中草药  2015, Vol. 46 Issue (7): 1056-1064
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引用本文doi: 10.7501/j.issn.0253-2670.2014.07.022
罗益远, 刘娟秀, 侯娅, 刘训红, 兰才武, 马阳, 王胜男. 何首乌不同产地及商品药材中无机元素的ICP-MS分析[J]. 中草药, 2015, 46(7): 1056-1064.
LUO Yi-yuan, LIU Juan-xiu, HOU Ya, LIU Xun-hong, LAN Cai-wu, MA Yang, WANG Sheng-nan. ICP-MS analysis on inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix from different habitats and commercial herbs[J]. Chinese Traditional and Herbal Drugs, 2015, 46(7): 1056-1064.
何首乌不同产地及商品药材中无机元素的ICP-MS分析
罗益远1,刘娟秀1, 侯娅1,王胜男1 , 兰才武2, 马阳1,刘训红1     
1. 南京中医药大学, 江苏 南京 210023;
2. 贵州昌昊中药发展有限公司, 贵州 凯里 556000
收稿日期: 2014-09-28;
基金项目： 国家科技支撑计划项目(2011BAI13B04);江苏高校优势学科建设工程资助项目(ysxk-2014)
作者简介：罗益远(1989—),男,福建连城人,在读硕士研究生,主要从事中药品质评价研究。E-mail:luoyiyuan0012@sohu.com
通讯作者：刘训红(1959—),教授,主要从事中药鉴定与品质评价研究。Tel:13951976286E-mail:liuxunh1959@sohu.com
摘要：目的 建立何首乌药材Polygoni Multiflori Radix中无机元素的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析方法, 并对不同产地何首乌及商品药材中无机元素进行分析比较。方法 样品经微波消解后, 采用ICP-MS法测定无机元素的量, 并用SPSS 16.0对数据进行相关性分析、主成分分析。结果 检测了何首乌药材中24种元素, 元素之间有一定的相关性, K、Fe、Mg、Ca、P的量较高, 重金属及有害元素的量应引起关注;主成分分析选出6个主因子, 得出Fe、Si、Ca、Al、K、Be、Sb、Mn、Zn、Ba是何首乌的特征无机元素。结论 为何首乌药材的质量控制及安全性评价提供依据。
关键词： 何首乌     不同产地     商品药材     无机元素     电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)    
ICP-MS analysis on inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix from different habitats and commercial herbs
LUO Yi-yuan1, LIU Juan-xiu1, HOU Ya1, WANG Sheng-nan1, LAN Cai-wu2, MA Yang1, LIU Xun-hong1    
1. Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023, China;
2. Guizhou Chang Hao Chinese Medicine Co., Ltd., Kaili 556000, China
Abstract: Objective To establish a method for simultaneous analysis on the inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix. by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and compare the inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix between different origin and commercial herbs. Methods The sample solutions were analyzed by ICP-MS after microwave digestion. The data of correlations, principal components, and cluster were analyzed with the SPSS 16.0 software. Results Twenty four inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix were determined. And there were some correlations among the inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix. The contents of K, Fe, Mg, Ca, and P were abundant. The content of heavy metals and harmful elements should be caused for concern. Six main factors were selected by principal component analysis (PCA). The PCA results showed that Fe, Si, Ca, Al, K, Be, Sb, Mn, Zn, and Ba may be the characteristic elements in Polygoni Multiflori Radix. Conclusion This experiment provides the evidence for the quality control and safety evaluation of Polygoni Multiflori Radix.
Key words: Polygoni Multiflori Radix     habitats     commercial herbs     inorganic elements     inductively coupled plasma mass spectrometry    

