李智明,盧日剛,鄧 鳴,孫 煜

(廣西壯族自治區(qū)食品藥品檢驗(yàn)所,南寧 530021)

微量元素和常量元素是維持人體正常生理機(jī)能的重要物質(zhì),攝入過量、不足等都會不同程度地引起人體生理的異常,甚至發(fā)生疾病[1-3]。重金屬及其他元素會通過食物鏈進(jìn)行富集而累積于人體內(nèi),影響人體新陳代謝,當(dāng)重金屬及其他元素過量時會危害人體健康[4-5]。目前藥品中重金屬及其他元素殘留安全問題的研究報(bào)道尚較為少見,但是藥品中重金屬及其他元素由于存在潛在毒性和可能引起的健康風(fēng)險而備受企業(yè)和消費(fèi)者的關(guān)注[6]。國際人用藥品注冊技術(shù)協(xié)調(diào)會(ICH)、歐洲藥品管理會(EMA)和美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)對元素雜質(zhì)制定了新的分析和控制策略[7-8]。我國藥品嚴(yán)格遵守ICH的指南與標(biāo)準(zhǔn)。因此,藥品生產(chǎn)企業(yè)須在生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)中監(jiān)控各元素含量,以確保藥品制劑元素水平符合相關(guān)規(guī)定。

傳統(tǒng)的元素檢測方法有比色法[9]、紫外分光光度法[10]、原子吸收光譜法[11]、原子熒光光譜法[12]等,這些方法存在靈敏度較低、檢出限高、線性動態(tài)范圍窄、難以同時分析多元素等不足。而電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)可解決上述傳統(tǒng)檢測方法存在的問題[5,13],并廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品、地質(zhì)、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域[14]。為了適應(yīng)新藥品元素雜質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,ICP-MS可作為藥品中元素含量監(jiān)測的首選方法。本工作綜述了近年來ICP-MS在中藥材、中成藥、化學(xué)藥品中重金屬及其他元素檢測中的應(yīng)用進(jìn)展,介紹了藥品中重金屬及其他元素的源頭控制及樣品前處理方法,并將ICP-MS在該領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 ICP-MS在藥品中重金屬及其他元素檢測的應(yīng)用

1.1 中藥材

中藥材是我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)特有的藥物[15-16],因療效獨(dú)特而被廣泛應(yīng)用于臨床,在防治疾病、保障人民健康方面起著重要作用。中藥材源于藥用植物、動物和礦物,其藥用部分采收后經(jīng)產(chǎn)地初加工形成原料藥材[17],具有鮮明的天然屬性,由于其生長或形成時受到水質(zhì)、空氣、土壤等環(huán)境因素的影響,易引入重金屬及其他元素[16,18]。中藥材中重金屬元素特別是有毒有害元素含量超標(biāo)問題是當(dāng)今國內(nèi)外熱門的話題,是影響中藥走向世界的關(guān)鍵因素之一[19]。為保證中藥材的品質(zhì),確保人民群眾的用藥安全,《中華人民共和國藥典》(2020年版)(簡稱Ch P 2020)四部制定了中藥中鋁、鉻、鐵、鋇元素測定的指導(dǎo)原則,可與中藥中鉛、鎘、砷、汞、銅測定方法(通則2321)聯(lián)合應(yīng)用,明確指出多元素同時測定時首選ICP-MS。Ch P 2020一部僅對中藥材中部分元素作了限量要求,但是學(xué)者們利用ICP-MS能同時測定多種元素的優(yōu)勢,對各類中藥材中多種元素進(jìn)行了探索性研究。

