CN111505095A - 一种中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法，使用脱除材料和/或电沉积方法对待测试溶液进行前处理直到净化后基质溶液获得平稳的电化学测试基质基线，脱除材料包括羟基磷灰石、海藻酸钠、仿生材料中的一种或多种的组合；在三电极体系的工作电极上制备纳米电极；使用纳米电极确定各类型有害元素在净化后基质溶液中的定性氧化‑还原电位，基于纳米电极及方波溶出伏安法或差分脉冲溶出伏安法确定各类型有害元素的定量氧化溶出曲线，数据拟合得到工作曲线，检测实际样品中有害元素后与工作曲线对比以确定有害元素的类型及含量。该方法保证没有多余的中药成分损坏测试体系，实现多类型有害元素的联合、快速检测，测试准确性高。

Description

一种中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法
技术领域
本发明涉及中药材及其制剂中有害元素的检测技术领域，具体涉及一种中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法。
背景技术
中药作为天然药物，由于其具有毒副作用小、使用安全、疗效好等特点而被广泛使用。但随着环境污染日益加剧、含重金属农药化肥的使用等，使得中药材及其制剂中存在有害元素的污染问题，有害元素指的是铅、汞、镉、铜、铬等重金属以及砷，服用受有害元素污染的中药饮片或其制剂成品存在一定的健康风险。重金属在人体内与蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使蛋白失去活性，也可在人体器官中累积，造成慢性中毒。如Pb超标会损伤神经系统、造血系统、血管和消化系统；Hg主要损伤肾脏，造成肾功能衰竭；As可引起肝、肾、心等实质性器官的损害；Cd对人有致畸、致癌、致突变的危害；较高浓度的Cu具有溶血作用，能引起肝、肾良性坏死等。中药的有效性及安全性是中药质量的核心问题，质量标准是衡量中药质量的技术体系。因此，关于中药材及其制剂中有害元素的类型及含量的检测分析均备受关注。
目前中药有害元素的检测方法主要包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体-质谱法等，这些方法虽然能以较高的灵敏度对药材中的有害元素含量进行有效分析，但需要对样品进行前处理，分析时间长，且需要大型仪器，使得分析成本高，难以满足中药材中有害元素的现场快速检测。
目前市场商业化的有害元素检测产品仅适用于简单的水相或食品基质，例如比色法。而中药材及其制剂的复杂基质严重干扰有害元素检测的准确性及灵敏度，从而造成结果的误判。
电化学检测方法有高效快速、高灵敏度、高检测限等优点，是检测多类型有害元素的一种重要的方法。有文献报道的仅是针对水相等简单基质的检测，而对于中药材及其制剂的复杂基质，不仅存在害元素对测试体系干扰，还有中药复杂基质对测试体系干扰，现有技术尚未实现电化学方法对中药材及其制剂中多类型有害元素的检测。
发明内容
针对中药材及其制剂基质复杂严重干扰有害元素检测的准确性及灵敏度，无法实现多类型有害元素的快速检测问题，本发明提出一种中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法，通过前处理中的脱除材料和/或电沉积吸附和脱除测试体系干扰成分以净化该复杂基质、得到平稳基线，在此基础上通过电化学方法进行测试，能够实现中药及其制剂等复杂干扰基质中多类型有害元素的联合和快速检测。
本发明的技术方案：
一种中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步骤，使用脱除材料和/或电沉积方法对待测试的中药材消解液、中药材水煎液或复方制剂溶液进行前处理以净化基质直到净化后基质溶液获得平稳的电化学测试基质基线的，所述脱除材料包括羟基磷灰石、海藻酸钠、仿生材料中的一种或多种的组合；
第二步骤，在标准三电极体系的工作电极上通过沉积纳米电极材料制备纳米电极，所述纳米电极材料为纳米铋电极或纳米金电极；
第三步骤，基于所述标准三电极或所述纳米电极采用循环伏安法或线性扫描伏安法确定各类型有害元素在所述净化后基质溶液中的定性氧化-还原电位；
