摘 要： 建立电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法测定香橼中21种元素含量。采用微波消解法消解样品，以锗、铟、铋、钪为内标，采用ICP-MS法测定，离子体射频功率为1 600 W，雾化器气体流量为0.9 L/min。21种元素在各自质量浓度范围内与对应质谱响应值线性良好，相关系数均不小于0.998。方法检出限为0.000 3～0.430 2 ng/g，样品加标回收率为86.1%～112.6%，测定结果的相对标准偏差为0.3%～4.9%（n=6）。该方法简便快速，灵敏度高，适用于香橼中多种元素的测定。

 

关键词： 香橼； 电感耦合等离子体质谱法； 微波消解

 

香橼为芸香科植物枸橼或香圆的干燥成熟果实[1]，原产于我国东南部，主要分布在福建、云南、广西、湖北、浙江、重庆、江苏等地[2]。香橼为药食同源品种，有疏肝理气、宽中化痰的功效，可促进胃肠蠕动、祛痰、抗炎。作为食品，香橼被加工制成茶食、果干、饮料(果汁、果酒、果醋)和各种食疗产品[3‒5]，深受人们喜爱。近年来，香橼苗木也已成为江苏等地的主要绿化树种[6]。

 

香橼的药用和营养价值都与其含有的无机元素有着密切联系，在香橼生长过程中，各种元素通过土壤进入到植物体内。钾、钙、镁等是人体进行正常生理活动不可或缺的无机元素，钾元素具有维持心脏健康、保持肌肉功能、支持神经系统等作用，钙元素能促进骨骼生长发育，镁元素有调节机体骨骼、激素、能量代谢的作用。而铅、镉等重金属元素容易在植物体内富集，难以降解，长期摄入重金属元素会对神经、肝脏等造成危害。

 

目前对香橼的研究主要集中在提取、成分测定、药理作用等方面[7‒8]，其无机元素含量方面的研究尚未见报道。元素的测量方法主要有原子吸收分光光度法[9]、原子荧光光谱法[10]、电感耦合等离子体原子发射光谱法和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法[11]等。其中ICP-MS法具有检出限低、灵敏度高、多元素快速分析等优点，已广泛应用于食品元素分析[12‒16]。

 

笔者利用ICP-MS可同时测定多种元素的特点，旨在建立测定香橼中包含对人体有益元素和有害元素在内的共21种元素含量的方法，同时对香橼中无机元素与其药用价值间的关系进行分析，对其所含有害重金属元素进行测定评价，以期为香橼的质量控制和进一步开发利用提供科学依据。

 

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 350X型，美国珀金埃尔默股份有限公司。

微波消解仪：MARS 6 240/50型，美国CEM公司。

电子天平：MS204TS/02型，感量为0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多仪器公司。

Na、Ca、Mg、Fe、K、Al、Zn、B、Mn、Cr、Co、Sr、Rb、Mo、Pb、Cd、As、Hg、Cu、Au标准品溶液：质量浓度均为1 000 μg/mL，批号分别为：B24010287、B22060341、B22050170、B24030443、B24060237、B22080130、B23100221、B22060092、B22070075、B22050300、B22050126、B22060194、B22110027、B22050175、B22030335、B22020143、B22010211、B22030174、B22040012、B21090194，坛墨质检标准物质中心。

Ni标准品溶液：100 μg/mL，批号为B22030239，坛墨质检标准物质中心。

Ge、In、Bi、Sc内标液：质量浓度均为1 000 μg/mL，批号分别为B21070477、B21120041、B21080275、B23030185，坛墨质检标准物质中心。

调谐液：含有Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U元素，各元素质量浓度均为1.0 μg/L，批号为44-1GSX1，美国珀金埃尔默股份有限公司。

硝酸：优级纯，苏州晶瑞化学股份有限公司。

高纯氩气：纯度（体积分数）不小于99.999%，安丘市恒安气体厂。

高纯氦气：纯度（体积分数）不小于99.999%，济南德洋特种气体有限公司。

香橼样品：共7批次，经济南市食品药品检验检测中心主任中药师齐红鉴定为芸香科植物枸橼的干燥成熟果实，其中样1、样2产地均为四川；样3～样6产地均为云南，样7产地为江西。

