儀器快速檢測中藥中二氧化硫含量

方案優勢

本實驗建立的方法能夠快速靈敏的檢測中藥中SO2，具有反應時間短、藥材前處理簡單、靈敏度高等優點，非常適用于中藥材SO2殘留量的快速定性或定量篩選測定，測定結果與國標法對比無顯著性差異，方法可靠。為中藥材的生產質量監控提供實用、靈敏的快速檢測方法，對確保臨床用藥安全具有重要意義。

采用標準

《中華人民共和國藥典》

方法/原理/步驟

　　《中華人民共和國藥典》2011年規定山藥、牛膝、粉葛等11種中藥材及其飲片的SO2殘留量不得超過400 mg/kg；其他中藥材及其飲片的SO2殘留量不得超過150 mg/kg從2013年12月1日起，《中華人民共和國藥典》2010年版第二增補本正式執行，新的《藥典》首次對中藥材及飲片SO2殘留限量做出了明確規定：除了礦物來源的中草藥材，中藥材及飲片中亞硫酸鹽殘留量不得超過150 mg/kg。

　　原理

　　高場非對稱離子遷移譜(High-Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry, FAIMS)是在傳統的離子遷移譜技術基礎上發展起來的一種氣相離子分離檢測技術。它是利用離子在射頻高壓電場下遷移率呈非線性變化的特點，實現物質種類和濃度的檢測[11, 12]。FAIMS譜儀主要由非對稱波形射頻電源、離子源、遷移管、檢測器和信號處理電路等組成，其工作原理如圖1所示。待測樣品分子進入離子源被電離，離子以一定的初速度進入遷移區，受到非對稱波形電壓及補償電壓產生的電場共同作用。直流補償電壓在一定范圍內掃描，只有符合一定補償電壓的離子才能通過遷移區到達離子檢測器，而其它種類的離子因撞到遷移區電極被中和吸收。通過遷移區的離子到達檢測器，從而形成相應的離子遷移譜圖。由于FAIMS技術利用高頻非對交變電場來過濾離子，極大的提高了儀器分辨率，縮短檢測時間，并且突破了單次單模式的檢測限制，靈敏度高。其獨特的芯片技術實現了體積小、成本低、能耗低的優點。

　　1實驗儀器與試劑

　　1.1儀器

　　FAIMS譜儀，采用63Ni放射源作為電離源；FAIMS芯片大小為7×7 mm，芯片遷移區長度3.25 mm，寬度2.5 mm。FAIMS 芯片的原理示意圖見圖2。FAIMS的射頻電場強度最高可達60000 V/cm，頻率為25 MHz，直流補償電壓掃描范圍為-6~ +6 V；電子天平，Precisa 生產；粉碎機(永康市榮浩工貿有限公司)；安捷倫7890-5975型氣相色譜-質譜聯用儀；KQ-800KDB型超聲波。

　　1.2 藥材

　　山藥、牛膝、黃芪、白術、白芷、當歸、板藍根、金銀花、白菊花、生甘草、白芍、黨參、地黃、枸杞、赤芍、付岑、附子、黃岑、麥冬、天冬、苦杏仁、制白附子等中藥材均來源于藥材市場。

　　1.3 試劑

　　濃硫酸，阿拉丁試劑(上海)有限公司；載氣為空氣壓縮機產生的連續穩定的空氣，經活性炭、分子篩過濾；可溶性淀粉、碘標定溶液(0.01204 mol/L)，國藥化試有限公司；亞硫酸鈉(純度99%)，天津市大茂化學試劑廠；水為超純水，成都品成科技有限公司。

　　2方法與結果

　　2.1 FAIMS分析條件

　　實驗采用動態頂空法進樣，利用FAIMS 譜儀對中藥中二氧化硫進行檢測。精密稱取中藥粉末均為0.1 g置于金屬管中，然后用移液槍加入5%(v/v)300μL的硫酸溶液，將金屬管放入頂空進樣裝置中，通入載氣，控制載氣流速為1.6 L/min。載氣將頂空裝置中的樣品帶入FAIMS譜儀中進行檢測。FAIMS檢測流程如圖3所示。測試壓強為100 kPa，射頻電場強度(DF)范圍設定為最大電場強度的20%~ 55%，補償電壓范圍為-6~ +6 V

　　2.2 對照品溶液制備

　　精密稱量亞硫酸鈉1.0000 g，加超純水溶解轉移至100 mL容量瓶中，配置成10000 mg/L的標準溶液。

　　精密稱量該溶液5 g用于滴定分析計算亞硫酸鈉溶液含有的SO2的量，用于模擬中藥材SO2的測定實驗。

　　3方法學驗證

　　3.1專屬性試驗

　　以空白載氣為背景，未加硫酸的空白中藥粉末0.1 g為對照，按照上述“2.1”方法進行FAIMS檢測，考察方法專屬性，結果顯示空白中藥對SO2檢測無干擾，方法專屬性良好。中藥對照品譜圖和SO2譜圖分別如圖4(a)，(b)所示，圖4(c)為在場強為37%下，中藥和SO2的對比圖。

