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电感耦合等离子体质谱法测定秦巴山区忍冬叶中47种无机元素

2024-09-06 114 上传者：管理员

摘要：采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定秦巴山区忍冬叶中的无机元素.结果显示，从忍冬叶中检出47种无机元素，含量相对较高的无机元素有Sr, Ba, Zn,含量分别为65.949,35.972,11.870 mg/kg;检出Ce, La, Nd等14种稀土元素，Ce含量最高，为0.336 mg/kg, Lu含量最低，为0.002 mg/kg;含量稍高的8种重金属元素有Zn, Cu, Pb, Cr, Co, As, Cd, Sn, Cu和Pb含量分别为7.156,2.176 mg/kg; Bi, W,Sb 3种无机元素含量低于检出限，未能检出.此方法灵敏度较高，可实现多种元素同时检测，为忍冬叶中所含无机元素提供了实验依据.

关键词：
传统药食同源
忍冬叶
无机元素
测定
电感耦合等离子体质谱法
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忍冬(Lonicera japonicaThunb.)俗称金银藤、金银花等，是中国传统药食同源的天然产物，其花蕾为常用的中药材，含有大量的活性成分[1],其中无机元素的含量和种类较为丰富[2].无机元素在机体中发挥着至关重要的作用，人体内50 %～70 %的酶需要其参与才能发挥作用[3],是维持人体健康与防病治病必要的基础物质.无机元素的检测方法较多，常用的包括原子吸收光谱法(AAS)、原子荧光光谱法(AFS)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-ACE)及电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等[4-5].其中，ICP-MS具有更低的检出限、更宽的动态线性范围、更少的干扰、较高的精密度和较快的分析速度，并可提供精确的同位素信息.

目前对忍冬花蕾的开发与应用已有大量的研究，并开发出了多种医用品、食品[6]、保健品和化妆品等.忍冬叶作为忍冬的副产物，其产量是忍冬花的10倍多[7],因此，对忍冬叶的综合利用也受到关注.忍冬叶可替代忍冬花蕾作为一些提取药物的原料[8],关于忍冬叶中有机酸、黄酮、环烯醚萜等化学成分的分析检测、提取和分离已有一些研究[9-10],而对忍冬叶中无机元素含量和种类的研究还较少，且对其中的无机元素的检测和分析还不够全面.因地方种植与基因遗传原因，对特定地区药食同源产物的无机元素检测更为关键.

本文中，笔者采用ICP-MS测定秦巴山区忍冬叶中47种无机元素含量并进行统计分析，为秦巴山区忍冬叶作为中药材深加工应用提供理论依据.

1、材料与方法

1.1材料与试剂

忍冬叶收集于陕西省秦巴山区，由陕西理工大学植物学分类专家赵烨教授鉴定，确定为忍冬科植物忍冬的叶.

硝酸与氢氟酸为优纯级，实验用水为超纯水(UPH-Ⅲ-20T,南京优浦仪器设备有限公司).

1.2实验仪器

ELAN DRC-e型四级杆电感耦合等离子体质谱仪(加拿大Perkin Elmer公司),BSA124S-CW型电子天平(赛多利斯科学仪器有限公司).

1.3实验方法

1.3.1忍冬叶的前处理

消解方法与检出限参照文献[11].准确称取0.1 g样品置于聚四氟乙烯坩埚中；依次加入2 mL经亚沸的HNO3和0.2 mL经亚沸的HF分别用于消解忍冬叶中的有机成分和含硅矿物，将坩埚置于钢套中；待钢套冷却，取出坩埚，置于电热板上于140℃下蒸干，加入1 mL HNO3并再次蒸干，主要目的是赶HF,防止腐蚀仪器石英部件；加入2 mL经亚沸的HNO3、2 mL超纯水和1 mL 500 ng/mL的含Rh溶液作为内标，再次将坩埚放入钢套中，拧紧后置于烘箱中于(140±5)℃下加热4～5 h,将溶液转移至聚乙烯塑料瓶中，移取1 mL溶液稀释至10 mL,密封保存.

1.3.2 ICP-MS的测试条件

1)以Ar为载气，通过高频振荡器生成温度约7 000℃的等离子体，以实现绝大多数元素的电离.等离子体非常不稳定，仪器状态在连续测量中可能出现显著波动，导致元素信号漂移.