何首乌Polygoni Multiflori Radix为大宗常用中药材，系蓼科（Polygalaceae）植物何首乌Polygonum multiflorum Thunb. 的干燥块根；具有解毒、消痈、截疟、润肠通便之功效[1]。现代药理研究表明，何首乌具有抗衰老、增强免疫力、抗肿瘤、保肝、止痛抗菌等作用，其药效成分除二苯乙烯苷类[2]、蒽醌类、黄酮类[3]、磷脂类[4]等有机物外，无机元素对药效发挥的协同作用也不容忽视。如Zn、Mn是中医“肾”的基础物质，Zn参与人体代谢，影响大脑发育，对维持人体免疫健康起着重要的作用[5]；Mn在内分泌和神经系统中发挥的作用与中医中“肾”的功能吻合，Mn能提高超氧化物歧化酶（SOD）活性，提高机体的免疫功能[6]。近年来研究发现中药的药效与其所含微量元素有关；植物体内无机元素的存在对中药临床治疗效果的影响有着密切关系，除直接参与调节体内必需的元素外，常与其药用有机成分产生协同作用，增强其疗效[7]。

无机元素的测定方法主要有原子吸收分光光度法[8]、原子荧光法、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法[9]、电感耦合等离子体-原子发射光谱法[10]等。其中，ICP-MS具有灵敏度高、线性范围宽、抗干扰能力强、分析速度快等优点，现已广泛应用于食品和药品等领域的多元素同时分析测定[11]。由于何首乌产地较多，有野生品和栽培品，市售商品药材又有生品和炮制品，造成药材质量参差不齐。关于何首乌药材的质量评价，目前主要集中在二苯乙烯苷、蒽醌类等有机成分分析方面[12, 13]，对无机元素研究报道尚少。本实验采用ICP-MS法对何首乌不同产地及商品药材33份样品中24种无机元素进行测定，并对测定结果进行多元统计分析，为何首乌药材的质量控制及安全性评价提供依据。

1 仪器与试药

OptimaTM 2100DV电感耦合等离子体-质谱仪（美国Perkin Elmer公司）；ETHOS型微波消解系统（意大利Milestone公司）；BSA2245型电子分析天平（德国赛多利斯公司）；DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱。

各元素标准溶液均为国家标准样品，含有27Al、75As、137Ba、9Be、209Bi、112Cd、59Co、52Cr、64Cu、56Fe、24Mg、55Mn、59Ni、122Sb、119Sn、48Ti、51V、65Zn、91Zr的多种元素标准溶液（100 μg/mL）；56Fe（GSB04-1726-2004）、27Al（GSB04-1713-2004）、24Mg（GSB04-1735-2004）、40Ca（GSB04-1720-2004）、39K（GSB04-1751-2004）、200.5Hg（GSB04-1729-2004）、207Pb（GSB04-1742-2004）、28Si（GSB04-1752-2004）、10.8B（GSB04-1716-2004）、31P（GSB04-1741-2004a）、87.6Sr（GSB04-1754-2004）的单元素标准溶液（1 000 μg/mL），国家有色金属及电子材料分析测试中心。65%硝酸（AR，批号080330229）；试验用水均为双重蒸馏水。

何首乌样品为实地采集或相关医疗单位提供，均经南京中医药大学药学院刘训红教授鉴定为何首乌Polygonum multiflorum Thunb. 的块根。留样凭证存放于南京中医药大学中药鉴定实验室。样品信息见表 1。

表 1 样品信息 Table 1 Sample information of Polygoni Multiflori Radix
2 方法与结果 2.1 对照品溶液的制备 2.1.1 多元素对照品溶液的配制

分别精密吸取多种元素标准溶液10 μL，用去离子水定容至10 mL，配成多元素混标母液，质量浓度为1 μg/mL。精密吸取母液标准溶液0、0.25、0.5、0.75、1.0 mL，分别准确加入浓硝酸1.8 mL，用去离子水定容至10 mL，配成含As、B、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Sb、Sn、Sr、V、Zn等元素质量浓度分别为0、0.025、0.05、0.075、0.1 μg/mL系列质量浓度的混合对照品溶液。

