Analysis of Lead, Cadmium, Arsenic, Mercury and Copper in Glycyrrhizae Radix et Rhizoma【Abstract】 Objective: The content of heavy metals in Glycyrrhizae Radix et Rhizoma from different batch was analyzed, and the main factors affecting the quality of Glycyrrhizae Radix et Rhizoma were summarized, so as to provide reference for establishing the quality standard of Glycyrrhizae Radix et Rhizoma. Methods: After microwave digestion of many batches of licorice materials, the heavy metals of lead, cadmium, arsenic, mercury, and copper in the medicinal materials were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), and the licorice was comprehensively evaluated by the heavy metal content. Results: Determine ICP-MS operating conditions and microwave digestion conditions.The linear relationship was good. Conclusions: The results of this experimental study can provide reference and basis for the detection of licorice, and provide reference and basis for the formulation of quality standards for licorice materials.
【Keywords】Glycyrrhizae Radix et Rhizoma Heavy metal Inductively coupled plasma mass spectrometry
简介与相关研究
甘草为药食两用的品种。《中国药典》2020版记载，甘草 (Glycyrrhizae Radix et Rhizoma) 为豆科植物甘草Glycyrrhiza uralensis Fisch.、胀果甘草Glycyrrhiza inflata Bat.或光果甘草 Glycyrrhiza glabra L.的干燥根和根茎。近年来，随着工业的发展，工业废气、废水等乱排乱放的现象日益严重，严重污染了中药材的生长环境，特别是其野生生长环境，即使生长范围广泛的甘草亦受到严重影响[1]。药材生长环境的破坏易导致甘草中残留过多重金属、有机农药等有害物质，对人体危害极大。
重金属，是指在规定实验条件下能与硫代乙酰胺或硫化钠作用显色的金属杂质[2]。甘草中重金属的来源可分为以下三种情况：（1）植物自身具有金属富集性：研究表明，甘草在生长过程中，会吸取一定量必要的金属元素以满足机体对微量金素元素的需求，在吸取必要的金属元素的同时也会吸收微量的重金属[3]； (2) 生产过程带入：在中药的采收、加工炮制、贮藏包装、运输等过程中均可能受到重金属的污染，如储存过程中为预防虫害与霉变而采用硫黄熏蒸的做法会增加药材中重金属砷与汞的含量[4]； (3) 环境污染：甘草在种植过程中能通过根茎吸收水和土壤中的重金属等。工业“三废”——废气、废水、固体废弃物的排放会导致中药中积累过多重金属[5]。
综上，药材中无可避免会含有一定量的重金属。本研究拟采集不同批次的甘草，参照《中国药典》2020版四部通则2321第二法“电感耦合等离子体质谱法”对不同批次的甘草药材进行重金属铅、镉、砷、汞、铜的检测得出数据，并采用数理统计分析的方法，对数据进行统计分析，最后得出结论，为市场上甘草的质量安全提供有效参考。
另外，经查阅文献可知，本实验研究内容未见相关研究报道，因此有较好的研究价值。
一、仪器与试药
1.仪器设备
仪器：Agilent7800电感耦合等离子体质谱仪（美国安捷伦公司），Multiwave Pro微波消解仪（美国安东帕公司），ML203T天平（瑞士梅特勒公司）
（1）试剂和药材
硝酸，PPM级；调谐液，浓度1ng/mL；铅 (Pb) 、镉 (Cd) 、砷 (As) 、汞 (Hg) 、铜 (Cu) 五种重金属元素的标准溶液，浓度为1000mg/L；金 (Au) 标准溶液与内标锗 (72Ge) 、铟 (115In) 、铋 (209Bi) 标准溶液，浓度均为1000mg/L；超纯水为实验室自制，是符合GB/T6682-2008规定下的一级水；22批次甘草原料。
二、方法与结果
1.工作条件
（1） ICP-MS工作条件
使用调谐液来调整ICP-MS的分辨率、质量轴、灵敏度、氧化物、双电荷、分辨率等各项指标。
（2）微波消解条件
由于甘草纤维质较多，不易消解完全，通过对微波消解程序、取样量及硝酸用量的考察，最终确定先在恒温加热板上保持100℃预消解0.5h，再进行微波消解。微波消解条件如表1所示。
表1 微波消解条件
2.溶液的配置
（1）标准品贮备溶液
