ICP-MS法测定荷叶无机元素含量差异分析及其指纹图谱的建立.pdf

ICP-MS 法测定荷叶无机元素含量差异分析及其指纹图谱的建立陈玉园1，洪家顺1，王裕成1，李道成1，刘德根2*（1.江西省道地药材质量评价研究中心，江西赣江330029；2.江西沃华济顺医药有限公司，江西赣江330029）摘要：目的：为探究荷叶中无机元素的含量，为荷叶药材的资源开发和质量安全提供科学依据。方法：采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定 Li、Be、Ti 等 25 种无机元素的含量。结果：荷叶中存在大量的无机元素，其中 Mn含量均超过 1 000 mg/kg，最高可达 2 840.288 mg/kg；Ba 含量为 49.091166.57 mg/kg；Fe 含量为 53.524117.094 mg/kg；Sr、Ti、Rb、Zn 的含量在 10100 mg/kg；Li、Cu、Se 的含量在 110 mg/kg；Sb 未检出。Cu、Hg、Pb、Cd、As 检出含量值均远小于 2020 年版 中国药典 规定的限量标准值；重金属及其有害元素内梅罗综合污染指数均小于 0.7，评价为优良；24 种无机元素含量之间 6 个极显著正相关（P0.01），11 个显著正相关（P0.05），1 个（Zr 与 Cs）显著负相关；聚类分析可将 6 批荷叶分为 2 大类，得出无机元素的含量差异性可能与土壤环境相关。结论：可为荷叶资源的鉴别工作提供研究思路，为其质量安全提供基础数据。关键词：荷叶；无机元素；电感和等离子体质谱法；指纹图谱中图分类号：O657文献标识码：A文章编号：1004-7050（2023）09-0062-04荷叶为睡莲科植物莲 Nelumbo nucifera Gaertn.的干燥叶1。现代研究表明，荷叶含有的主要成分有黄酮类2-5、生物碱6-9、原花青素10、有机酸11等，具有降脂、降糖、调脂、止痉、抗肿瘤、抗脑缺血、抗氧化等多种疗效12-13，有治疗脑卒中、痛风性关节炎间歇期高尿酸血症及拮抗高脂血症的作用14-16，但对荷叶无机元素含量的研究甚少。为了解荷叶中无机元素的含量，本实验以江西省赣州市的 6 批荷叶为研究对象，通过微波消解-ICP-MS 法同时测定枳壳中 Li、Be、Ti 等 25 种无机元素的含量，为荷叶的科学研究、开发利用提供参考依据。1实验部分多 元素（Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn）标准溶液（批号 GSB04-17672004，100 g/mL），Rb（GSB04-28362011，1 000 g/mL），Mo（GSBG 6203590，1 000 g/mL），CsGSB 04-17242004（b）；单元素标准溶液，采购于国家有色金属及电子材料分析测试中心。UP 级硝酸，苏州晶锐化学试剂公司；实验用水为一级水；Hg（批号：22071135，1 000 g/mL）、Se（批号：22101835，1 000 g/mL），内 标 溶 液 Ge（批 号：22072635，1000g/mL）、In（批号：21122035，1000g/mL），采购于国家钢铁材料测试中心荷叶信息详见表 1。ETHOS UP 微波消解仪和赶酸器，北京莱伯泰科；赶酸器，VB48 UP；ICAP RQ 电感耦合等离子体质谱，美国赛默飞；XSR205DU/A 型电子天平，梅特勒-托利多；DHG-9240A 型台式电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒；Pulverisette 11 刀式研磨仪，德国 Fritsch。ICP-MS：等离子体功率 1 550 W；雾化器流量0.9968L/min；辅助气流量 0.800L/min；采样深度 5mm；冷却气流量 14 L/min；碰撞气 1 流量 5.122 L/min；检测器电压（脉冲）1 278.59V；检测模式 KED；内标元素为锗（72Ge）、铟（115In）。分别精确吸取锗（72Ge）、铟（115In）元素标准溶液适量，用 10%硝酸溶液逐级稀释，配置成 20 g/L混合标准溶液，作为内标溶液；收稿日期：2023-03-24作者简介：陈玉园，女，1989 年出生，毕业于西安交通大学，本科，助理实验师，研究方向为中药材质量评价研究。*通讯作者：刘德根，男，1986 年出生，毕业于宜春学院，本科，研究方向为中药材质量评价研究。