233040 2162 24 Mg(ug/g) 1700100 1847 2760240 2747 55121 594 1205 12

8、5.7 74726 643 27 Al(ng/g) 3000? 2652 6748 25.1 / / / 81993 31 P(ug/g) 284060 2991 148080 1504 1500? 1607 / 739.2 13000? 12820 39 K(ug/g) 16600600 17440 8630620 8363 1980140 2001 65615 663.8 11500200 10724 43 Ca(ug/g) 4300200 4333 8000660 7459 44122 431.8 / / 1977 203 52 Cr(ng/g) 80020 819.4 2000? 18

9、97 ? 88.7 / 20.14 / 1341 55 Mn(ug/g) 124040 1265 2170120 2008 19.61 20.1 9.80.2 9.7 8.320.19 8.75 57 Fe(ug/g) 26410 266.9 34712 353.7 39.82.6 37.1 5.10.2 4.1 105040 1055 59 Co(ng/g) 18020 201 180? 186.9 / 15.7 / 4.9 100? 94 60 Ni(ng/g) 4600300 4813 5090760 4953 / 123.4 / 50.5 / 227 65 Cu(ug/g) 17.31

10、 18.3 8.960.58 7.77 4.40.3 4.6 2.60.2 2.92 17.20.5 17.5 66 Zn(ug/g) 26.30.9 27.9 22.61.5 21.5 22.72 23.7 14.10.5 15.1 1724 171 75 As(ng/g) 28030 279.6 18048 152.2 22020 166 513 56.8 444 48 82 Se(ng/g) 72? 112.1 406 90.6 100? 57.8 458 13.6 94030 1054 114 Cd(ng/g) 578 65.6 234 26.5 312 25.9 202 18.2 6

11、72 83 137 Ba(ug/g) 583 56.2 12010 103.8 / 1.85 / 104.6 / 494 202 Hg(ng/g) 13? 9.9 17? 25.9 / 1.7 / 191.9 / 327 208 Pb(ng/g) 4400200 4409 100040 853.7 35080 359.5 750100 756.6 54020 549 232 Th(ng/g) 618 53.4 10414 93.5 / 3.8 / 0.455 / 2.2 238 U(ng/g) / 15.34 / 36.8 / 1.3 / / / 3 用ICP-MS测定8种中药饮片中重要元素含

12、量均值统计表 Cr Co Ni Cu As Se Cd Ba Hg Pb 品名单位 ug/g ng/g ug/g ug/g ng/g Ng/g ng/g ug/g ng/g ug/g 杭白菊 3.5 200.3 4.0 11.7 247.7 168.5 274.4 7.6 124.0 2.3 白菊花 10.0 250.1 4.1 13.6 3804.8 1818.0 199.8 108.6 435.0 2.8 银杏叶 4.5 237.9 2.3 5.9 240.7 269.9 38.9 57.7 289.0 4.9 番泻叶 1.9 271.8 1.3 7.0 249.8 1333.0 9.3

13、46.9 82.1 0.4 五味子 3.6 123.7 2.5 23.2 209.0 133.5 20.4 6.4 208.0 4.1 北五味子 2.4 67.2 2.4 11.2 132.4 102.0 11.5 5.8 73.2 1.0 红花 18.5 522.7 6.3 19.8 856.7 211.7 56.3 609.6 77.3 38.4 槐米 3.8 132.1 3.7 13.7 143.6 148.9 22.0 18.1 32.9 0.4 应用ICP-MS同时测定中药和食品等动植物样品中多种元素中药及食品样品的PTFE密封罐消解方法及ICP-MS和EPA200.8标准方法同时测

