全 文 ：收稿日期:2004-10-26;修回日期:2005-06-05
作者简介:郭春梅(1980-), 女 , 贵州织金人 , 硕士研究生;王吉德 , 联系人 , Tel:0991-8582807, E-mail:awangjd@xju.edu.cn
火焰原子吸收光谱法分析香青兰中微量元素的
溶出特性及化学形态
郭春梅 , 武荣兰 , 封 顺 , 王吉德
(新疆大学 化学化工学院 , 新疆 乌鲁木齐 830046)
摘 要:结合香青兰的药用功效 , 对其铜、锌 、锰 、铁 、镁 、镍 6种微量元素的含量和形态进行了分析 。 分别用
0.45μm滤膜 、D101型大孔吸附树脂 , 将香青兰水煎液中铜 、锌 、锰 、铁 、镁 、镍分为悬浮态和可溶态 、有机态和
无机态;并采取正辛醇-水分配体系模拟水煎液中铜 、锌 、锰 、铁 、镁 、镍在人体胃肠中的分配情况 , 建立了上
述6种元素的 4种形态分离分析方法 , 用火焰原子吸收光谱法测定 6种微量元素的含量 、分布及其在不同溶剂中
的溶出特性和化学形态 。 结果表明 , 方法的回收率在 92%～ 106%范围内 , 相对标准偏差均在 3.8%以下 , 铜 、
锌 、锰 、铁 、镁 、镍是各以某种形态为主的多种形态共存的混杂体系 。
关键词:香青兰;火焰原子吸收光谱法;微量元素;形态分析
中图分类号:O657.31;O614 文献标识码:A 文章编号:1004-4957(2005)06-0042-05
Study on the Leaching Characteristics and Speciation of Trace Elements in
Dracocephlum moldavica L.by FAAS
GUO Chun_mei , WU Rong_lan , FENG Shun , WANG Ji_de
(Department of Chemistry and Chemical Engineering , Xinjiang University , Urumqi 830046 , China)
Abstract:A method was developed for the investigation of the leaching characteristics and the speciation of
trace Cu , Zn , Mn , Fe , Mg , Ni in Dracocephalum moldavica L.(DML)by flame atomic absorption spec-
trophotometry(FAAS).By using 0.45 μm filter membrane and D101 macroreticular resins , four different
species of the decoction , namely the suspended , the soluble , the inorganic and organic species were ob-
tained , and the trace elements in those species were determined by FAAS , respectively.The n_C8H17OH-
H2O system was proposed to simulate the distribution of the trace elements in the gastric and intestine of the
human body.The recovery for the method was 92%-106%and the relative standard deviation for 5 determi-
nations was less than 3.8%.The results showed that the trace elements in decoction could exist in different
species but usually each element has its respective essential species.
Keywords:Dracocephalum moldavica L.;Flame atomic absorption spectrophotometry;Trace elements;Spe-
ciation analysis
香青兰(Dracocephalum moldavica L.)为唇形科一年生草本植物 [ 1] , 在维吾尔医药中用于治疗冠心病
心绞痛 、动脉粥样硬化 、高血压 、心肌缺血等疾病 [ 2]。 目前 , 国内外对此药的有机成分 、药理实验及临
床验证等做了一些工作[ 3] , 对微量元素报道很少 。 同时 , 微量元素的存在状态与其药理作用密切相关 ,
在不同生理环境下 , 它具有不同的亲脂性和生理活性 , 从而表现出不同的药效 。 因此 , 测定药物中微量
元素的含量及相对比值 、溶出特性及相关形态能够为阐明药物的作用机理以及探讨药物配制工艺提供
一定的信息和理论依据[ 4]。
