劉圣金，楊歡，林瑞超，徐春祥，田金改，房方，吳德康*

(1．南京中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心/中藥資源產(chǎn)業(yè)化與方劑創(chuàng)新藥物國家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇 南京 210023；2．北京中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，北京 100029；3．江蘇省食品藥品監(jiān)督管理局，江蘇 南京 210008；4．中國食品藥品檢定研究院，北京 100050)

·專題·

礦物藥禹余糧微波消解/ICP-AES無機(jī)元素分析及綜合評價(jià)△

劉圣金1，楊歡1，林瑞超2，徐春祥3，田金改4，房方1，吳德康1*

(1．南京中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心/中藥資源產(chǎn)業(yè)化與方劑創(chuàng)新藥物國家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇 南京 210023；2．北京中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，北京 100029；3．江蘇省食品藥品監(jiān)督管理局，江蘇 南京 210008；4．中國食品藥品檢定研究院，北京 100050)

目的：測定不同產(chǎn)地禹余糧藥材中無機(jī)元素的含量并進(jìn)行綜合分析評價(jià)。方法：采用微波消解/ICP-AES及主成分分析法對禹余糧藥材所含元素進(jìn)行分析和產(chǎn)地綜合評價(jià)，同時(shí)對各元素進(jìn)行相關(guān)性分析及無機(jī)元素指紋圖譜分析。結(jié)果：檢測的21種元素中，F(xiàn)e、Al、Ca、K、Mg、Mn含量較高，重金屬Hg、Pb、Cd、Cu均有檢出，有害元素As、微量元素Se未檢出。建立了含13種無機(jī)元素的特征指紋圖譜，均數(shù)相似度(夾角余弦值)、中位數(shù)相似度(夾角余弦值)均大于0.90。元素相關(guān)性分析表明，14對元素顯著正相關(guān)，2對元素顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，10對元素正相關(guān)，6對元素負(fù)相關(guān)(P<0.05)。主成分分析選擇了5個(gè)因子，從無機(jī)元素的角度對禹余糧質(zhì)量和產(chǎn)地進(jìn)行了綜合評價(jià)，結(jié)果表明江蘇宿遷、建湖產(chǎn)禹余糧質(zhì)量較好。結(jié)論：本研究為禹余糧藥材的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為礦物類藥材的研究提供了研究方法和思路。

礦物藥；禹余糧；電感耦合等離子-原子發(fā)射光譜法；無機(jī)元素；指紋圖譜；主成分分析

禹余糧(Limonitum)是臨床常用礦物藥之一，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》。其來源為氫氧化物類礦物褐鐵礦，主含堿式氧化鐵。性甘、澀，微寒。歸胃、大腸經(jīng)。具有澀腸、止帶止血之功能，用于久瀉久痢、大便出血、崩漏帶下[1]。臨床可治療胃原性腹瀉[2]、泄瀉[3]、便血休克[4]、子宮脫垂[5]、無排卵性月經(jīng)不孕癥[6]、潰瘍性結(jié)腸炎[7]等。礦物藥富含多種礦物質(zhì)和人體必需的微量元素，其成分及其賦存狀態(tài)是其藥性、臨床效用的物質(zhì)基礎(chǔ)。無機(jī)元素的種類與含量是礦物藥質(zhì)量評價(jià)的重要指標(biāo)之一。禹余糧原礦物成因復(fù)雜，通常有多種礦物組成且組成比例不一，導(dǎo)致目前市場礦物藥禹余糧品種來源較混亂，質(zhì)量參差不齊，真假難以分辨?！吨腥A人民共和國藥典》2010版所收載礦物藥禹余糧的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)僅有簡單的性狀和鐵鹽的化學(xué)鑒別項(xiàng)目，不能很好地控制禹余糧的質(zhì)量。本文利用ICP-AES法對禹余糧中的無機(jī)元素進(jìn)行分析測定，并建立其無機(jī)元素指紋圖譜，為禹余糧藥材的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)研究等提供參考。

1 儀器與材料

1.1 儀器

OptimaTM4300DV電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜儀(美國Perkin Elmer公司)；Mars型微波消解系統(tǒng)(美國CEM公司)；電子分析天平(XS205，瑞士，Mettler Toledo)。