胡曉等[20]采用ICP-MS測定不同產(chǎn)地靈芝孢子粉中5種重金屬的含量,結(jié)果表明不同產(chǎn)地靈芝孢子粉之間的重金屬含量無顯著性差異,并指出ICP-MS可以用于靈芝孢子粉乃至中藥飲片和中成藥中重金屬測定及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究。魚腥草被譽(yù)為“中藥中的廣譜抗生素”,具有極高的食用及藥用價值,為了考察其中各重金屬及其他元素的含量,李雅萌等[21]采用ICP-MS測定魚腥草中14種元素的含量。結(jié)果表明,該方法具有良好的精密度和準(zhǔn)確度,回收率為97.6%～103.8%,各元素的線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999 7,同時發(fā)現(xiàn)魚腥草中銅、砷、鉛、汞、鎘的含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)限量值,為進(jìn)一步研究和開發(fā)魚腥草藥食用價值以及起草魚腥草質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。彭亮等[22]應(yīng)用ICP-MS同時測定陜西不同產(chǎn)地野生茜草中9種重金屬元素的含量,通過數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異性分析、各元素之間相關(guān)性分析以及主成分分析。結(jié)果表明:茜草藥材中重金屬元素含量存在差異性,其中《中華人民共和國藥典》(2015年版)(簡稱Ch P 2015)規(guī)定限量的5種重金屬含量均在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)限量范圍內(nèi);主成分分析將所有樣品分為3類,不同元素之間存在一定的相關(guān)性。此研究結(jié)果能為制定陜西產(chǎn)茜草藥材重金屬元素標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù),也可為其飲片生產(chǎn)和臨床用藥安全提供參考。楚浩等[23]采用動能歧視(KED)模式消除多原子離子干擾,內(nèi)標(biāo)法克服基體效應(yīng)干擾,ICP-MS同時測定玉葉金花中16種重金屬元素的含量。結(jié)果顯示,玉葉金花中存在少量的釩、鉻、鎳等元素,含有豐富的錳、鐵、鋅、鍶等人體必需微量元素。由此可知,玉葉金花的藥理作用和其微量元素生理作用有著一定的關(guān)系。朱仁愿等[24]利用ICP-MS同時測定白石脂藥材中27種元素的含量,結(jié)果顯示鋁是白石脂藥材中含量最高的元素,13種微量元素可作為白石脂藥材的特征元素。

除了全定量分析,ICP-MS還可以進(jìn)行半定量分析,可快速篩查樣品中含有哪些元素。吳文輝等[25]建立了箭葉淫羊藿中重金屬元素的ICP-MS快速篩查方法,對其進(jìn)行半定量全質(zhì)量掃描并采集,分析箭葉淫羊藿中元素的種類,為制定其重金屬元素質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

1.2 中成藥

中成藥是根據(jù)處方以中藥材為原料配制加工成不同劑型的中藥制劑[26-27],具有性質(zhì)穩(wěn)定、療效確切、毒副作用相對較小、存貯方便、可隨身攜帶、免煎煮、無異味和少刺激等優(yōu)點(diǎn)。中成藥一般直接服用或注射入體內(nèi),如補(bǔ)益類藥療程較長,長期用藥有重金屬及有害元素蓄積的風(fēng)險[28]。中成藥的重金屬及其他元素污染風(fēng)險主要集中在原料環(huán)節(jié)與工藝環(huán)節(jié),Ch P 2020四部通則0102注射劑中規(guī)定了中藥注射劑中鉛、鎘、砷、汞、銅每日最大使用量分別不得超過12,3,6,2,150μg,但是其他中藥制劑沒有明確限量規(guī)定。因此,專家學(xué)者們進(jìn)一步采用高效靈敏的ICP-MS探索中成藥中重金屬及其他元素的含量。