目前 , 大部分中草药的服用仍采用经典的煎服方式。 通过一定途径了解煎熬或浸取方式下对有效
成分(包括微量元素)的利用效率具有一定意义 [ 5]。 正辛醇是一种结构上与人体内碳水化合物和脂肪类
似的长链烷烃醇 , 故在药物鉴定中人们常以正辛醇-水萃取体系来测定 Kow 参数(K ow=co/cw , co和 cw
分别为该化合物在正辛醇相和水相中的平衡浓度[ 6]), 参数值的大小可用于评价该药物的亲脂性及生物
活性。 本文结合微量元素形态分析的层次模型 , 将香青兰水煎液中铜 、锌 、锰 、铁 、镁 、镍 6种微量元
素的存在形态分为可溶态和悬浮态 , 有机态和无机态 , 并采用正辛醇-水分配体系模拟水煎液中这 6种
第 24卷 第 6期 分析测试学报 Vol.24 No.6
2005年 11月 FENXI CESHI XUEBAO(Journal of Instrumental Analysis) 42～ 46
表 1 仪器的操作条件
Table 1 Operating conditions for FAAS
Cu Zn Mn Fe Mg Ni
Wavelength λ/ nm 324.7 213.9 279.5 248.3 285.2 232.0
Current I/mA 10 10 10 15 10 12
Slit λ/ nm 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
Air flow rate v/(L·min-1) 6 6 6 6 6 6
Acetylene flow rate v/(L·min-1) 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
1.3.2 香青兰原药样品处理及其微量元素含量的测定 准确称取 1.000 g香青兰粉末 , 平行称取 3份 ,
加入 200 mL HNO3进行加热回流至沸腾 , 消化至溶液澄清透明 , 浓缩定容于 50 mL容量瓶备用 , 采用标
准曲线法测定结果。
1.3.3 香青兰水煎液中微量元素的含量测定 准确称取 3.000 g 香青兰粉末 , 加入 100 mL高纯水 , 煎
煮 3次 , 每次约 1 h , 离心沉淀后过滤 , 合并滤液 , 定容至 50 mL , 得样品水煎液。 移取 10 mL水煎液按
1.3.2的方法消化定容至 50 mL , 采用标准曲线法测定微量元素的含量 , 计算其水煎液溶出率。
1.3.4 悬浮态和可溶态的分离和测定 水煎液经 0.45μm滤膜(用 1 mol/L HNO 3浸泡)抽滤 , 即得可溶
态样品液 , 将其按 1.3.2消化 , 用标准曲线法测定 。 水煎液中元素总量与可溶态含量之差为悬浮态含
量 , 并计算出可溶态的百分率 。
1.3.5 有机态和无机态的分离和测定 可溶态溶液 10 mL上 D101树脂柱(Υ1.2×32 cm), 用 1%HNO 3
1 000 mL以6 mL/min的流速淋洗 , 收集淋洗液 , 浓缩 , 消化定容至 50mL , 用标准曲线法测定 , 即得无机
态之值 。 然后用 500 mL丙酮淋洗柱子 , 收集淋洗液 , 蒸去丙酮 , 消化定容至 50 mL用标准曲线法测定 ,
即得有机态之值 。
1.3.6 正辛醇-水分配体系模拟实验 取水煎液两组 , 用盐酸和氢氧化钠调溶液的 pH值 , 一组调为
胃液的酸度(pH=1.3), 另一组调为小肠液的酸度(pH=7.6), 于 37 ℃放置过夜 , 移入分液漏斗中 , 每
份均加入正辛醇 5.0 mL , 振荡萃取 2 h , 重复两次 , 合并两次萃取的水相和有机相。 水相按 1.3.2方法
消解 , 定容至 100 mL , 用标准曲线法测得水煎液中微量元素的水溶态含量 , 并用差减法求得醇溶态的
含量。
2 结果与讨论
2.1 有机态和无机态的柱色谱分离条件
在D101树脂柱上大部分金属无机物不会被吸附 , 少量被吸附的金属也很容易被 HNO 3洗脱 , 而金属
有机态则被树脂柱牢固地吸附 。 因此 , 我们确定用 HNO 3来洗脱金属有机态 , 洗脱液中的金属离子(无
机态和有机态)最后用 FAAS法验证 。 考察了可溶态溶液 10 mL上 D101树脂柱(Υ1.2×32 cm)时 , 无机
微量元素在人体胃肠中的分配情况 , 用火焰原子吸收光谱法中的标准曲线法 , 测定它们的含量 、分布及
其在不同溶剂中的溶出特性和化学形态。
1 实验部分
1.1 材料与试剂
香青兰购于新疆民族医院 , 0.45μm滤膜 , HNO 3(优级纯), 正辛醇(分析纯), 高纯水 , 其余试剂均
为国产分析纯。
1.2 仪 器
PERKIN ELMERAtomic Absorption Spectrometer 300 , 梅特勒-托利多 Delta320 pH计 , SYZ_550型石英
亚沸高纯水蒸馏器 , AL系列溶剂过滤器 。
1.3 实验方法
1.3.1 火焰原子吸收光谱法操作条件 火焰原子吸收光谱法操作条件见表 1。
第 6期 郭春梅等:火焰原子吸收光谱法分析香青兰中微量元素的溶出特性及化学形态 43
图 3 在原药 、水煎液 、可溶态中各微量元
素的含量
Fig.3 Contents of trace elements in original