第四步骤，基于所述纳米电极采用方波溶出伏安法或差分脉冲溶出伏安法确定各类型有害元素在所述净化后基质溶液中的定量氧化溶出曲线，通过数据拟合得到不同有害元素的浓度与氧化峰电流值或氧化峰面积之间的线性工作曲线；
第五步骤，通过方波溶出伏安法或差分脉冲溶出伏安法以所述第四步骤中同样的参数检测实际样品中各类型有害元素的定量氧化溶出曲线，并与所述工作曲线对比以确定有害元素的类型及含量。
使用脱除材料进行前处理时，将所述脱除材料置于待测试的中药材消解液、中药材水煎液或复方制剂溶液中进行基质净化反应，反应结束后离心以分离待测试溶液与脱除材料而得到净化后基质溶液，溶液搅拌速度：0-300rpm，反应温度：5-55℃，每100mL溶液使用1-50g脱除材料，反应时间为：5-120min。
采用恒电位沉积法进行基质前处理，溶液的pH为1-12，沉积时间为：0-240h，溶液搅拌速度：0～1000rpm，沉积电位为：-1.5V～1.5V。
前处理时吸附和脱除部分或全部有害元素。
定量测量时，按照还原电位从高到低或电位绝对值由小到大的顺序采用多步法分别测试不同类型有害元素的定量氧化溶出曲线，每步测试一种类型有害元素。
通过多电位阶跃沉积法或恒电位沉积法在所述三电极体系的工作电极上沉积纳米材料制备纳米电极，电镀液为金属Bi或金属Au的单元素标准溶液或Bi(NO3)3固体及氯金酸溶液，电镀液pH为1-12，沉积时间为：0-240h，溶液搅拌速度：0～1000rpm，沉积电位为：-1.5V～1.0V；
所述三电极体系由工作电极、辅助电极和参比电极组成，所述工作电极为玻碳电极、金电极中之一，所述辅助电极为不锈钢电极、金电极、铂电极、银电极中之一，所述参比电极为饱和甘汞电极、Ag/Ag+电极、Ag/AgCl电极、Hg/H2SO4电极中之一。
所述定性测量和定量测量的测试溶液至少包括所述净化后基质溶液、待测量有害元素的不同浓度的标准品溶液和缓冲溶液；测试实际样品时，测试溶液至少包括实际样品和缓冲溶液。
所述循环伏安法的测试参数：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，扫描范围：-1.5V～1.5V，起始电位为0～±1.5V；所述线性扫描伏安法的测试参数：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，初始电位：-1.5V～1.5V，终止电位：-1.5V～1.5V。
所述方波溶出伏安法的测试参数为：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，初始电位:-1.5V～0V，终止电位：-1.5V～1.5V，阶跃高度：0.1mV～100mV，振幅：1mV～100mV，频率：1Hz～1000Hz；所述差分脉冲溶出伏安法的测试参数为：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，初始电位:-1.5V～1.5V，终止电位：-1.5V～1.5V，阶跃高度：0.1mV～100mV，振幅：1mV～100mV，频率：1Hz～1000Hz。
所述仿生材料包括仿骨材料、仿纤维材料、仿细胞壁材料中之一。
本发明的有益技术效果：
本发明的一种中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法，首先采用多种脱除材料和/或电沉积方法对中药材消解液、水煎液或复方制剂溶液进行基质前处理分别对应实现不同类型有害元素及中药复杂基质的吸附及净化，得到净化后基质溶液，然后在三电极体系中基于惰性电极构建测试体系，采取循环伏安法或线性扫描伏安法确定各类型有害元素在净化后基质溶液中的定性氧化及还原电位，最后，基于上述三电极体系制备纳米电极材料，并使用制备所得纳米电极材料及方波溶出伏安法或差分脉冲伏安法联合检测Cr、Cd、Pb、As、Cu及Hg等多类型有害元素的定量氧化溶出曲线，以确定元素种类及含量。本发明的方法在电化学检测前首先采用脱除材料或电化学还原沉积或二者结合的方式进行基质前处理得到净化后基质溶液，以实现净化后基质溶液具有较平稳的电化学测试基线的净化程度，降低或消除有害元素干扰和中药复杂基质干扰，保证没有多余的中药成分影响测试体系，从而采用纳米电极即可实现复杂干扰基质中多类型有害元素的联合、快速检测，测试准确性高、电极稳定性好、响应速度快、操作简单、选择性好、灵敏度高、检测成本低，大幅提高测试体系的准确性及工作电极的使用周期，建立了中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法。