总第 214 期2023 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 214No.9，2023DOI:10.16525/14-1109/tq.2023.09.024表 1样品信息表编号名称产地S1荷叶 1江西省赣州市石城县S2荷叶 2江西省赣州市石城县S3荷叶 3江西省赣州市石城县S4荷叶 4江西省赣州市广昌县S5荷叶 5江西省赣州市广昌县S6荷叶 6江西省赣州市广昌县分析与测试2023 年第 9 期表 2各元素线性方程、相关系数及检出限元素线性方程相关系数R2范围/（g/L）检出限/（g/L）Liy=109.741 5x+422.219 00.9991501.718Bey=116.456x+1.700 10.9991500.074Tiy=2 910.926 3x+1 344.920 30.9991501.015Vy=11 785.175 6x+463.279 40.9991500.022Cry=17 950.641 2x+10 583.373 50.9991500.072Mn7 211.927 4x+2 695.016 30.9991500.056Fey=387.433 9x+4 052.737 50.9961501.908Coy=32 900.441 0 x+296.051 60.9991500.005Niy=8 828.305 6x+1 890.063 60.9991500.049Cuy=24 706.107 1x+96 421.521 90.9981500.610Zny=3 421.068 2x+30 531.534 10.9991500.927Gay=3 211.161 5x+683.054 10.9991500.105Asy=1 725.089 0 x+701.650 00.9981500.066Sey=20.888 2x+4.274 30.9991500.654Rby=4421.775 8x+1 306.887 60.9991500.114Sry=5 771.703 8x+2 378.843 00.9991500.149Zry=18 949.0154x+728.682 10.9991500.020Moy=11 629.391 7x+307.115 60.9991500.011Cdy=15 373.720 8x+196.354 10.9991500.005Sny=10 387.644 3x+1 360.330 00.9991500.042Sby=11 421.500 9x+1 761.751 60.9971500.047Csy=18 786.780 8x+135.291 10.9991500.005Bay=4 056.301 2x+7 613.2940.9991500.138Hgy=12 581.720 3x+49.805 80.9951500.003TLy=104 211.684 7x+376.550 90.9991500.001Pby=77 226.495 4x+157 076.548 40.9991500.308Biy=107 669.220 0 x+1 545.351 40.9991500.004精确吸取适量 Rb、Mo、Cs、Hg、Cs 单元素标准溶液 和（Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn）多元素标准溶液适量，用 10%硝酸溶液逐级稀释，用 10%硝酸溶液逐级稀释，配置成质量浓度为 0.00、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 g/L 供电感耦合等离子体质谱仪分析。精确称取 0.5 g（精确至 0.1 mg）烘干 2 h 的荷叶样品粉末于消解罐中，加入 5 mL 高纯硝酸后，预消解过夜，根据预先设定的程序进行微波消解。试样消解完成后，自然冷却至 40 以下后取出，取出微波消解管，将消解液转入 50 mL 容量瓶中，用少量水洗涤消解罐 3 次，洗涤液合并于容量瓶中,超纯水定容至刻度,摇匀，即得（如有少量沉淀，必要时离心分取上清液）。同法制备试剂空白溶液。单因子污染指数法通常是指能够分别反映目标物中各个元素的污染程度，其计算公式为式（1）：Pi=Ci/Si.（1）式中：Pi为目标物中污染元素 i 的单因子污染指数，Ci为污染元素 i 的实测含量值，mg/kg；Si为 i 种污染元素的评价标准，mg/kg。其中，根据 中华人民共和国药典（2020 版）一部对荷叶中重金属及有害物质的限量标准值：w（Cu）20.0 mg/kg，w（Hg）0.20 mg/kg，w（As）2.0 mg/kg，w（Cd）1.0 mg/kg，w（Pb）5.0 mg/kg。Pi0.7 为优良，0.7 Pi1.0 为 安 全，1.0Pi2.0 为 轻 污 染，2.03.0 为重污染，Pi值越大，说明受到污染越严重17。内梅罗综合指数法突出了高浓度污染物对环境质量的影响，同时兼顾单因子污染指数的平均值。由于样品同时被多种重金属元素污染，因而样品污染评价要运用综合指数法进行评价。其计算公式如式（2）：P综合=1nni=1移Pi+Pi，max22姨.（2）式中：P综合为综合污染指数；Pi，max为各单项污染指数中的最大值。P综合0.7 为优良，0.7P综合1.0 为安全，1.0P综合2.0 为轻污染，2.03.0 为重污染，P综合值越大，说明受到污染越严重17。采用 EXCEL2010 软件建立不同产地枳壳样品稀土元素含量的原始数据，采用 Origin 2022 软件进行统计分析。