ICP-MS-2030LF型电感偶耦合等离子体质谱仪[岛津企业管理(中国)有限公司]、MASTER-40型超高压微波消解仪(上海新仪微波化学科技有限公司)、DL-1G实验多功能电炉(上海尚仪仪器设备有限公司)、ME104/02万分之一电子分析天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)、ME55/02十万分之一电子分析天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司).

单元素标准溶液：铝(Al，批号：BWJ4224-2016)、砷(As，批号：BWJ4223-2016)、钡(Ba，批号：BWB2128-2016)、镉(Cd，批号：BWB2077-2016)、钴(Co，批号：BWB2089-2016)、铬(Cr，批号：BWB2142-2016)、铯(Cs，批号：BWB2136-2016)、铜(Cu，批号：BWB2048-2016)、铁(Fe，批号：GWB08616)、镓(Ga，批号：BWJ4220-2016)、汞(Hg，批号：BWB2127-2016)、锰(Mn，批号：BWB2069-2016)、钼(Mo，批号：BWB2268-2016)、钠[Na，批号：GBW(E)083294]、镍(Ni，批号：BWB2131-2016)、铅[Pb，批号：GBW(E)083779-50]、铷(Rb，批号：BWJ4221-2016)、钛(Ti，批号：BWB2212-2016)、钒(V，批号：BWB2136-2016)和锌(Zn，批号：BWB2070-2016)，浓度为1 000 μg/mL，均购于北京北方伟业计量技术研究院有限公司. 钙[Ca，批号：GBW(E)080118]、钾[K，批号：GBW(E)080125]和镁[Mg，批号：GBW(E)080126]，浓度为1 000 μg/mL；硒[Se，批号：GBW(E)080215]和锶[Sr，批号：GBW(E)080242]，浓度为100 μg/mL，均购于中国计量科学研究院. 内标溶液：钪(Sc，批号：GSBG62013-90)、锗(Ge，批号：GSBG62073-90)、铟(In，批号：GSBG62041-90)和铋(Bi，批号：GSBG62072-90)，浓度为100 μg/mL，均购于钢研纳克检测技术股份有限公司. 水为屈臣氏蒸馏水；硝酸、盐酸、氢氟酸、高氯酸、过氧化氢均为优级纯.

仿野生甘松样品来自于四川、青海、甘肃3个省份，经西南民族大学青藏高原研究院刘圆教授鉴定为败酱科植物甘松(N. jatamansi DC.)；土壤样品均为各批次甘松植株对应的生长土壤. 样品采集后除去泥沙及杂草，自然阴干，将根及根茎、叶分开，分别切段并粉碎，过三号筛，置于阴凉干燥处储存. 详细的样品信息见表 1.

精密量取8种单元素标准储备溶液适量，用2%硝酸溶液稀释，制成含Al，Ca，Fe，K，Mg，Mn，Na，Ti元素且质量浓度分别为20，50，50，50，10，1，50，10 μg/mL的混合标准品溶液Ⅰ. 精密称取其余16种单元素标准储备液适量，用2%硝酸溶液稀释，制备成含Rb，Zn，Cr，V，Ba，Se，Cd，Mo，As，Co，Cu，Ni，Pb，Cs，Ga，Sr元素且质量浓度分别为100，200，200，200，1 000，25，1，5，100，50，50，100，50，50，50，250 μg/L的混合标准溶液Ⅱ. Hg元素需要单独配制，精密量取0.2 mL Hg元素标准溶液，并加0.2 mL Au元素，用2%硝酸溶液制成质量浓度为1.25 μg/L的标准溶液Ⅲ. 再将混合标准溶液Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ再分别逐级稀释2倍，共得到5个浓度点.

精密量取标准内标溶液Sc，Ge，In，Bi适量，加蒸馏水配制成质量浓度分别为0.50，0.50，0.02，0.02 μg/mL的混标溶液，即内标溶液.