2.1.2 K、Mg、Ca、P对照品溶液的配制

分别精密移取K、Mg、Ca、P标准溶液0、0.1、0.2、0.3、0.5 mL，准确加入浓硝酸1.8 mL，用去离子水定容至10 mL，配成含K、Mg、Ca、P质量浓度分别为0、10、20、30、50 μg/mL系列质量浓度的混合对照品溶液。

2.1.3 Fe、Al、Si对照品溶液的配制

精密移取Fe、Al、Si单元素标准溶液0、0.02、0.03、0.04、0.05 mL，准确加入硝酸0.09 mL，用去离子水定容至10 mL，配成含Fe、Al、Si质量浓度分别为0、2.0、3.0、4.0、5.0 μg/mL系列质量浓度的混合对照品溶液。

2.1.4 Pb、Hg对照品溶液的配制

分别精密吸取Pb、Hg的单元素标准溶液各10 μL，用去离子水定容至10 mL，配成Pb、Hg母液，质量浓度为1 μg/mL。分别精密移取Pb、Hg母液各0、0.25、0.5、0.75、1.0 mL，准确加入硝酸1.8 mL，用去离子水定容至10 mL，配成含Pb、Hg质量浓度分别为0、0.025、0.05、0.075、0.1 μg/mL系列质量浓度的混合对照品溶液。

2.2 供试品溶液制备

精密称取样品粉末（过80目筛），充分混匀备用。准确称取0.4 g样品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20 min，待反应不剧烈后加盖密封，装入微波消解仪中，按设定的消解程序[11]：先经10 min由室温升温至150 ℃，150 ℃维持2 min消解，然后3 min由150 ℃升温至200 ℃，200 ℃维持8 min消解。消解完毕后，冷却至室温，取出消解罐，在通风橱中将酸挥尽，用去离子水定容至100 mL量瓶中。

2.3 测定条件

ICP-MS工作参数：功率13 kW，冷却气流量15 L/min，载气体积流量0.8 L/min，辅助气流量0.2 L/min，样品提升量为1.5 mL/min；测量条件为积分时间10 s，延迟时间1 s，重复次数1次；测量方式：标准曲线法；读数方式为峰强。

2.4 标准曲线制备

根据试样中待测元素的水平配制对照品溶液，依次测定24种无机元素的系列质量浓度对照品溶液，按测定条件以对照品质量浓度为横坐标（X），对照品峰强度为纵坐标（Y），绘制标准曲线，得各元素的回归方程、相关系数和线性范围。结果见表 2。

表 2 24种无机元素的标准曲线 Table 2 Calibration curves of 24 inorganic elements
2.5 加样回收率试验

取已知量的S9样品0.4 g（5份），精密称定，分别精密加入一定量的各元素标准溶液，依法制备样品溶液，依上述条件进样测定，计算得到各元素的平均回收率在97.12%～102.59%，RSD均小于1.3%。

2.6 无机元素的测定

取各样品供试品溶液，按上述条件上机测定。得何首乌的无机元素分析结果见表 3。对何首乌不同产地及商品的测定结果进行分析，可以得出，K、Fe、Al、Mg、Ca、P的量亦很高，而Sn、As、Zs、Sb、Pb、Co、Cd、Ni、Ba、B、Si、Hg、Mn、Cr、V、Cu、Be、Na、Sr的量较低。其中对重金属元素及有害元素Cd、As、Pb、Hg、Cu等进行分析显示，湖北罗田县（S6）的何首乌中未检测出Hg元素，在其他样品中均检测出重金属及有害元素，且量较高，应该引起注意。33份何首乌样品中，大多数无机元素的量均有一定的差异，其中Fe、Ca的量悬殊，最高量分别为6 398.33、5 439.58 μg/g，最低量只有188.33、820.12 μg/g。表明不同产地及商品何首乌中各无机元素量差异较明显，但其元素分布规律却呈现相似的分布态势。