2结果与分析在仪器状态稳定下测定制备好的混合标准溶液，测定结果见表 2，各元素相关系数在 0.9970.999，表明线性关系良好。精密称取 6 批荷叶样品按照试验方法制备荷叶样品溶液上机测定，结果详见表 3。如表 3 所示，7 批荷叶样品中均检出 21 种无机元素，但各元素的含量差异较大。从表 2 可知，荷叶中无机元素 Mn，含量均超过 1 000 mg/kg，最高可达 2 840.288 mg/kg；Ba 含量为49.091166.57mg/kg、Fe含量为 53.524117.094mg/kg，Sr、Ti、Rb、Zn 的含量在 10100 mg/kg；Li、Cu、Se 的含量在110mg/kg；其他无机元素的含量均小于1mg/kg。根据 中华人民共和国药典（2020 版）一部对陈玉园，等：ICP-MS 法测定荷叶无机元素含量差异分析及其指纹图谱的建立63窑窑山西化工第 43 卷Li Be Ti V Cr Mn FeCoNiCu Zn Ga AsSe Rb Sr Zr Mo CdSn Cs Ba Hg Tl Pb Bi元素2.52.01.51.00.50.0Li Be Ti V Cr Mn FeCoNiCu Zn Ga AsSe Rb Sr Zr Mo CdSn Cs Ba Hg Tl Pb Bi元素1.51.00.50.01-2 对照指纹图谱图 1不同产地荷叶无机元素指纹图谱1-1 枳壳稀土元素指纹图谱S1S2S3S4S5S6中位数平均数表 3荷叶中无机元素含量单位：mg/kg元素S1S2S3S4S5S6Li1.080.6810.3280.3770.4870.153Be0.2530.2160.1290.2710.2850.114Ti16.11720.06715.43320.31225.66544.864V0.080.0630.0840.0580.0610.088Cr0.2840.2990.1980.3870.3350.684Mn2 006.591 1 974.163 1 697.144 2 011.307 2 840.2881 130.98Fe80.03953.524117.094108.89187.86893.665Co0.4330.3390.5460.8410.7310.137Ni0.8930.7110.8790.9110.9220.783Cu3.7763.5684.6544.973.9496.033Zn17.83515.98720.90815.03716.17414.111Ga0.2450.2500.2260.2410.3880.124As0.1350.1380.1520.3690.1450.195Se1.1051.1590.6830.7162.140.397Rb29.45325.68512.31914.80340.34714.932Sr43.29870.02381.3560.09976.6948.406Zr0.0620.040.0770.0730.040.055Mo0.5960.2170.2630.4400.6960.161Cd0.0440.0250.0330.0540.050.051Sn0.0140.0090.0080.0390.0230.014Cs0.0780.2460.0680.0910.1750.094Ba96.132112.301147.31996.587166.5749.091Hg0.0200.0600.0180.0240.1840.037Tl0.0270.0210.0100.0250.0530.022Pb0.4130.4050.3010.5410.3500.339Bi0.0240.0120.0310.0340.0120.012荷叶中重金属及有害物质的限量标准值w（Cu）20.0 mg/kg，w（Hg）0.20 mg/kg，w（As）2.0 mg/kg，w（Cd）1.0 mg/kg，w（Pb）5.0 mg/kg，6 批荷叶样品中 Cu、As、Cd、Hg、Pb 含量均符合规定；Hg 含量检出结果接近药典限量标准值，需加强监管并引起注意。不同产地荷叶中重金属及有害元素安全性评价如表 4 所示。S5 中的汞单项污染指数为 0.920，介于0.7 和 1.0 之间，评价为安全，S5 内梅罗综合污染指数为 0.676，小于 0.7，评价结果为优良，虽然整体评价结果为优良，但是仍然需要关注此产地荷叶中汞的含量，防止其超标；其他批次荷叶（S1、S2、S3、S4、S6）单项污染指数和内梅罗综合污染指数均小于 0.7，评价为优良，表明荷叶生长环境未受到污染。为了能更加直观地绘制指纹图谱，将 Zr、Cd、Sn含量值放大 10 倍；Cu 含量值缩小 10 倍；Ti、Fe 含量值缩小 100 倍；Ba 含量值缩小 1 000 倍；Mn 含量值缩小 10 000 倍，以元素种类为横坐标，相对含量为纵坐标绘制无机元素的指纹图谱，见图 1-1。将样品的平均值生成枳壳稀土元素对照图谱，见图 1-2。从图 1可知，不同样品之间峰形相似，但各无机元素含量存在一定差异。根据测试结果，对荷叶样品中的无机元素（Sb 未检出）进行相关性分析，结果见图 2。