超級微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）檢測砂仁中的8種元素

倪明龍，邱志超，薛雪

（1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院實驗實訓(xùn)中心，廣東廣州 510520）（2.廣州檢驗檢測認證集團有限公司，廣東廣州 511447）

砂仁是姜科豆蔻多年生草本植物，至今已有一千三百多年的食用歷史，藥典規(guī)定正品砂仁主要為陽春砂（Amomum villosumLour）、綠殼砂（Amomum villosumLour.var.xanthioidesT.L.Wu et Senjen）或海南砂（Amomum longiligulareT.L.Wu）的干燥成熟果實[1]，同時具有“藥用”和“食用”功能，尤其是廣東一帶居民，煲湯文化盛行，砂仁成為最受歡迎的材料之一。以廣東陽春市產(chǎn)陽春砂最著名，稱為地道南藥。砂仁，其性辛、溫，歸脾胃經(jīng)，具有化濕開胃、溫脾止瀉、理氣安胎等功效[2,3]。

超級微波消解技術(shù)是近幾年迅猛發(fā)展的先進微波消解技術(shù)[4,5]，與傳統(tǒng)的普通微波消解相比，一是溫度和壓力耐受性高，且不需人工為樣品逐一裝卸消解管的步驟，對于高通量檢測來講，大大降低了勞動強度；二是消解效果更加徹底，尤其是針對一些難以消解的樣品，比如茶葉等；三是消解液用酸量少，降低環(huán)境污染；越來越受檢測機構(gòu)的歡迎，逐漸應(yīng)用于食品、化妝品等行業(yè)檢測。ICP-MS是成熟運用的國標規(guī)定的一種快速元素分析測定方法[6-10]。ICP-MS以高靈敏度、同時測定多種且含量差異較大的元素、配合質(zhì)譜，抗干擾性強、可以實現(xiàn)高通量快速分析，頗受檢測結(jié)構(gòu)的喜愛。

食品藥品中無機元素的分析，報道較多[11-16]，但是關(guān)于砂仁的元素分析，報道較少，熬慧等[17]采用石墨爐-原子吸收分光光度法測定了不同產(chǎn)地砂仁的銅、鉛、鎘含量；荀合等[18]采用ICP-AES測定了砂仁中8種重金屬元素的含量，并進行了煎煮后重金屬形態(tài)分析。查閱文獻，用超級微波消解-ICP-MS進行砂仁中重金屬檢測的不多見，而且對目前市場上流通的砂仁重金屬污染情況未見全面報道。中藥重金屬超標問題頻繁報道的背景下，砂仁作為藥食同源食材，非常有必要建立科學(xué)的砂仁中多元素分析方法以及對不同產(chǎn)區(qū)砂仁質(zhì)量進行綜合評價。本文通過大量實驗，建立了超級微波消解-ICP-MS同時測定砂仁中8種元素（包括有害元素、微量元素）的方法，樣品前處理效果好，消化后直接進樣檢測，測定方法準確性高，為砂仁元素分析提供了可操作性強的檢測方法，并且針對不同產(chǎn)地的砂仁進行分析比較，為居民日常選購砂仁、政府相關(guān)部門質(zhì)量安全監(jiān)測提供參考意見。

1 材料與方法

1.1 實驗對象

砂仁，2020年8月購買于廣州清平中藥材專業(yè)市場，采購回來的樣品經(jīng)鑒定均符合2020年版《中華人民共和國藥典》[1]相關(guān)項下要求，不同產(chǎn)地云南、廣東、海南、廣西各一批次，常溫保存以備使用。

1.2 儀器與試劑

Ultra CLAVE超級微波化學(xué)平臺，北京萊伯泰科儀器股份有限公司；Agilent7900電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國安捷倫公司；Milli-Q去離子水發(fā)生器，美國密理博公司；Mettler MS204S電子分析天平，瑞士梅特勒公司；大龍 DRAGON 移液槍 10~100 μL和100~1000 μL各一支及槍頭若干[20]，北京大龍興創(chuàng)實驗儀器有限公司；容量瓶50 mL及量筒若干。