实验用水为超纯水。

1.2 溶液制备

系列混合标准工作溶液：分别精密量取一定体积的单元素标准品溶液，用10%硝酸配制成K质量浓度分别为0.4、0.8、2、4、20、40、100、200 μg/mL，Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe质量浓度均分别为0.08、0.16、0.4、0.8、4、8、20、40 μg/mL，B、Mn、Cr、Co、Sr、Rb、Mo、Ni质量浓度均分别为0.02、0.04、0.1、0.2、1、2、5、10 μg/mL，Pb、As质量浓度均分别为0.08、0.16、0.4、0.8、4、8、20、40 ng/mL，Cd质量浓度分别为0.04、0.08、0.2、0.4、2、4、10、20 ng/mL)，Cu质量浓度分别为0.8、4、10、20、100、200、500、1 000 ng/mL的系列混合标准工作溶液。

 

Hg系列标准工作溶液：取Hg标准品溶液，用10%硝酸配制成质量浓度分别为0.2、0.5、1、2、5 ng/mL的Hg系列标准工作溶液。

 

内标溶液：分别吸取Sc、Ge、In、Bi标准品溶液适量，用水配制成各组分质量浓度均为1.00 μg/mL的混合内标溶液。

 

样品溶液：取样品粉末(粗粉)约0.5 g，精密称定，置于微波消解罐中，加入硝酸5 mL，密封后置于微波消解仪中按照表1消解程序进行消解。待消解完成后，冷却至60 ℃以下，取出消解罐，放冷，将消解液移入50 mL容量瓶中，用超纯水洗涤消解管3次，洗液合并于容量瓶中，加入用水稀释至质量浓度为1.00 μg/mL的Au标准溶液200 μL，用超纯水稀释至标线，摇匀，即得。除不加Au标准溶液外，同法制备空白样品溶液。

表1   微波消解程序

Tab. 1   Microwave digestion program

 

1.3 仪器工作参数

射频功率：1 600 W；雾化器气体流量：0.9 L/min；碰撞模式辅助气流量：1.2 L/min；等离子体气体流量：18 L/min；模拟级电压：-1 637 V；脉冲级电压：800 V；偏转电压：-11 V；电池入口电压：-5 V；电池出口电压：-25 V；轴电压：475 V；检测模式：碰撞模式(KED Mode)；重复次数：3次。微波消解程序见表1。

1.4 样品测定

在1.3仪器工作条件下，先使用调谐液将仪器调谐至最佳工作状态，编辑测定方法，在KED模式下点火，仪器稳定20 min后进样，吸取内标溶液，依次测定空白标准溶液、标准工作溶液、空白样品溶液与样品溶液，采用标准曲线法进行定量。

 

2 结果与讨论

2.1 内标元素的选择

待测元素一般选择丰度较高、影响离子较少的质量数作为待测元素质量数，并以质量数相近的内标元素作为内标。选取45Sc、72Ge、115In、209Bi作为内标(39K、11B、23Na、24Mg、27Al、43Ca、52Cr、55Mn、57Fe以45Sc作为内标；59Co、60Ni、63Cu、66Zn、82Se、75As、85Rb、88Sr以72Ge作为内标；98Mo、114Cd以115In作为内标；202Hg、208Pb以209Bi作为内标[17‒18])，内标的质量浓度均为1.00 μg/mL，可有效改善方法精密度，消除基体干扰，提高仪器的稳定性。待测溶液中加入质量浓度为1 μg/mL的Au标准溶液可以增加Hg元素的稳定性。

2.2 仪器工作条件优化

仪器开机点火后，用调谐液对仪器进行调谐，通过调整仪器射频功率、矩管位置、稀释气流量、雾化气流量等，按照仪器对灵敏度参数(响应值9Be＞2 000；115In＞40 000；238U＞30 000)、背景参数(Bkgd220≤2)、双电荷值(≤0.05)、氧化物值(≤0.05)的相应要求，将仪器调整到最佳状态。经过调谐，射频发生器功率为1 600 W，雾化器气体流量为0.9 L/min，仪器状态最佳。

