中国生化药物杂志
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及其联用技术在化药中药及中成药中的应用进展

电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS )是20世纪80年代初在分析化学领域出现的一门以电感耦合等离子体作为离子源、以质谱进行检测的无机多元素分析技术,从1980年第一篇ICP-MS可行性文章[1]发表到1983年第一台商品化仪器的问世只有3年的时间,到现在为止,全球商品化的ICP-MS仪器型号已有约二十多种[2]。凭借其高灵敏度、低检出限、分析速度快、干扰少及能同时多元素分析等优势[2-4],这项技术的发展十分迅速,目前已在环境科学[5-9]、食品科学[10-14]、材料科学[15-16]、生命科学[17-18]、地球科学[19-21]等领域获得了广泛的应用,成为痕量分析与元素形态分析等最有力的分析手段之一。在药物元素分析和安全监测领域,ICP-MS及其联用技术的应用也日趋广泛,俨然已成为一种常用、成熟的分析检测手段。笔者就近年来ICP-MS及其联用技术在化药、中药及中成药中的应用进展做一综述和展望。

1 电感耦合等离子体质谱( ICP-MS) 及其联用技术在化药分析中的应用

ICP-MS 及其联用技术在化药中主要用于对其无机杂质的监测和控制。化药在生产过程中可能引入的无机杂质,如催化剂和来自生产工艺设备的污染物,不仅本身具有毒性,而且会对药品的稳定性、保质期产生不利的影响,甚至可能引发有害的副作用。因此必须对药品生产所用原料、中间体和活性成分(API)、赋形剂(稳定剂、着色剂、调味剂、糖衣等),以及最终药物产品所含的有机和无机(元素)杂质进行检测和控制。在我国历版药典和世界许多地区药典一样,使用的方法都是有着100多年历史的比色法。该方法被称为“重金属限量检查法”,其原理是十种元素(Ag、As、Bi、Cd、Cu、Hg、Mo、Pb、Sb、Sn)与硫代乙酰胺反应生成硫化物沉淀,产生的有色沉淀再与Pb标准溶液进行颜色比对,以确定是否超出重金属限度。“重金属限量检查法”除了有主观的目测颜色比对相关的明显误差外,不能给出单个元素的浓度,且也不能测定一些常用元素,如Cr,以及生产催化剂中常用的铂系元素(PGE)。“重金属限量检查法”另一个公认的问题是其样品制备方法,需要在500-600℃的马弗炉中灼烧样品,不可避免挥发性分析物的损失,比如有害元素Hg[22-23] 。Wang曾在2000年的文章指出该方法的缺陷,认为不灵敏、费时费力,回收率很低或者根本没有回收率,并提出用一种现代仪器方法(ICP-MS)替代该比色法[24]。在2013年美国药典(USP)已执行通则USP<233>中推荐使用现代仪器,如多元素技术ICP-MS技术替代比色检测法。

Evans等[25] 应用高效液相色谱与ICP-MS联用技术测定了西咪替丁的含量及所含的17种杂质,其中15种杂质用ESI-MS进行结构确认。该研究结合运用了无机质谱和有机质谱,结果表明ICP-MS能够定量到0.08%的主成分水平。Baker等[26]选用了CE-ICP-MS来进行维生素B12的分析,结果表明,ICP-MS既不引入测量死体积,也不降低系统分离效率,与UV和有机MS相比,具有更好的定量功能。Axelsson等[27]报道了用LC与ICP-MS联用,通过检测I和P等普通元素,对化学结构未知的药物进行定量分析。

综上,ICP-MS及其联用技术在化药分析中主要用于监控无机杂质及对化学结构未知的药物进行定量分析,国外研究人员在这方面做了大量的研究报道,但国内在这方面的研究报道较少。

2 电感耦合等离子体质谱( ICP-MS) 及其联用技术在中药(民族药)分析中的应用

中药(民族药)是我国的特色和优势产业,一直以来中药(民族药)都是世界同行研究的热点。有研究表明[28-29] ,中药(民族药)有效成分的发挥,不仅与所含的有机成分有关,而且与所含的微量元素有关。从2010版中国药典一部附录ⅨB开始收载有电感耦合等离子体质谱法( ICP-MS),到2015版中国药典四部通则0412开始收载有高效液相色谱与电感耦合等离子体质谱联用的方法。现把电感耦合等离子体质谱( ICP-MS) 及其联用技术在中药(民族药)分析中的应用列于表1。

表1 ICP-MS及其联用技术在中药(民族药)分析中的应用作者样品方法分析结果黄志勇等[30]丹参ICP-MS数据准确可靠、稳定性好,可作其质量控制的参考标准,也可作其他中药GAP规范管理中有毒元素内部质量控制的参考标准。傅兴圣等[31]磁石ICP-MS磁石药材中除了主要元素Fe外,Si、Mg、Ca、Al、K等元素的含量也很高,有害元素的含量也值得关注,为磁石药材的质量分析及安全评价提供了科学依据。余彦鸽等[32]丹参ICP-MSMn、Pb、Cu、Mg、Zn和Ca是丹参的药材的特征无机元素。土壤中镁和铝的含量与药材中Zn、Cu、Cd含量呈负相关,而土壤中K的含量则与之相反。丹参对Mg、K、Ca有较强的富集作用。包永睿等[33]羌活ICP-MS通过测定质荷比在2~260之间元素含量,以59种经过筛选的无机元素作为特征值,经数学软件聚类统计后得到不同采收期、不同产地对羌活药材无机元素含量的影响,为建立中药微量元素与药效之间的关系打下一定的基础。刘圣金等[34]青礞石ICP-MS通过测定25种元素,用SPSS统计软件对数据进行主成分和相关性分析,结果Si、Fe、Mg、Al、Ca、K、Na等7个元素为主要成分,重金属及有害元素中Hg、Cd、Cr、Cu均检出,建立了青礞石药材无机元素的特征谱图,为该药材的有效性、安全性评价及质量标准制定提供了科学依据。曾栋等[35]丹参ICP-MS以元素In、Pt、Ru等做内标,定量分析了全株丹参中52种元素,通过标准物质对照和加标回收实验进行方法质量控制,回收率85%~114%,检测限0.2~20ng/g,可用于中药材元素定量分析。王庚等[36]蟾酥HPLC-ICP-MS对蟾酥样品中的As化学形态进行了初步探讨,发现其中As主要以有毒的无机As(Ⅴ)形态存在,并讨论了形态分析的方法及结果。陈军辉等[37]西洋参RP-HPLC-ICP-MS以西洋参水提取液为研究对象对其含量较高的9种元素形态(Mg,Al,Ca,Mn,Fe,Zn,Ni,Cu和Sr)的形态进行了同步分析,成功地实现了元素有机态和无机态的分离,为多元素形态同步分析和鉴定奠定了基础。王英锋等[38]仁青芒觉HPLC-ICP-MS仁青芒觉中的砷大部分都以无机As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的形式存在。仁青芒觉中砷元素形态的分析,为藏药中砷元素的形态和毒理学研究提供了依据。YathavakillaSK等[39]芸薹叶SCX-HPLC-ICP-MS芸薹叶中硒复合物主要以蛋氨酸甲基硒(SeMet)和半胱氨酸甲基硒(MeSeCys)形态存在,而SeMet相对很少。崔彦杰等[40]牡蛎HPLC-ICP-MS该方法可以准确、可靠地测定生物样品中二丁基锡、三丁基锡和三苯基锡的含量。