ICP-MS测定黄原胶中汞元素含量的研究_孙花丽.pdf

第53卷精细化工中间体ICP-MS测定黄原胶中汞元素含量的研究孙花丽1，李利利1，张亮亮2，张振2，侯卫卫1，雷洋1，门靖3（1.陕西君境迈德生物医药科技有限公司，陕西 西安，712100；2.西安乐析医疗科技有限公司，陕西 西安710304；3.西安万隆制药股份有限公司，陕西 西安 710119）摘要：考察了药用辅料黄原胶中具有挥发性的汞元素测定方法的稳定性与可靠性。以10 mL硝酸用一定的消解程序进行微波消解，赶酸，加入标准金溶液，稀释，采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定样品中汞元素的含量，内标法定量。测试结果显示：汞元素的质量浓度在一定范围内与其对应的响应值与内标响应值的比值呈线性关系，检出限为0.020 4 g/L；6份加标样品溶液，结果相对标准偏差为11.4%；样品加标回收试验，回收率为87.3%111.3%。实际样品分析表明，汞元素含量均低于ICH Q3D规定的允许浓度限值。所建立方法专属性好、灵敏度高、准确度强、结果可靠，适用于黄原胶中汞元素的测定。关键词：黄原胶；汞元素；电感耦合等离子体质谱法；药用辅料中图分类号：O657.7文献标志码：A文章编号：1009-9212（2023）01-0092-05DOI：10.19342/ki.issn.1009-9212.2023.01.019Determination of Hg in Xanthan Gum by ICP-MSSUN Hua-li1,LI Li-li1,ZHANG Liang-liang3,ZHANG Zhen2,HOU Wei-wei1,LEI Yang1,MEN Jing3(1.Shaanxi Junjing Med Biomedical Technology Co.,Ltd.,Xi an 712100,China;2.Xi an Renalysis MedicalTechnology Co.,Ltd.,Xi an 710304,China;3.Xi an Wanlong Pharmaceutical Co.,Ltd.,Xi an 710119,China)Abstract：The stability and reliability of a method for detecting volatile mercury in Xanthan gum areinvestigated.10 mL of nitric acid was microwave digestion with a certain digestion procedure,rushed acid,added standard gold solution,diluted,and the content of mercury in the sample was determined by ICP-MS,and the internal standard was quantified.The results showed:the mass concentration of mercury element had alinear relationship with the ratio of its corresponding response value to the response value of the internalstandard within a certain range.The limit of detection(3.3/s)was 0.020 4 g/L;6 spiked sample solutions,the relative standard deviation of the result was 11.4%;spiked recovery test of the sample,The accuracy resultwas 87.3%111.3%.After analysis of the actual samples,the mercury levels were below the permissibleconcentration limits specified by ICH Q3D.This established method had good specificity,high sensitivity,strong accuracy and reliable results,and was suitable for the determination of Hg element in xanthan gum.Key words：Xanthan gum;Hg element;ICP-MS;pharmaceutical excipients作者简介：孙花丽（1988），女，陕西西安人，工程师，研究方向：药物分析和药品质量控制及其管理工作（E-mail：）。