ICP-MS法測定肉蓯蓉中重金屬及有害元素與不確定度評估

張建平　孫倩男　高寒　塔娜　郭寶鳳

【摘 要】 目的：建立肉蓯蓉中鉛、鎘、砷、汞、銅5種重金屬及有害元素含量的測定方法，同時評估其不確定度。方法：肉蓯蓉樣品經冷凍粉碎后，采用微波消解-電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）測定5種金屬元素的含量，以鍺（72Ge）、銦（115In）、鉍（209Bi）混合溶液作為內標，并根據CNAS-GL006：2019《化學分析中不確定度的評估指南》中的要求，對測量不確定度進行評估。結果：建立的鉛、鎘、砷、汞、銅5種重金屬及有害元素含量的測定方法線性關系良好，相關系數r均大于0.997，重復性RSD均小于6.0%，回收率介于 89.6%～109.6%之間，各元素合成不確定度介于0.0006～0.4 mg/kg之間。結論：建立的測定方法準確高效，可以用于肉蓯蓉藥材的重金屬及有害元素測定，同時該不確定度評估方法對同類型分析方法具有借鑒參考意義。

【關鍵詞】 肉蓯蓉；重金屬及有害元素；不確定度評估；電感耦合等離子體質譜法

【中圖分類號】R917 【文獻標志碼】 A【文章編號】1007-8517（2024）04-0028-08

DOI：10.3969/j.issn.1007-8517.2024.04.zgmzmjyyzz202404007

Determination of Heavy Metals and Harmful Elements in Cistanche deserticola by ICP-MS and Evaluation of Uncertainty

ZHANG Jianping SUN Qiannan GAO Han TA Na GUO Baofeng

Inner Mongolian Institute for Drug Control， Inner Mongolia Key Laboratory for Standard

Research of the Chinese and Mongolian Medicine，huhhot 010020， China

Abstract：Objective To establish a method for the determination of lead， cadmium， arsenic， mercury and copper in Cistanche deserticola， and evaluate the uncertainty. Method After the samples of Cistanche deserticola were frozen and pulverized， the contents of five metal elements were determined by microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）. And according to the requirements in CNAS-GL006：2019 “Guidelines for the Evaluation of Uncertainty in Chemical Analysis”， the measurement uncertainty is evaluated.Results The established method for the determination of lead， cadmium， arsenic， mercury， copper and five heavy metals and harmful elements has a good linear relationship， the correlation coefficient r is greater than 0.997， the repeatability RSD is less than 6.0%， and the recovery rate is between 89.6% and 109.6%. The combined uncertainty of each element is between 0.0006 and 0.4 mg/kg. Conclusions The established determination method is accurate and efficient， and can be used for the determination of heavy metals and harmful elements in Cistanche deserticola medicinal materials. At the same time， the uncertainty evaluation method has reference significance for the same type of analysis methods.

Key words：Cistanche Deserticola； Heavy Metals and Harmful Elements； Uncertainty；ICP-MS

肉蓯蓉為列當科蓯蓉屬多年肉質草本寄生植物，主要分布在中亞、西亞、蒙古以及我國西北地區的荒漠中，是我國常用傳統名貴藥材，在我國已有1800多年的使用歷史，《中國藥典》2020年版收載的肉蓯蓉為列當科植物肉蓯蓉Cistanche deserticola Y.C.Ma或管花肉蓯蓉Cistanche tubulosa（Schenk）Wight的干燥帶鱗葉的肉質莖。肉蓯蓉具有補腎益精、潤腸通便的作用，用于腎陽不足、精血虧虛、陽痿不孕、腰膝酸軟、筋骨無力、腸燥便秘等癥［1］。在國家衛生健康委的藥食同源目錄中，肉蓯蓉被列為按照傳統既是食品又是藥材的物質［2］。肉蓯蓉在增力配方和滋補配方中出現的頻率較高，其藥用、科研、經濟和生態價值得到廣泛認可，產量和用量也在逐年增加。