14、定消解液中多元素浓度是一个快速准确的方法该方法不仅可测定常规的有毒元素如As, Pb, Hg, Cr, Cd, Cu, Zn, Ni等，还可以测定常量元素包括P, Na, Mg, Al, K, Ca, Fe, Mn大多数元素的测定结果与标准参考物质的标准值的误差小于10%市场上中药饮片样品中普遍存在重金属超标现象，因此对于我国产药材饮片的重金属问题应引起有关部门的足够重视，需要加强控制。不同种类饮片中的重金属含量差异较大；同种饮片不同产地间的重金属含量差异也较大，这反映出我国土壤和水质环境等因素的巨大地区差异。应用ICP-MS测定中药中Pb的同位素比标准物：NIST SRM981样品：江西丹参

15、陕西商洛丹参北京丹参山东泰山丹参新疆丹参河南东部丹参安徽丹参峨嵋山丹参D1峨嵋山丹参D2四川中江丹参D1四川中江丹参D2四川中江丹参D3样品处理方法:将土壤和用二次水洗净后丹参样品样品置于烘箱中50烘干后研磨过60目筛，并在50烘干至恒重；称量约80mg的样品于25mL密闭式聚四氟乙烯消化罐中，加入2ml浓硝酸和2ml氢氟酸，将聚四氟乙烯消化罐置于电热板上加热6小时后又经微波消解3分钟。消化后的溶液经电热板加热蒸发至干以除去HF，加入1ml 6N HCl蒸干以除去HF。加入1.0 ml0.5 N HBr,微热，待残渣全溶后转移至离心管，离心后取上层清夜上柱分离（阴离子交换树脂柱：美国DOWEX

16、18，200-400目）。小心接收洗脱液，蒸干后准确加入1.5ml 3% HNO3，微热待残渣溶出后转移至聚丙烯样品管中待测江西土样峨嵋山土样T1峨嵋山土样T2中江土样T1中江土样T2中江土样T3中江土样T4中江土样T5中江水样w1中江水样w2中江水样w3中江水样w4应用ICP-MS测定中药中Pb的同位素比10小时样品分析过程中20ng/mL Pb (SRM981)同位素比值稳定性测试结果（每分析510个样品测定一个标准）推论：1）同一地区的的同一种样品的铅同位素比值很接近。四川中江的五个土样的比值集中在同一个区间里，而峨嵋山丹参、峨嵋山土样及中江丹参样品的铅同位素比值也各自集中在一定的区间里

17、。2）不同地区的样品的铅同位素比值表现出了明显的差异。比如，中江的几个土样和峨嵋山的几个土样形成两个明显差异的样品集。三个四川中江丹参样品中铅同位素比值结果相对集中，明显地区别来自峨嵋山地丹参中的铅同位素比值。3）采用铅的同位素比值对丹参的产地进行区分是可能的。4）同一地区土样、丹参样和水样铅同位素比值却不一致但丹参的铅同位素比值刚好落在土样和水样的铅同位素比值之间，说明土样或水样中的铅对丹参样品中铅起共同作用。应用ICP-MS测定中药中Pb的同位素比无机元素分析研究的发展趋势 色谱技术与ICPMS联用应用于生命科学及环境科学的形态分析元素形态分析现状元素形态分析受到了越来越多科研部门和商业实

18、验室的重视应用最多的是 HPLC-ICP-MS and GC-ICP-MS元素形态分析发表论文呈上升趋势元素形态分析为EPA方法认同 Elemental Species EPA MethodologyCrVI 0218.4-0218.6,1636,7195-7199无机 Hg2+0245.3有机Hg0245, 1630 无机As 1632有机Sn0282.3, 8323价态分析因氧化态的不同而存在于体系中的无机阴、阳离子的分析。如 Fe(III)/Fe(II)、Cr（III）/Cr（VI）、As(V)/As(III) 等的分析。金属配合物形态分析元素在特定环境下通过配位键与配体形成稳定或不稳定

19、络合物，对其进行分析的方法称为金属配合物形态分析。元素形态分析的定义与范畴元素形态（Elemental species）通常是指某一元素特定的物理化学存在形式。确定任一特定元素或数个特定元素及其化合物在样品中的存在形式和测量其浓度的方法通常称为元素形态分析法（Elemental speciation）。可分为四个不同层次内容有机金属化合物形态分析元素通过共价键与碳联结成为有机化合物，对这类物质进行分析称为有机金属化合物形态分析。如对各种有机铅、有机汞、有机砷及其他有机金属和类金属化合物的分析。蛋白或酶中（金属）元素的形态分析许多重要的蛋白质和酶都含有金属或类金属，这些金属或类金属元素对蛋白质和