1.2 試藥

元素標(biāo)準(zhǔn)溶液Al、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Ti、V、Zn、Fe、Ca、K、Hg、Pb、P、Se(質(zhì)量濃度為1000 μg·mL-1，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院)；硝酸(優(yōu)級純，蘇州晶瑞化學(xué)有限公司)；鹽酸(優(yōu)級純，南京化學(xué)試劑有限公司)；氫氟酸(優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；硼酸(分析純，南京化學(xué)試劑有限公司)；超純水經(jīng)EPED超純水系統(tǒng)自制。

1.3 樣品來源與處理

禹余糧藥材樣品為實(shí)地收集或由相關(guān)單位提供，均經(jīng)南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院孔慶友教授鑒定為氫氧化物類礦物褐鐵礦，留樣保存于南京中醫(yī)藥大學(xué)中藥鑒定教研室。禹余糧樣品來源見表1。

表1 禹余糧樣品來源

精密稱取樣品粉末(過200目篩)0.1 g，放入50 mL聚四氟乙烯消解罐中，精確加入濃鹽酸(HCl)6 mL，濃硝酸(HNO3) 2 mL，氟化氫(HF)2 mL，置于通風(fēng)櫥中靜置30 min，待反應(yīng)不劇烈后加蓋密封，裝入微波消解儀中，按表2設(shè)定的消解程序消解[9]。消解完畢后，冷卻至室溫，取出消解罐，加入飽和硼酸溶液10 mL，在通風(fēng)櫥中加熱揮酸，冷卻后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度，即為供試品溶液1。由于禹余糧樣品中Fe、Al、K、Ca、Mg等元素的含量在常量范圍，遠(yuǎn)大于單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，故將供試品溶液1稀釋25倍后作為供試品溶液2，用于Fe、Al 2種元素的測定，K、Ca、Mg等元素采用徑向觀測。

表2 微波消解程序

1.4 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)測定條件

功率為1.3 kW；冷卻氣流量為1.5 L·min-1；載氣流速為0.8 L·min-1；輔助氣流量為0.2 L·min-1；樣品提升量為1.5 mL·min-1。測量條件：積分時(shí)間為10 s；延遲時(shí)間為1 s；重復(fù)次數(shù)為1；測量方式為標(biāo)準(zhǔn)曲線法；讀數(shù)方式為峰強(qiáng)。

2 方法與結(jié)果

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)試樣中待測元素的水平配制對照品溶液。依次測定21種無機(jī)元素的系列濃度對照品溶液，以對照品濃度X(μg·mL-1)為橫坐標(biāo)，對照品峰強(qiáng)Y為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得各元素對照品的回歸方程、相關(guān)系數(shù)和線性范圍。詳見表3。

表3 21種無機(jī)元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線和分析線

2.2 測定結(jié)果

在上述方法學(xué)考察基礎(chǔ)上，將不同禹余糧樣品按照上述樣品處理方法制備相應(yīng)供試品溶液，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定各樣品中無機(jī)元素含量，結(jié)果見表4。結(jié)果顯示，主元素Fe含量最高，達(dá)52.6%，除S8和S12外，其他樣品含鐵量均大于20%，均值為30.8%；Al的含量范圍在2%～8.2%，相對較為穩(wěn)定；Ca在樣品中的分布則不夠均勻，最高達(dá)5.5%，最低僅0.04%，多數(shù)低于0.3%；K、Mg、Mn、Ti元素的含量均值分別為0.838%、0.545%、0.496%、0.227%；Zn的含量均值為0.163%，有10個(gè)樣品未檢出；其他微量元素含量相對較低；Se、As均未檢出。

2.3 禹余糧藥材中的元素間相關(guān)性分析

采用SPSS16.0軟件進(jìn)行各元素間相關(guān)性分析，因多數(shù)變量不服從正態(tài)分布，故采用Spearman等級相關(guān)系數(shù)法，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。相關(guān)矩陣分析顯示，有14對元素顯著正相關(guān)(P<0.01)：Al-Li、Ba-V、Zn-Mn、K-Ti、Mg-Ti、Ni-Co、Mg-Cr、Cr-Ti、Ni-Pb、Co-Pb、Ni-Cu、Co-Cu、Pb-Cu、Zn-Cd；2對元素顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)：Fe-Al、Fe-Li；10對元素正相關(guān)(P<0.05)：K-Mg、Ba-Li、Ca-V、K-V、Mg-V、K-Cr、Ni-Cr、Fe-Pb、Hg-Pb、Mn-Cd；6對元素負(fù)相關(guān)(P<0.05)：Zn-Al、Ca-P、Al-Mn、Fe-Ti、Fe-Cr、K-Pb。正相關(guān)表明禹余糧在礦物形成中這些元素能夠促進(jìn)相互間的富集，而負(fù)相關(guān)表明這些元素在禹余糧礦物形成過程中能夠抑制對方的富集。