藥材中重金屬及有害元素多指鉛（Pb）、鎘（Cd）、砷（As）、汞（Hg）和銅（Cu）5種元素，對人體有慢性或積聚性毒性，損傷人體組織。經研究，肉蓯蓉對重金屬有一定富集作用，個別樣品重金屬含量偏高［3］。從用藥安全性角度考慮，開展肉蓯蓉重金屬及有害元素的測定研究可以發現潛在用藥安全隱患，確保人民用藥安全。

對肉蓯蓉中金屬元素測定的研究已有報道，所采用的方法包括微波消解-ICP-OES法［4］、原子吸收光譜法［5］、微波消解-ICP-MS法［6］等，其中微波消解-ICP-MS法相比其他方法，具有方便快捷、檢出限低、耗時少等優點?？紤]到肉蓯蓉中重金屬及有害元素的含量處于痕量水平，其測量不確定度結果可能對測定結果有較為顯著的影響，為科學合理的表征測量結果的分散性，需開展肉蓯蓉重金屬測定的不確定度評定的研究。因此，開展肉蓯蓉重金屬及有害元素的測定研究的同時，評價其測量不確定度，明確引入測量不確定度的主要分量，為指導檢驗檢測能力和水平提升，具有重要意義。

1 材料及方法

1.1 儀器與試劑 電感耦合等離子體質譜儀（廠家：Thermo；型號：iCAP RQ）；微波消解儀（廠家：CEM；型號：MARS6）；冷凍研磨機（廠家：SPEX；型號：6875A）；萬分之一電子天平（廠家：sartorius；型號：MSA224S-1CE-DU）。

肉蓯蓉樣品（采于阿拉善盟，由內蒙古自治區藥品檢驗研究院主任蒙藥師紅霞鑒定，其基源為荒漠肉蓯蓉Cistanche deserticola）；硝酸（廠家：CNW；批號：J091K900；濃度：65.0%）；鉛鎘砷汞銅混合對照溶液（廠家：中國食品藥品檢定研究院；批號：610014-201701；濃度：鉛198.7 μg/mL、鎘10.0 μg/mL、砷103.2 μg/mL、汞10.0 μg/mL、銅1007.5 μg/mL）；金單元素標準溶液（廠家：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；批號：GSB04-1715-2004-11B08；濃度：1000μg/mL）；鉍單元素標準溶液［廠家：中國計量科學研究院；批號：GSB（E）080271-12011；濃度：100 μg/mL］；銦元素標準溶液［廠家：中國計量科學研究院；批號：GSB（E）080270-10071；濃度：100 μg/mL］；鍺單元素標準溶液（廠家：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；批號：GSB04-1728-2004-12506；濃度：1000 μg/mL）；水為純化水。

1.2 試驗方法

1.2.1 ICP-MS條件 等離子體射頻功率：1550.0 W；矩管采樣深度5.00 mm，矩管水平位置-0.96 mm，矩管垂直位置0.60 mm；霧化器類型為同心霧化器，霧化室溫度為30.0 ℃；載氣和輔助氣均為高純氬氣，流速分別為1.05 L/min、0.8 L/min，冷卻氣體流速為14.0 L/min；蠕動泵轉速40 rpm。Cu、As、Cd、Hg和Pb測定時選取的同位素分子量分別為63、75、114、202和208，其中63Cu、75As以72Ge作為內標，114Cd以115In作為內標，202Hg、208Pb以209Bi作為內標；掃描方式為STD模式，重復測定次數為3次，采集點數為3。

1.2.2 標準溶液的制備 精密量取鉛鎘砷汞銅混合對照溶液適量，用5%硝酸溶液稀釋，制成每1 mL含Pb400 ng、Cd20 ng、As200 ng、Hg20 ng、Cu2000 ng的混合標準儲備溶液。精密量取標準儲備溶液適量，用5%硝酸溶液稀釋成每1 mL含Pb0 ng、0.8 ng、2.4 ng、6.4 ng、16 ng、40 ng；含Cd和Hg0 ng、0.04 ng、0.12 ng、0.32 ng、0.8 ng、2 ng；含As0 ng、0.4 ng、1.2 ng、3.2 ng、8 ng、20 ng；含Cu0 ng、4 ng、12 ng、3.2 ng、8 ng、20 ng的系列濃度混合溶液，每個濃度系列均加入金單元素標準溶液（1 μg/mL）200 μL。

