摘 要： 建立电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法半定量扫描、全定量测定药用辅料蔗糖中元素。采用硝酸作为消解液，经微波消解处理样品后，用ICP-MS半定量进行全谱图快速扫描，筛查出Ti、Cr、Mn、Rb、Sr、Ba、Fe7种元素；再用ICP-MS全定量对所筛查出的元素进行测定。Fe的质量浓度在5～50 ng/mL、其余6种元素质量浓度在1～20 ng/mL范围内存在良好的线性关系，相关系数均大于0.999，检出限为0.001～0.01 mg/kg。样品加标回收率为92.8%～98.9%，测定结果的相对标准偏差为1.5%～2.5%（n=6）。半定量分析能快速筛查样品中所含元素，全定量测定可同时测定多种元素，该方法适用于药用辅料蔗糖中元素的测定。

关键词： 电感耦合等离子体质谱法； 半定量； 全定量； 药用辅料蔗糖； 元素

 

蔗糖是一种应用较为广泛的双糖，是非还原性二糖，其分子式由一分子果糖的半缩醛羟基与一分子葡萄糖的半缩醛羟基互相缩合脱水而成[1]。蔗糖味甜，是主要的食用甜味调味品。蔗糖在甘蔗和甜菜中含量很高，其提取原料主要是蔗糖与甜菜。广西是糖料蔗的主要生产基地，甘蔗产量位居全国前列，是甘蔗生产最大的省份[2]。蔗糖作为我国重要的战略储备物资，其发展关乎国民生存大计[3]。蔗糖广泛应用于食药领域，是食品、制药等领域重要的原辅料，在国民经济中地位显著。中国医书《名医别录》《本草纲目》等早有记载蔗糖的药用价值，民间经验把蔗糖作为解酒和解毒药[4]。蔗糖是传统药用辅料，制药过程作为矫味剂、赋形剂、黏合剂[5]，被广泛应用于咀嚼片、含片、糖浆剂、颗粒剂、口服溶液剂等的药品生产。蔗糖还能作为冻干保护剂，将其放入冻干药液中提高冻干制品质量，应用于生物制剂中。蔗糖可以作为生产药物的原料，蔗糖作为原料之一合成硫糖铝[6]。蔗糖还可以作为生产药用辅料的原料，蔗糖硬脂酸酯是非离子型表面活性剂，由蔗糖与硬脂酸甲酯经酯合成[7]。现在公众对药品中重金属污染一直很关注，重金属对人体健康的危害是一个重大的安全问题[8]。《中华人民共和国药典》（2020年版）四部第一增补本收载的蔗糖品种，元素杂质需进行钙盐、重金属总量检测，采用化学反应比色法进行定性检查[9]。其控制元素方法只能定性，无法准确定量，不能有效控制蔗糖质量。当前蔗糖生产的原料甘蔗和甜菜，其种植土地、灌溉的水质、使用的化肥农药等都可能被各种元素杂质污染，可能残留在蔗糖中。蔗糖的生产工艺一般采用原料压榨，其生产过程很难除去原料中的元素杂质，同时各种生产设备和试剂也有可能引入各种元素。国际人用药品注册技术委员会（ICH）的Q3D，需严格监控药品制剂的元素含量[10]。药用辅料蔗糖中存在的元素杂质，会对主原料药稳定性有干扰作用，进而影响药品制剂的保质期，导致药品制剂质量不可控[11]。随着蔗糖在医药领域中的广泛应用，其质量与国民生命健康息息相关，必须严格把控。

