药物分析杂志微波消解原理在中药毒性元素分析中的应用

　　药物分析杂志微波消解原理在中药毒性元素分析中的应用 推荐本站精品刊物：《药物分析杂志》是中国科学技术协会主管，中国药学会主办，中国食品药品检定研究院(原中国药品生物制品检定所)承办，药物分析杂志编辑委员会编辑出版，国内外公开发行的专业性学术期刊。

　　【摘要】主要介绍了微波消解原理和它在中药毒性元素分析中的应用，总结了常用的中药样品处理方法，并重点对微波消解中药样品工艺参数：取样量、样品预处理方法、溶剂的种类以及加热时间和压力作了阐述，为微波消解中药样品提供了操作依据。

　　【关键词】药物分析杂志,微波消解,中药,毒性元素

　　中药毒性元素主要包括铅、镉、汞、铜、砷等元素，它们含量是中药重要质量控制指标，不仅影响中药、中成药和制剂的质量，还直接危及和影响患者的用药安全性和疗效。近年来随着我国对中药质量控制的重视，对中药毒性元素监测和控制的研究日渐增多[1]。

　　准确测定中药毒性元素的关键是中药样品的前处理，中药样品的前处理直接影响分析结果的精密度和准确度。传统的干法灰化和湿润法消化操作时间长、挥发元素易损失、易污染环境，而微波消解可以克服易挥发元素的损失，同时具有消解时间短、溶剂用量少、空白值低、以及样品消化完全等优点[2]。本文就微波消解在中药毒性元素分析中的研究进展进行论述。

　　1 微波消解原理

　　微波通常是指频率大约为3×108～3×1011Hz(波长1 m到1 mm)的电磁波[3]。它可以穿透一些介质，直接把能量辐射作用到介质上，根据介质对微波的吸收程度不同，可将介质分成导体、绝缘体和介质。导体主要为金属，如铁、铝等，微波不能进入导体，只能在其表面反射;绝缘体是指可透过微波而对微波吸收很少的材料，如玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等;介质可吸收微波，吸收程度与介质的介电常数有关。

　　微波在作用介质的过程中，使介质中的极性分子每秒产生二十五亿次以上的分子旋转和碰撞，迅速提高反应物的温度。与通常的热传导、对流等加热方式不同，微波对物质具有很强的穿透力，对被照射物具有即时深层加热作用，微波的这种热效应使微波在穿透到介质内部的同时，将微波能量转换成热能，对介质加热形成独特的介质无温度梯度整体受热方式[4]。并且，微波可使试样与试剂的接触界面不断快速更新，粒子间发生局部的内加热，引起试剂与试样间产生较大的热对流，搅动并消除已溶解的不活泼试样表层，促进试剂试样更有效的接触，因而加速了试样的消解。

　　2 微波消解技术

　　2.1 微波消解设备微波消解设备由微波炉和消解罐组成。实验室专用微波炉具有防腐蚀的排放装置和具有耐各种酸腐蚀的涂料以保护炉腔。它有压力或湿度控制系统，能实时监控消解操作中的压力或温度。消解罐的材料要用低耗散微波的材料制成，即这种材料不吸收微波能却能允许微波通过，它必须具有化学性能稳定和热稳定性，聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基乙烯(PFA)都是制作消解罐的理想材料。

　　微波消解样品的方式有两种：一种是开口容器消解(常压消解)。此法消解存在不少缺陷，如样品易被沾污、挥发元素易损失，有时消解不完全而使分析结果不准确;另一种是密闭容器消解(高压消解)，其最大优点是耗时大大减少、样品消解完全、几乎没有易挥发元素的损失、空白值低。因此选择适宜的消解条件极为重要。

　　2.2 微波消解容器选择微波是一种新颖的样品预处理技术，微波加热时，微波消解容器必须是专用的。孔祥虹等[5]试验了玻璃、石英和聚四氟乙烯3种材质的容器。将分别盛有20 ml标准溶液(含8种待测离子)的3种100 ml烧杯放入微波炉中，将微波炉加热方式设置在中高档上，加热15 min，至烧杯内只剩下不足1 ml的溶液，过滤后进行色谱分析。结果表明，在3种容器中，聚四氟乙烯烧杯对8种离子的回收率均在94.6%和105.2%之间，优于其它两种容器。因此，为获得最佳回收率，应尽可能使用聚四氟乙烯容器[6]。

　　3 微波消解技术在中药毒性分析中的应用

　　国际中含铅、镉、汞等毒性元素的中药样品，一般采用湿法消解法，但该方法存在样品空白值高，费时费力，消化效果不稳定增长，消解不完全等缺点，微波消解中药材样品可以克服湿法消解法上述不足，并取得了可喜的进展。刘灿平等[7]进行了微波消解法与国标湿法消解法的比较，结果表明：微波消解与国标湿法消解法测定结果表明无显著性差异，其准确无误度和精刻度均达到分析的要求，且微波消解具有反应时间短、试剂用量少、空白值低等优点。