生物成分分析標準物質(zhì)大米GBW10010，中國地質(zhì)科學(xué)院物理地球化學(xué)勘查研究所；丹參中重金屬及微量元素成分分析標準物質(zhì)GBW（E）090066，上海市計量測試技術(shù)研究院；超純水，電阻率≥18.2 Μ?.cm；Sc、Ge、In、Bi內(nèi)標溶液（各50 μg/L），由各元素單標儲備液配制；Al單標儲備溶液，國家鋼鐵材料測試中心；Sc、Ge、In、Bi、Cr、Ni、Cd、Sn、Hg、Pb、As單標儲備溶液（濃度為1000 mg/L），國家有色金屬及電子材料分析測試中心；硝酸（BV-Ⅲ級），北京化學(xué)試劑研究所；Ce、Co、Li、Mg、Ti、Y調(diào)諧液（1 μg/L），美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 儀器的條件

超級微波化學(xué)平臺升溫程序：步驟 1，溫度從室溫到110 ℃，升溫10 min，壓力為80.0 bar；步驟2，溫度從110 ℃到200 ℃，升溫16 min，壓力120.0 bar；步驟3，溫度從200 ℃到220 ℃，升溫5 min，壓力150.0 bar；步驟4，溫度220 ℃，保持10 min，壓力150.0 bar。

ICP-MS儀器參數(shù)[19]：射頻功率：1550 W；測試模式為He模式，等離子體氣流速：15.0 L/min；載氣流速：氬氣，1.0 L/min，輔助氣流量0.5 L/min；霧化室溫度：2 ℃；采樣深度8.0 mm，采樣錐孔徑1.0 mm，截取錐孔徑0.4 mm，采集模式為跳峰Spectrum；進液速度0.30 r/s，進液時間20 s，穩(wěn)定時間20 s，重復(fù)次數(shù)3次。

1.3.2 樣品前處理

用剪刀將砂仁從中軸線剪開，殼和果仁分開，分別取殼和果仁測試，測試前60 ℃干燥2 h，均勻打碎。石英消解管做容器，稱取樣品0.3 g左右，精確至小數(shù)點后0.0001 g，加入硝酸水溶液（1:1.25，V:V）4.5 mL，蓋上蓋子，注入反應(yīng)釜水浴盆500 mL蒸餾水和5 mL硝酸溶液。將樣品杯放到樣品盤上并將整個樣品盤掛到反應(yīng)容器中，上升工作平臺，關(guān)閉鉗子，關(guān)閉泄壓閥門，充進高純氮氣開始微波消解，樣品消解完后取出消解管，轉(zhuǎn)移到容量瓶中，用超純水定容至50 mL，待分析，每批次樣品做5次平行實驗，同時做試劑消解空白實驗。

1.3.3 標準曲線的配制

按照下表1中8種元素標準溶液線性范圍配制，將不同元素的單元素標準溶液以 2%（體積分數(shù)）的HNO3溶液進行定容，制備成混合標準儲備溶液，最后配制成含有 Al、Cr、Ni、As、Cd、Hg、Sn、Pb 標準系列工作曲線待用。

2 結(jié)果與分析

2.1 干擾及消除方法的選擇

ICP-MS的干擾分為質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾（基體效應(yīng)）。非質(zhì)譜干擾-基體效應(yīng)主要有空間電荷效應(yīng)、信號的抑制或增強效應(yīng)、由高含量總?cè)芙夤腆w引起的物理效應(yīng)。非質(zhì)譜干擾消除方法有稀釋樣品、內(nèi)標法、標準加入法、去除基體等。質(zhì)譜干擾主要有同量異位素重疊、多原子或加合物離子、難熔氧化物離子、雙電荷離子。解決辦法主要通過優(yōu)化儀器條件參數(shù)、選擇無干擾同位素（如78 Se代替80 Se），干擾校正方程，冷等離子體技術(shù)，碰撞/反應(yīng)池技術(shù)等[20]。本實驗通過惰性氣體氦氣碰撞反應(yīng)、最佳化RF（射頻功率）工作功率和霧化氣流速、選擇合適的同位素來避免多原子離子干擾。為減少儀器信號漂移和基體干擾的影響程度，本實驗選用加入混合內(nèi)標元素Sc（45）、Ge(72)、In(115)、Bi(209)（濃度50 ppb）進行定量，校正補償樣品的基體效益和信號漂移來改善各待測元素的準確性和穩(wěn)定性（見表1）[19]。