优选的，脱除材料包括海藻酸钠、羟基磷灰石、仿生材料中的一种或几种的组合用于吸附不同类型有害元素，脱除材料与待测试中药材消解液、水煎液或复方制剂的接触时间为：5-60min，溶液搅拌速度：0-300rpm，反应温度：5-55℃，每100mL溶液使用1-50g脱除材料，反应后通过离心分离脱除材料；净化时，还可采用恒电位沉积法将有害元素从溶液中脱除，检测溶液pH为1-12，沉积时间为：0-240h，溶液搅拌速度：0～1000rpm，沉积电位为：-1.5V～1.5V。由于中药基质的复杂性，对于不同基质、不同批次、不同有害元素的中药基质，脱除材料和电沉积方法的净化效果好坏、净化的有害元素类型都可能不同，但采用本发明的三种脱除材料或电沉积或二者结合可针对大部分中药材及其制剂，尤其针对植物类药材的消解液及水煎液基质时净化效率高，基线平稳。
优选的，进行电化学检测时，首先按照定量检测的测试溶液/电解液配置定性检测的电解液，通过循环伏安法或线性扫描伏安法测试惰性电极或纳米电极表面有害元素的电化学特征，对应获得各类型有害元素在特定基质中的定性氧化及还原电位；然后根据该定性氧化及还原电位确定定量测量的参数，通过方波溶出伏安法或差分脉冲伏安法首先分别在不同电位下富集溶液中的痕量有害元素于纳米修饰电极表面，然后将沉积在纳米电极表面的不同类型有害元素分段氧化溶出，测试不同类型有害元素的不同浓度的标准溶液的氧化溶出曲线图，获取每种元素的浓度与氧化峰电流值或氧化峰面积的线性工作曲线，最后，通过同样的测试条件测试含任意的不同浓度及类型有害元素的中药材及其制剂的实际样品的氧化溶出曲线，获得因氧化待测试有害元素而得到的氧化峰电流曲线，与标准线性工作曲线对比，从而获得实际样品中有害元素的类型及浓度。进一步优选的，定性测量时分别将待测元素的标准溶液分多次加入至净化后基质溶液中，分多次测量不同类型元素的定性氧化-还原电位；定量测量时，采用多步法分别测试不同类型元素的定量氧化溶出曲线，即按照还原电位由高到低的顺序先沉积还原电位最高的元素，然后扫描以获取沉积的该元素的定量氧化溶出曲线，即通过修改沉积电位和扫描参数每次仅沉积和测量一种元素，以避免元素之间的干扰，提高测试结果的准确性。
优选的，循环伏安法的测试参数：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，扫描范围：-1.5V～1.5V(相对饱和甘汞参比电极)，起始电位为0～±1.5V；线性扫描伏安法的测试参数：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，初始电位：-1.5V～1.5V，终止电位：-1.5V～1.5V(相对Ag/Ag+参比电极)；方波溶出伏安法的测试参数：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，初始电位:-1.5V～1.5V，终止电位：-1.5V～1.5V(相对Ag/Ag+参比电极)，阶跃高度：0.1mV～100mV，振幅：1mV～100mV，频率：1Hz～1000Hz；差分脉冲溶出伏安法的测试参数：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，初始电位:-1.5V～0V，终止电位：-1.5V～1.5V(相对Ag/Ag+参比电极)，阶跃高度：0.1mV～100mV，振幅：1mV～100mV，频率：1Hz～1000Hz。
优选的，使用三电极体系采取多电位阶跃沉积法及恒电位沉积法在工作电极的表面沉积纳米材料制备纳米电极材料。其中电镀液分别选取金属Bi、金属Au的单元素标准溶液或者Bi(NO3)3固体及氯金酸溶液，电镀液pH为1-12，沉积时间为：0-240h，溶液搅拌速度：0～1000rpm，沉积电位为：-1.5V～1.0V。工作基底电极为玻碳电极、金电极等惰性电极，以表面平滑且稳定性高的惰性电极为宜；辅助电极可选择不锈钢电极、金电极、铂电极、银电极中之一，或市售其他电极；参比电极选择适用于水相检测基质的饱和甘汞电极或市售其他电极等。