范桂強(qiáng)等[29]采用ICP-MS測定六味頸康膠囊中5種重金屬元素的含量,根據(jù)其生產(chǎn)工藝配方計(jì)算,制劑甘草及白芍中5種重金屬均未超出藥典相應(yīng)限量標(biāo)準(zhǔn),但其余中藥材均無限量判定標(biāo)準(zhǔn)。我國中成藥生產(chǎn)量較大,建議制定出相應(yīng)重金屬等元素的限量標(biāo)準(zhǔn)。汪建君等[30]采用ICP-MS內(nèi)標(biāo)法測定清火梔麥片及膠囊中25種元素的殘留量,測定結(jié)果參考美國藥典(USP)、歐洲藥典(EP)的相關(guān)限量要求,發(fā)現(xiàn)存在鉛和砷超出擬定限量的藥品,暴露出藥品存在一定的安全隱患。為了更好地控制中成藥質(zhì)量,建議逐步擴(kuò)充中藥材目標(biāo)元素種類,并參考國際相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn),制定合理限量。鄭明等[31]參考Ch P 2020中藥有害殘留物限量制定指導(dǎo)原則和世界衛(wèi)生組織(WHO)給出的每日可接受攝入量,估算半夏糖漿中鉛、鎘、砷、汞、鉻的最大限量理論值,通過ICP-MS同時測定半夏糖漿中6種重金屬元素的含量,測定結(jié)果表明半夏糖漿中各元素在最大限量理論值內(nèi),總體風(fēng)險較小。聶黎行等[32]為了解牛黃清胃丸中重金屬及有害元素整體殘留情況,采用ICP-MS對5種元素進(jìn)行測定,測定結(jié)果按照危害識別、危害特征描述、暴露評估和風(fēng)險描述的程序進(jìn)行風(fēng)險評估,并制定了該品種中5種元素的殘留限量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)牛黃清胃丸中重金屬及有害元素的總危害指數(shù)大于1,提示其存在一定健康風(fēng)險。該研究首次提出了評估中成藥中重金屬及有害元素風(fēng)險的一般步驟,為中成藥風(fēng)險評估和限量制定提供了參考。張春華等[33]將5種中藥注射液的樣品用2%(體積分?jǐn)?shù))硝酸溶液稀釋后,采用ICP-MS測定其中銅、砷、鎘、鉛和汞的含量,并進(jìn)行了方法學(xué)驗(yàn)證。結(jié)果顯示,各元素含量均小于Ch P 2015限量值,說明其安全風(fēng)險較小。張丹等[34]采用ICP-MS測定柴胡注射液中18種重金屬及有害元素的含量,結(jié)果表明相關(guān)元素的檢出量均符合Ch P 2020、USP及ICH Q3D中限量規(guī)定。該方法靈敏度高、快速、準(zhǔn)確,為柴胡注射液質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)完善提供了科學(xué)依據(jù),也為中藥注射劑質(zhì)量控制提供了參考。

1.3 化學(xué)藥

化學(xué)藥是用化學(xué)合成方法制成或從天然產(chǎn)物提取而成的[35],包括有機(jī)化學(xué)藥品、無機(jī)化學(xué)藥品和生物制品。化學(xué)原料藥合成過程中所使用的各種原料、設(shè)備等都可能引入重金屬及其他元素[36],制劑過程中各種輔料、混合容器以及包衣材料也是重金屬及其他元素的來源,甚至與藥品直接接觸的包材都會帶來污染。Ch P 2020四部收載了335種藥用輔料,二部收載了化學(xué)原料藥與化學(xué)藥制劑共2 712種,其中有些品種如二氧化鈦、葡萄糖亞鐵等,規(guī)定了重金屬總量或者個別元素的限量,其測定方法大部分采用化學(xué)反應(yīng)比色法,與標(biāo)準(zhǔn)溶液比較即可;少部分如滑石粉、葡萄糖酸鈣氯化鈉注射液等,經(jīng)前處理后采用原子吸收分光光度法測定各元素的含量。為了監(jiān)控藥用輔料、化學(xué)原料藥及化學(xué)藥制劑中多種元素的含量,ICP-MS是比較合適的方法,但是目前研究報(bào)道較少。