2)为了监控信号漂移，采用Rh作为内标元素.但是，对于低质量段元素(如Li, Be, V)以及半金属元素(如Ge, As, Sn, Sb),因电离效率相对较低，所以测试结果不理想.

3)在质谱分析中，存在多原子团干扰，如35Cl40Ar的质量峰与75As的质量峰重叠，135Ba16O的质量峰与151Eu的质量峰重叠以及141Pr16O的质量峰与157Gd的质量峰重叠.为了消除这些干扰，分别对1 200 mg/L Ba和20 mg/L Pr的纯溶液进行测试，分析溶液中Eu和Gd的潜在假象信号.实验表明，1 200 mg/L Ba通常产生0.3 mg/L BaO,而20 mg/L Pr产生2.5 mg/L PrO.根据该比例进行调整，文章中关于Eu和Gd的含量数据均为扣除干扰后的结果.

4) ICP-MS对绝大多数无机元素的重复性测试相对标准偏差(RSD)优于10 %,检出限为0.1μg/g.

2、结果与讨论

从忍冬叶中共检测出47种无机元素，具体含量见表1.测定结果显示，Sb, W,Bi 3种无机元素含量低于检出限，未能检出；Be, Ge, In, Tb, Ho, Lu, Ta 7种无机元素含量较低，低于0.01 mg/kg,其中平行样1中Be元素含量低于0.01 mg/kg,平行样2和3中稍高于0.01 mg/kg; Nb, Mo, Ag, Cd, Cs, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Tm, Yb, Hf, Tl, Th, U 17种无机元素含量为0.01～0.10 mg/kg;含量较高的8种无机元素有Cr, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Ba, Pb,见表2,其中Sr的平均含量最高，为65.949 mg/kg, Cr的平均含量最低，为0.863 mg/kg,且Cr的数据分布的波动性相对较大，标准偏差(SD)较大，为0.223 mg/kg, Cu和Rb的SD较小，分别为0.017,0.013 mg/kg.在特定环境与遗传学上，不同地区忍冬的不同部位中无机元素含量不同，Cr和Mo在河南封丘忍冬叶中含量最高，Mn在山东平邑忍冬叶中含量最高，Pb在河南新密忍冬叶中含量最高，K在河北巨鹿忍冬叶中含量最高，Co在忍冬叶中含量差别较小[12].付庆霞[13]通过ICP-AES测定忍冬全草中Ca, Mn, Fe, Zn 4种元素的含量，忍冬叶中4种元素含量均高于花蕾中的含量.基于本研究可知，B,Na, Mg, Al, Si, P,Ca, Ti, Mn, Fe, Se 11种无机元素在秦巴山区忍冬叶中未检出.

表1忍冬叶47种无机元素含量

表2忍冬叶中8种无机元素含量特征值

2.1重金属元素含量

重金属元素在人体中积累过量时，会对人体的新陈代谢与生理功能造成损害.Yavuz等[14]发现重金属元素在原发性慢性休止期脱发中起致病作用.在忍冬花蕾中，Cd的超标率最高，其次是Cu和Pb.As和Hg含量均未超过标准值，Cr, Mn, Ni, Zn含量较低[15].Peng等[16]通过ICP-MS检测4种地区忍冬样品中的As含量，其中河南封丘忍冬植株中总As含量为2.93 mg/kg,忍冬花蕾中As含量为0.245 mg/kg;河南新密忍冬植株中总As含量为4.12 mg/kg,忍冬花蕾中As含量为0.267 mg/kg.可以明显看出，忍冬花蕾中As含量远低于忍冬植株中的As含量，说明土壤中只有部分As被忍冬花蕾吸收.赵蓉[17]研究发现部分地区忍冬花蕾中某些重金属含量略微超标.因此，作为忍冬花蕾入药的替代品，忍冬叶中有毒重金属元素的检测极为关键.秦巴山区忍冬叶中共检出8种有毒重金属元素，见表3.其中Zn含量最高，均值为11.870 mg/kg, Cd含量最低，均值为0.077 mg/kg, Co含量也较低，均值为0.178 mg/kg, As和Sn含量相近，均值分别为0.572,0.583 mg/kg.Cr, Cu, Zn, As, Cd, Pb的检出量低于行业标准(WM/T2-2004)[18],符合药用植物规定(Cr≤1.0 mg/kg, Cu≤20 mg/kg, Zn≤100 mg/kg, As≤2.0 mg/kg, Cd≤0.3 mg/kg, Pb≤5.0 mg/kg).在解决药用动植物体内Cr重金属超标问题上，Meng等[19]测定忍冬中Cr富集因子为5.19,Cr运转系数为1.79,说明忍冬能富集和转移重金属Cr,具有相同化学性质的忍冬叶是否也具有相似功效，还有待考究.

