胡　玥，丁玉竹，高旭東，李西波，邵士俊

(1. 中國科學(xué)院 蘭州化學(xué)物理研究所，甘肅 蘭州　730000；2. 西北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 ，甘肅 蘭州　730070)

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分析測(cè)試新成果(090～095)

微波消解-高分辨連續(xù)光源原子吸收光譜法測(cè)定鎖陽和韭菜籽中的重金屬元素含量

胡玥1，丁玉竹2，高旭東1，李西波2，邵士俊1

(1. 中國科學(xué)院 蘭州化學(xué)物理研究所，甘肅 蘭州730000；2. 西北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 ，甘肅 蘭州730070)

利用微波消解-高分辨連續(xù)光源原子吸收光譜法測(cè)定鎖陽、韭菜籽兩種中藥材中銅(Cu)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、砷(As)和汞(Hg)的含量. 采用微波消解進(jìn)行樣品前處理，火焰原子吸收法測(cè)定其中的Cu含量，石墨爐原子吸收法測(cè)定Pb、Cd和Cr含量，氫化物發(fā)生原子吸收法測(cè)定As、Hg含量. 方法線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R2大于0.999，加標(biāo)回收率為95.61%～100.1%，RSD為0.8%～3.3%，測(cè)得鎖陽和韭菜籽中Cu、Pb、Cd、Cr、As和Hg的含量值均低于《藥用植物及制劑進(jìn)口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》和食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》(GB2762-2012)中規(guī)定的限量指標(biāo). 方法分析速率快、干擾少、精密度高，適用于中藥材中重金屬含量的測(cè)定.

高分辨連續(xù)光源原子吸收光譜法；微波消解；重金屬元素；定量檢測(cè)

鎖陽科、鎖陽(CynomoriumsongaricumRupr)屬多年生肉質(zhì)寄生草本，主要治療陽痿遺精、腰膝酸軟、腸燥便秘，對(duì)癱瘓和改善性機(jī)能衰弱有一定的作用. 除此之外，鎖陽還有抗氧化、抗衰老及增強(qiáng)免疫力的作用[1-3]. 韭菜籽(藥典中常稱為“韭子”)是百合科植物韭菜(AlliumtuberosumRott.L)干燥成熟的種子，不僅具有溫腎助陽的功效，而且還有抗氧化、抗突變和增強(qiáng)機(jī)體抵抗力的作用[4]. 重金屬是中藥材的主要污染物之一，對(duì)人體正常的新陳代謝和生理作用有明顯的損害作用，人體內(nèi)的重金屬過量也會(huì)導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生[5]. 因此，建立一種重金屬元素的測(cè)定方法并且對(duì)中藥材中重金屬及有害元素進(jìn)行定量檢測(cè)是十分必要的[6]. 郭石等[7]利用干法灰化與濕法相結(jié)合，測(cè)定了市售常用15種中成藥中重金屬鉛、鎘、銅的含量，但是方法存在處理時(shí)間長、步驟繁瑣、分析人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等不足. Ezoddina M 等[8]利用納米材料作為吸附劑，采用固相萃取法預(yù)富集/分離技術(shù)，分離纈草和萵苣中的鉛、鎘，然后使用原子吸收法進(jìn)行測(cè)定，但此方法對(duì)選擇的元素具有局限性. 濕式消解法適用性廣，是普通實(shí)驗(yàn)室比較常用的消解方法. 但其樣品空白吸光值往往較高，而且，開放體系下消解過程安全性差，有些酸(如高氯酸)在使用過程中有可能發(fā)生爆炸等危險(xiǎn). 此外，消解過程中還有可能產(chǎn)生對(duì)人體健康帶來危害的有害氣體[9-10]. 近幾年來微波消解作為一種先進(jìn)的樣品前處理技術(shù)常見報(bào)道. 該技術(shù)具有制備樣品速度快、操作簡(jiǎn)單、易揮發(fā)性成分損失少、污染小等優(yōu)點(diǎn)[11]. 高分辨連續(xù)光源原子吸收光譜(high resolution continuum source atomic absorption spectrometry，HR-CS-AAS)以高強(qiáng)度短弧氙燈作為連續(xù)光源，無需預(yù)熱，無需空心陰極燈，分辨率高，分析速度快，近年來已被廣泛用于不同樣品中金屬含量的檢測(cè)[12-14]. 本文采用微波消解進(jìn)行樣品前處理，并使用高分辨連續(xù)光源原子吸收光譜作為測(cè)試儀器，分別使用火焰原子法、石墨爐原子化法以及氫化物發(fā)生-原子化法對(duì)藥材中銅(Cu)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、鉛(Pb)、砷(As)和汞(Hg)等6種元素進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，分析速率快、效率高、檢出限低，并與限量指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，為綜合評(píng)價(jià)藥材質(zhì)量和保證臨床用藥的安全提供了依據(jù).