　3. 　2 線性范圍和檢出限

配置一系列含SO2分別為：1、5、10、20和50mg/L的標準溶液。進行FAIMS檢測分析，繪制標準曲線，以試樣質量濃度（mg/L）為橫坐標，以離子電流強度（A.U.）為縱坐標，進行回歸分析。FAIMS 檢測SO2離子電流強度與濃度關系見圖 5。結果表明，在射頻電場強度 DF 為 37%處，SO2離子電流強度隨著濃度的增加而增加，在 1~ 50 mg/L 范圍內呈良好的線性關系，回歸方程為 y = 0.0380x+ 0.0343，相關系數為0.9982。檢出限為 1 mg/kg。

3.3  精密度試驗

對含有 SO2的幾種中藥進行精密度測試，在上述 FAIMS 分析條件下，連續采集信號 6 次，記錄離子電流值，板藍根、白術、白芷、當歸、黨參和生甘草六種中藥的進樣 6 次離子電流值的 RSD 分別為 0.93%、1.99%、0.48%、0.84%、0.53%和 2.73%，表明儀器精密度良好。

3.4 穩定性試驗

取同一供試品中藥粉末，分別 在 0、2、4、8、10、12、24 h 進樣，進樣前加入 5%(v/v)，300μL 的硫酸溶液，用 FAIMS 譜儀進行檢測，以離子電流值計算，結果板藍根、白術、白芷、當歸、黨參和生甘草六種中藥離子電流值的 RSD 分別為 0.92%、2.27%、0.90%、1.15%、0.47%和 2.10%，表明供試品在 24 h 內穩定。

3.5 重復性試驗

選取含有 SO2的幾種中藥材，按照本方法重復測定 6 次，考察了方法的精密度。檢測結果見表 1。中藥材六份數據的 RSD 分別為 1.00%，2.35%，0.53%，0.96%，0.54%和 3.66%，表明方法重復性良好。

3.6 回收率考察

取中藥粉末 0.1 g，按低、中、高質量濃度分別精密加入對照品溶液，按“2.1”檢測方法進樣分析，測定結果見表 2。

4 樣品測定

4.1 FAIMS 測定

分別取山藥、牛膝、黃芪、白術、白芷、當歸、板藍根、金銀花、白菊花、生甘草、白芍、黨參、地黃、枸杞、赤芍、付岑、附子、黃岑、麥冬、天冬、苦杏仁、制白附子等 22 種樣品粉末各 0.10 g，加入 5%（v/v），300 μL 的硫酸溶液后進樣分析。測定結果板藍根、白術、白芷、當歸、黨參和生甘草等 6 種中藥材中 SO2超標，含量分別為 767.5、318.2、514.1、359.5、2604.2 和 156.1 mg/kg，其他樣品均未檢測出二氧化硫。

4.2 與藥典方法比較

按照《中國藥典》2010 年版（一部附錄Ⅸ U）“二氧化硫殘留量測定法”操作。采用酸蒸餾碘滴定法對上述中藥進行測定，測定結果與 FAIMS 測定結果無顯著性差異，證明方法的可靠性。因此所建立的方法無需復雜的前處理過程，檢測時間短，靈敏度高，在中藥 SO2檢測中有更大優勢。

5 結果與討論

5.1 酸的選擇

實驗考察了鹽酸、硝酸、磷酸和硫酸對檢測的影響。檢測結果發現只有磷酸和硫酸對 SO2 檢測沒有干擾，并且硫酸反應效果更好。進一步優化了硫酸的體積和濃度，最終選擇 5%(v/v)，300 μL 的硫酸為最佳反應條件。

5.2 流量的選擇

考察了載氣流速為 1000~ 2000 mL/min 對檢測效果的影響，實驗結果表明，1600mL/min 最佳流速。

5.3 質譜定性驗證

用氣密針取中藥與酸反應產生的氣體進入 FAIMS 儀器前進行質譜定性分析，進樣 2μL，質譜結果如下：圖 6(a)為氣體的質譜總離子流圖(TIC)，其中 8.355 min 處的全掃描質譜圖為圖 6(b)，圖 6(c)為標準質譜圖庫 SO2，圖 6(b)和圖 6(c)相同，證明該氣體為 SO2，則進入 FAIMS 分析的氣體為 SO2。

儀器設備

　　高場非對稱離子遷移譜(High-Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry, FAIMS)是在傳統的離子遷移譜技術基礎上發展起來的一種氣相離子分離檢測技術。它是利用離子在射頻高壓電場下遷移率呈非線性變化的特點，實現物質種類和濃度的檢測[11, 12]。FAIMS譜儀主要由非對稱波形射頻電源、離子源、遷移管、檢測器和信號處理電路等組成，其工作原理如圖1所示。待測樣品分子進入離子源被電離，離子以一定的初速度進入遷移區，受到非對稱波形電壓及補償電壓產生的電場共同作用。直流補償電壓在一定范圍內掃描，只有符合一定補償電壓的離子才能通過遷移區到達離子檢測器，而其它種類的離子因撞到遷移區電極被中和吸收。通過遷移區的離子到達檢測器，從而形成相應的離子遷移譜圖。由于FAIMS技術利用高頻非對稱交變電場來過濾離子，極大的提高了儀器分辨率，縮短檢測時間，并且突破了單次單模式的檢測限制，靈敏度高。其獨特的芯片技術實現了體積小、成本低、能耗低的優點。FAIMS技術在危險品和毒品分析[13, 14]、生物醫藥[15, 16]、環境檢測[17]等諸多領域廣泛應用