收稿日期：2022-11-22分析与测试第53卷第1期2023年2月精 细 化 工 中 间 体FINE CHEMICAL INTERMEDIATESVol.53 No.1Feb.2023黄原胶（Xanthan gum）是应用广泛的功能性药用辅料，收录于 中国药典 2020年版四部。本品系 淀 粉 经 甘 兰 黑 腐 病 黄 单 胞 菌 Xanthomonascampestris 发酵而成，由 D-葡萄糖、D-甘露糖和D-葡萄糖醛酸按2 2 1组成的多糖类高分子化合物，相对分子质量在100万以上。黄原胶是一种亲第1期孙花丽，等：ICP-MS测定黄原胶中汞元素含量的研究水胶，可在液体和半固体制剂中作为增稠剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂1-2。黄原胶在固体制剂展现出优异的使用性能，主要作为黏合剂、崩解剂、缓释剂和控释剂。其作为黏合剂时制片黏合力强，且片子不会过于坚硬，同时还可配伍淀粉、阿拉伯胶、瓜尔胶和槐豆胶等辅料，适宜片子的硬度调整，确保药物制剂在压片和贮存过程中不易出现裂片3-4。本品还具有良好的溶胀润湿和毛细管作用，既适用于高水溶性药物，也适用于水难溶性药物5。目前，黄原胶是国际上微胶囊药物囊材的重要组分，在开发研制缓控释药物方面具有良好应用前景6-7。随着全球工业化的迅猛发展以及生态环境遭受的日益迫害，日常生活中，汞中毒的病发概率也有所提升。汞中毒的发病症状主要是头痛、头晕、身体乏力和全身酸痛，并伴有高热、寒颤等症状。如出现慢性汞中毒，则会出现精神神经症相关症状，如头晕、失眠、乏力等，情感和性格也会受到影响，容易出现冲动、脾气暴躁、喜怒无常、孤僻和注意力不集中等症状8-9。根据元素杂质指南（ICH Q3D）要求，汞为药品中I类元素杂质，且按照日服用剂量不超过 10 g药品的方式计算，汞元素应不超过 3 g/g（口服）、0.3 g/g（注射）、0.1 g/g（吸入），因此严格控制其限度对于保障药品质量至关重要10，本文在口服制剂的限度基础上限度收紧至2 g/g进行考察。目前，对于重金属检测，中国药典 2020年版四部中描述了重金属的常规检测方法：比色法进行重金属检测，这类检测方法非特异性，灵敏度低，耗时耗力，且回收率很低；此外，紫外光谱法、（冷）原子吸收光谱法、X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）等均可用于重金属或元素杂质的测定11。但是电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）更适用于痕量和超痕量元素分析，具有较大优势，检出限可达 10-12g/mL。ICP-MS线性范围宽，谱线简单，分析速度快，灵敏度高，可以定量和半定量几乎所有元素，并且该方法所需的样品量非常少，样品溶液浓度较低，从而最大程度地减少了可能出现的基质效应，已经成为实验室元素杂质的主流设备，适用于试样中一个或者多个元素的定性、半定量及定量分析12-13。关于黄原胶中汞元素的分析方法未见相关研究报道，故笔者建立了一种基于ICP-MS测定黄原胶中汞元素含量的分析方法，对实验分析参数、检出限、回收率等进行探讨，以期对建立高效、便捷的黄原胶中汞元素测定方法提供参考，为黄原胶质量标准建立与完善提供实验支持。1实验部分1.1仪器、试剂、对照品与样品仪器：ICP-MS2030电感耦合等离子体质谱仪（日本岛津公司）、MDS-15微波消解仪（上海新仪微波化学科技有限公司）、BT125D电子天平（赛多利斯公司）。试剂：硝酸（176737-25G，电子级，fisher公司）。对照品：标准单元素汞（GSB 04-1729-2004，标准溶液，国家有色金属及电子材料分析测试中心，1 000 g/mL）、标准单元素Bi（GSB 04-1719-2004，标准溶液，国家有色金属及电子材料分析测试中心，1 000 g/mL）、标准单元素 Au（GSB04-1715-2004，标准溶液，国家有色金属及电子材料分析测试中心，1 000 g/mL）、标准调谐液（95732409，岛津公司）。样品：黄原胶（200701批、200702批、200801批）。1.2等离子体参数高频功率：1.2 kW；辅助气流速：1.1 L/min；雾化室：旋流；采样深度：5.0 mm；等离子体气流速：8.0 L/min；载气流速：0.7 L/min；雾室温度：5；高频频率：27.12 MHz。