1　試驗(yàn)部分

1.1儀器與主要試劑

Jena ContrAA700型高分辨連續(xù)光源原子吸收光譜儀、HS55A-氫化物發(fā)生器(德國Analytical Jena公司)；MARS-6型微波消解儀(美國CEM公司)；趕酸器(上海博通化學(xué)科技有限公司)；MERCK MILLIPORE超純水裝置(德國默克公司)；Sartorius分析天平(d=0.1 mg)(德國賽多利斯公司).

中藥材鎖陽、韭菜籽購于甘肅黃河藥材市場(chǎng)；As、Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μg/mL(國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心)；氫氧化鈉-硼氫化鈉混合溶液：稱取1 g氫氧化鈉、3 g硼氫化鈉定容至300 mL超純水中；8%碘化鉀-抗壞血酸溶液：分別稱取8 g碘化鉀和抗壞血酸定容至100 mL超純水中；鹽酸、硝酸均為優(yōu)級(jí)純?cè)噭?，試?yàn)用水為18.2 MΩ·cm(25 ℃)超純水.

1.2待測(cè)樣品制備

1.2.1樣品預(yù)處理

將市場(chǎng)購得的中藥材樣品鎖陽、韭菜籽用純水清洗干凈，然后置于烘箱中，70～80 ℃烘干，粉碎后過380 μm篩制成藥材粉末，裝入自封袋中并貯藏在干燥器中備用.

1.2.2待測(cè)樣品的消解

分別準(zhǔn)確稱取0.500 0 g的鎖陽和韭菜籽樣品粉末置于微波消解罐中，加入8 mL硝酸，放置120 min后蓋上聚四氟乙烯內(nèi)蓋，旋緊消解罐，采用梯度升壓升溫方式進(jìn)行微波消解. 微波消解儀工作條件如表1所列. 消解完全后將消解罐打開并放置于趕酸器上，于120 ℃下趕酸至約1 mL時(shí)，冷卻至室溫后將溶液轉(zhuǎn)入15 mL比色管中，用少量超純水多次沖洗罐壁，將洗液也一并轉(zhuǎn)入刻度試管中，并用10%鹽酸定容、4 ℃保存待測(cè). 各樣品和空白均做2組平行.

1.3標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制

使用0.5%的HNO3，將Cu、Pb、Cd、Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行梯度稀釋. Cu標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成質(zhì)量濃度分別為 0.00、0.05、0.10、0.15、0.20、0.50 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液， Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成質(zhì)量濃度分別為 0.00、0.05、0.10、0.20、0.40 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，Cd 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成質(zhì)量濃度分別為0.00、0.20、0.40、1.20、1.50、2.00 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成質(zhì)量濃度分別為0.00、0.50、1.00、3.00、3.75、5.00 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液. 將As標(biāo)準(zhǔn)溶液用10%的鹽酸、8%碘化鉀-抗壞血酸溶液進(jìn)行梯度稀釋，配制成質(zhì)量濃度分別為0.00、1.00、2.00、3.00、5.00、8.00 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液. Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液用10%的鹽酸進(jìn)行梯度稀釋，配制成濃度分別為0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液.

表1　微波消解儀工作條件

1.4分析方法

鎖陽、韭菜籽按照1.2項(xiàng)下方法預(yù)處理后，采用火焰原子吸收光譜法(FAAS)測(cè)定其中Cu、Mn的含量，F(xiàn)AAS最佳吸收工作條件如表2所列. 采用石墨爐原子吸收光譜法(GF-AAS)測(cè)定其中Pb、Cd、Cr的含量，GF-AAS工作參數(shù)及石墨爐程序升溫步驟如表3所列. 采用氫化物發(fā)生-原子吸收光譜法(HG-AAS)測(cè)定其中As、Hg的含量，HG-AAS工作條件及氫化物發(fā)生器條件如表4所列.

表2　FAAS最佳工作條件

表3　GF-AAS工作參數(shù)和程序升溫步驟

表4　HG-AAS工作參數(shù)及氫化物發(fā)生器條件

1.5測(cè)定

Cu：通過進(jìn)樣管直接吸取供試品溶液，并按表2的條件測(cè)定吸光值，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上讀出質(zhì)量濃度代入計(jì)算；Pb、Cd、Cr：儀器通過自動(dòng)進(jìn)樣器精密吸取供試品溶液20 μL,加入基體改進(jìn)劑硝酸鈀5 μL，并按表3條件測(cè)定吸光值，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上讀出質(zhì)量濃度代入計(jì)算；As、Hg：用移液器吸取5 mL供試品溶液至進(jìn)樣杯，儀器自動(dòng)吸取還原劑硼氫化鈉-氫氧化鈉在反應(yīng)罐中混合均勻，測(cè)試As時(shí)需要加入8%的碘化鉀-抗壞血酸溶液，并按表4條件測(cè)定吸光值，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上讀出質(zhì)量濃度代入計(jì)算.