制备成每1mL含1μg、1μg、0.5μg、1μg、1μg的Pb、Cd、Hg、Au标准品贮备液。以及制成每1mL含10μg的Cu标准品贮备液。
（2）标准品工作曲线溶液
制成每1mL各含Pb、As、Cd、Hg为100ng的标准品工作曲线一级溶液。
制成每1mL含Pb、As0ng、1ng、5ng、10ng、20ng，含Cd0ng、0.5ng、2.5ng、5ng、10ng，含Cu0ng、50ng、100ng、200ng、500ng的系列浓度混合溶液。以及制成每1mL分别含Hg0ng、0.2ng、0.5ng、1ng、2ng、5ng的溶液，本溶液应现配现用。
（3）分析用内标溶液
分别制成每1mL各含20μg的Ge、In、Bi的标准品一级溶液。每1mL各含1μg的Ge、In、Bi的混合溶液。
（4）供试品溶液的制备
取甘草于60℃干燥2h，粉碎成粉后过二、四号筛，取二号筛下全部甘草和四号筛下40%量混匀成粗粉，精密称定约0.5g，置符合微波消解条件的微波消解罐中，加入HNO3 10mL，在恒温加热板上加热到100℃预消解0.5h (如果预消解过程中反应剧烈，则应放置在通风处至反应停止) 。拧紧消解罐，并按“表1 微波消解条件”进行消解。等待至微波消解充分后，将消解罐内的溶液放置通风橱里，待溶液温度降低至60℃以下，将消解液转入50mL量瓶中，用少量水反复冲洗消解罐3次，将洗液转移至量瓶中，加入Au标准品贮备液200μL，用水定容至刻度，摇匀，即得。除了不加Au单元素标准溶液以外，按照以上方法制备空白对照溶液。
3.测定法
测定时选取的同位素为63Cu，75As，114Cd，202Hg和208Pb，其中63Cu，75As以72Ge作为内标，114Cd以115In作为内标，202Hg，208Pb以209Bi作为内标，选定铅校准方程M0 (208Pb) =M (208Pb) ×1.0000+M (207Pb) ×1.0000+M (206Pb) ×1.0000，对测定的铅进行校正。将供试品溶液放进自动进样器，测定，取三次读数的平均值，从标准曲线上以公式1、公式2计算得相应的浓度。按照以上的检测方法对空白溶液进行检测，得到相应的空白组数据，排除空白干扰。
4.方法学验证
（1）线性关系考察
分别精密吸取各浓度系列混合标准品和汞标准品溶液，进样分析，以各元素浓度为横坐标 (X) ，元素计数比率 (cps/s) 为纵坐标 (Y) ，进行线性回归，计算回归方程，得到线性范围，如表2。
表2 标准曲线方程和相关系数
（2）准确度实验
将9个样品分成3批，每批精密加入“标准品贮备溶液”制备的铅、砷、镉、汞、铜标准品贮备溶液，每批制备3份。按上述“测定法”各测定三次，记录测定值，计算回收率和相对标准偏差 (RSD) ，测得5种重金属元素的含量相对标准偏差 (RSD) 在0.433%~6.568%范围内，表示仪器准确度良好。
（3）重复性实验
按“供试品溶液的制备”方法，平行制备同一批甘草样品6份，按“测定法”进行测定，测得5种重金属元素含量的RSD值分别为8.09%、9.10%、2.21%、8.52%、0.90%，处于0.90%~9.10%之间，表明仪器的重复性良好。
（4）稳定性实验
按“供试品溶液的制备”方法，制备一份甘草样品，按“测定法”分别在0h、3h、6h、9h、12h进行测定，测得5种重金属含量的RSD值分别为1.36%、9.96%、2.75%、9.19%、0.89%处于0.90%~9.96%之间，表明样品的稳定性良好。
（5）检出限和定量限
在试验条件下，除不加样品外，其他的所有操作按样品的测定程序处理，连续测定空白溶液11份，计算响应值标准偏差 (SD) ，分别以响应值标准偏差的3倍和10倍、取样量0.5g、定容体积50 mL计，得出各元素的检出限和定量限，结果良好。
三、讨论
甘草本身属于一种有机物，所含有的成分比较复杂，要准确检测甘草中所含有的重金属就必须经过一定的前处理，去除干扰成分，存留所需成分。进行微波消解之前需要将甘草样品放进电热板进行预消解，作用是可以将甘草的有机物进行去除，为进一步消解提供基础。
在实验室条件允许的情况下，本实验采用ICP-MS测定甘草中重金属的含量。
四、结论
本试验通过测定甘草中Pb、Cd、As、Hg、Cu这5种重金属元素的含量，证明所测22批次甘草样品中重金属含量均符合规定。同时，方法学考察实验中，上述各元素的标准曲线线性方程相关系数均大于0.9996，准确度RSD均小于6.568%，说明该方法的灵敏度高、准确性好，验证了该方法的可行性，可用于测定甘草中5种重金属的检测。本实验所用的22批次的甘草样品来自于广州市场上的不同商家，所测样品全部符合规定，本实验研究的结果可以为甘草的检测提供参考和依据，为制定甘草质量标准提供参考和依据。
参考文献
[1] 卢晓林, 曲婷丽, 许晋芳, 等. 山西朔州甘草中重金属及有机氯农药残留含量测定[J]. 山西医科大学学报, 2019, 50(5): 626-631.
[2] 国家药典委员会. 中华人民共和国药典[M]. 一部. 北京: 中国医药科技出版社, 2020: 111.
[3] 杜娟. 重金属富集植物后处理及重金属的稳定化研究[D]. 西北农林科技大学, 2020.
[4] 张亚静, 汪涛, 郭巧生, 等. 不同产地野菊花及土壤中重金属元素含量比较研究[J]. 中国中药杂志, 2018, 43(14): 2908-2917.
[5] 孙莹. 中药材中重金属污染现状分析及对策研究[J]. 农业科技与信息, 2020(2): 49-50+54.
【附注】
作者姓名：黄小龙
作者单位：广州采芝林药业有限公司
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