仪器快速检测中药中二氧化硫含量
方案优势
本实验建立的方法能够快速灵敏的检测中药中SO2，具有反应时间短、药材前处理简单、灵敏度高等优点，非常适用于中药材SO2残留量的快速定性或定量筛选测定，测定结果与国标法对比无显著性差异，方法可靠。为中药材的生产质量监控提供实用、灵敏的快速检测方法，对确保临床用药安全具有重要意义。
采用标准
《中华人民共和国药典》
方法/原理/步骤
《中华人民共和国药典》2011年规定山药、牛膝、粉葛等11种中药材及其饮片的SO2残留量不得超过400 mg/kg；其他中药材及其饮片的SO2残留量不得超过150 mg/kg从2013年12月1日起，《中华人民共和国药典》2010年版第二增补本正式执行，新的《药典》首次对中药材及饮片SO2残留限量做出了明确规定：除了矿物来源的中草药材，中药材及饮片中亚硫酸盐残留量不得超过150 mg/kg。
原理
高场非对称离子迁移谱(High-Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry, FAIMS)是在传统的离子迁移谱技术基础上发展起来的一种气相离子分离检测技术。它是利用离子在射频高压电场下迁移率呈非线性变化的特点，实现物质种类和浓度的检测[11, 12]。FAIMS谱仪主要由非对称波形射频电源、离子源、迁移管、检测器和信号处理电路等组成，其工作原理如图1所示。待测样品分子进入离子源被电离，离子以一定的初速度进入迁移区，受到非对称波形电压及补偿电压产生的电场共同作用。直流补偿电压在一定范围内扫描，只有符合一定补偿电压的离子才能通过迁移区到达离子检测器，而其它种类的离子因撞到迁移区电极被中和吸收。通过迁移区的离子到达检测器，从而形成相应的离子迁移谱图。由于FAIMS技术利用高频非对交变电场来过滤离子，极大的提高了仪器分辨率，缩短检测时间，并且突破了单次单模式的检测限制，灵敏度高。其独特的芯片技术实现了体积小、成本低、能耗低的优点。
1实验仪器与试剂
1.1仪器
FAIMS谱仪，采用63Ni放射源作为电离源；FAIMS芯片大小为7×7 mm，芯片迁移区长度3.25 mm，宽度2.5 mm。FAIMS 芯片的原理示意图见图2。FAIMS的射频电场强度最高可达60000 V/cm，频率为25 MHz，直流补偿电压扫描范围为-6~ +6 V；电子天平，Precisa 生产；粉碎机(永康市荣浩工贸有限公司)；安捷伦7890-5975型气相色谱-质谱联用仪；KQ-800KDB型超声波。
1.2 药材
山药、牛膝、黄芪、白术、白芷、当归、板蓝根、金银花、白菊花、生甘草、白芍、党参、地黄、枸杞、赤芍、付岑、附子、黄岑、麦冬、天冬、苦杏仁、制白附子等中药材均来源于药材市场。
1.3 试剂
浓硫酸，阿拉丁试剂(上海)有限公司；载气为空气压缩机产生的连续稳定的空气，经活性炭、分子筛过滤；可溶性淀粉、碘标定溶液(0.01204 mol/L)，国药化试有限公司；亚硫酸钠(纯度99%)，天津市大茂化学试剂厂；水为超纯水，成都品成科技有限公司。
2方法与结果
2.1 FAIMS分析条件
实验采用动态顶空法进样，利用FAIMS 谱仪对中药中二氧化硫进行检测。精密称取中药粉末均为0.1 g置于金属管中，然后用移液枪加入5%(v/v)300µL的硫酸溶液，将金属管放入顶空进样装置中，通入载气，控制载气流速为1.6 L/min。载气将顶空装置中的样品带入FAIMS谱仪中进行检测。FAIMS检测流程如图3所示。测试压强为100 kPa，射频电场强度(DF)范围设定为最大电场强度的20%~ 55%，补偿电压范围为-6~ +6 V
2.2 对照品溶液制备
精密称量亚硫酸钠1.0000 g，加超纯水溶解转移至100 mL容量瓶中，配置成10000 mg/L的标准溶液。
精密称量该溶液5 g用于滴定分析计算亚硫酸钠溶液含有的SO2的量，用于模拟中药材SO2的测定实验。
3方法学验证
3.1专属性试验
以空白载气为背景，未加硫酸的空白中药粉末0.1 g为对照，按照上述“2.1”方法进行FAIMS检测，考察方法专属性，结果显示空白中药对SO2检测无干扰，方法专属性良好。中药对照品谱图和SO2谱图分别如图4(a)，(b)所示，图4(c)为在场强为37%下，中药和SO2的对比图。