碰撞池参数为碰撞气种类：He；池电压：-21 V；碰撞气流速：6.0 mL/min；能量过滤器电压：7.0 V。1.3溶液的配制1.3.1稀释剂（空白溶液）取20 mL硝酸，1 mL金标准溶液，用水稀释至1 000 mL，混匀（2%的硝酸溶液）。1.3.2调谐液取1 mL标准调谐液，置于100 mL量瓶中，用93第53卷精细化工中间体2%的硝酸溶液稀释至刻度。1.3.3内标溶液（在线加入法）精密移取100 L铋单元素标准物质于100 mL量瓶中，用稀释剂定容至刻度，摇匀，精密量取5 mL于50 mL量瓶中，加稀释剂稀释至刻度，即得。1.3.4供试品溶液称取100 mg样品，精密称定，置消解内罐中，加 8 mL 硝酸，混匀，置赶酸板上，赶去浓酸后，再补加2 mL硝酸，将其放入微波消解仪上，按下表程序进行消解。待消解结束后，冷却至室温，打开密闭消解罐，置赶酸板上赶酸，待完成后，完全转移至50 mL量瓶中，加稀释剂稀释至刻度，摇匀，待测。2方法学考察2.1系统适用性测定时选取Hg202，以Bi209作为内标元素（内标元素的选择：根据待测样品中不含有该元素，与待测元素质量数相近，电离能与待测元素电离能相近，元素的化学特性相近的内标元素的选择标准，本文检测黄原胶中汞元素，故选择铋元素作为内标元素进行方法学考察）。取调谐液，按“1.2”项下的仪器参数，进行仪器校准，其In值为364.474 8，仪器状态良好。2.2线性与范围精密移取100 L Hg单元素标准物质于10 mL量瓶中，加空白溶剂稀释至刻度，精密量取250 L于50 mL量瓶中，加空白溶剂稀释至刻度，作为元素标准物质储备液。标准曲线溶液1：空白溶剂；标准曲线溶液2：精密移取储备液0.2 mL25 mL（20%）；标准曲线溶液3：精密移取储备液0.5 mL25 mL（50%）；标准曲线溶液 4：精密移取储备液 1.0 mL25 mL（100%）；标准曲线溶液 5：精密移取储备液 1.5 mL25 mL（150%）；标准曲线溶液 6：精密移取储备液 2.0 mL25 mL（200%）；按“1.2”项下的仪器参数，取上述空白溶液及各标准溶液进样分析，记录数据，以汞元素强度与内标强度比值为纵坐标，浓度为横坐标，求得线性回归方程：浓度=1.329 390I-0.091 8270，R=0.999 73（n=5），Hg在 0.44 g/L范围内线性关系良好，r值大于0.99。2.3检测限与定量限按“1.3.4”项下供试品溶液配制方法，除不加样品外，以同样的方法处理 11 个空白样品溶液；按“1.2”项下的仪器参数，取空白溶液分别进样，记录数据。Hg元素检出限为0.020 4 g/L，Hg元素定量限为0.061 9 g/L。以下式计算定量限及检出限。检出限：LOD=3.3/S定量限：LOQ=10/S方法检出限=检出限稀释倍数/称样量方法定量限=定量限稀释倍数/称样量其中为响应因子的标准偏差；S为校准曲线的斜率。2.4重复性取100 mg样品，精密称定，置消解罐中，精密量取 1 mL 对照品储备液，置消解内罐中，加8 mL硝酸，混匀，置赶酸板上，赶去浓酸后，另补加 2 mL硝酸，将其放入微波消解仪上，按表 1程序对其进行消解。待消解结束后，冷却至室温，打开密闭消解罐，置赶酸板上赶酸，待完成后，表1消解程序Table 1Digestion procedure阶段123升温时间/min101535温度/150180190保持时间/min102550表2定量限及检出限结果Table 2Limits of detection and quantification序号123456名称（响应因子的标准偏差）S（校准曲线的斜率）检出限/（gL-1）定量限/（gL-1）方法检出限/（gg-1）方法定量限/（gg-1）Hg0.004 30.752 20.020 40.061 90.010 20.030 994第1期完全转移至50 mL量瓶中，加稀释剂稀释至刻度，摇匀，待测。平行配制6份。按“1.2”项下的仪器参数，记录色谱图。计算Hg元素平均含量为1.8 g/L，RSD为11.4%（见表3）。2.5准确度配制方法同“2.4”项下重复性的样品溶液，加0.5 mL 对照品储备液，作为 0.5J 样品溶液；加1.0 mL 对照品储备液，作为 1.0J 样品溶液；加1.5 mL对照品储备液，作为1.5J样品溶液；各浓度平行配制3份样品溶液；按“1.2”项下的仪器参数，记 录 色 谱 图。计 算 Hg 元 素 回 收 率 为 87.3%111.3%，RSD为8.8%（见表4）。2.6黄原胶样品中汞含量的检测实验对黄原胶 3 批样品（200701 批、200702批、200801批）进行了汞含量的检测，测试结果稳定。