20、酶的生物功能起着重要的作用，对这类生物大分子中的金属或类金属元素进行分析的方法称为蛋白或酶中的（金属）元素形态分析。为什么要进行元素形态分析随着研究的深入人们逐渐认识到，在环境和生命体中不同存在形态的元素表现出不同的生理活性和毒性，单纯测量一个元素在生命或环境体系中的总量可能达不到研究这一元素的生物功能的目的。 例如铬(VI)是一个众所周知的有害元素，但是将这一元素还原成铬(III)后，就没有毒性而成为人体所必须的一个微量元素了。因此在研究生物体系中铬元素的存在和分布时，应该区分其价态。 据报道曾发现一个地区生长的庄稼发生枯萎的现象，并诊断出庄稼的这一病因是缺铁的结果。然而，对土壤分析的结果表

21、明其含有大量的铁元素，那么，为什么植物不能有效地利用土壤中的铁呢？通过元素形态分析的手段，人们发现之所以植物不能有效利用土壤中的铁元素，是因为价态问题。植物只能利用二价的铁，而土壤中存在的都是三价的铁，因此不能被植物吸收。搞清病因后，植物学家对该庄稼的基因进行了改造，使其具有了将三价的铁转化为二价铁的功能，结果就解决了庄稼枯萎的问题。Fe砷是一个有毒元素，砷中毒是中国贵州、新疆、台湾部分地区的地方病。其常间症状为皮肤损伤，包括手和脚的角化症、皮肤癌等，此外还会造成肝硬化、肝癌等内脏疾病。我国引用水安全标准:50ng/mL (ppb)国际推荐标准: 10ng/mL (ppb)砷元素的形态分析是不

22、是所有形态的砷都有毒？常见的砷化物有三氧化二砷、亚砷酸盐、砷酸盐、一甲基砷酸和二甲基砷酸;在海产品中则主要以砷甜菜碱(AsB)和砷胆碱(AsC)形式存在还有其他更复杂的砷化合物，例如砷糖、砷脂类化合物等。一甲基砷二甲基砷砷甜菜碱砷胆碱砷糖IIIIIIIV砷的形态与毒性LD50 in rats (in mg/kg):Highly toxic to human lifeLess toxic to human life食品中砷污染引起关注2004-12-16 南方都市报规模超过5亿元的内地鱼罐头产业近来不景气，原因很简单：消费者在关心它是否含一种物质：砷。11月下旬，香港消费者委员会测试市面上的48

23、款吞拿鱼、沙甸鱼等鱼类罐头，发现当中的17种含有重金属砷。 调查将每种罐头的重金属砷的具体含量都公布出来，并排名。该委员会还提示说，若大量砷元素积聚体内，会损害神经及消化系统。2007年04月18日 来源：中新网 香港市面鱿鱼丝砷含量超标 食物安全再引关注据香港中通社报道，香港消费者委员会测试市面上65款肉干食品发现，其中八款鱿鱼丝和一款鱼干的砷含量超标；其中一款鱿鱼丝样本的总砷含量达到每公斤35.3毫克。若每周进食三包(每包90克)每公斤含有35.3毫克砷的样本，已可能超出每周可容忍摄入量的国际标准。事件再度引发人们对香港食物安全的关注。 香港食物安全专员麦倩屏17日表示，现行法例没有明确列