表 3 何首乌中无机元素分析 Table 3 Analysis on inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix
2.7 无机元素指纹谱的建立

取所有何首乌样品无机元素量的均值，根据定量测量的元素结果，筛选出21种无机元素，为了绘图过程的方便，把一些量悬殊的元素同时缩小或扩大相同倍数至同一数量级（K、Ca、Mg缩小100倍，Fe、Al、Si、P缩小10倍，B、Cd扩大10倍），见图 1。何首乌中各种无机元素量有差异，可以根据各元素分布规律区分。

图 1 何首乌无机元素特征谱图Fig.1 Characteristic spectrum of inorganic elements in Polygoni Multiflori Radix
2.8 无机元素间主成分分析

选择何首乌中16种无机元素进行分析，应用SPSS 16.0统计软件包中的因子分析程序对原始数据进行标准化处理。

2.8.1 主成分筛选及其贡献率

主成分的特征值及贡献率是选择主成分的依据，表 4描述了主成分分析初始值对原有变量的总体描述情况。从表中可知前6个主成分的累积方差贡献率达到86.449%（＞85%），因此选择前6个主成分，它们代表了何首乌中无机元素全部的信息。

KMO统计量与Bartelett球形检验结果显示，KMO统计量＝0.516，球形检验卡方统计量＝484.36，P＜0.01，适于因子分析。

表 4 特征值和贡献率 Table 4 Eigenvalue and contribution

表 5是经方差最大正交旋转后的因子载荷矩阵，用以鉴别有实际意义的因子。从中可以看到第 1个主因子和Be、Sb呈高度正相关，和Al呈高度负相关；第2个主因子和Fe、Mn呈高度正相关；第3个主因子和K呈高度正相关；第4个主因子和Zn、Ba呈高度正相关；第5个主因子和Ca呈高度正相关；第6个主因子和Si呈高度正相关。因为总方差85%以上的贡献来自前6个主因子，所以可以认为Fe、Si、Ca、Al、K、Be、Sb、Mn、Zn、Ba是何首乌的特征无机元素。

表 5 旋转变换后的因子矩阵 Table 5 Factor matrix after rotation transform
2.8.2 计算因子得分

表 6为因子得分系数矩阵，根据主成分计算公式可以得到前6个主成分与原16项指标的线性组合[14]：F1＝-0.084 Fe－0.001 Si＋0.032 Ca－0.199 Al－0.032 K＋0.086 Mg＋0.258 P－0.099 Sn－0.04 Zn＋0.084 Co＋0.035 Ba－0.083 Mn＋0.200 V+ 0.221 Be＋0.207 Sb＋0.091 B；F2＝0.375 Fe－0.024 Si＋0.021 Ca－0.105 Al＋0.117 K＋0.094 Mg＋0.016 P－0.012 Sn＋0.091 Zn＋0.226 Co－0.153 Ba＋0.35 Mn－0.042 V－0.051 Be＋0.011 Sb－0.211 B；F3＝-0.121 Fe－0.143 Si－0.132 Ca＋0.049 Al＋0.69 K＋0.232 Mg＋0.321 P－0.184 Sn－0.042 Zn＋0.05 Co＋0.036 Ba－0.009 Mn－0.014 V－0.094 Be－0.059 Sb＋0.333 B；F4＝0.154 Fe＋0.012 Si－0.037 Ca＋0.041 Al－0.09 K－0.127 Mg－0.023 P－0.002 Sn＋0.593 Zn－0.228 Co＋0.432 Ba＋0.006 Mn＋0.075 V＋0.055 Be－0.013 Sb＋0.124 B；F5＝0.042