精密称取生长土壤样品0.1 g，置于聚四氟乙烯消解罐中，依次加入6 mL硝酸、2 mL盐酸、2 mL氢氟酸，放置30 min，放入微波消解仪中进行消解，微波消解程序如表 2所示. 消解程序结束后，待降至室温时取下消解罐，放入赶酸仪中赶酸至近干，若有黑色残渣，再加入2 mL氢氟酸和1 mL高氯酸，继续赶酸至近干，再加入2 mL硝酸使完全溶解，蒸馏水定容至50 mL，0.45 μm微孔滤膜滤过，备用.

分析类型为微型炬管(碰撞)；射频功率为1.20 kW，采样深度5.0 mm，等离子体气体积流量9.0 L/min，辅助气体积流量为1.10 L/min，载气体积流量0.70 L/min，池气体体积流量为6.0 L/min，池电压-2 V，能量过滤器7.0 V，雾化室温度5.0 ℃，样品提升速率20 r/min，扫描方式为跳峰；测定点数/峰为1，重复5次.

取配制的系列标准溶液，按照“1.3.4”的测试条件进行测定，以待测元素分析峰信号强度与内标元素响应值的比值为纵坐标(Y)，以元素标准溶液的质量浓度为横坐标(X)，绘制标准曲线，获得各元素标准品的回归方程、线性范围及相关系数. 结果表明，线性关系良好. 线性方程和仪器检出限见表 3.

精确称取同一样品0.1 g，平行进行6次测定，按上述条件进行分析. 各元素测定值的RSD为1.2%~3.8%，结果表明，测定方法的重复性良好.

吸取各标准溶液重复进样6次，计算无机元素的峰强度RSD为1.36%~4.62%，结果表明，仪器测定的精密度良好.

取上述制备的供试品溶液，测定后置于0~4 ℃条件下保存，按上述条件分别于0，1，3，5，7 d进行测定. 各测定值的RSD为2.4%~4.2%，结果表明，供试品中各测定元素7 d内的稳定性良好.

精确称取已知目标元素质量分数的样品(批号：G1)约0.05 g，共6份，分别准确加入各测定元素的标准溶液适量，按上述条件进行测定. 各测定元素的回收率为89.7%~103.4%，RSD为1.4%~4.7%，结果表明，该方法的回收率较高.

将甘松的根及根茎、叶各样品按照“1.3.3”的方法制备供试品溶液，取上述制备的各供试品溶液按“1.3.4”的方法测定无机元素质量分数.

由表 4、表 5可以看出，甘松不同部位的无机元素种类几乎一致，但其质量分数存在明显差异. 其中，Na，Mg，Al，K，Ca，Ti，Mn，Fe，Ba元素在甘松各部位的质量分数较高，表明甘松对这些无机元素的积累能力较强；Sr，Cr，Zn，Rb，V，Cu，Ni等元素的质量分数次之，其余元素的平均质量分数均低于1.00 mg/kg.

常量元素中，K，Ca，Na，Mg在甘松不同部位的质量分数较高，表明甘松对这些无机元素的累积能力较强. 其中，K和Ca在叶的质量分数高于根及根茎，而Na，Mg在根及根茎中的质量分数高于叶. 微量元素中，Fe，Mn，Mo，Ni，Se，Sr，V，Co，Cr，Al，Ba，Ga，Ti，Rb和Cs在甘松根及根茎中的质量分数普遍高于叶.

重金属元素中，甘松的根及根茎样品中Cd和Hg的质量分数均符合规定标准；G17样品中Cu，As，Pb的质量分数均超出限度；G10和G19样品中As和Pb的质量分数均超出限度；G3，G4，G5，G6，G7，G8，G12，G13，G15，G16样品中As的质量分数超出限度，为2.03~5.83 mg/kg；G9和G16样品中Pb的质量分数超出限度.

从叶样品的无机元素分析结果来看，所有样品的Cu，Cd，Hg和Pb的质量分数均符合规定标准；Y1，Y7和Y8样品中的As元素质量分数超出限度.

由表 6可以看出，甘松叶中Na，Mg，Al，Ti，Cr，Mn，Fe，Ni，Zn，Ga，As，Se，Rb，Sr，Mo，Cd，Cs，Ba，Pb元素的平均质量分数显著低于根及根茎(p＜0.01)；叶中K，V，Co，Cu，Hg元素的平均质量分数均低于根及根茎，但差异无统计学意义.