从图 2 可知，有17 对元素间呈显著正相关，其中 6 对呈极显著正相关（*p0.01）；11 对元素之间呈显著正相关（*p0.05），表明这些元素之间可能存在相互协同吸收的关系；Zr与 Cs 呈显著负相关（*p0.05），表明 Zr 与 Cs 可能存在拮抗作用。对 6 批次荷叶样品中的无机元素含量进行聚类分析和热图绘制，结果如图 3 所示，6 批次产地的荷叶样品被聚为两大类，S3（石城县）、S4（广昌县）、S6表 4荷叶中重金属及有害元素安全性评价编号单因子污染指数内梅罗综合污染指数污染程度CuAsCdHgPbS10.1890.0680.0440.1000.0830.150优良S20.1780.0690.0250.3000.0810.231优良S30.2330.0760.0330.0900.0600.179优良S40.2490.1850.0540.1200.1080.203优良S50.1970.0730.0500.9200.0700.676优良S60.3020.0980.0510.1850.0680.236优良64窑窑2023 年第 9 期图 2不同产地荷叶无机元素相关性分析图BiLiBeTiVCrMnFeCoNiCuZnGaAsSeRbSrZrMoCdSnCsBaHgTlPb1.00.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0Bi Li Be Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga As Se Rb Sr Zr Mo Cd Sn Cs Ba Hg Tl PbLi Be Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu ZnGaAs Se Rb Sr Zr MoCdSn Cs Ba Hg Tl PbBiS4S6S3S5S2S12.01.00.50.0-0.5-1.0-2.0图 3荷叶无机元素聚类热图分析（广昌县）聚为第一类，S1（石城县）、S2（石城县）、S5（广昌县）聚为第二类；由此可以看出，同一地域的样品仍然具有一定的差异性，这些差异可能与种植户耕种的土地有关，土壤环境不一样，植物在生长过程中吸收富集的无机元素含量就可能存在差异。3结论本实验通过微波消解处理样品，减少了处理样品的时间和试剂的使用，运用 ICP-MS 法测定荷叶 Li、Be、Ti 等 25 种无机元素，采用碰撞反应池（KED）模式和在线内标法排除了多原子分子离子的干扰和机体效应，从而保证了检测方法的准确性、可靠性。此外，本实验研究了不同产区和批次的荷叶中无机元素的含量，6 批荷叶样品中 Cu、As、Cd、Hg、Pb 含量均符合规定，内梅罗综合污染指数均小于 0.7，评价为优良，表明荷叶生长环境未受到污染。建立了荷叶中 24 种无机元素的指纹图谱，可作为荷叶的鉴别。元素间相关性分析结果表明有 6 对呈极显著正相关（*p0.01）；11 对元素之间 呈显著 正相关（*p0.05），1 对元素（Zr 与 Cs）间呈显著负相关（*p0.05），表明这些元素在吸收过程可能存在相互促进吸收或者拮抗的作用。聚类分析结果表明，各批次荷叶中的无机元素含量存在一定差异，这可能与作物种植的土壤环境有很大关系。本实验研究结果可为荷叶资源的鉴别工作提供研究思路，为其质量安全提供基础数据。参考文献1国家药典委员会.中华人民共和国药典（一部）M.北京：中国医药科技出版社，2020：277.2李亦龙，尚铂昊，王建辉等.荷叶活性成分及其药理功能研究进展J.食品与机械，2022，38（12）：218-225.3凌智辉，肖蓓，岳芊羽，等.荷叶黄酮分离鉴定及不同干燥方法对荷叶黄酮及荷叶碱含量影响J.天然产物研究与开发，2020，32（10）：1730-1736.4江汇，章倩，杨继元，等.荷叶黄酮提取工艺及药理活性研究进展J.山东化工，2022，51（5）：79-81.5田盛，姜璐，吴婷，等.荷叶生物活性效应标志成分分析J.食品安全质量检测学报，2022，13（7）：2105-2112.6陈畅，谢永艳，黄丽萍.荷叶碱药理作用的研究进展J.南京中医药大学学报，2021，37（4）：619-624.7俞月，路娟，吕欣锴，等.荷叶碱药理作用及机制研究进展J.中国现代中药，2021，23（1）：164-170.8罗栩强，刘经相，曾丽婷，等.不同产地荷叶中二氧化硫和荷叶碱含量测定研究J.海峡药学，2022，34（3）：75-78.9程婷婷，原新博，惠小涵等.荷叶生物碱成分及其调脂机制研究进展J.中草药，2019，50（8）：1998-2003.10高亮，蔡为荣，张孟雪，等.HSCCC 分离荷叶原花青素及其抗氧化活性研究J.安徽工程大学学报，2019，34（4）：1-7.11高利兴，王丽明，运乃茹，等.荷叶化学成分的研究J.中成药，2022，44（2）：460-464.12杨亚辉，旻吴昊，戚进.荷叶化学成分研究J.现代中药研究与实践，2021，35（5）：20-27.13陈绮梦，杨祖伟，李珍，等.