与现有仪器测试方法相比，本发明所提供的结合基质前处理与电化学法联合检测中药材及其制剂中多类型有害元素的方法，具有如下特点：
(1)前处理过程可针对大部分中药材及其制剂，包含动物药、植物药及矿物药的消解液、水煎液及配方颗粒制剂等，尤其针对植物类药材的消解液及水煎液基质时净化效率高，基线平稳；
(2)避免了大量预处理过程，可直接进样测试，简化了测试体系而增加了测试的效率；
(3)纳米电极的制备及使用，提高了检测体系的灵敏度及准确性，降低了检测限，增加了检测线性区间范围；
(4)使用定性结合定量方法、多步法进行测试，优化了电化学分析多类型有害元素的性能及数据；
(5)建立中药体系中多类型有害元素的测试具有广泛意义，凡具有有害元素的中药材复杂基质均可采用该测试体系及方法进行定性、定量分析。
附图说明
图1为Cd，Pb及Cu在小柴胡水煎液净化后溶液中循环伏安曲线；
图2为Cd，Pb及Cu在小柴胡水煎液净化后溶液中的方波溶出伏安曲线；
图3为昆布消解液电沉积方法净化效果对比阳极方波溶出伏安法(SWASV)图；
图4为Hg及Cu在昆布消解液净化溶液中的循环伏安图；
图5为Hg及Cu在昆布消解液净化后溶液中的方波溶出伏安曲线；
图6为采用四种基质净出处理技术对僵蚕消解液净化效果对比SWASV图；a)净化前，b)海藻酸钠纯化，c)电化学沉积纯化，d)仿生材料净化，e)羟基磷灰石净化；
图7为As，Cu及Hg在僵蚕消解液净化溶液中的循环伏安图；
图8为As，Cu及Hg在僵蚕消解液净化溶液中的方波溶出伏安曲线。
具体实施方式
本发明的一种中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法，可针对大部分中药材及其制剂，包含植物药、动物药及矿物药的消解液及水煎液，根据基质类型、干扰元素类型以及需要检测的目标有害元素类型的不同，可调整基质前处理方式为三种脱除材料以及一种电还原沉积方法中之一或任意的组合用于净化基质，下面将通过具体的实施例和附图进行详细说明。
实施例1：小柴胡汤水煎剂中Pb，Cd，Cu联合检测的实施例
选取复方制剂小柴胡汤水煎剂为待测试溶液，使用纳米铋金属电极与方波溶出伏安法实时监测中药基质中多类型有害元素含量，一种小柴胡汤水煎剂中多类型有害元素的电化学检测方法，具体步骤如下：
步骤一：待测溶液前处理：
1.1、基质净化：分别选取羟基磷灰石、仿生材料进行基质预处理工作，直至获得较平稳的电化学测试基质基线。其中，材料使用条件如下：溶液搅拌速度：200rpm，反应温度：25-35℃，每100mL水煎液使用1-5g脱除材料，反应时间为：10min，基质净化反应结束后使用离心机分离水煎液与脱除材料，得到电化学待测溶液/净化后基质溶液；
1.2、净化效果验证：使用方波溶出伏安法测试参数如下：预沉积电位为-1.0V，初始扫描电位-1.0V，正向扫描至-0.3V，扫描速率50mV.s-1，电位增量4mV，振幅25mV，频率25Hz，静置时间4s，灵敏度10-4A，得到净化后基质溶液的方波溶出伏安图，此时小柴胡汤待测样本中的杂峰消失，测试体系干扰减少，基线降低；
步骤二：纳米铋金属电极的制备：使用标准三电极体系，其中玻碳电极为基底工作电极，铂片电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，电镀液为100ppm铋标准溶液，电镀时间：240s，电镀电位：-0.3V，搅拌速度50rpm，反应温度：25-35℃，纳米Bi电极制备完成后，超纯水冲洗，氮气吹干备用；
步骤三：标准三电极体系循环伏安法检测小柴胡水煎剂净化溶液中Pb，Cd，Cu的定性氧化-还原电位：测试溶液为净化后基质溶液中分三加入三元素的标准溶液，调节pH＝4.70，加入0.1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液定容，玻碳电极为基底工作电极，铂片电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，循环伏安法分三次分别测试三元素的定性氧化-还原曲线，测试参数：初始扫描电位0V，负向扫描至-1.0V，正向扫描至0.85V，最后负向扫描至0V，扫描速率50mV.s-1，初始扫描方向为正方向。相比空白电解质溶液中，分别得到Pb，Cd，Cu的特征氧化峰电位，结果如图1所示，分别确定Cd的氧化电位为-0.87V，还原沉积电位为-1.0V，Pb的氧化电位为-0.60V，还原沉积电位为-0.8V，Cu的氧化电位为-0.25V，还原沉积电位为-0.6V；