传统元素检测仪有紫外可见分光光度计、原子吸收分光度计、原子荧光光度计等，这些仪器检测有检出限较高、线性范围窄、一次只能测定一种元素等不足[8]。电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法相对于传统的元素测定方法而言，具有多元素同时测定、线性范围宽、灵敏度高、检测限低、分析速度快等优点[12‒13]。为了对药用辅料蔗糖中未知元素进行分析，笔者采用微波消解对样品进行预处理，使用ICP-MS半定量法[14‒15]，通过运用全谱图快速扫描，建立了只需27种已知浓度元素的标准物质对质量数4～240范围元素进行快速筛查，最后采用ICP-MS全定量法对所筛查出的元素进行定量分析。通过半定量定性分析与全定量定量分析有机结合，可以准确测定蔗糖中所含元素的含量，再结合ICH Q3D指导原则，对其进行风险评估，最终可确定需要进行额外控制的元素。笔者建立了ICP-MS法半定量扫描全定量测定药用辅料蔗糖中元素，为其元素监测与风险评估提供数据参考，同时为有效地监控药品元素含量提供实验理论经验。

 

1. 实验部分

 

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体质谱仪：NexION 350型，珀金埃尔默仪器(上海)有限公司。

电子天平：XS205DU型，感量为0.01 mg，梅特勒-托利多科技(中国)有限公司。

超纯水机：Milli-Q型，美国密理博公司。

微波消解仪：MARS6型，深圳市华盛昌科技实业股份有限公司。

铬标准溶液：1 000 μg/mL，编号为GBW08614 14113，中国计量科学研究院。

铷标准溶液：1 000 μg/mL，编号为B23070369，北京坛墨质检科技有限公司。

锰、钡单元素标准溶液：质量浓度均为1 000 μg/mL，编号分别为GBW (E)081587 F6 V1、GBW (E)081597 M6 W1，北京海岸鸿蒙标准物质。

铁、锶、钛单元素标准溶液：质量浓度均为1 000 μg/mL，标准物质编号分别为GSB 04-1726-2004 181067-2、GSB 04-1754-2004 155019-1、GSB 04-1757-2004 21B023，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

27种元素混合标准溶液：含有Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Ag、Al、As、Ba、Be、Fe、Ga、K、Li、Mg、Se、Sr、Tl、U、V、Zn、Mn、Na、Ni、Pb、Rb，质量浓度均为10 μg/mL，编号为Lot#6-63MKBY2，安捷伦科技(中国)有限公司。

7种元素内标溶液：含Li、Sc、Ge、In、Y、Tb、Bi，质量均浓度为10 μg/mL，编号为Lot#6-22MKBY2，安捷伦科技(中国)有限公司。

调谐液：含有Li、Mg、Be、Ce、Pb、U、Fe、In，质量浓度1 μg/L，编号为Lot#38-61GSX1，珀金埃尔默仪器(上海)有限公司。

浓硝酸：优级纯，德国默克公司。

蔗糖样品：共27批，来源于13个生产厂家。

1.2 仪器工作参数

(1)仪器调谐后各参数。等离子体气流量：18.0 L/min；辅助气流量：1.20 L/min；雾化气流量：0.89 L/min；蠕动泵转速：24 r/min；氦气流量：4.3 mL/min；碰撞模式：动能歧视(KED)模式；射频功率：1 550 W；脉冲级电压：1 199 V；仪器灵敏度：9Be 3 736 c/s，115In 77 223 c/s，238U 90 178 c/s；氧化物值CeO/Ce：2.0%；双电荷值Ce2+/Ce：1.2%；背景：0.9 c/s。