Fe＋0.01 Si＋0.752 Ca－0.093 Al－0.102 K－0.061 Mg－0.118 P－0.091 Sn－0.072 Zn－0.056 Co＋0.01 Ba＋0.015 Mn－0.451 V＋0.228 Be＋0.081 Sb－0.062 B；F6＝-0.076 Fe＋0.729 Si－0.002 Ca＋0.217 Al－0.271 K＋0.26 Mg＋0.058 P－0.12 Sn－0.08 Zn＋0.022 Co＋0.126 Ba－0.065 Mn＋0.259 V－0.03 Be＋0.023 Sb＋0.184 B。

计算综合得分F＝0.309 F1＋0.217 F2＋0.121 F3＋0.093 F4＋0.069 F5＋0.056 F6。

按综合评价函数计算出不同样品的综合得分（F）及得分排名见表 7。综合排序的名次越前，表明就无机元素而言，该样品的质量较好，反之，质量就较差。

表 6 因子得分系数矩阵 Table 6 Coefficient matrix of factor scores

表 7 主成分值及综合主成分值 Table 7 Principal component values and comprehensive principal component values
2.9 无机元素量间的相关性分析

何首乌中的无机元素量间的相关性见表 8。结果显示，不同产地及商品何首乌中元素量之间有57个显著正相关（P＜0.01），25个正相关（P＜0.05）；有3个负相关（P＜0.05）：Cu-Cd、Al-Co、Hg-Cd；有12个显著负相关（P＜0.01）：Ca-V、Al-P、Al-V、Al-Be、Al-Sb、Al-As、Al-Pb、K-V、Co-Cd、Ni-Cd、Mn-Cd、Cd-Cr。正相关表明何首乌中82对元素吸收积累过程有很好的协同作用；而负相关则表明15对元素的吸收积累过程起着拮抗作用。

表 8 何首乌中无机元素量间相关性分析 Table 8 Correlation of inorganic elements contents in Polygoni Multiflori Radix
3 讨论

本实验采用ICP-MS法分析何首乌不同产地及商品药材共33批样品中24种无机元素。分析结果显示，何首乌中常量元素以K、Fe、Mg、Ca、Al、P等较为丰富，微量元素以Zn、Mn和Sn量较为丰富。其中K能加强肌肉的韧性和心脏的运动力，促进蛋白质、碳水化合物和热能代谢，是机体中重要的电解质；Fe参与血红蛋白、肌红蛋白及多种含铁酶的合成，参与物质代谢过程，一些铁依赖酶对免疫系统有影响[15]。Ca和Mg参与神经及免疫信息传导；Zn参与人体代谢，影响大脑发育，对维持人体生长发育及免疫健康起着重要的作用[5]；Mn能提高SOD活性，提高机体的免疫功能，参与造血过程和脂肪代谢过程[6]。上述元素所表现出的生理功能与何首乌具有免疫调节、抗氧化、延缓衰老、抗肿瘤和抗炎等[16]作用相一致，因此可认为何首乌所含有的这些无机元素为其功效物质基础之一，且这些元素在何首乌药效发挥的过程中起着协同作用，主成分分析结果表明Fe、Si、Ca、Al、K、Be、Sb、Mn、Zn、Ba是何首乌的特征无机元素。

重金属及有害元素是中药材安全性评价的重要指标，目前许多中药都已经制定了Pb、Hg、As、Cd等元素的限量标准[17]。实验结果显示，所测试的何首乌大多数样品中Hg、As、Cr等均大于《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》中Pb≤5.0 μg/g，Cd≤0.3 μg/g，Hg≤0.2 μg/g，As≤2.0 μg/g，Cu≤20.0 μg/g的限量标准。为确保何首乌临床用药的安全有效，重金属及有害元素的限量控制要引起足够的重视，也为何首乌药材的炮制减毒提出了更高的要求。

本实验建立了ICP-MS同时分析何首乌中24种无机元素含量的方法，对不同产地及商品药材进行比较分析，并对测定结果作多元统计分析，从而为市售何首乌药材或饮片的质量控制及安全性评价提供科学的参考依据。

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