步骤四：纳米铋电极方波溶出伏安法检测Pb，Cd，Cu的方法学考察数据：测试溶液：净化后基质溶液中分三次加入三元素不同浓度的标准溶液，调节pH＝4.70，再加入0.1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液定容，分别以各元素的方波溶出伏安法峰电流值与峰面积值计算，同时以3倍信噪比与10倍信噪比得到该测试条件下三元素的检测限、定量限、线性区间、加标回收率，并得到三元素的浓度与氧化峰电流值或氧化峰面积之间的线性工作曲线，如图2及表1所示，采用多步法分别测试不同类型元素，以避免元素之间的干扰，先沉积还原电位最高的Cu，其次为Pb，最后测试Cd。其中，方波伏安法测试参数：Cd，Pb，Cu的预沉积电位分别为-1.0V，-0.8V与-0.6V，Cd，Pb，Cu的初始扫描电位分别为-1.0V，-0.8V与-0.6V，正向扫描至0.15V，扫描速率50mV.s-1，电位增量4mV，振幅25mV，频率25Hz，静置时间4s，灵敏度10-4A。
表1三种重金属的线性区间、检测限、定量限及加标回收率
Figure BDA0002235251650000071
步骤五：小柴胡汤水煎剂实际样品中Pb，Cd，Cu的检测：基于步骤四中方波溶出伏安技术的方法学模型及技术参数，采用多步法分别检测小柴胡水煎液实际样品中不同类型元素，以确定其中不同类型有害元素的氧化溶出曲线，然后将该氧化溶出曲线中的氧化峰面积积分值或峰电流值与工作曲线中对应值对比，得到实际样品中有害元素的类型及含量，测试溶液为：小柴胡汤水煎剂实际样品，调节pH为4.7，并使用0.1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液定容。结果显示，水煎液中Pb的浓度为0.0682mg·kg-1，而Cd及Cu未检出，经ICP-MS确证，Pb，Cd与Cu的含量分别为0.068±0.010mg·kg-1，0.014±0.001mg·kg-1与0.548±0.013mg·kg-1，满足快速筛查重金属阳性样本的要求(检出阳性样本即可，阳性样本是满足中国药典的最大残留限量值，Cu，20mg·kg-1；Hg，0.2mg·kg-1；As，2mg·kg-1；Pb，5mg·kg-1；Cd，0.3mg·kg-1)。
实施例2：昆布消解液中Hg及Cu的联合检测的实施例
选取海洋药物昆布消解液为待测溶液，使用纳米金电极与方波溶出伏安法实时监测中药基质中多类型有害元素含量，一种昆布消解液中多类型有害元素的电化学检测方法，具体步骤如下：
步骤一：待测溶液前处理：
1.1基质净化：采用电沉积方法进行基质净化预处理工作，直至获得较平稳的电化学测试基质基线，得到电化学待测溶液/净化后基质溶液，其中电化学净化条件如下：使用NaAc饱和溶液调节pH：4.7，搅拌速度50rpm，反应温度：25-35℃，还原沉积电位：-1.0V；
1.2净化效果验证：使用方波溶出伏安法测试参数如下：预沉积电位为-0.5V，初始扫描电位-0.5V，正向扫描至0.45V，扫描速率50mV.s-1，电位增量4mV，振幅25mV，频率25Hz，静置时间4s，灵敏度10-4A，得到净化后基质溶液的方波溶出伏安图，如图3所示；
步骤二：纳米金电极的制备：使用标准三电极体系，其中惰性金电极为基底工作电极，铂片电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，电镀液为100ppm金标准溶液，电镀时间：120s，电镀电位：0.2V，搅拌速度50rpm，反应温度：25-35℃，纳米金电极制备完成后，超纯水冲洗，氮气吹干备用；