1.2.3 內標溶液的制備 取鍺、銦、鉍單元素標準溶液，用水稀釋制成每1 mL各含1 μg的混合溶液，即得。

1.2.4 供試品溶液的制備 將肉蓯蓉樣品切為小塊，置冷凍研磨機研磨罐中進行低溫粉碎，放至室溫后盡快稱取。取約0.5 g，精密稱定，小心轉移至微波消解罐底部，緩慢滴加硝酸5 mL，充分沖洗消解罐側壁，使樣品完全被硝酸溶液浸潤，放置過夜，防止消解反應過于劇烈。改好內外蓋，設定消解程序見表1，開始微波消解。待消解程序結束，放冷，取出消解罐，逐步減壓釋放二氧化氮氣體，小心轉移消解液至50 mL量瓶中，用水少量多次洗滌消解罐，合并洗液于量瓶中，加入金單元素標準溶液（1 μg/mL）200 μL，用水稀釋至刻度，搖勻，靜置，即得。同法制備試劑空白溶液。

2 方法學考察與結果

2.1 線性關系考察 5種元素的標準曲線線性關系良好，相關系數r均在0.997以上，標準曲線及線性范圍見表2。檢出限的計算采用3倍SD的方式進行計算，空白溶液重復進樣20次，求得20次平行測定的標準偏差（SD），以3倍標準偏差作為檢出限。

2.2 精密度考察 精密吸取同一供試品溶液，按照1.2.1的方法分別連續重復進樣6次，計算各元素響應信號值的相對標準偏差（RSD）均小于3.0%，表明儀器精密度良好。

2.3 重復性考察 按1.2.4項下要求，平行操作制備6份供試品溶液，以1.2.1的條件進行測定，計算各元素含量。結果表明，各元素含量RSD均低于6.0%（Pb：6.0%；Cd：5.2%；As：5.2%；Hg：4.7%；Cu：2.6%），在痕量分析情況下，重復性良好，可以滿足試驗檢測要求。

2.4 回收率 根據2020年版《中國藥典》四部通則9101 分析方法驗證指導原則［7］，采用回收率考察方法的準確度。分別稱定供試品約0.25 g于微波消解罐中，精密加入1.2.2項下混合標準儲備溶液1 mL，照1.2.4項下方法處理制得加樣回收溶液，平行處理6份，測定并計算回收率及RSD。如表3所示，各元素的加樣回收率范圍在89.6%～109.6%之間，回收率RSD變化范圍為1.5%～4.0%，符合試驗要求。

2.5 測定結果 按1.2.1項下的儀器工作條件，保持內標溶液持續進樣，將標準系列溶液、樣品空白溶液及供試品溶液分別泵入ICP-MS儀器中，以相應信號值為縱坐標，質量濃度為橫坐標，采用在線內標實時校正的標準曲線法，計算樣品空白及供試品溶液中待測元素的濃度。經計算，本批肉蓯蓉藥材重金屬及有害元素含量結果為Pb：0.07 mg/kg；Cd：0.01 mg/kg；As：0.08 mg/kg；Hg：0.07 mg/kg；Cu：9 mg/kg。

3 測量不確定度評定

在CNAS-GL006：2019《化學分析中不確定度的評估指南》［8］文件中，對測量不確定度的評定過程進行了詳細說明，規定了在符合GUM原則及相關要求的前提下，如何使用相關數據進行不確定度的評估。隨著專業技術人員對測量不確定度的認識不斷深入，評估測量不確定度的方法和步驟也在不斷優化，適時開展測量不確定評估工作，有利于提升分析檢測實驗室能力和水平。參考相關不確定度評定文獻［9-17］，本部分討論開展ICP-MS法測定肉蓯蓉中重金屬及有害元素的測量不確定度評定內容。

3.1 目的 使用微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定肉蓯蓉中重金屬及有害元素（鉛、鎘、砷、汞、銅）的含量。

3.2 測量步驟 詳細試驗步驟見1.2項下，用流程圖表示如圖1所示。

3.3 被測量及計算公式 本試驗的被測量是肉蓯蓉中鉛、鎘、砷、汞、銅的含量，各元素的計算公式相同，參與計算的是供試品取樣量、定容體積及儀器測定結果，具體計算公式如下：

xi=（ci×V）/（m×1000）（1）

其中，xi為分析試樣中的重金屬元素含量（mg/kg）；Ci為儀器測定結果（扣除空白后，ng/mL）；V為供試品溶液定容體積；m為供試品取樣量；1000為換算系數。