2.2 方法線性相關(guān)參數(shù)及檢出限

各元素的線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限、定量限見表1，可見，8種元素線性參數(shù)均在0.9996以上（Hg為0.9935），標準曲線線性良好。重復(fù)測定樣品空白溶液20次，測得各元素信號的響應(yīng)值，以3倍測量值標準偏差（δ）所對應(yīng)的濃度值為檢出限，10倍所對應(yīng)的濃度值為定量限[19,21]，因此該實驗方法的檢出限范圍0.00025~0.25 μg/kg，定量限范圍0.0008~0.83 μg/kg，符合國家標準相關(guān)要求。

表1 各元素內(nèi)標元素、線性參數(shù)、檢出限和定量限Table 1 Internal standard elements, linearity parameters, detection limits and quantitation limits

2.3 標準物質(zhì)的方法驗證

為驗證本實驗方法的準確性和可靠性，選擇相同的實驗方法對標準物質(zhì)GBW10010（大米）、GBW（E）090066（丹參）進行了測定，標準物質(zhì)的測定值和證書值見表2。使用萬分之一天平稱量標準物質(zhì)大米、丹參均0.3 g，按照前面方法，做3個平行樣品，實驗數(shù)據(jù)用平均值±標準差來表示。結(jié)果表明標準物質(zhì)的測定值均在證書要求范圍內(nèi)，說明該實驗方法準確性和重現(xiàn)性較好，可以滿足日常樣品，包括大米、丹參文中所測元素含量測定的要求（n=3）。

表2 大米、丹參的標準值與測定值Table 2 Analytical results of rice and salvia (n=3)

2.4 樣品的加標回收率和精密度

按照1.3.2樣品前處理方法，稱取廣東產(chǎn)地砂仁殼0.3 g，將超級微波消解后的樣品定容，采用前述方法進行元素含量的測定，然后進行加標回收率實驗。參考GB/T 27404-2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測》[22]的要求，未制定最高殘留限量（MRL）的元素，選擇在方法測定低限、常見限量指標，選一合適點進行三水平實驗；對已經(jīng)制定MRL的，選擇方法測定低限、MRL、選一合適點進行三水平實驗。按照表3設(shè)計的三個水平加標，平行制備樣品5份，實驗數(shù)據(jù)見表3。本實驗加標回收率范圍為 85.71%~109.09%，相對標準偏差為 1.93%~8.17%，表明此檢測方法具有較好的精密度和準確度，符合 GB/T 27404-2008的要求。

表3 加標回收率與精密度Table 3 Results of the recovery and precision (n=5)

2.5 不同產(chǎn)地砂仁樣品的測定

為驗證方法的可行性，利用同樣的實驗方法檢測從廣州清平中藥材專業(yè)批發(fā)市場購買的4種不同產(chǎn)地砂仁，分別是云南、廣東、海南、廣西，并且將果殼和果仁分開檢測，每批樣品測定5個平行樣。按照1.3.2所述方法進行超級微波消解，消解結(jié)束后定容進行測定，數(shù)據(jù)結(jié)果見表4。

表4 4種砂仁樣品各元素含量Table 4 Contents of elements in 4 Amomum villosum samples (n=5)