2.4 禹余糧無機(jī)元素指紋譜的建立

根據(jù)各元素檢測結(jié)果，篩選出13種共有無機(jī)元素(Fe、Al、Ca、K、Mg、Mn、Ti、Ba、Li、V、Cr、Pb、Cu)建立余糧石的無機(jī)元素特征指紋圖譜，結(jié)果見圖1。禹余糧藥材中各種無機(jī)元素含量雖有差異，但鑒別過程中可以根據(jù)元素的特征曲線譜圖的走勢來進(jìn)行識別。

夾角余弦法計(jì)算相似度結(jié)果顯示，禹余糧樣品中均值相關(guān)系數(shù)、中位數(shù)相關(guān)系數(shù)、均值夾角余弦值、中位數(shù)夾角余弦值除S12在0.88～0.90外，其他樣品均大于0.97。說明禹余糧無機(jī)元素指紋特征圖譜的相似度較良好。見表6。

表4 禹余糧樣品中無機(jī)元素含量分析 /mg·g-1

注：“—”表示未檢出；汞的含量單位為mg·kg-1。

表5 禹余糧樣品中無機(jī)元素的相關(guān)性分析

注：**表示P<0.01；*表示P<0.05。

注：A.禹余糧無機(jī)元素譜；B.無機(jī)元素對照特征譜。圖1 禹余糧無機(jī)元素譜和無機(jī)元素對照特征譜

S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16S17均值相關(guān)系數(shù)0.99780.98060.99670.99820.99460.99840.99820.90790.99840.99720.99840.88800.99850.99470.99770.97970.98981.0000夾角余弦值0.99710.98120.99670.99780.99510.99860.99810.90520.99850.99750.99850.90190.99820.99450.99780.98170.99051.0000中位數(shù)相關(guān)系數(shù)0.99820.97680.99620.99860.99590.99910.99760.90760.99930.99550.99700.89090.99870.99450.99670.98120.98891.0000夾角余弦0.99770.97750.99600.99830.99610.99920.99770.90340.99940.99590.99720.90380.99860.99450.99700.98270.98991.0000

2.5 禹余糧無機(jī)元素主成分分析及其產(chǎn)地綜合評價(jià)

為了研究各地禹余糧樣品中各種元素的分布規(guī)律，對其主成分進(jìn)行分析，同時(shí)為各主成分因子更好地解釋各變量，分析中對特征值及因子載荷矩陣采用了方差最大化正交旋轉(zhuǎn)，結(jié)果見表7。前5個(gè)特征值均大于1，累積貢獻(xiàn)率達(dá)88.237%，說明前5個(gè)因子在禹余糧元素組成中起著主導(dǎo)作用，能夠較客觀地反應(yīng)禹余糧中元素組成情況，故選取前5個(gè)主成分進(jìn)行分析。以各主成分因子得分與方差貢獻(xiàn)率乘積相加[11]，得出各禹余糧樣品的無機(jī)元素總因子得分值F，F(xiàn)=0.350 17F1+0.223 31F2+0.147 04F3+0.085 22F4+0.076 63F5。按綜合評價(jià)函數(shù)計(jì)算出的不同樣品的綜合得分(F)及排名見表8。綜合排序靠前的分別為S8、S12和S2，說明從無機(jī)元素角度考慮，江蘇宿遷、建湖產(chǎn)的質(zhì)量相對較好。

表7 主成分方差貢獻(xiàn)率

3 討論

研究結(jié)果表明，禹余糧無機(jī)元素成分復(fù)雜，含量不一，這與礦物在富集形成過程中常常有多種礦物伴生相關(guān)。本文建立了禹余糧無機(jī)元素特征指紋圖譜，相似度較好。采用主成分分析方法將測定的21種無機(jī)元素指標(biāo)簡化為5個(gè)主成分，并依此對不同產(chǎn)地的禹余糧樣品質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià)。元素相關(guān)性分析可知，禹余糧中有14對元素顯著正相關(guān)，10對元素正相關(guān)，2對元素顯著負(fù)相關(guān)，6對元素負(fù)相關(guān)。

表8 綜合主成分因子及對禹余糧產(chǎn)地的綜合評價(jià)