2.3 取样质量的考察

分别选择取样质量为0.3、0.5、0.8 g，按照1.2方法制备样品溶液，按1.3仪器参数测定各元素含量。结果表明，当取样量为0.3 g时，样品溶液中各元素浓度偏低，该条件准确度较差；当取样量为0.8 g时，硝酸需要量较大，加入10 mL硝酸后样品也未消解完全，因此，确定样品取样量为0.5 g。

2.4 消解溶剂体积的考察

分别选择5、10 mL硝酸作为消解溶剂处理样品溶液，两种条件下样品均可消解完全，溶液澄清，其中加入5 mL硝酸的样品溶液颜色稍深。按1.4测定样品溶液，考察各元素的回收率，结果表明，上述两种条件下元素回收率无显著差别，均可达到75%～120%，准确度良好。考虑到环保与实验成本，选择5 mL硝酸作为消解溶剂。

2.5 线性关系和检测限、定量限

取1.2项下标准品溶液，按1.3仪器参数进样分析，以待测元素的质量浓度为横坐标，强度值为纵坐标绘制标准工作曲线。对空白溶液连续测定11次，计算21种元素11次测定结果的标准偏差，以3倍的标准偏差值计算方法的检出限，以10倍的标准偏差值计算方法的定量限，并将检出限和定量限单位换算为样品的质量分数，结果见表2。标准工作曲线相关系数均为0.998以上，表明线性关系良好。

表2   21种元素质量浓度的线性范围、线性方程、检测限和定量限

Tab. 2   Linear range，linear equation，limit of detection，and limit of quantification of 21 elements

 

2.6 样品加标回收试验

取香橼样1粉末约0.5 g，精确称定，置微波消解罐内，分别精密加入含有各目标元素的混合标准工作溶液适量，按1.2项配制样品，按1.3仪器参数进样测定，计算加标回收率和测定结果的相对标准偏差(RSD)，结果见表3。由表3可知，21种元素的平均回收率为86.1%～112.6%，RSD为0.3%～4.9%，表明该方法具有较高的准确度和精确度，满足检测要求。

表3   21种元素加标回收试验结果

Tab. 3   Results of tests for accuracy of 21 elements

 

2.7 样品元素测定结果

分别取香橼样品1～7粉末各约0.5 g，精确称定，按1.2分别配制成样品溶液，置于微波消解罐内，按1.3仪器参数进样测定，7批样品元素含量结果见表4。由表4可知，香橼中K、Ca、Mg元素含量较高，说明香橼具有丰富的营养价值。香橼中重金属及有害元素铅、镉、砷、汞、铜的含量均低于植物类中药材中重金属及有害元素的限量要求，符合《中华人民共和国药典》2020年版一部有关规定，安全性较好。

表4   样品元素含量测定结果(n=3)

Tab. 4   Determination results of sample element content (n=3)

 

3 结论

建立了电感耦合等离子体质谱法同时测定香橼中21种元素含量。取0.5 g样品，以5 mL硝酸为消解溶剂，采用微波消解法消解，以锗、铟、铋、钪为内标，采用ICP-MS法测定，离子体射频功率为1 600 W，载气流量为0.9 L/min。21种元素质量浓度在各自的范围内与对应质谱响应值线性良好，相关系数均大于0.998。香橼样品中K、Ca、Mg元素含量较高，结合3种元素对骨骼、肌肉、能量代谢等方面的作用，分析以上元素在香橼促进胃肠蠕动、抗炎功效中发挥了积极作用。香橼中重金属及有害元素含量远低于《中华人民共和国药典》2020年版一部的相关限量规定，说明香橼中暂未发现有害元素富集问题，安全性较好。所建立的方法分析效率高、准确度好、灵敏度高，可为香橼的进一步开发利用提供科学依据。

 

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来源：化学分析计量

关键词： 电感耦合等离子体质谱法 香橼