3.4 不確定來源分析 根據前述公式及測量不確定度來源的范圍，采用因果圖法進行各不確定度來源的梳理，列出不確定度來源并展示各來源之間的相互關系，以及對結果不確定度的影響，輔助計算測量不確定度，避免重復計算不確定度來源。該試驗影響測量不確定度的主要因素為：供試品稱量、供試品溶液制備、對照品溶液制備、儀器分析過程、測量重復性等。通過分析，制作因果關系圖如圖2所示。

3.5 不確定度分量的歸屬與量化 通過對圖2的分析，可以發現在樣品稱量、標準溶液配制、樣品溶液定容和測量重復性均有重復性的分量，同時，考慮到內標溶液在檢驗檢測過程中，其帶來的不確定度也體現的是對重復性的影響，并且溫度的波動在該試驗中主要對定容操作準確度有輕微影響，也可以將其影響體現到重復性中，因此上述內容均合并到總試驗重復性中進行不確定度計算。另外，標準溶液配制與樣品溶液定容均涉及玻璃量器校準帶來的不確定度，不應該重復計算，因此將玻璃量器校準帶來的不確定度單獨計算一次即可。天平的可讀性即天平靈敏度帶來的不確定度，由于稱量范圍的波動較小，可以忽略靈敏度帶來的不確定度。在儀器分析測量過程中，線性擬合帶來的不確定度可以通過回收率來體現，因此將該項合并到回收率不確定度計算中，不再進行重復計算。

通過上述分析，再進一步梳理各不確定度分量，綜合考慮各項指標，結合式（1），將不確定度來源因果圖進行合并和簡化，如圖3所示。此時，數學模型可以表示為如式（2）所示。

xi=[（ci×V）/（m×1000）]×Rep×Rec（2）

其中，Rep為重復性帶來的修正因子，數值為1.0；Rec為回收率帶來的修正因子，數值參考2.4項下的數據。

3.5.1 樣品稱量m 電子天平經計量檢定，檢定證書給出的天平示值誤差為0.2 mg（0≤m≤5×104e），參考JJF 1847-2020《電子天平校準規范》，天平示值誤差服從矩形分布［18］，其標準不確定度為：u（IdigL）=dL/2×3=0.2×10-3g/（2×3）=0.00005由于天平的重復性誤差引入的標準不確定度在總體重復性中進行考察，其他項引入的標準不確定度忽略，因此樣品稱量分量引入的標準不確定度為：

3.5.2 供試品溶液濃度C 供試品溶液濃度的不確定度分量，經分析及合并后，僅考慮對照品溶液純度的影響。由國家藥品標準物質使用說明書及《鉛、鎘、砷、汞、銅混合對照品溶液的定值及不確定度評估研究》［19］中給出的數值可知，鉛、鎘、砷、汞、銅各元素標準值和擴展不確定度分別為（198.7±6.1）μg/mL、 （10.0±0.3）μg/mL、 （103.2±3.6）μg/mL、 （10.0±0.7）μg/mL、 （1 007.5±24.6）μg/mL，取，按與供試品溶液相近濃度進行計算，供試品溶液濃度的各元素標準不確定度分別為：

3.5.3 重復性Rep 按照2.3項下的方法進行測定和試驗， 采用方法確認的數據進行重復性不確定度的計算。 經計算，6次平行試驗結果的RSD值分別為： Pb 6.0%、Cd 5.2%、As 5.1%、Hg 4.7%、Cu 2.5%，重復性的標準不確定度直接采用上述結果即可。

3.5.4 體積V 樣品溶液定容體積為50 mL，經查 GB/T 12 806—2011《實驗室玻璃儀器單標線容量瓶》［20］，A級50 mL容量瓶的允差為±0.05 mL，檢定中發現其極端值極少，認為服從三角分布，計算公式為：U（V）=a6=0.020 mL。