荷叶提取液的性能探究J.食品安全质量检测学报，2020，11（23）：8715-8720.14朱发伟，叶合，楼招欢,等.荷叶调节水通道蛋白拮抗高脂血症的作用机制研究J.上海中医药杂志，2023，57（2）：66-71.15刘琪，赵恒侠，楚淑芳.荷叶饮治疗痛风性关节炎间歇期高尿酸血症患者的疗效观察J.广州中医药大学学报，2022，39（6）：1280-1284.16郝如彬，杨丽华，马春，等.荷叶对脑卒中的治疗作用J.长春中医药大学学报，2019，35（4）：625-628.17张椿翊，江春阳，吴秋杰，等.不同产地及种类桑枝中 25 种元素的测定与安全性评价J.食品与发酵工业，2022，48（24）：273-280.（英文摘要下转第 71 页）陈玉园，等：ICP-MS 法测定荷叶无机元素含量差异分析及其指纹图谱的建立65窑窑2023 年第 9 期Determination of Inorganic Elements in Lotus Leaf by ICP-MS and Establishment of itsFingerprintChen Yuyuan1,Hong Jiashun1,Wang Yucheng1,Li Daocheng1,Liu Degen2（1.Jiangxi Province Evaluation and Research Center of Daodi Herbs，Ganjiang Jiangxi 330029,China;2.WOHUA PHARM.,Ganjiang Jiangxi 330029,China）Abstract:Objective:To explore the content of inorganic elements in lotus leaves,and to provide scientific basis for the resourcedevelopment and quality safety of lotus leaves.Methods:The contents of 25 inorganic elements including Li,Be,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Se,Rb,Sr,Zr,Mo,Cd,Sn,Sb,Cs,Ba,Hg,TL,Pb and Bi were determined by microwave digestion-inductively coupledplasma mass spectrometry.Results:The results showed that there were a large number of inorganic elements in lotus leaves.The massconcentration of Mn was more than 1 000 mg/kg,and the highest was 2 840.288 mg/kg.The mass concentration of Ba is 49.091166.57,the mass concentration of Fe is 53.524117.094 mg/kg,and the mass concentration of Sr,Ti,Rb and Zn is 10100 mg/kg.The massconcentrations of Li,Cu and Se were 110 mg/kg.Sb was not detected.The detected contents of Cu,Hg,Pb,Cd and As were far lessthan the limit standard values specified in the 2020 edition of Chinese Pharmacopoeia.The Nemero comprehensive pollution index of heavymetals and harmful elements was less than 0.7,which was evaluated as excellent.There were 6 extremely significant positive correlations(P 0.01),11 significant positive correlations(P 0.05),and 1 significant negative correlation(Zr and Cs)between the contents of 24inorganic elements.The 6 batches of lotus leaves can be divided into 2 categories by cluster analysis,and the difference in the content ofinorganic elements may be related to the soil environment.Conclusion:It can provide research ideas for the identification of lotus leafresources and provide basic data for their quality and safety.Key words:lotus leaf;inorganic elements;inductively and plasma mass spectrometry;fingerprints（上接第 65 页）量浓度的一次线性曲线 R2约为 0.992。