测试结果见表5。3结果及讨论黄原胶在固体制剂中主要用作黏合剂、崩解剂、缓释剂和控释剂。其含有的汞元素的量会影响成品制剂的质量可控性。由于黄原胶不溶于水，同时汞元素又具有挥发性，故样品在消解过程中的温度与时间会影响检测结果的准确性，平行样品间的RSD值偏大。故选择以梯度升温的方式进行黄原胶的消解，以确保检测方法的准确度、可靠性，从而控制成品的质量。研究中对黄原胶中汞元素的检测方法进行了完整而全面地仪器参数及耐用性试验，详细考察了样品的消解温度、消解时间、赶酸温度、赶酸时间以及样品稀释剂的酸浓度等对汞元素检测的影响，消解温度过低，消解时间太短均导致样品无法消解完全，赶酸温度较高，时间较长汞元素挥发导致方法准确度太低，所以准确控制微波消解的温度与时间、赶酸的温度与时间均对黄原胶中汞元素的准确检测影响较大；同时汞元素测定时容易产生记忆效应14，导致测定结果不准确，本文中采用添加金单元素标准溶液，形成金汞齐，抑制了这种效应；最终通过实验比较后确认“1.2”项下的色谱参数与“1.3”项下的溶液的配制方法能够使样品消解更完全，溶液澄清，结果准确。所建立的汞元素ICP-MS检测方法，检测限为0.020 4 g/L，定量限为0.061 9 g/L；在0.44 g/L浓度范围内，R=0.999 73（n=5），线 性 关 系 良 好；回 收 率 为87.3%111.3%，平均回收率94.1%，RSD 为 8.8%；重复性试验 RSD 为 11.4%（n=6）。该检测方法专属性强、灵敏度高、准确度和精密度均较好，为黄原胶中汞元素的测定提供了更准确便捷的分析测试方法，同时为ICP-MS检测技术在药用辅料中测定具有挥发性属性元素奠定实验基础。参考文献：1谷金芸,李宪臻,杨帆.黄原胶寡糖的酶法制备及其性能J.大连工业大学学报,2022,41(5):326-331.2SILVIAS,DINARW,REZIRS.Preparationandcharacterization of cross-linked excipient of coprocessed xanthan表3样品加标实验结果及精密度Table 3Repeatability test results样品名称黄原胶Hg含量/（gL-1）2.251.891.801.801.762.31平均含量/（gL-1）1.8RSD/%11.4表4Hg元素加标回收率试验结果Table 4Dosing recovery test results0.5J1.0J1.5J加入量/（gL-1）1.001.001.002.002.002.003.003.003.00测得量/（gL-1）0.9070.8880.9151.811.852.242.762.753.17本底量/（gL-1）0.01回收率/%89.2287.3290.0289.7691.76111.2691.5191.17105.17均值/%94.1RSD/%8.8名称表5样品中Hg元素的检测结果Table 5Test results of Hg in samples样品批号200701200702200801Hg/（gL-1）0.010.010.01平均值/（gL-1）0.01孙花丽，等：ICP-MS测定黄原胶中汞元素含量的研究95第53卷精细化工中间体gum-acacia gum as matrix for sustained release tabletsJ.AIPConference Proceedings,2018,1933(1):3951-3956.3尚琪,赵保堂,杨富民,等.黄原胶与瓜尔豆胶复配对藜麦汁流变学特性的影响J.食品与发酵科技,2022,58(3):64-73.4黄兰华,赵宁宁,戴承江,等.黄原胶复合掺砂黏性土抗裂性能及其机理研究J.河北工程大学学报(自然科学版),2022,39(3):23-29.5ZHANG Y X,JIN X Y,JI R X,et al.Xanthan gum with double-helix structure as a novel aqueous binder to stabilize lithium-richcathodeJ.Chemical Physics Letters,2022,801(5):9700-9706.6BHUMI R,AJIT V,AMIT K,et al.Biosynthesis of xanthan gumby xanthomonas campestris using cane molasses as a 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