3.5.5 回收率Rec 回收率測定方法參照2.4項下，其測定結果見表3，6次測定結果的SD值分別為：Pb2.7%、Cd1.9%、As1.6%、Hg3.5%、Cu2.9%，其分布服從矩形分布，計算公式為u（Recx）=SD3，經計算各元素回收率的標準不確定度值為：

3.6 不確定度結果與表示

3.6.1 合成標準不確定度的計算 采用電子表格法進行合成標準不確定度的計算，計算表格見表4～8，含量計算公式參照式（2）。

3.6.2 擴展不確定的計算 擴展不確定度由合成標準不確定度乘以包含因子得到，包含因子，則擴展不確定度結果為：

3.6.3 報告結果 經過上述試驗及計算，該批肉蓯蓉藥材重金屬及有害元素的報告結果為：Pb（0.07±0.005）mg/kg、Cd（0.01±0.0006）mg/kg、As（0.08±0.005）mg/kg、Hg（0.07±0.006）mg/kg、Cu（9.1±0.4）mg/kg。本結果給出的擴展不確定度是由合成標準不確定度乘以包含概率約為95％時對應的包含因子k得到的，k=2。

4 討論

4.1 肉蓯蓉重金屬及有害元素測定結果 本批肉蓯蓉中鉛、鎘、砷、汞、銅的含量均較低，參考聯合國糧食及農業組織（FAO）/世界衛生組織（WHO）食品添加劑聯合專家委員會（JECFA）2010 年公布的健康指導值［21］，從風險評估的角度來看，不存在較高的健康風險。同時，其不確定度評定結果也在較為合理的范圍內。本次肉蓯蓉中重金屬及有害元素測定及不確定度評定，對實驗室開展日常檢驗具有一定的指導意義。

4.2 不確定度主要分量來源 通過測量不確定度評定工作的開展，可以深化檢驗人員對檢驗過程的認識和理解，明確不確定度來源的重要因素和次要因素。通過對各不確定度分量的分析，可以發現在對總不確定度的貢獻中，體積V和取樣量m所貢獻的不確定度分量非常小。因此在日常開展該試驗的不確定度計算時，只要使用的量瓶和電子天平是經過檢定校準并且合格，就可以忽略這兩個因素引入的不確定度。該試驗進行不確定度計算，僅需考慮重復性、對照品（標準品）純度和回收率三者，這與CNAS-GL006：2019 《化學分析中不確定度的評估指南》示例A4中所得出的結論基本相近，但在本試驗中不考慮樣品均勻性引入的不確定度，同時由于本試驗中對照品引入的不確定度分量較大，因此與示例A4也有一定的不同。

4.3 不確定度評定對試驗的指導作用 通過完成此次試驗的不確定度評定，發現對該試驗影響較大的因素包括重復性、回收率及對照品純度，因此在此后開展此類試驗時，要重點關注所用對照品純度，若對試驗結果要求較高，則應更換標準物質；同時要確保檢驗人員在稱量、消解、轉移、定容、上機時操作的平行性和一致性，以最大程度地消除重復性和回收率帶來的影響；并且在需要的時候，計算結果可以帶入回收率的數值進行校正，以確保試驗結果更加精準可靠。

5 結論

研究采用微波消解法進行樣品前處理，采用ICP-MS法進行測定，建立了測定肉蓯蓉中重金屬及有害元素的測定方法。方法學考察表明，該方法在重復性、穩定性和準確度上滿足檢驗要求，可以用作肉蓯蓉中重金屬及有害元素的快速測定。同時，本文用GUM法開展了該試驗的不確定度評定，展示了如何利用試驗結果、證書結果和方法確認結果進行不確定度評定的步驟。經不確定度評定，發現該試驗主要的不確定度貢獻分量為重復性、回收率和對照品純度，提示在開展本試驗時，對檢驗人員的檢驗能力和水平要求較高，要嚴格把控試驗的關鍵步驟，以降低試驗不確定度，讓試驗結果更加可靠。同時，本次測量不確定度的評定，對痕量分析試驗均有一定的指導和借鑒意義。

參考文獻

［1］中華人民共和國藥典委員會.中國藥典（一部）［M］.北京：中國醫藥科技出版社，2020：140-141.