24、出不含水份的鱿鱼丝和鱼干的砷含量标准，当局将再多抽取鱿鱼丝和鱼干样本测试，希望能更全面反映这些食品的重金属含量。 调查区域我国海产品中砷含量的调查取样范围:种类：海产鱼、虾、蟹、贝和紫菜、海带等。产地：渤海、黄海、东海和南海。数量：共35种，100多个我国海产品中砷含量的调查 总砷含量 样品名称样品来源总砷含量* 鱼 类(ng/mL，ppb)颌针鱼 1渤 海861 30颌针鱼 2渤 海574 27黄鳍金枪鱼 渤 海2383 82比目鱼黄 海320 13硬尾鱼黄 海754 31红 鱼黄 海259 10鳕 鱼 东 海828 23沙丁鱼东 海637 27 贝 类 样品来源总砷含量墨 鱼(ng/mL，

25、ppb)样 品 1渤 海238 20样 品 2渤 海367 22甲壳类动物螃 蟹 1东 海7536 56螃 蟹 2渤 海756 20螃 蟹 3东 海964 43虾 1黄 海450 23虾 2东 海蚌壳类牡 蛎渤 海86 7蚌东 海2133 67贻 贝 1东 海526 34贻 贝 2渤 海217 21贻 贝 3渤 海720 27海 藻样品来源总砷含量红 藻(g/mL，ppm)样 品 1渤 海7.9 0.3样 品 2黄 海1.7 0.2样 品 3东 海19.3 0.4样 品 4南 海1.7 0.1样 品 5渤 海3.4 0.2褐 藻 样 品 1南 海38.7 0.6样 品 2渤 海23.8 0.4

26、样 品 3渤 海31.4 0.3样 品 4东 海28.1 0.6样 品 5东 海14.6 0.2海产品中砷的形态分析结果样品名称总 量DMAAsB无机砷鱼类(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)颌针鱼 10.740.02L.O.D.*0.730.020.0110.002颌针鱼 20.480.02L.O.D.0.470.020.0070.001黄鳍金枪鱼1.740.07L.O.D.1.730.070.0140.002比目鱼 0.270.01L.O.D.0.260.010.0030.001硬尾鱼0.530.03L.O.D.0.520.030.0090.001红 鱼0.180.01

27、0.0450.0030.130.010.0030.001鳕 鱼0.630.02L.O.D.0.620.020.0070.001沙丁鱼0.390.02L.O.D.0.380.020.0060.001* L.O.D. : Limit of detection * L.O.D. : Limit of detection 软体鱼、虾、蟹、贝类的含砷形态样品名称总量DMAAsBAsS 1AsS 2Unknown无机砷贝类(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)墨鱼 10.210.01L.O.D.0.150.020.060.01L.O.D.L.O.

28、D.0.0020.001墨鱼 20.330.02L.O.D.0.240.020.080.01L.O.D.L.O.D.0.0030.001螃蟹 16.680.05L.O.D.6.600.05L.O.D.L.O.D.L.O.D.0.0730.005螃蟹 20.690.02L.O.D.0.680.02L.O.D.L.O.D.L.O.D.0.0050.001螃蟹 30.800.05L.O.D.0.790.05L.O.D.L.O.D.L.O.D.0.0050.001虾 10.390.020.0290.0020.340.020.020.01L.O.D.L.O.D.0.0020.001虾 21.810.06

29、L.O.D.1.220.040.590.03L.O.D.L.O.D.0.0060.001牡蛎0.070.010.0040.0010.030.010.040.010.0010.001L.O.D.L.O.D.蚌1.700.05L.O.D.0.790.030.750.030.0270.0020.110.010.0140.002贻贝 10.430.03L.O.D.0.270.020.140.010.0140.001L.O.D.0.0040.001贻贝20.180.01L.O.D.0.110.010.070.010.0060.001L.O.D.0.0030.001贻贝 30.580.03L.O.D.0.