(2)全定量。扫描：20次；重复：3次。

(3)半定量。扫描：12次；重复：1次；扫描质量数范围：4～240。

各待测元素与内标元素详见表1。

表1   待测元素与内标元素

Tab. 1   Elements to be measured and internal standard elements

1.3 溶液的制备

27种元素混合标准工作溶液：取27种元素混合标准溶液，用5%硝酸溶液稀释至各元素质量浓度均为20 ng/mL。

7种元素标准储备液：分别取Ti、Cr、Mn、Rb、Sr、Ba、Fe标准溶液，用5%硝酸溶液稀释至各元素的质量浓度均为1 μg/mL。

6种元素标准储备液：分别取Ti、Cr、Mn、Rb、Sr、Ba标准溶液，用5%硝酸溶液稀释至各元素的质量浓度均为1 μg/mL。

Fe标准储备液：取适量Fe标准溶液，用5%硝酸溶液稀释至Fe的质量浓度为1 μg/mL。

内标溶液：取适量7种元素内标溶液，用5%硝酸溶液稀释至各元素质量浓度均为100 ng/mL。

蔗糖样品溶液制备：称取蔗糖样品约1.0 g，精密称定，放入干净微波消解罐，再移入浓硝酸8 mL，将消解罐放在配套加热模块上95 ℃加热，挥除浓烟气体，待冷却后安装消解罐盖子，按照升温程序开始消解样品，消解完成后，旋开消解罐，然后挥除烟雾，再用超纯水把消解液完全转移到25 mL容量瓶中，混合均匀，待测。消解罐不放样品，只放试剂，同时做试剂空白。

1.4 实验方法

采用ICP-MS半定量法测定消解完全蔗糖样品，建立27种元素标准溶液（浓度为20 ng/ml）为标准的半定量响应因子，覆盖了m/z为4～240的所有元素。通过半定量全谱图扫描13个生产厂家，每个厂家1批次以上的蔗糖样品，筛查其中所含元素。根据筛查结果，使用ICP-MS全定量法对其进行分析。ICP-MS全定量法以7种元素系列混合曲线溶液及相应内标建立内标曲线，再测定全部蔗糖样品，得出其准确含量。

 

2. 结果与讨论

 

2.1 样品预处理方法

元素分析样品前处理最终目的是将样品转化成无机溶液，让其中的元素在溶液中游离。蔗糖是结晶性物质，极易溶于水，可以直接用水溶解后测定。但是样品直接溶解在测定时发现基质干扰较大，而且样品经过火焰会有黑色黏稠物残留在仪器截止锥上，影响测定结果，因此不适应采用此法。微波消解属于密闭消解，具有消耗试剂少、空白比较低、消解效率高、可避免污染和损失等优点[16]。综合比较蔗糖取样量和稀释倍数，结合蔗糖中含有元素浓度较低的情况，最终确定蔗糖取样量为1 g，稀释倍数为25。硝酸是消解处理样品的首选酸[17]，根据蔗糖取样量，考察了浓硝酸6、8、10 mL的消解情况。发现样品在6 mL浓硝酸消解结果是样品溶液有黑色颗粒物，不能完全消解；样品分别在8、10 mL浓硝酸消解结果是样品溶液均澄清透明，消解完全。最终结果是选择8 mL浓硝酸作为1 g的蔗糖的消解溶液。实验使用的是聚四氟乙烯细长消解罐，为了安全，必须将样品进行预消解挥发浓烟，防止爆罐。微波消解程序：历时20 min把温度提升至150 ℃，平衡10 min；再历时20 min把温度提升至180 ℃，平衡25 min，因此采取微波消解法作为蔗糖样品消解方法，消解液是8 mL浓硝酸，蔗糖取样量 1 g，定容体积为25 mL容量瓶。

2.2 测定模式的选择

ICP-MS半定量法原理是首先测定已知浓度的27种元素标准工作溶液，得到其浓度和质谱响应值，然后仪器软件能自动推算出质荷比为4～240所有元素半定量响应因子[18]。再测定未知样品，最终得到m/z为4～240所有元素的响应值和浓度值，实现对于该质量数范围内所有元素的半定量分析[19]。此过程仪器结合各元素的半定量响应因子，同时考虑各元素的相对丰度、干扰校正、离子化程度等因素，根据已知标准物质的浓度推算出该质量数范围内所有元素的响应值和浓度值。筛查未知样品含有哪些元素，ICP-MS半定量扫描能全谱图快速分析，不需要拥有某个元素标准物质即可筛查出该元素的大概浓度，与全定量测定采用标准物质定量测定才可知该元素是否有检出相比，操作简单方便快速，省时又省力。ICP-MS全定量分析能准确定量，对具有元素标准物质并已知样品中该元素的浓度范围，就能快速配制标准曲线进行相应测定，得到样品中相应元素的准确含量。两种ICP-MS测定方法相结合，能够在较短时间内准确定量未知样品中元素含量，尤其适合实验室盲样能力验证考核。随着世界经济不断发展，工业生产带来环境污染不可避免[20]，执法部门在监控水质、土壤、大气等是否有元素污染时可以采用此方法。采用ICP-MS半定量法在药用辅料蔗糖中筛查出Ti、Cr、Mn、Rb、Sr、Ba、Fe 7种元素，然后根据各元素的质量浓度配制系列标准工作溶液，进行全定量测定，准确得到这些元素的含量。