王也牧[37]以ICP-MS建立測定輔酶Q10原料及制劑中22種元素雜質(zhì)的分析方法,研究了輔酶Q10合成過程及其藥用輔料、制劑過程有可能引入的金屬雜質(zhì)。結(jié)果表明:7批原料藥中同時含22種元素雜質(zhì)的較少;個別企業(yè)生產(chǎn)的輔酶Q10膠囊中鉛含量較高;其中一個企業(yè)生產(chǎn)的輔酶Q10膠囊中鋁元素含量均偏高,考察其生產(chǎn)所用輔料滑石粉和二氧化硅中鋁的含量,可推測出其鋁含量偏高是由這兩種輔料導(dǎo)致的;鉛和鋁的含量雖然均符合ICH Q3D元素雜質(zhì)指導(dǎo)原則以及USP、Ch P 2015的限量要求,但是長期用藥仍然對人體健康不利。靳貴英[38]采用ICP-MS測定藥用輔料β-環(huán)糊精中7種重金屬元素的含量,考察其在生產(chǎn)加工和倉儲運(yùn)輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)受到的重金屬污染。結(jié)果顯示,砷和鉛的含量高于其他元素,可能和淀粉的蓄積性有關(guān),但均在限量范圍內(nèi),對于植物性來源的原輔料,建議對元素污染嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控。鐘振華等[39]采用ICPMS測定鹽酸氯哌丁原料藥中13種重金屬元素的含量,結(jié)果表明:此方法線性相關(guān)性良好,靈敏度高、準(zhǔn)確度好,適用于鹽酸氯哌丁原料藥中痕量重金屬元素的檢測分析;同時發(fā)現(xiàn)各元素含量均在安全限量范圍內(nèi),樣品批次間的測定結(jié)果均無顯著性差異,表明企業(yè)生產(chǎn)鹽酸氯哌丁原料工藝較為穩(wěn)定。劉晟等[40]采用ICP-MS測定鹽酸黃酮哌酯片中5種重金屬元素的含量,結(jié)果顯示5種元素的含量均符合相關(guān)限量要求,表明該藥品生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、可控。為逐步與國際接軌,建議建立同時準(zhǔn)確測定西藥制劑中多種重金屬元素的方法,并對藥品進(jìn)行有針對性考察,可為企業(yè)工藝改進(jìn)和行政監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支持。劉晟[41]采用ICP-MS測定硫酸氨基葡萄糖片、膠囊和顆粒劑中5種重金屬的含量,探索其在原輔料和制劑過程中可能引入的重金屬污染,測定結(jié)果顯示各元素含量均能滿足Ch P 2015、USP和ICH的限量要求,為其他化學(xué)藥制劑風(fēng)險監(jiān)控提供參考方法。

2 藥品中重金屬及其他元素的源頭控制

控制藥品中重金屬及其他元素的含量是保證藥品質(zhì)量安全的重要研究內(nèi)容之一,根據(jù)ICH Q3 D的指導(dǎo)原則,從源頭控制元素含量是做好此項(xiàng)工作的重要途徑,而選用ICP-MS作為檢測工具是關(guān)鍵。

中藥材來源于藥用植物、動物和礦物,藥用植物則需監(jiān)測種植的水源、空氣、土壤中重金屬元素的含量,甚至施加的化肥等也要監(jiān)測;藥用動物則需監(jiān)測其飲用水、食物中重金屬及其他元素的含量,只要進(jìn)入動物體內(nèi)的物質(zhì)都應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測;最終再測定采摘后成品的元素含量,若制成藥用飲片或者進(jìn)行炮制后的還需再次檢測。藥用輔料和原料藥需監(jiān)測其生產(chǎn)工藝所用的原料、試劑、催化劑、每一步中間體、最終成品等所含重金屬及其他元素的含量。藥品制劑則需監(jiān)測所有的原輔料、經(jīng)過容器或手工處理的每一步中間體、最終包裝好的成品中重金屬及其他元素的含量。監(jiān)測方法則是采用ICP-MS測定需監(jiān)測樣品中ICH Q3D指導(dǎo)原則規(guī)定的24種元素的含量[8],或其他生產(chǎn)過程中明顯會引入的元素,掌握監(jiān)測樣品的各元素含量,若出現(xiàn)元素含量變化較大,則啟動倒查機(jī)制,找出源頭,剔除或者避免元素污染源,從而控制藥品中元素的含量,使之達(dá)到ICH Q3D指導(dǎo)原則的要求。

藥品中重金屬及其他元素的源頭控制工作任務(wù)繁重,需要中藥材種植商和各藥品原輔料生產(chǎn)企業(yè)和藥品制劑生產(chǎn)企業(yè)共同參與,自覺進(jìn)行藥品生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的元素監(jiān)測,同時藥品監(jiān)督管理部門進(jìn)行有效監(jiān)督。源頭控制藥品重金屬及其他元素的含量,最終目的是控制藥品制劑最終成品的重金屬及其他元素的含量。

3 樣品前處理方法

樣品要采用ICP-MS進(jìn)行元素分析,前提條件是將樣品轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)溶液,使其中的元素游離出來。有些樣品本身就是水溶液,可以直接上機(jī)測定,如飲用水;有些樣品如復(fù)方氯化鈉注射液[42],元素含量較高,經(jīng)適當(dāng)稀釋后可直接進(jìn)樣測定;有些樣品通過合適的溶劑溶解即可上機(jī)測定[43];有些樣品則需進(jìn)行消解處理。