表3忍冬叶中有毒重金属元素含量特征值

2.2稀土元素含量

当稀土元素含量低时，可以有效地促进种子萌发，增强植物对病菌的抵抗作用，在人体中可以起到良好的抑菌、消炎、抗病毒等功效[20].当稀土元素含量过高时，会对人体的肝肾功能以及神经系统造成损害.因此，稀土元素的检测对于药食同源的中草药类植物具有重要意义.在植物中，稀土元素含量分布是叶>根>茎，且叶片中的稀土元素含量远高于根和茎[21].在秦巴山区忍冬叶中共检测出16种稀土元素，见表4.其中Y,La, Ce, Nd 4种稀土元素含量较高，均值超过0.1 mg/kg, Ce含量最高，均值为0.336 mg/kg.Sc, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Tm, Yb 9种稀土元素含量适中，均值为0.01～0.1 mg/kg.Tb, Ho, Lu 3种稀土元素含量较低，均值小于0.01 mg/kg.

表4忍冬叶中稀土元素含量特征值

2.3人体所需无机元素含量

在秦巴山区忍冬叶中共检测出8种人体所需的无机元素，见表5.含量较高的3种元素为Ni, Cu, Zn,平均含量分别为8.735,7.156,11.870 mg/kg;含量最低的为Mo,其均值为0.057 mg/kg.Co, Cu, Zn 3种无机元素具有协同作用，可以减缓人的衰老；Ni能刺激生血机能、稳定大分子结构稳定性[22];Cr和V可以增强胰岛素功能；Sn具有抑制癌细胞作用[23].忍冬叶中所含这些无机元素，在药用过程中可对人体提供所需的无机元素，对药效的发挥具有促进作用.

在其他地区忍冬无机元素的检测中，忍冬叶中Mg, Ca, Fe 3种无机元素均超过花蕾中的含量，且忍冬叶中总黄酮的含量也高于忍冬花蕾[24].由此可知，忍冬叶同样具有良好的抑菌、消炎等药理作用，为其替代忍冬花蕾成为入药的主要原料提供了实验依据.因地方环境与土壤因素，在秦巴山区忍冬叶中并未检测出这3种元素，同其他地区忍冬相比，所检测出的其他无机元素含量差别较小，且Zn, Sr, Ba等无机元素含量明显高于忍冬花蕾.

表5忍冬叶中人体所需无机元素含量特征值

3、结论

采用ICP-MS对秦巴山区忍冬叶中的无机元素进行分析，共检测出47种无机元素，其中有8种重金属元素、16种稀土元素和8种对人体有益的无机元素.与忍冬花蕾相比，这些元素在忍冬叶中的含量虽略有增高，但未超出药用植物行业的安全标准，显示出忍冬叶在无机元素含量上的独特优势.证明了忍冬叶具有重要的药用价值以及替代忍冬花蕾作为主要药用成分的潜力.中草药中的无机元素含量受生长环境和遗传因素影响，特别是忍冬这种广泛种植的药食同源植物，全面检测其无机元素对确保其药用安全性至关重要，为忍冬叶在未来应用提供了可靠的科学依据.

参考文献:

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[4]魏玲玲.秦巴山区野菊茎叶中化学成分的研究[D].汉中:陕西理工大学,2023.

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[7]武雪芬,李玉贤,魏炜,等.金银花越冬老叶有效成分测定[J].中药材,1997,20(1):6-7.

基金资助:陕西省科技厅社会发展科技攻关项目(2022SF-356);陕西省教育厅科研项目(21JS004);

文章来源:郝梦超,马思远,姚甜,等.电感耦合等离子体质谱法测定秦巴山区忍冬叶中47种无机元素[J].河北师范大学学报(自然科学版),2024,48(05):492-498.