2.3 线性关系和检出限

精密量取6种元素标准储备液与Fe标准储备液相应体积，用5%硝酸稀释得到6种元素质量浓度均分别为0、1、2、5、10、20 ng/mL，Fe质量浓度分别为0、5、10、20、30、50 ng/mL的7种元素系列混合标准工作溶液。由ICP-MS全定量法测定上述系列混合标准工作溶液，以待测元素的质量浓度为横坐标（x），其质谱响应值CPS与内标响应值CPS的比值为纵坐标（y），建立内标工作曲线。建立标准工作曲线后得到仪器检出限，结合蔗糖称样量1 g、稀释倍数25 mL计算方法检出限。7种元素的线性范围、线性方程、相关系数和检出限见表2。

表2   7种元素的线性范围、线性方程、相关系数和检出限

Tab. 2   Linear range, linear equation, correlation coefficient, and detection limit of 7 elements

 

2.4 准确度与精密度

称取6份约1.0 g的蔗糖样品放入微波消解罐，每份加入相同的标准溶液，每个元素加入量为250 ng，参照蔗糖样品溶液处理方法制备回收溶液，在1.2仪器工作条件下依法测定，试验结果见表3。

表3   加标回收试验结果

Tab. 3   Results of spiked recycling test

 

由表3可知，样品加标回收率为92.8%~98.9%，测定结果的相对标准偏差为1.5%~2.5%（n=6），表明该方法具有较高的准确度和良好的精密度，满足分析要求。

2.5 样品测定结果

选取13个蔗糖生产企业提供的27批样品，按照所建方法进行测定，计算样品中各元素的含量，试验结果见表4。由表4可知，蔗糖样品中Fe元素的含量普遍较高，其质量分数最高可达0.636 9 mg/kg；其次为Sr元素，其质量分数最高为0.243 4 mg/kg；其他元素的含量相对较低，除未检出的，其余元素的质量分数为0.001 5~0.120 4 mg/kg。ICH Q3D为口服药品制剂、注射药品制剂和吸入药品制剂24个元素杂质监控设置了允许日暴露量具体数值，其中有Cr和Ba。膳食指南建议蔗糖每人每天摄入量最好控制在25 g以下[21]，通过计算可知所有批次蔗糖Cr、Ba的含量均没有超标，质量安全可控。样品中Fe与Sr含量较高的批次，可根据原料及生产工艺查找元素污染来源，经风险评估后，药品生产企可修改质控标准，额外控制相应元素。

表4   样品测定结果（n=2）

Tab. 4   Results of determination of samples（n=2） ( mg/kg )

注：“-”表示未检出。

 

3. 结语

 

微波消解将药用辅料蔗糖进行处理后，利用电感耦合等离子体质谱法半定量扫描全定量测定其中7种元素的含量。该方法实验操作简便，半定量扫描能在标准物质不全的情况下，快速扫描全谱图并筛查出样品中含有的元素，全定量测定具有能同时进行多元素检测、灵敏度高、检测限低、线性范围宽等优点，为了控制药用辅料蔗糖的元素杂质提供了实践经验，适用于其他药用辅料中元素检测的探索性研究。

 

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引用本文： 李智明，邓鸣，朱健萍，等 . 电感耦合等离子体质谱法半定量扫描、全定量测定药用辅料蔗糖中7种元素［J］. 化学分析计量，2024，33（12）：82. (LI Zhiming, DENG Ming, ZHU Jianping, et al. Semi-quantitative scanning and full quantitative determination of 7 elements in sucrose as pharmaceutical excipient by inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(12): 82.)

 

 

来源：化学分析计量

关键词： 药用辅料蔗糖