步骤三：标准三电极体系循环伏安法检测昆布消解液净化溶液中Hg、Cu的定性氧化-还原电位：测试溶液为净化后基质溶液中分两步加入两类元素的标准溶液，调节pH＝4.70，加入0.1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液定容，循环伏安法测试参数：初始扫描电位0V，负向扫描至-1.0V，正向扫描至0.85V，最后负向扫描至0V，扫描速率50mV.s-1，初始扫描方向为正方向，相比空白电解质溶液中，分别得到Cu与Hg的特征氧化峰电位，结果如图4所示，分别确定Cu的氧化电位为0.15V，还原沉积电位为-0.25V，Hg的氧化电位为0.37V，还原沉积电位为-0.10V；
步骤四：纳米金电极方波溶出伏安法检测昆布消解液中Hg与Cu的方法学考察数据：测试溶液：净化后基质溶液中分两次加入Hg、Cu元素的标准品溶液，调节pH＝4.70，再加入0.1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液定容，分别以各元素的方波溶出伏安法峰电流值与峰面积值计算，同时以3倍信噪比与10倍信噪比得到该测试条件下两元素的检测限、定量限、线性区间、加标回收率，并得到线性回归曲线，如图5及表2所示，采用多步法分别测试不同类型元素，以避免元素之间的干扰，先沉积还原电位最高的Hg，其次为Cu。其中，方波伏安法测试参数：Cu与Hg的预沉积电位分别为-0.25V与-0.1V，Cu与Hg的初始扫描电位分别为-0.25V与-0.1V，正向扫描至0.45V，扫描速率50mV.s-1，电位增量4mV，振幅25mV，频率25Hz，静置时间4s，灵敏度10-4A；
表2.Cu及Hg在昆布消解液中的线性区间、检测限、定量限及加标回收率
Figure BDA0002235251650000081
步骤五：昆布消解液实际样品中Hg与Cu的检测；基于步骤四中方波溶出伏安方法的方法学模型及技术参数，采用多步法分别检测昆布实际样品中不同类型元素，以确定其中不同类型有害元素的氧化溶出曲线，然后将该氧化溶出曲线中的氧化峰面积积分值(或峰电流值)与标准曲线中对应值对比，得到昆布样品中元素的类型及含量，测试溶液为：昆布消解液实际样品，调节pH为4.7，并使用0.1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液定容。结果显示，昆布消解液中Hg未检出，Cu的含量为3.396mg·kg-1，经ICP-MS确证Hg含量仅为0.038mg·kg-1，Cu检出值为3.401±0.043mg·kg-1，满足快速筛查重金属阳性样本的要求。
实施例3：僵蚕消解液联合检测As、Cu及Hg的实施例
选取动物药物僵蚕消解液为待测溶液，使用纳米金电极与方波溶出伏安法实时监测中药基质中多类型有害元素含量，一种僵蚕消解液中多类型有害元素的电化学检测方法，具体步骤如下：
步骤一：待测溶液前处理：
1.1、基质净化：分别选取海藻酸钠、羟基磷灰石、仿生材料以及电化学方法进行基质预处理工作，直至获得较平稳的电化学测试基质基线。其中，材料使用条件如下：调节溶液pH：6-7，溶液搅拌速度：200rpm，反应温度：25-35℃，每10mL僵蚕溶液使用0.1-0.5g脱除材料，反应时间为：10min，基质净化反应结束后使用离心机分离溶液与脱除材料；电化学净化条件如下：适用pH：4.7，搅拌速度50rpm，反应温度：25-35℃，还原电位：-0.1V，时间为：10min，分别得到电化学待测溶液/净化后基质溶液；
1.2、净化效果验证：使用方波溶出伏安法测试参数如下：预沉积电位为-0.6V，初始扫描电位-0.6V，正向扫描至0.85V，扫描速率50mV.s-1，电位增量4mV，振幅25mV，频率25Hz，静置时间4s，灵敏度10-4A，得到净化后基质溶液的方波溶出伏安图，如图6所示，由于僵蚕属于动物药，基质中生物碱等动物蛋白质含量高，可能与被测元素相互络合而影响被测元素的脱除效果，但针对僵蚕基质中的某种元素可针对的选择净化效果较好的脱除方式，如羟基磷灰石在降低僵蚕消解液基质中的电流基线、去除As和Hg含量方面均有优势，仿生材料有去除僵蚕消解液基质中Cu含量的趋势；
步骤二：纳米金电极的制备：使用标准三电极体系，其中惰性金电极为基底工作电极，铂片电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，电镀液为100ppm金标准溶液，电镀时间：120s，电镀电位：0.2V，搅拌速度50rpm，反应温度：25-35℃，在金电极表面沉积纳米材料制备纳米金电极，制备完成后，超纯水冲洗，氮气吹干备用；