medicine , decoction and soluble state
图 2 有机态 Cu 和 Zn的淋洗曲线
Fig.2 Elution curve of organic species
of Cu and Zn
1.organic Cu;2.organic Zn
图 1 无机态 Cu和 Zn的淋洗曲线
Fig.1 Elution curve of inorganic species
of Cu and Zn
1.inorganic Cu;2.inorganic Zn
表 2 原药和水煎液中不同微量元素的含量(n=5)＊
Table 2 Contents of trace elements in original medicine and in decoction(n=5)＊
Cu Zn Mn Fe Mg Ni
Medicine content w/ 10-6 178.6 244.6 36.80 985.8 1 844 81.40
Decoction content w/ 10-6 142.6 158.7 21.60 99.30 713.7 77.10
Percent of decoction/ % 79.8 64.9 58.7 10.1 38.7 94.7
＊content of different elements:RSD≤3.0%;percent of decoction/%=[ w(decoction)/w(medicine)] ×100%
2.2 水煎液中 Cu、Zn、Mn、Fe、Mg、 Ni微量
元素各存在形态的含量及其关系讨论
原药和水煎液中微量元素的含量由表 2可知 , 香
青兰原药中 Mg含量最高 , Zn 、Cu含量丰富 , Ni和 Mn
含量较少 。 然而 Ni的水煎溶出率最高 , 达 94.7%,
而 Fe只有 10.1%。 由图 3可看出 , 水煎后实际服入
人体的微量元素剂量与原药中的含量基本存在一一对
应关系 。
由表 3可知 , Mn 、 Fe、Mg 、Ni在水煎液中可溶解率较高 , 在 85.2%～ 69.1%之间 , 而 Cu最低 , 只有
15.1%, 说明 Cu主要以悬浮态存在 , 在水中的溶解性很差 。 在可溶态里 , Cu 、Zn 、Mn主要以有机态为
主 , 溶出率在 77.8%～ 52.7%之间 , 可能是它们形成了比较稳定的金属络合物 , 而Fe 、Mg主要以无机盐
或游离的状态存在。
表 3 水煎液中各微量元素的化学形态测试结果(n=5)＊
Table 3 Analytical results of the chemical speciation of trace elements in the decoction(n=5)＊
Cu Zn Mn Fe Mg Ni
Suspend content w/ 10-6 121.0 103.8 6.68 23.34 105.7 16.70
Soluble content w/ 10-6 21.56 54.89 14.92 75.96 608.0 60.40
Percent of soluble / % 15.1 34.6 69.1 76.5 85.2 78.3
Inorganic fraction content w/ 10-6 4.74 16.30 7.04 47.89 428.53 35.68
Organic fraction content w/ 10-6 16.78 38.56 7.86 28.03 179.40 24.67
Percent of organic fraction/ % 77.8 70.3 52.7 36.9 29.5 40.8
＊content of different elements:RSD≤2.9%;percent of soluble fraction/%=[ w(soluble/w(decoction)] ×100%;percent of organic fraction/%
=[ w(organic)/w(soluble)] ×100%
态洗脱液 HNO 3的浓度 、流速和洗脱体积。 结果表明 , 以 1%HNO 3 , 流速 6 mL/min , 洗脱体积达 1 000
mL时效果最好 , 实验选定了 Cu和 Zn的洗脱条件 , 见图 1。 将无机态洗脱后 , 参考文献 [ 7] 的方法 , 考
察了用丙酮淋洗柱子的效果。 结果表明 , 用 500 mL丙酮可将有机态金属离子充分洗脱 , 结果见图 2。
44 分析测试学报 第 24卷
图 4 在胃酸度和小肠酸度中各微量
元素的 Kow值比较
Fig.4 Comparison of Kow values of trace
elements at gastric and intestinal acidities
表 4 在不同酸度下水溶态和醇溶态中各微量元素的含量(n=5)＊
Table 4 Contents of trace elements in water_soluble/n_C8H17OH_soluble state at different acidities(n=5)＊
Cu Zn Mn Fe Mg Ni