本研究結(jié)果表明，禹余糧樣品中Fe、Al、Ca、K、Mg、Mn等元素含量較高，這可能與禹余糧功能的特點(diǎn)有一定的聯(lián)系[12-13]。李波等[14]對鈣鋁混懸液的研究發(fā)現(xiàn)，其具有明顯的抗蓖麻油致腹泄作用，且單用碳酸鈣止瀉作用明顯，氫氧化鋁和三硅酸鎂作用不明顯。一方面可能是因?yàn)闅溲趸X和三硅酸鎂劑量較低；另一方面也可能與此二組分在方中并非起抗腹瀉作用，而可能是起到保護(hù)腸粘膜的作用有關(guān)。另有報(bào)道[15]，鐵的稀溶液對腸胃粘膜面有收斂作用，可以止瀉，吸附腸道內(nèi)異常的發(fā)酵產(chǎn)物和炎癥滲出物，對發(fā)炎的胃腸粘膜有保護(hù)作用。同時(shí)，人體久瀉久痢、便血崩漏易造成某些必需的元素大量流失，而禹余糧富含人體必需的元素，對治療起一定的輔助作用，這可能是禹余糧臨床療效的原因所在。

重金屬及有害元素是評價(jià)中藥安全性的重要指標(biāo)，目前許多中藥都已經(jīng)制定了Pb、Hg、As、Cd、Cu等元素的限量標(biāo)準(zhǔn)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，大多數(shù)禹余糧中Pb、Cd、Hg均大于植物藥中Pb(≤5.0 mg·kg-1)、Cd(≤0.3 mg·kg-1)、Hg(≤0.2 mg·kg-1)含量的限量標(biāo)準(zhǔn)[1]，這與禹余糧礦物的來源本質(zhì)有著直接的聯(lián)系。為保障禹余糧用藥的安全有效，重金屬的限量控制應(yīng)引起足夠的重視，也為禹余糧藥材的炮制減毒提出了要求。

本試驗(yàn)對不同礦物藥禹余糧樣品中的無機(jī)元素進(jìn)行測定，并作統(tǒng)計(jì)分析，為禹余糧藥材的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)制定、安全性評價(jià)提供了科學(xué)的參考依據(jù)。

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Evaluation and Analysis of Inorganic Elements in Mineral Chinese Medicine Limonitum by ICP-AES after Microwave Digestion

LIU Shengjin1，YANG Huan1，LIN Ruichao3，XU Chunxiang2，TIAN Jingai4，F(xiàn)ANG Fang1，WU Dekang1*

(1.Schoolofpharmacy，NanjingUniversityofChineseMedicine；JiangsuCollaborativeInnovationCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrialization；NationalandLocalCollaborativeEngineeringCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrializationandFormulaeInnovativeMedicine，Nanjing210023，China；2.Schoolofpharmacy，BeijingUniversityofChineseMedicine，Beijing100029，China；3.JiangsuInstituteforFoodandDrugControl，Nanjing210008，China；4.NationalInstituteforFoodandDrugControl，Beijing100050，China)

Objective：To determine and analyze the inorganic elements in Limonitum by ICP-AES after microwave digestion.Methods：Inorganic elements fingerprints were researched.Principal components and elements correlations were analyzed with the SPSS16.0 software.Results：The result showed that elements Fe，Al，Ca，K，Mg and Mn were the major elements in twenty one inorganic elements determined.Hg、Pb、Cd、Cu were detected in all samples，Se and As were not detected.Thirteen elements were selected to establish fingerprint for describing and identifying the quality of Limonitum samples.And similarity (angle cosine value) were all more than 0.90.The result showed that fourteen pairs of elements were significant positive correlated，two pairs of elements were significant negative correlated (P<0.01).There were ten pairs of elements were positive correlated，six pairs of elements were negative correlated (P<0.05).The PCA with five factors selected could be used to evaluate the quality of Limonitum and the origin places were selected.Conclution：The result showes some correlations among the inorganic elements.The presented research would have guiding significance to study other mineral medicines.

Mineral Chinese Medicine；Limonitum；ICP-AES；inorganic elements；fingerprints；PCA

10.13313/j.issn.1673-4890.2015.9.005

2015-06-15)

《中華人民共和國藥典》2015版一部標(biāo)準(zhǔn)研究課題；江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(二期)；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PPZY2015A070)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81303178)；江蘇省自然基金項(xiàng)目(BK20130957)

*

吳德康，教授，研究方向：中藥鑒定與品質(zhì)評價(jià)、礦物藥研究；Tel：(025)85811511，E-mail：wudekang2008@126.com