4结语在线监测水体中的总氮时，监测结果可能会受到水体中一些干扰因素的影响，因此需要对监测中的实验用水、试剂纯度以及消解完全度等诸多方面来考虑。从容易造成干扰的几点来进行逐步验证。很多水体总氮的在线监测结果表明过硫酸钾溶液的纯度是影响空白稳定性的关键性因素，消除残留过硫酸钾的方法是选用改良的消解过程比色管插置法，同时也要严格按照规定的冷却方式进行自然冷却，保证在线监测数据科学可靠。需要指出的是，水样中的特殊物质对测量产生较大偏差，如，钼酸钠的存在显然会增大总氮的测量数值。参考文献1罗琼，刘则华，尹华，等.国产过硫酸钾不能用于水样总氮测定的原因解析和对策J.中国给水排水，2018，34（4）：110-113.2薛程，吕晓杰，王允.水中总氮测定方法存在问题的研究及改进J.中国环境监测，2018（3）：123-127.3崔静，边志明，王俊民，等.影响总氮测定准确度的关键因素研究J.环境科学与管理，2019（5）：152-155.4刘复荣，谭远友.同步消解测定景观水中总氮总磷浓度方法的改进J.环境工程，2016（Supple1）：817-819.5王非.不同消解方式对气相分子吸收光谱法检测总氮的影响J.分析仪器，2020（5）：136-138.Interfering Substance Analysis for Online Determination of Total Nitrogen Using AlkalinePotassium Persulfate Digestion MethodShen Haifeng1,Shi Pan2,Zhang Zhe1（1.Hangzhou Bogao Technology Co.,Ltd.,Hangzhou Zhejiang 310012,China;2.Zhenhai Branch of NingboEcological Environment Bureau,Ningbo Zhejiang 315207,China）Abstract:Online monitoring of total nitrogen in water bodies is an important task for environmental management departments such asindustrial wastewater,municipal water use,rivers,lakes,and reservoirs.If there are too high calcium and magnesium ions,residualchlorine,and turbidity in the water,they will interfere with the online measurement results.This article mainly analyzes the selection ofultraviolet wavelength,the selection and configuration of measuring reagents,and how to verify the quality of measuring water and reagentsused in online monitoring.It specifically studies the interference of molybdenum ions on measurement in actual operation and exploresmeasures to reduce the impact of interferences on online monitoring results,in order to achieve accurate monitoring results.Key words:potassium persulfate;total nitrogen;measurement;disruptors;molybdenum1020304050607080900141210864201.322.745.647.7910.0512.74y=0.156 7x+0.381R2=0.992 20图 1钼质量浓度和总氮测量值的关系曲线籽（钼）/（mg/L）沈海峰，等：碱性过硫酸钾消解法在线测定总氮的干扰物分析71窑窑