步骤三：标准三电极体系循环伏安法检测昆布消解液净化溶液中As，Cu及Hg的定性氧化-还原电位：测试溶液为净化后基质溶液中分三次加入三类元素的标准溶液，调节pH＝4.70，加入0.1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液定容，循环伏安法分三次测量，测试参数：初始扫描电位0V，负向扫描至-1.0V，正向扫描至0.85V，最后负向扫描至0V，扫描速率50mV.s-1，初始扫描方向为正方向。相比空白电解质溶液中，分别得到As，Cu及Hg的特征氧化峰电位，结果如图7所示，分别确定As的氧化电位为-0.13V，还原沉积电位为-0.20V，分别确定Cu的氧化电位为0.17V，还原沉积电位为-0.10V，Hg的氧化电位为0.32V，还原沉积电位为0.10V；
步骤四：纳米金电极方波溶出伏安法检测僵蚕消解液中As，Cu与Hg的方法学考察数据：测试溶液：净化后基质溶液中加入0.1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液与As，Cu与Hg三元素的标准溶液，调节pH＝4.70，分别以各元素的方波溶出伏安法峰电流值与峰面积值计算，同时以3倍信噪比与10倍信噪比得到该测试条件下三元素的检测限、定量限、线性区间、加标回收率，并得到线性回归曲线，如图8及表3所示，选用多步法分别测试不同类型元素，以避免元素之间的干扰，先沉积还原电位最高的Hg，其次为Cu，最后为As。其中，方波溶出伏安法测试参数：As、Cu与Hg的预沉积电位分别为-0.20V，-0.10V与0.1V，As、Cu与Hg的初始扫描电位分别为-0.20V，-0.10V与0.1V，正向扫描至0.45V，扫描速率50mV.s-1，电位增量4mV，振幅25mV，频率25Hz，静置时间4s，灵敏度10-4A；
表3.As，Cu及Hg在僵蚕消解液中的线性区间、检测限、定量限及加标回收率
Figure BDA0002235251650000101
步骤五：僵蚕消解液实际样品中As，Cu与Hg的检测：基于步骤四中方波溶出伏安技术的方法学模型及技术参数，采用多步法分别检测僵蚕实际样品中不同类型元素，以确定其中不同类型有害元素的氧化溶出曲线，然后将该氧化溶出曲线中的氧化峰面积积分值或峰电流值与标准曲线中对应值对比，得到僵蚕样品中元素的类型及含量。结果显示，僵蚕消解液中Cu含量为5.789mg·kg-1，Hg及As未检出；经ICP-MS确证Cu含量为5.429±0.063mg·kg-1，Hg含量仅为0.003±0.000mg·kg-1，As的含量为0.548±0.003mg·kg-1，满足快速筛查重金属阳性样本的要求。
综上，为了提高测试结果的准确性，多类型有害元素的电化学检测采用联合检测技术，一方面是指多元素同时在一个溶液中测定，另一方面指前处理与电化学的联合检测。前处理时可同步净化一种或多种不同类型有害元素及中药干扰成分，以脱除干扰成分后得到的净化后基质溶液为基准，分别对每种类型有害元素进行定性和定量电化学分析；对未能达到净化效果的中药基质溶液，例如动物药，则应适当调整基质前处理的方式和参数，可分多次净化，每次针对性净化一种或几种元素(部分元素)及中药药材基质复杂干扰成分，并相应测量被脱除的有害元素的类型和含量，直到最终达到净化中药待测基质的目的，完成全部被测有害元素的测定，建立了中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种中药材及其制剂中多类型有害元素的电化学检测方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步骤，使用脱除材料和/或电沉积方法对待测试的中药材消解液、中药材水煎液或复方制剂溶液进行前处理以净化基质直到净化后基质溶液获得平稳的电化学测试基质基线，所述脱除材料包括羟基磷灰石、海藻酸钠、仿生材料中的一种或多种的组合；
第二步骤，在标准三电极体系的工作电极上通过沉积纳米电极材料制备纳米电极，所述纳米电极材料为纳米铋电极或纳米金电极；
第三步骤，基于所述标准三电极或所述纳米电极采用循环伏安法或线性扫描伏安法确定各类型有害元素在所述净化后基质溶液中的定性氧化-还原电位；