1.6數(shù)據(jù)處理

采用上述工作條件對(duì)樣品進(jìn)行分析，根據(jù)式(1)計(jì)算樣品中金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

(1)

式中：ω為樣品中各金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù),μg/Kg或mg/Kg；ρ為消解后樣品溶液中各金屬元素的質(zhì)量濃度,μg/L或mg/L；V為消解結(jié)束后樣品定容的體積，即15 mL；n為樣品稀釋的倍數(shù)；m為稱取樣品的質(zhì)量,g.

2　結(jié)果與討論

2.1標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

以質(zhì)量濃度(ρ)為橫坐標(biāo)、吸光度(A)為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，同時(shí)對(duì)空白溶液測(cè)定11次，所得各金屬元素的回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限如表5所列. 根據(jù)表5數(shù)據(jù)可見，各元素線性關(guān)系良好，檢出限低，相關(guān)系數(shù)R2大于0.999.

表5　各元素回歸方程及相關(guān)系數(shù)

2.2樣品測(cè)定結(jié)果及方法精密度

根據(jù)1.4和1.5所述方法對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算其RSD值，結(jié)果如表6所列. 由表6可見，這6種元素測(cè)定精密度在0.8%～3.3%之間，證明該方法結(jié)果可靠.

表6　鎖陽和韭菜籽中各元素的測(cè)定結(jié)果及精密度

2.3方法回收率

為了驗(yàn)證方法的可靠性，進(jìn)行了回收率測(cè)定. 平行稱取待測(cè)樣品8份，其中一份加入一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，按照1.4方法進(jìn)行測(cè)定，得到樣品加標(biāo)回收率，結(jié)果如表7所列. 由表7可以看出，該方法的回收率在95.61%～100.1%之間，能夠滿足中藥材中金屬元素的測(cè)定.

表7　各元素加標(biāo)回收率(n=8)

2.4氫化物發(fā)生法中反應(yīng)介質(zhì)的選擇

氫化物發(fā)生-原子吸收光譜法的原理是將樣品消化液中的待測(cè)元素還原成揮發(fā)性的共價(jià)氫化物，借助載氣流將其導(dǎo)入原子光譜分析系統(tǒng)進(jìn)行定量測(cè)定[17-18]. 氫化物發(fā)生法測(cè)得的砷為三價(jià)砷, 所以必須預(yù)先將五價(jià)砷還原為三價(jià)砷. 參考有關(guān)文獻(xiàn)資料[19]，本試驗(yàn)選擇8%的碘化鉀-抗壞血酸混合溶液作為預(yù)還原劑. 氫化物反應(yīng)宜在酸性介質(zhì)中進(jìn)行，一般常用鹽酸或硫酸來調(diào)節(jié)反應(yīng)體系酸度. 本試驗(yàn)選用鹽酸為反應(yīng)介質(zhì),分別考察當(dāng)酸度為3%、5%、 8%、10%和15%時(shí)，As和Hg元素吸光值的變化. 隨著鹽酸酸度的增加，吸光值在增大. 當(dāng)酸度為10%時(shí)，吸光值達(dá)到最大;當(dāng)酸度為15%時(shí)，吸光值不再有增加，故選用10%鹽酸作為氫化物發(fā)生-原子吸收光譜法測(cè)定As和Hg的反應(yīng)介質(zhì). 鹽酸酸度變化與吸光值變化的關(guān)系如圖1所示.