30、480.030.080.010.0160.001L.O.D.0.0030.001海产食用藻类的含砷情况* L.O.D. : Limit of detection 样品名称总砷含量AsS 1AsS 2AsS 3DMA海 藻(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)(mg/kg)红藻 17.40.44.70.32.70.2L.O.D.L.O.D.红藻 21.60.20.40.11.20.2L.O.D.L.O.D.红藻 317.91.212.70.95.20.4L.O.D.L.O.D.红藻 41.50.50.20.11.30.4L.O.D.L.O.D.红藻 53.10.62.10.41

31、.00.2L.O.D.L.O.D.褐藻 133.82.27.10.57.10.517.61.22.00.2褐藻 221.51.81.40.16.30.510.61.13.20.2褐藻 329.31.93.50.37.80.512.91.25.10.4褐藻 429.60.95.10.26.80.315.40.52.30.1褐藻 513.11.10.90.11.60.28.91.01.70.2调查结果显示：我国海产品中含有高含量的砷，但主要是无毒形态，但是也含有少量无机砷以及DMA等。 由于不同形态的砷的毒性差别很大，因此在食品标签上只标示总砷量而不标示形态显然不安全了Total AsTotal

32、AsToxic AsNon-toxic AsSeafood productsSeafood products分离部分气相色谱（GC）冷阱分离（CT）液相色谱（LC）毛细管电泳（CE）检测部分原子吸收（AAS）原子荧光（AFS）原子发射（ICP-OES）等离子质谱（ICP-MS）接口部分分离检测接口联 用 技 术（）气相色谱法载气净化器流量计色谱柱柱箱汽化室检测器记录器进样放空分离能力强样品前处理较复杂对一些热不稳定的形态不适合EPA推荐了四种毒性较高的砷的形态分析的方法As(III) - As(V) MMA DMA采用的是冷阱捕集-还原气化-原子吸收方法。（）冷阱-氢化物分离法SHIMADZU

33、冷阱-氢化物分离原理只能分离有限的几种形态 As(III) As(V) MMA DMA的色谱图012510203. ICP-MS联用技术 灵敏度高 联接容易 无柱后展宽 成本高 提取液受限制 元素测定易受干扰接口技术HPLC-ICPMSHPLC-HG-AFS英国PSA公司具有在线消解功能PSAPS Analytical不同加热温度的影响（10 min）对紫菜中的两种砷糖的稳定性的考察在 0.1M 盐酸中加热10 min 对稳定性的影响在 0.5M 盐酸中加热10 min 对稳定性的影响HPLC-ICP-MS系统难点： 流动相为高盐溶液，防止锥口堵塞(SEC) 流动相为有机溶液，防止锥口碳沉积

34、梯度洗脱，流动相的变化对系统稳定性的影响(RP) 色谱与质谱的同步控制，实时显示 色谱信号（如紫外）与质谱信号的同步分析，如谱图叠加，积分，工作曲线等。优点： 样品适应性广；连接简单 Mobile phaseInjection loopGuard columnChromatographic columnHPLC Pump Inert tubing 0.5 mm i.d.NebuliserSpray chamberArgonTorchInductorInterfaceMass spectrometer快速安装 HPLC-ICP-MS-简单的物理连接HPLC接口包括：时间同步触发板必要的管路以及接

35、头惰性进样系统附加气体控制HPLC接口配件HPLC接口包括：时间同步触发板-安装于控制ICP-MS的计算机上，保证自动双向色谱和ICPMS协同工作。必要的管路以及接头-连接HPLC与ICP-MS进样系统惰性进样系统-包括一个100ul的惰性雾化器，小体积惰性雾室（可以加入附加气体）附加的气体控制-包括一个0500mL软件可调的MFC，用于当HPLC流动相中含有有机相时，加入氧气，1ml氧气3%有机相。ElementSpeciesMatricesScientific SectorAs有机砷生物组织，环境样品环境，营养学Sn & Hg有机锡，有机汞生物组织环境Se & S有机硒，有机硫生物组织营养学，生物制药Cr三价Cr，六价Cr生物组织，环境样品，粘合剂环境，工业S & Hg硫，有机汞石化工业Fe二价Fe,三价Fe生物组织环境，生物制药，营养学HPLC-ICP-MS 应用As的形态分析 AsBDMAMMAAs-V砷As（arsenic ）的形态分析方法样品种类：标准鱼类参考物质流动