由于甘松各元素指标在数量级上存在较大差异，为降低数量级对分析结果的影响偏差，将原始数据进行标准化处理后，采用SPSS 21.0进行主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)，得到特征值及各主成分的贡献率(表 7). 提取的前4个主成分的特征值均大于1，累积方差贡献率为82.986%，表明这4个主成分在甘松质量评价指标中具有主导作用.

通过采用SPSS 21.0进行主成分分析，将结果保存为变量，得到各主成分因子(F₁，F₂，F₃，F₄). 根据各主成分因子的得分与对应方差贡献率的乘积之和，计算得到甘松样品无机元素的总因子得分F，其综合评价函数为F=0.772F₁+0.109F₂+0.067F₃+0.053F₄，依据该综合评价函数计算不同样品的综合得分(F)及其排名. 由表 8可知，甘松根及根茎综合得分排在前列，表明从无机元素的综合评价来看，甘松根及根茎样品的品质较优，符合甘松入药部位主要为根及根茎的使用情况.

将无机元素质量分数数据导入SIMCA 14.1软件，采用PCA研究甘松不同部位样品的无机元素聚集情况，结果如图 1所示. 结果显示，除了G1样品聚集于叶部位外，甘松不同药用部位的汇聚明显，且与其他药用部位的样品点明显分开. 这一结果与G1样品在PCA综合评价中的较低排名相一致，G12样品被视为无效样本.

将表 4和表 5中的质量分数数据导入SIMCA 14.1软件，采用正交偏最小二乘判别分析(Orthogonal Partial Least Squares Discriminant Analysis，OPLS-DA)研究甘松不同部位样品的无机元素聚集情况，结果如图 2所示. 结果显示，G1样品可视为无效样本，这与PCA综合评价中G1样品排名靠后的结果相符. 甘松不同药用部位的样品聚类明显，且与其他部位的样品点明显分开，除G14样品外，不同部位的样品几乎无重叠，说明OPLS-DA可较好地区分不同部位中的无机元素.

采用置换检验(n=200)对模型进行验证，检验参数R²(0.0，-0.001 1)，Q²(0.0，-0.258 0)如图 3所示. 左端随机排列产生的R²和Q²值均小于右端的原始值，表明所建立的模型拟合良好，可进行有效识别. 根据模型分析得到的无机元素变量权重重要性排序(Variable Importance in Projection，VIP)，结果见图 4. 选择VIP＞1的元素作为区分部位的特异性元素，结果显示引起甘松不同药用部位差异的主要元素为Al，K，Fe，Na和Ca.

选择Al，K，Fe，Na，Ca作为特征元素，对19批甘松根及根茎和叶样品中的特征元素的质量分数比例(Na∶Al∶K∶Ca∶Fe)进行分析，并以19批样品的平均质量分数进行比对. 根及根茎样品中各元素的质量分数分别为2 572.48，8 773.62，10 160.06，7 558.33，5 905.03 mg/kg，量比关系为1.00∶3.41∶3.95∶2.94∶2.30；叶样品中各元素的质量分数分别为816.54，3 233.39，15 900.68，9 030.10，2 383.11 mg/kg，量比关系为1.00∶3.96∶19.47∶11.06∶2.92. 由此可见，根及根茎与叶部样品在特征元素质量分数上存在较大差异. 根及根茎中Na，Al，Fe的平均质量分数明显高于叶部，而叶中K，Ca的平均质量分数明显高于根及根茎. 这种差异可能与外观形态、遗传因素等导致的不同药用部位对无机元素的富集和积累能力差异有关^[19-20].