　　由于中药样品的复杂性，针对中药组分和分析手段的不同，在确定微波消解方案时，要对所用试剂种类和浓度、消解功率和消解时间进行优选，以获得理想的微波消解效果。

　　3.1 中药药品消解体系的选择微波消解一般选用HNO3?H2O2作为消解氧化剂，这是因为，过氧化氢与浓硝酸协同消解，产生高能态氧和大量的NO2+，具有很强的氧化能力，可完全消解有机物，将其分解成简单产物;而高氯酸与有机物在一起具有潜在爆炸危险，故一般不采用高氯酸。此外，由于硫酸容易形成炭化残渣，且易与碱土金属等形成不溶解的化合物，有可能造成微量元素损失，所以一般较少采用硫酸作为消解液。

　　胡林水等[8]经过大量的实验工作，比较了硝酸、盐酸、硫酸、磷酸，高氯酸、氢氟酸、过氧化氢等消解液，结果表明，通过控制适当的压力(1.5～3.0 MPa)和时间(5～20 min)，采用HNO3?H2O2体系能将银杏叶提取物中复杂的有机成分消解完全，且重复性好。

　　3.2 中药消解样品的影响在中药样品微波消解过程中，不同组分的样品显示出不同的升温升压曲线，且升温升压的规律不完全相同。一般情况下，消解压力的突变稍滞后于温度的突变，每种样品有一个特定的压力突变点和峰值，达到此峰值后，压力便开始降低。对压力或温度突变点较低的样品，其达到的压力峰值较高，故在消解时应设置较低的功率进行消解，反之亦然。实验证明，对于含糖量高的中药样品，采用小功率分多步进行消解，可以获得良好的消解效果[9]。

　　3.3 固液比的影响在微波消解过程中，消解试剂量太少，样品与酸不能有效接触，消解作用不完全，消解试剂 太多，空白值升高，不利于后续的成分分析和鉴定。所以对于一般中药样品采用1∶15左右的固液比较为合适，可以获得理想的消解效果[10]。

　　3.4 压力和消解时间的选择压力与时间对微波消解影响较大。一般来说，消解时间主要受控于设定的压力和消解样品的性质[11]。由于消解的样品种类千差万别，加入的溶剂又不同，需要的压力和加热的时间也不一样，通常单罐消解时中药样品需要2～10 min ，多罐消解时间应相应增加。对于难消解的试样，消解时间要长一些。为避免消解罐过热，大功率微波加热时间一般不要超过10 min，以确保消解过程安全性。

　　一般对于容易消解的中药样品，宜采用低压1.5 MPa以下加热，对于难消解样品可用高压3.0 MPa以下加热[12]。为了防止样品过冲发生因操作不当造成事故，压力设定应由小逐渐增大，避免在压力升高过程中发生压力过冲现象[13]。

　　3.5 中药微波消解应用概况近年来，微波消解技术已应用于部分中药样品的消解过程中，并取得了一定的研究进展。

　　谢美琪等[14]用微波消解六味地黄丸中成药，实验结果表明，采用微波消解法可快速、准确地测定中成药中微量有害元素As 和Hg ， As和 Hg的回收率在95%～104%之间;相对标准偏差3.6%～6.8%;检出限As为0.02 μg/L，Hg为0.005 μg/L，效果令人满意。

　　张丽娟等[15]采用微波消解样品，对消解温度、消解试剂用量，消解程序设计、消解时间等消解条件进行研究，在测定汞时微波消解样品后样品的处理方法进行比较;在优化的微波消解实验条件下，砷的回收率在100.8%～110.6%之间，汞的回收率在97.4%～117.4%之间。孙瑞霞等[16]采用HNO3混酸消解用于治疗糖尿病的消渴丸、玉泉丸、渴乐宁、降糖舒、降糖I～V号9种中成药，用原子吸收光谱法对药物消化液中的Cu，Zn，Ni，Co，Mn，Cr，Mo，Fe，Ca，Mg，Cd，Pb共12种微量元素进行了分析测定。该方法的加标回收率为97%～105%，相对标准偏差小于5%，具有良好的准确度和精密度。

　　王朝晖[17]用密闭微波溶样技术对中成药阿胶样品进行了预处理，用导数火焰原子吸收法测定了其中的Cu，Zn，Mn，实验结果表明：采用微波消解法检测限大幅度降低，精密度高于常规法，加标回收率97%～100%。

　　杨屹等[18]应用具有压力表控制附件的MSP?100D型微波样品制备系统，进行新鲜芦荟叶外皮及凝胶中Zn，Mn，Cd，Pb元素的微波消解研究，并采用原子吸收法测定其元素的含量。在微波消解最佳条件下，所得结果的相对标准偏差均在0.3%～6.2%之间，回收率在95.0%～110.0%之间，测定结果令人满意。

　　综上所述，微波中药样品消解过程具有快速、简便、污染少、试剂利用率高等优点，可提高中药毒性元素分析的准确度和精密度。

　　3.6 微波消解技术的应用前景微波消解中药样品是一门新技术，与传统方法相比具有明显的比较优势，微波在其它领域的应用尚待开发，如中药活性成分的萃取，水分的快速挥发，溶液的快速浓缩等方面，这些都是今后微波可以拓宽应用的领域。

　　由于微波在线技术的发展，解决了样品预处理与分析方法和手段之间不协调的矛盾，使分析速度大为提高，从而使微波仪器的改善和发展成为必然;同是由于电子技术的运算速度和控制软件技术的提高，现已研制出微波智能化在线控制技术，这将使微波应用前景更加广阔。

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