常見的樣品消解方法有濕法消解和干灰化法。濕法消解一般采用酸液在加熱條件下破壞樣品中的有機(jī)物或還原性物質(zhì),常用酸解體系有硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸、氫氟酸、過氧化氫溶液等,按加熱方式主要分為電熱板法[24]、高壓密閉消解法[21]、微波消解法[22]。電熱板法屬于敞開式消解方式,設(shè)備成本較低,普通實(shí)驗(yàn)室比較適用,但易造成揮發(fā)性元素?fù)p失,不適合易揮發(fā)的汞元素等的測定;采用高壓密閉消解法時,高壓密閉環(huán)境有利于難溶解物質(zhì)的消解,也能減少揮發(fā)性元素的損失;微波消解法是目前較理想的消解方法,其結(jié)合微波和密閉高壓消解于一體,具有可靈活控制溫度的程序,同時消耗樣品和試劑少,消解徹底,可避免污染和損失,準(zhǔn)確度和精密度好[44];干灰化法是利用高溫除去樣品中的有機(jī)質(zhì),剩余灰分用酸溶解作為樣品溶液,但也不適用于易揮發(fā)損失元素的測定。李杰等[45]用干灰化法和微波消解法對大馬士革玫瑰花進(jìn)行消解,采用ICPMS測定其中20種元素的含量,結(jié)果發(fā)現(xiàn),采用干灰化法時有些元素的回收率偏低,質(zhì)控樣驗(yàn)證試驗(yàn)中測定值與參考值偏差較大,而采用微波消解法時各元素的回收率均較好,質(zhì)控樣驗(yàn)證試驗(yàn)中測定值與參考值基本一致,建議優(yōu)先選用微波消解法進(jìn)行樣品前處理。無論采用何種前處理方法,都應(yīng)同時進(jìn)行樣品空白試驗(yàn),監(jiān)測所用試劑、器皿等中元素的含量,本底值不能太高,還應(yīng)該進(jìn)行樣品加標(biāo)回收試驗(yàn),確保方法的準(zhǔn)確度和可行性。

4 結(jié)語與展望

ICP-MS是快速精確測定元素含量的有力分析工具,在開展藥品元素檢測工作中能起到關(guān)鍵性作用,對控制藥品質(zhì)量具有極其重要的意義[46]。ICPMS分析方法與傳統(tǒng)的元素檢測方法相比,線性范圍寬、靈敏度高,在測定準(zhǔn)確度和專屬性等方面均有很大優(yōu)勢,而且能同時測定多種元素,可以實(shí)現(xiàn)半定量分析,可快速篩查樣品中元素的種類并定量分析。目前ICP-MS相當(dāng)成熟,相關(guān)儀器能與高效液相色譜儀聯(lián)用進(jìn)行元素形態(tài)分析[47],也可以與飛行時間質(zhì)譜儀聯(lián)用以提高精密度[48],與電熱蒸發(fā)器聯(lián)用以實(shí)現(xiàn)固體直接進(jìn)樣,具有更高的靈敏度[49],與毛細(xì)管電泳儀聯(lián)用可以實(shí)現(xiàn)多維分離和高通量分析[50]等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,它在測定藥品中元素方面將發(fā)揮更大的作用[51]。

Ch P 2020僅對中藥材中部分重金屬及其他元素、化學(xué)原料藥的重金屬總量作了限量要求,不涉及制劑。我國已經(jīng)加入ICH,以后新上市的藥品許可申報(bào)元素含量必須滿足ICH Q3D的要求,這是我國創(chuàng)新藥走向國際市場的硬性指標(biāo)。為了與國際接軌,無論是中藥材、中藥飲片、藥用輔料、原料藥以及藥品制劑,都有必要建立ICP-MS同時測定多種元素含量的分析方法,作出相應(yīng)的風(fēng)險評估,按要求嚴(yán)格控制其中重金屬元素的含量,確保人民群眾的用藥安全。有目的地研究藥品制劑各元素含量,為藥品監(jiān)管部門提供數(shù)據(jù)支持,并逐步建立各種藥品制劑的元素限量要求,這是目前的發(fā)展趨勢。