Gastric acidi ty Water_ soluble content w/ 10-6 36.00 64.89 12.60 86.00 520.0 60.40
(pH=1.3) n_C8H1 7OH_ soluble content w/ 10-6 106.6 93.81 9.00 13.30 193.7 34.30
KOW 2.96 1.45 0.71 0.15 0.37 0.57
Intestinal acidity Water_ soluble content w/ 10-6 18.22 41.56 6.00 71.50 415.6 58.20
(pH=7.6) n_C8H1 7OH_ soluble content w/ 10-6 124.4 171.1 15.60 27.80 298.1 18.90
KOW 6.83 4.12 2.60 0.39 0.72 0.32
＊content of different element:RSD≤2.8%
2.3 水煎液中 6种微量元素水溶态 、醇溶态的含量及胃肠酸度变化对它们形态的影响
正辛醇醇溶性微量元素具有较强的亲脂性和生物活性 , 如微量元素作为主要有效成分 , 正辛醇醇溶
性微量元素含量与药性 、药效存在密切关系。 由表 4和图 4可看出:(1)除Ni外 , 其余 5种元素的醇溶
态含量均随 pH 值上升而增大 , 表明在小肠环境中这 5种元
素的生物活性有所提高 , 而小肠是人体的主要吸收营养物质
的器官 , 这很有利于微量元素参与人体的各种代谢。(2)从
Kow值的变化来看 , pH值对Fe 、Mg、Ni的影响不大 , 而对Cu 、
Zn 、Mn的 Kow值的影响较明显 , 说明 Cu 、Zn 、Mn的生物活性
有较大提高;而且在两种 pH条件下 Cu的生物活性均比 Zn 、
Mn的高 。(3)6种元素的水溶态含量随溶液的 pH值的降低
而提高 [ 8] , 这表明酸性介质有利于增大上述微量元素在人体
液中的水溶态量或降低其醇溶态量。
第 6期 郭春梅等:火焰原子吸收光谱法分析香青兰中微量元素的溶出特性及化学形态 45
2.4 香青兰中微量元素与疾病防治关系的讨论
临床研究表明 , 人体内缺乏镁 , 会引起一系列心血管系统症状 , 如动脉硬化 、高血压和心肌缺血
等 [ 9] 。 同时 , 镁对急性心肌缺血有保护作用 , 能降低血管阻力 , 降低心肌梗塞的死亡率 [ 10]。 从图 3知 ,
香青兰水煎液中镁含量最高达 713.7μg/g , 可溶态含量及其百分率分别为 608.0μg/g和 85.2%, 这为香
青兰在维吾尔民间主要用于治疗冠心病和高血压找到了一定的理论依据。
临床检验和动物实验证实 , 高锌低铜的饮食干扰了胆固醇的正常代谢从而诱发冠心病[ 11]。 药物中
适量的铜水平 , 可以降低 Zn/Cu比值 , 而香青兰中 Cu的 K ow值无论在胃酸度还是在肠酸度中都为最大 。
香青兰水煎液中的Zn/Cu比值仅为 1.11 , 这对改善冠心病患者血清中 Zn/Cu比值(大于 11.41)有一定的
贡献。 再者 , Cu含量丰富 , 可以缓解冠心病发病的危险 , 铁对铜的吸收具有促进作用 。 因此 , 本实验对
6种微量元素的测定和分析 , 为香青兰治疗冠心病和高血压的药理机制提供了一定的科学依据。
2.5 方法的准确度和精确度
对 6种微量元素的可溶态和无机态样品进行了加标回收试验 , 结果列于表 5。 由表 5可见 , 各元素
的回收率在 92%～ 106%范围内 , 单一测定的相对标准偏差均在 3.8%以下。 说明方法可靠 、适用 。
表 5 回收率与精密度测试(n=5)
Table 5 Results of recovery and precision(n=5)
Added Found Recovery
Precision
Sample Element Average concentration RSD
mA/ g mF/ g R/% ρ/(mg·L-1) sr/%
Soluble Cu 40.13 40.16 100 0.259 2.3
Zn 9.72 9.84 101 0.659 1.8
Mn 10.00 9.84 98 0.179 3.5
Fe 40.00 39.25 93 0.912 2.6
Mg 5.00 5.08 102 7.296 1.2
Ni 24.96 25.03 101 0.725 2.9
μ μ
(续表 5)
参考文献:
[ 1] LIU Yongmin.Pharmacography of Uighur(part one)[M] .Urumqi:Xinjiang Science ＆ Technology ＆ Hygiene Publishing House
(刘勇民.维吾尔药志(上册)[ M] .乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社), 1999.405-407.
[ 2] HONG Xiufang , WEI Yu , WANG Xiaowen.[ J] .Acta Academiae Medicinae Xinjiang(洪秀芳 , 魏 妤 , 王晓雯.[ J] .新疆中
医药), 1999 , 17(2):38-39.