根据参考文献[21]中关于植物富集现象的分析方法，通过计算植物不同入药部位中重金属质量分数与土壤重金属质量分数的比值，得到富集系数(Bioconcentration Factor，BF)值，结果见表 9. 结果显示，Mg，Ca，Sr这3种元素在甘松根及根茎和叶的平均BF值分别为1.10，2.57，1.55和1.07，3.62，1.22，均大于1，表明甘松对Mg，Ca和Sr具有较强的富集能力. 甘松根及根茎Mg元素的BF值为0.70~1.42；叶的BF值为0.48~1.97，Mg元素BF最小值为S12的0.48，最大值为S6的1.42. 在19批样品中，根及根茎的Mg元素BF值多数高于叶. Ca元素根及根茎的BF最大值为S16的4.17，而叶片中S2样品的BF值显著高于其他样品. Ca元素的BF最小值均出现在S12，且多数样品中叶的BF值高于根及根茎. Sr元素根及根茎的BF值为0.82~2.77，除S1，S4，S6，S7这4个样品外，其他样品均呈现根及根茎的BF值明显高于叶. K元素的叶平均BF值为1.27，远高于根及根茎的0.80，叶的平均BF值大于1，表明甘松叶对K元素有较强的富集能力，其余元素的根及根茎与叶的平均BF值均低于1. 从平均值来看，K和Ca元素叶平均BF值高于根及根茎的平均BF值，其他元素则在根及根茎中的富集更为显著.

研究表明，土壤中的无机元素与植物的化学成分及药材品质之间存在相关性^[22-24]. 本研究参照文献[25-27]的分析方法，采用灰色关联度分析法，研究生长土壤中无机元素对甘松药材主要有效成分的影响. 基于灰色系统理论，以西南民族大学青藏高原民族医药创新团队前期测得的各化学成分质量分数作为参考数列、各无机元素质量分数为比较数列^[17]，建立基本数据系列进行灰色关联度分析，结果见表 10. 关联度排名结果显示，与绿原酸关联较大的元素为Ni，Cs，Co，Pb和K；与异绿原酸A关联较大的元素为Mg，Sr，Na，Rb和Ca；与异绿原酸C关联较大的元素为Ba，Al，Se，Ti和Zn；与蒙花苷关联较大的元素为Ba，Sr，Al，Na和Rb；与甘松新酮关联较大的元素为Mg，Sr，Ca，Na和Ba. 其中，Ba，Na，Sr元素与多种化学成分质量分数关系密切.

本研究通过ICP-MS法测定了甘松不同药用部位及其生长土壤中的25种无机元素，综合分析了甘松中无机元素组成的特征要素. 研究表明，甘松的特征元素包括Fe，K，Al，Na和Ca，且通过OPLS-DA分析可以将甘松叶与根及根茎明确区分. 进一步分析各特征元素之间的质量分数及其相对比例，发现两者之间的特征元素质量分数比差异较大. 根及根茎中的Na，Al，Fe平均质量分数明显高于叶部，而叶中的K，Ca平均质量分数明显高于根及根茎. 不同药用部位对无机元素富集和积累能力的差异可能是由于外观形态、外界环境以及遗传因素等共同作用导致的.

分析结果显示，多数无机元素在甘松根及根茎中的质量分数高于叶部. 常量元素中如K，Ca，Na，Mg在甘松不同部位中的累积能力较强，且质量分数较高. 其中，叶部的Ca元素平均质量分数高于根及根茎部位. Ca元素在植物的光合作用、氮素代谢、提高作物抗真菌能力以及神经和免疫信息传导中具有重要作用^[28-30]. 根及根茎中Na，Mg元素的平均质量分数明显高于叶部. Na元素可增进土壤孔隙，促进肥力吸收，进而改善土壤质量产生抗逆等；Mg可促进骨骼生长，并影响肠胃功能，这可能与甘松的理气止痛、开郁醒脾等功效相关. 甘松叶K元素的平均BF值为1.27，远大于根及根茎的0.80，且K元素的平均BF值大于1，可见对K元素有较强的富集能力，而K元素可促进光合作用并提高植物抗逆性和抗病虫害能力而促进植物生长，对甘松生长具有优势，并可对人体产生促进血液凝固等. 微量元素Fe，Mn，Mo，Ni，Se，Sr，V，Co和Cr元素及Al，Ba，Ga，Ti，Rb和Cs其他元素均呈现出甘松根及根茎丰富度高于叶分布情况. Fe可维持免疫系统正常功能并参与其他微量元素代谢，还与阿尔茨海默病、帕金森综合征和骨质疏松症的发病机制有关；Mn可激活酶活性，与维持中枢神经系统工作有关，并与维持正常糖代谢和脂肪代谢有关；Mo对心肌有保护作用；Se具有抗氧化、抗癌、延缓大脑衰老等作用^[27-31]. 以上元素与甘松有抗心律失常、抗抑郁、抗惊厥、抗癫痫、抗焦虑、改善血糖代谢、抑菌等药理活性一致，因此认为其无机元素与药物的药效物质基础存在相关性.