通過測定結(jié)果表4可以看出，檢測的7種元素，Al、Cr、As、Cd、Sn、Hg、Pb均主要分布在砂仁殼中，果仁中含量較少。根據(jù)GB 2762-2017《食品中污染物限量》[23]規(guī)定，Pb有害元素的限量標準為3 mg/kg，藥典[1]中針對砂仁沒有明確規(guī)定各種元素的限量值，參考其它物質(zhì)（丹參、黃芪等）的限量標準As≤2 mg/kg、Cd≤0.3 mg/kg、Hg≤0.2 mg/kg、Pb≤5 mg/kg，如果作為食品原料用，其中云南、海南產(chǎn)地砂仁殼Pb含量分別是4.56 mg/kg、4.51 mg/kg，砂仁果仁Pb含量分別是0.08 mg/kg、0.31 mg/kg，超出國家標準，如果作為中藥材用，則四種砂仁均符合國家標準，受檢樣品殼中Pb含量范圍1.10~4.56 mg/kg，與敖慧等報道的[17]0.64~0.88 mg/kg，廣東產(chǎn)地無明顯差異，其他產(chǎn)地明顯差異。Cd屬于有害元素，四種產(chǎn)地的砂仁殼和果仁中最高含量為0.04 mg/kg，遠遠低于國家標準限量值，說明污染性較低；其中Cr是人體必需的微量元素，攝入不足可引起糖、脂代謝紊亂等，本次檢測的4種砂仁殼含量范圍為0.53~1.05 mg/kg，從高到低是云南>海南>廣西>廣東，云南產(chǎn)地最高含量為1.05 mg/kg，與敖慧等報道[17]的含量范圍0.71~1.76 mg/kg比較接近。Ni是人體可能必需的微量元素，在砂仁殼和果仁中分布相當，分別0.42~2.06 mg/kg、0.22~2.29 mg/kg，GB 2762-2017對油脂及其制品的Ni進行限量規(guī)定（1.0 mg/kg），受檢的4種砂仁，其中云南產(chǎn)地砂仁殼、果仁的含量分別達到了2.06 mg/kg、2.29 mg/kg，因此砂仁中Ni元素可以作為風險監(jiān)測指標。Hg在四種受檢樣品中，果仁均未檢出，殼中含量無差異，均為0.01 mg/kg，遠低于國家標準規(guī)定的限量，風險較低；Al、As、Sn具有潛在毒性，但在低劑量時候，對人體有可能是有益的微量元素[19]。長期攝入含有較高濃度Al的食品會使人體形成積累性中毒，導(dǎo)致老年性癡呆、骨病、腎病和非缺鐵性貧血等危害性疾病，該實驗所檢四種砂仁含量高低順序為廣西>廣東>海南>云南，最低含量為437.32 mg/kg，現(xiàn)行有效的GB 2760-2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》[24]中硫酸鋁鉀（又名鉀明礬）和硫酸鋁銨（又名銨明礬）屬于允許使用的食品添加劑，其中規(guī)定豆類制品等干制品Al的殘留量≤100 mg/kg，表6可以看出，砂仁的Al含量較高，應(yīng)該引起相關(guān)政府部門的重視。As在4種砂仁樣品中，均低于國家相關(guān)標準，符合質(zhì)檢要求，與王奎等[25]報道的貴州產(chǎn)地砂仁1.48 mg/kg都符合藥典要求。Sn只存在殼中，果仁中均未檢出，GB 2762-2017只針對采用鍍錫薄板容器包裝的食品，嬰幼兒食品≤50 mg/kg，海南產(chǎn)地砂仁總量最高為0.10 mg/kg，該元素風險極低。表中可以看出，Hg、Sn只分布在果殼中，且風險都較低。

3 結(jié)論

砂仁作為深受居民喜愛的藥食同源食材之一，中藥重金屬超標問題頻繁報道的背景下，砂仁作為藥食同源中藥材，非常有必要建立科學(xué)的砂仁元素分析方法以及對不同產(chǎn)區(qū)砂仁質(zhì)量進行綜合評價。本文建立了超級微波消解-ICP-MS法測定4種不同產(chǎn)地（云南、廣東、海南、廣西）砂仁中 Al、Cr、Ni、As、Cd、Sn、Hg、Pb共8種元素的含量測定方法，進行了方法的檢出限、準確度、精密度、加標回收率實驗，結(jié)果表明：本方法線性關(guān)系良好，檢出限均符合國家要求，檢測方法靈敏度高；采用標準物質(zhì)驗證，檢測結(jié)果均在不確定度范圍內(nèi)，加標回收率為 85.71%~109.09%，相對標準偏差為 1.93%~8.17%，說明本方法具有較好的準確度和精密度，該方法適合砂仁中多元素含量的測定，為質(zhì)量控制提供必要的技術(shù)支持。Hg元素的測定線性系數(shù)r為0.9935，說明ICP-MS針對復(fù)雜基質(zhì)中Hg元素檢測效果不是很理想，后續(xù)針對Hg的測定進一步優(yōu)化研究。檢測了4個產(chǎn)地的砂仁，除了Ni元素，其他元素均主要分布在砂仁殼中，Ni在果殼和果仁中分布相當；目前藥典中并沒有針對砂仁有害元素進行限量規(guī)定，參考其它中藥材的規(guī)定，Cd、Hg、Sn、As低于藥典限量值，Pb、Ni、Al建議納入風險監(jiān)測指標。其他元素本文沒有進行檢測分析，有必要納入后續(xù)研究工作，實現(xiàn)更多元素的同時測定，為提高砂仁質(zhì)量、保證食品藥品安全，以及開拓砂仁的國際市場均具有重要的意義。