[ 3] FENG Changgen , LI Qiong.[ J] .Chinese Traditional Patent Medicine(冯长根 , 李 琼.[ J] .中成药), 2003 , 25(27):155-
156.
[ 4] LIU Yanming.[ J] .Spectroscopy and Spectral Analysis(刘彦明.[ J] .光谱学与光谱分析), 2000 , 20(3):373-375.
[ 5] SUN Zhenghua , WU Xihong , SUN Dahai , et al.[ J] .Journal of Instrumental Analysis(孙振华 , 吴熙红 , 孙大海 , 等 .[ J] .
分析测试学报), 2001 , 20(2):1-4.
[ 6] LI Shunxing , DENG Nanxing , LIU Zhaoqian.[ J] .Journal of Analytical Science(李顺兴 , 邓南兴 , 刘肇谦.[ J] .分析科学
学报), 2002 , 18(2):145-147.
[ 7] HUANG Ying , PENG Xinjun , YI Ping.[ J] .Journal of Hunan College of Traditional Chinese Medicine(黄 莺 , 彭新君 ,
易 萍.[ J] .湖南中医学院学报), 1999 , 19(2):4-5.
[ 8] LI Lei , XIE Mingyong , WU Xihong , et al.[ J] .Food Science(李 磊 , 谢明勇 , 吴熙鸿 , 等.[ J] .食品科学), 2000 , 20
(2):53-57.
[ 9] ZHAI Honghai , HUANG Yunjun.[ J] .Journal of Medicine Announce(翟宏海 , 黄云峻.[ J] .医药通告), 2000 , 19(6):578.
[ 10] DONG Shunfu , ZHU Zhiguo.[ J] .Spectroscopy and Spectral Analysis(董顺福 , 朱志国.[ J] .光谱学与光谱分析), 2002 ,
22(3):478-479.
[ 11] BOWEN H J M.Trace Elements in Biochemistry[ M] .London and New York Academic Press , 1966.
46 分析测试学报 第 24卷
第十三届全国有机质谱学术大会纪要
第十三届全国有机质谱学术大会于 2005年 9月 21 ～ 24日在广州隆重召开 。此次大会由中国质谱学会有机质谱专业
委员会主办 , 广东省质谱学会和中国广州分析测试中心承办 。
出席本次大会的有中国质谱学会理事长刘淑莹研究员 , 中国质谱学会副理事长再帕尔 ·阿不力孜研究员 , 中国质谱
学会有机质谱专业委员会主任钟大放教授 , 中国质谱学会有机质谱专业委员会副主任熊少祥研究员 , 中国质谱学会理事 、
广东省质谱学会理事长吴惠勤研究员等;应邀参加大会的还有有机质谱界老前辈程 青研究员(《分析测试学报》主编)、
赵善楷教授 、朱育芬研究员 , 以及中国广州分析测试中心陈江韩所长 、牟德海副所长等 。
本次大会共收到论文 105篇 , 收录于《分析测试学报》2005年第 5期(增刊)。 参会代表近 200人 , 代表们就近年来国
内有机质谱学的基础研究及其在各领域的最新应用成果进行了交流 , 同时数家国际著名的质谱公司参与介绍了有机质谱
的最新技术进展 。
大会邀请了著名质谱学专家作学术报告 。 刘淑莹研究员 、再帕尔 ·阿不力孜研究员 、何美玉教授 、蔡宗苇教授 、陈笑
艳研究员 、司端运研究员以及吴惠勤研究员等专家学者 , 分别作了有机质谱在蛋白质分析 、天然产物 、合成高分子 、药物
及生物医学 、环境等领域的最新研究成果及进展的精彩报告 , 内容从多方面显示了中国有机质谱学的整体水平 。
会议分 3个专题报告组 , 分别交流近年来有机质谱学在方法学研究 、天然产物 、药物及生物医学 、食品安全 、毒物及
环境等领域的最新研究成果及应用经验 。 沈阳药科大学李明慧等 7位代表获青年学术论坛奖 。
中国质谱学会有机质谱专业委员会
广东省质谱学会
中国广州分析测试中心
2005年 9月 30日
Added Found Recovery
Precision
Sample Element Average concentration RSD
mA/ g mF/ g R/% ρ/(mg·L-1) sr/%μ μ
Inorganic fraction Cu 40.13 40.05 99 0.056 1.1
Zn 9.72 10.31 106 0.463 2.4
Mn 10.00 10.31 103 0.084 2.0
Fe 40.00 40.51 101 0.575 3.8
Mg 5.00 4.92 98 5.142 1.3
Ni 24.96 22.98 92 0.428 1.5