2.5石墨爐升溫程序的選擇

石墨爐法測(cè)定元素時(shí)，分為干燥、灰化、原子化、清掃4個(gè)步驟. 干燥中應(yīng)保證樣品快速蒸干而不沸騰，溫度應(yīng)略高于溶劑沸點(diǎn). 我們將其分為兩步干燥，并適當(dāng)延長干燥時(shí)間，保證樣品完全干燥不損失[20]. 灰化的目的是最大限度的消除基體組分對(duì)被測(cè)元素帶來的干擾，前提條件是把被測(cè)元素?fù)p失減至最低[21]. 原子化溫度是重要的分析條件之一，測(cè)試過程中通過調(diào)節(jié)原子化溫度來調(diào)節(jié)峰形的好壞. 隨著原子化溫度的增加，吸光值逐漸增大. 但當(dāng)超過一定溫度時(shí)，吸光值不再增加，甚至?xí)陆? 在Pb元素的測(cè)定中，灰化溫度分別設(shè)定在350和800 ℃、原子化溫度為1 500 ℃時(shí)，吸光值最大；超過1 500 ℃時(shí)，吸光值降低. 由于Pb是易揮發(fā)元素，所以原子化溫度不能超過1 500 ℃. 在Cd元素的測(cè)定中，灰化溫度分別設(shè)定為350和600 ℃、原子化溫度為1 100 ℃時(shí)，吸光值最大；當(dāng)原子化溫度超過1 100 ℃時(shí)，Cd元素?fù)p失，峰形變差，吸光值降低. 在Cr元素測(cè)定中，灰化溫度分別設(shè)定為350和1 300 ℃、原子化溫度為2 300 ℃時(shí)，吸光值最大. 由于Cr元素為高溫元素，因此原子化溫度要達(dá)到2 300 ℃時(shí)才可以充分原子化.

3　結(jié)語

本文通過采用微波消解-高分辨連續(xù)光源原子吸收光譜法，完成了對(duì)鎖陽、韭菜籽兩種中藥材中Cu、Pb、Cd、Cr、As和Hg含量的測(cè)定. 采用微波消解法對(duì)樣品進(jìn)行前處理，具有操作方法簡(jiǎn)單、消解速度快、元素?fù)p失少、消解徹底等優(yōu)點(diǎn). 利用火焰和石墨爐原子吸收光譜法分別測(cè)定Cu及Pb、Cd、Cr的含量，可達(dá)到光譜干擾少、選擇性好、靈敏度高、分析速度快等目的. 利用氫化物發(fā)生-原子吸收光譜法測(cè)定As和Hg，靈敏度高，分析精度好，穩(wěn)定性好，無干擾，結(jié)果準(zhǔn)確可靠. 本文檢測(cè)的鎖陽、韭菜籽兩種中藥材，其6種重金屬含量及總量均低于《藥用植物及制劑進(jìn)出口行業(yè)綠色標(biāo)準(zhǔn)》和食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》(GB2762-2012)的規(guī)定. 因此，本文所建立的分析方法為中藥材中重金屬的含量評(píng)估提供了依據(jù)，為人們的臨床用藥提供了一定的安全保障，同時(shí)對(duì)中藥材的種植及培育也具有一定的指導(dǎo)意義.

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Determination of Heavy Metal Elements in Cynomorium and Leek Seeds by High Resolution Continuum Source Atomic Absorption Spectrometry with Microwave Digestion

HU Yue1, DING Yu-zhu2, GAO Xu-dong1, LI Xi-bo2, SHAO Shi-jun1

(1.LanzhouInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000,China;2.CollegeofLifeSciences,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou730070,China)

The contents of heavy metals (Cu, Pb, Cd, Cr, As, Hg)in Chinese herbal medicines (cynomorium and leek seeds) were tested using microwave digestion-high resolution continuum source atomic absorption spectrometry (HR-CS AAS). The samples were digested by microwave digestion, and methods were developed for the determination of the contents of Cu by flame atomic absorption spectrometry, Pb, Cd and Cr by graphite furnace atomic absorption spectrometry, As and Hg by hydride generation atomic absorption spectrometry, respectively. The recoveries were 95.61%～100.1%, the relative standard deviations (RSDs) were 0.8%～3.3%, and the correlation coefficients of R2were 0.999. The results showed that the contents of the above-mentioned heavy metal elements in cynomorium and leek seeds were all lower than the permitted values in the standard of “medicinal plants and preparation of green import industry standard” and National food safety standard “l(fā)imited quantity of pollutants in food”. The established method are simple, rapid, accurate and reliable, and are successfully applied to analyze the contents of heavy metal elements in Chinese herbal medicines.

HR-CS AAS; microwave digestion; heavy metal elements; determination

2016-05-12;

2016-05-30.

中國科學(xué)院儀器設(shè)備功能開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(Y40474KJY1)，西北師范大學(xué)青年教師科研能力提升計(jì)劃骨干項(xiàng)目(NWNU-LKQN-13-9)

胡玥(1986-)，女，工程師，碩士，主要從事原子吸收光譜方向的研究，E-mail：yongjinghy@163.com

邵士俊,男，研究員，博士，《分析測(cè)試技術(shù)與儀器》編委，主要從事分子識(shí)別與分離分析新方法的研究，E-mail：sjshao@licp.cas.cn.

O657.32

B

1006-3757(2016)02-0090-06

10.16495/j.1006-3757.2016.02.005