第四步骤，基于所述纳米电极采用方波溶出伏安法或差分脉冲溶出伏安法确定各类型有害元素在所述净化后基质溶液中的定量氧化溶出曲线，通过数据拟合得到不同有害元素的浓度与氧化峰电流值或氧化峰面积之间的线性工作曲线；
第五步骤，通过方波溶出伏安法或差分脉冲溶出伏安法以所述第四步骤中同样的参数检测实际样品中各类型有害元素的定量氧化溶出曲线，并与所述工作曲线对比以确定有害元素的类型及含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用脱除材料进行前处理时，将所述脱除材料置于待测试的中药材消解液、中药材水煎液或复方制剂溶液中进行基质净化反应，反应结束后离心以分离待测试溶液与脱除材料而得到净化后基质溶液，溶液搅拌速度：0-300rpm，反应温度：5-55℃，每100mL溶液使用1-50g脱除材料，反应时间为：5-120min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用恒电位沉积法进行基质前处理，溶液的pH为1-12，沉积时间为：0-240h，溶液搅拌速度：0～1000rpm，沉积电位为：-1.5V～1.5V。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于前处理时吸附和脱除部分或全部有害元素。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于定量测量时，按照还原电位从高到低或电位绝对值由小到大的顺序采用多步法分别测试不同类型有害元素的定量氧化溶出曲线，每步测试一种类型有害元素。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过多电位阶跃沉积法或恒电位沉积法在所述三电极体系的工作电极上沉积纳米材料制备纳米电极，电镀液为金属Bi或金属Au的单元素标准溶液或Bi(NO3)3固体及氯金酸溶液，电镀液pH为1-12，沉积时间为：0-240h，溶液搅拌速度：0～1000rpm，沉积电位为：-1.5V～1.0V；
所述三电极体系由工作电极、辅助电极和参比电极组成，所述工作电极为玻碳电极、金电极中之一，所述辅助电极为不锈钢电极、金电极、铂电极、银电极中之一，所述参比电极为饱和甘汞电极、Ag/Ag+电极、Ag/AgCl电极、Hg/H2SO4电极中之一。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述定性测量和定量测量的测试溶液至少包括所述净化后基质溶液、待测量有害元素的不同浓度的标准品溶液和缓冲溶液；测试实际样品时，测试溶液至少包括实际样品和缓冲溶液。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述循环伏安法的测试参数：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，扫描范围：-1.5V～1.5V，起始电位为0～±1.5V；所述线性扫描伏安法的测试参数：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，初始电位：-1.5V～1.5V，终止电位：-1.5V～1.5V。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方波溶出伏安法的测试参数为：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，初始电位:-1.5V～0V，终止电位：-1.5V～1.5V，阶跃高度：0.1mV～100mV，振幅：1mV～100mV，频率：1Hz～1000Hz；所述差分脉冲溶出伏安法的测试参数为：扫描速率5mV.s-1～200mV.s-1，初始电位:-1.5V～1.5V，终止电位：-1.5V～1.5V，阶跃高度：0.1mV～100mV，振幅：1mV～100mV，频率：1Hz～1000Hz。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述仿生材料包括仿骨材料、仿纤维材料、仿细胞壁材料中之一。
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