甘松不同部位中K，Ca元素质量分数均呈现出叶大于根及根茎的结果. 结合灰色关联度分析，发现K，Ca元素与绿原酸、异绿原酸A具有较强关联性，符合甘松药材叶片中质量分数大于根及根茎的现状. 与甘松新酮质量分数关联较大的元素中，相比于甘草等其他药材中的元素^[32-33]，甘松根及根茎中的Mg，Sr，Ca元素质量分数大于甘草等药材质量分数，且甘松中Al，Ca，Ti，V，Ni，Sr元素质量分数均较高. 植物在生长期内，通过根际反应促进生物必需金属在土壤中的可利用性，并最终通过根系吸收. 尽管Sr并非植物生长所必需的元素，它可能由于其与常量营养素Ca的化学相似性而被植物吸收. Sr和Ca共享相同的运输蛋白或通道，或者与一些重要元素竞争细胞壁中的相似结合位点，因此植物会以类似于吸收Ca的方式吸收Sr. 然而，至今尚未明确Sr在植物中具有的生理功能^[34]. K是植物必需的常量营养素，缺乏K会显著影响植物的生长和发育潜力，而Na仅在特定浓度下对植物有益，高浓度Na会干扰和抑制多种生理过程及植物生长. 然而，由于化学相似性，Na能在一定程度上替代K的某些功能^[35-36]. Ca，Mg，Sr和Ba在化学性质上相似，Ti则是一种有助于植物生长的元素. 研究表明，在植物根部或叶片上施用低浓度Ti能提高作物产量和性能，同时增加N，P，K，Ca，Mg和Ti的浓度，并提高根系的抗氧化活性. 在盐胁迫条件下，Ti对番茄幼苗的抗氧化活性和营养有积极作用^[37]. 鉴于甘松中Ti元素质量分数显著高于其他植物，后续研究可进一步探讨Ti在甘松中的作用与机制.

《中华人民共和国药典》(2020年版)未对Al，Ba和Rb等元素设定限量标准. 然而，实验结果显示样品中的Al元素质量分数较高. 研究表明，Al会干扰植物根尖和侧根的细胞分裂，减少细胞分裂素的产生和运输，长期接触Al会对根系造成严重损害，进而减少水分和矿物质的吸收，从而限制农业产量^[38-40]. 铝毒对根系的发育有显著影响，可能导致磷缺乏，并抑制植物的生长^[38-41]. 经富集系数分析，只有S10的根及根茎样品存在Al超富集现象，而叶部样品的BF值普遍较低，但Al元素的质量分数相对于其他元素仍处于较高水平. 由于甘松的主要药用部位为根及根茎，因此有必要对其安全性以及元素的价态分布进行进一步研究. 研究还发现，甘松根及根茎样品中部分样品的As和Pb超出了限度. 因此，在甘松的规范化种植过程中，应加强对土壤中重金属的检测，减少有害元素的吸收和积累，以提高甘松的质量和产量. 在关于甘松无机元素与药材质量的相关性研究中，影响药材无机元素质量分数的因素众多. 因此，笔者认为有必要深入分析不同产地和不同部位药材中无机元素的“构—效”关系. 此外，还需结合多种技术手段，研究无机元素与活性成分之间的协同增效或拮抗作用及其药理效果^[42-43].

本研究建立了基于ICP-MS的测定方法，对甘松的不同药用部位25种无机元素进行分析，基本涵盖了我国甘松主产地及主栽品种，可反映甘松无机元素质量分数的整体情况. 研究结果不仅为甘松药材的质量评价提供了科学依据，也为制定药材中重金属限量标准提供了参考.