［2］國家衛生健康委.關于對黨參等9種物質開展按照傳統既是食品又是中藥材的物質管理試點工作的通知［EB/OL］.北京：食品安全標準與監測評估司，2020（2020-01-06）［2023-04-03］.http：//www. nhc.gov.cn/sps/s7885/202001/1ec2cca04146450d9b14a cc2499d854f.shtml.

［3］王玉霞，孫建云，李擁軍，等.甘肅道地中藥材荒漠肉蓯蓉安全性分析［J］.甘肅醫藥，2021，40（11）：1021-1023，1026.

［4］古元梓，耿薇，鄭敏燕，等.微波消解-ICP-OES法測定肉蓯蓉中礦質元素［J］.應用化，2011，40（10）：1853-1856.

［5］陳衛軍，王彪，姜曉瑞.原子吸收光譜法測定新疆肉蓯蓉中的鉛、鎘和銅［J］.農墾醫學，2011，33（6）：506-508.

［6］奚群華.基于ICP-MS的三種中藥中無機元素的分析［D］.上海：上海交通大學，2019.

［7］中華人民共和國藥典委員會.中國藥典（四部）［M］.北京：中國醫藥科技出版社，2020：480-483.

［8］中國合格評定國家認可委員會.CNAS-GL006：2019，化學分析中不確定度的評估指南［S］.北京：中國合格評定國家認可委員會，2019：1-26.

［9］朱雪妍，羅軼，林燕翔.ICP-MS法測定薄荷中13種重金屬及有害元素含量的不確定度評定［J］.中國民族民間醫藥，2021，30（15）：49-58.

［10］荀秀彪，張順平.龍金通淋膠囊中龍膽苦苷HPLC測定結果的不確定度分析［J］.中國民族民間醫藥，2020，29（3）：52-55，76.

［11］張麗芳，張亮，杜瑞煥，等.氣相色譜法測定蔬菜中農藥殘留量的測量不確定度評定［J］.計量學報，2022，43（7）：965-972.

［12］陳鐘揚，尹思泳，梁華倫，等.ICP-MS測定三七中有害元素As含量的不確定度分析［J］.中國民族民間醫藥，2015，24（17）：31-32，35.

［13］李菁，康帥，王冰，等.MCM法和GUM法在藥品內標法含量測定不確定度評定中的比較研究［J/OL］.中國藥學雜志：1-11［2023-04-03］.http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2162.R.20220207.1309.010.html.

［14］王顧希，管馳，吳微，等.含自然銅中成藥中15種重金屬和有害元素測定方法的建立及其不確定度評估［J］.中國測試，2021，47（S2）：46-53.

［15］胡桂霞，曹美萍，張燕峰.電感耦合等離子體質譜法測定大米中總砷、鎘和鉛含量的不確定度評估［J］.食品安全質量檢測學報，2021，12（6）：2098-2104.

［16］金芝梅，張妍楠，王富強，等.電感耦合等離子體質譜法測定食品中鉛的不確定度評定［J］.食品安全質量檢測學報，2021，12（5）：1995-1999.

［17］程明焱，劉和連.電感耦合等離子體質譜法測定食用植物油中重金屬元素的不確定度評定［J］.食品安全質量檢測學報，2021，12（4）：1456-1462.

［18］國家市場監督管理局.電子天平校準規范：JJF1847-2020［S］.北京：中國標準出版社，2020：10.

［19］李耀磊，唐秋竹，金紅宇，等.鉛、鎘、砷、汞、銅混合對照品溶液的定值及不確定度評估研究［J］.藥物分析雜志，2018，38（12）：2128-2134.

［20］GB/T12806—2011，實驗室玻璃儀器單標線容量瓶［S］.北京：中國標準出版社，2011：4.

［21］WHO.Evaluation of certain food additives and contaminants： seventy-third report of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives［R］. Geneva： WHO， 2010：162-177.

（收稿日期：2023-05-24 編輯：陶希睿）

基金項目：內蒙古自治區科技計劃項目（2019GG132）；內蒙古自治區“草原英才”工程青年創新創業人才基金（No.2022-20）。

作者簡介：張建平（1986—），男，漢族，碩士，副主任技師，研究方向為藥物質量分析。E-mail： zhangjianping2007@163.com