3. 2 线性范围和检出限
配置一系列含SO2分别为：1、5、10、20和50mg/L的标准溶液。进行FAIMS检测分析，绘制标准曲线，以试样质量浓度（mg/L）为横坐标，以离子电流强度（A.U.）为纵坐标，进行回归分析。FAIMS 检测SO2离子电流强度与浓度关系见图 5。结果表明，在射频电场强度 DF 为 37%处，SO2离子电流强度随着浓度的增加而增加，在 1~ 50 mg/L 范围内呈良好的线性关系，回归方程为 y = 0.0380x+ 0.0343，相关系数为0.9982。检出限为 1 mg/kg。
3.3 精密度试验
对含有 SO2的几种中药进行精密度测试，在上述 FAIMS 分析条件下，连续采集信号 6 次，记录离子电流值，板蓝根、白术、白芷、当归、党参和生甘草六种中药的进样 6 次离子电流值的 RSD 分别为 0.93%、1.99%、0.48%、0.84%、0.53%和 2.73%，表明仪器精密度良好。
3.4 稳定性试验
取同一供试品中药粉末，分别 在 0、2、4、8、10、12、24 h 进样，进样前加入 5%(v/v)，300µL 的硫酸溶液，用 FAIMS 谱仪进行检测，以离子电流值计算，结果板蓝根、白术、白芷、当归、党参和生甘草六种中药离子电流值的 RSD 分别为 0.92%、2.27%、0.90%、1.15%、0.47%和 2.10%，表明供试品在 24 h 内稳定。
3.5 重复性试验
选取含有 SO2的几种中药材，按照本方法重复测定 6 次，考察了方法的精密度。检测结果见表 1。中药材六份数据的 RSD 分别为 1.00%，2.35%，0.53%，0.96%，0.54%和 3.66%，表明方法重复性良好。
3.6 回收率考察
取中药粉末 0.1 g，按低、中、高质量浓度分别精密加入对照品溶液，按“2.1”检测方法进样分析，测定结果见表 2。
4 样品测定
4.1 FAIMS 测定
分别取山药、牛膝、黄芪、白术、白芷、当归、板蓝根、金银花、白菊花、生甘草、白芍、党参、地黄、枸杞、赤芍、付岑、附子、黄岑、麦冬、天冬、苦杏仁、制白附子等 22 种样品粉末各 0.10 g，加入 5%（v/v），300 µL 的硫酸溶液后进样分析。测定结果板蓝根、白术、白芷、当归、党参和生甘草等 6 种中药材中 SO2超标，含量分别为 767.5、318.2、514.1、359.5、2604.2 和 156.1 mg/kg，其他样品均未检测出二氧化硫。
4.2 与药典方法比较
按照《中国药典》2010 年版（一部附录Ⅸ U）“二氧化硫残留量测定法”操作。采用酸蒸馏碘滴定法对上述中药进行测定，测定结果与 FAIMS 测定结果无显著性差异，证明方法的可靠性。因此所建立的方法无需复杂的前处理过程，检测时间短，灵敏度高，在中药 SO2检测中有更大优势。
5 结果与讨论
5.1 酸的选择
实验考察了盐酸、硝酸、磷酸和硫酸对检测的影响。检测结果发现只有磷酸和硫酸对 SO2 检测没有干扰，并且硫酸反应效果更好。进一步优化了硫酸的体积和浓度，最终选择 5%(v/v)，300 µL 的硫酸为最佳反应条件。
5.2 流量的选择
考察了载气流速为 1000~ 2000 mL/min 对检测效果的影响，实验结果表明，1600mL/min 最佳流速。
5.3 质谱定性验证
用气密针取中药与酸反应产生的气体进入 FAIMS 仪器前进行质谱定性分析，进样 2µL，质谱结果如下：图 6(a)为气体的质谱总离子流图(TIC)，其中 8.355 min 处的全扫描质谱图为图 6(b)，图 6(c)为标准质谱图库 SO2，图 6(b)和图 6(c)相同，证明该气体为 SO2，则进入 FAIMS 分析的气体为 SO2。
仪器设备
高场非对称离子迁移谱(High-Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry, FAIMS)是在传统的离子迁移谱技术基础上发展起来的一种气相离子分离检测技术。它是利用离子在射频高压电场下迁移率呈非线性变化的特点，实现物质种类和浓度的检测[11, 12]。FAIMS谱仪主要由非对称波形射频电源、离子源、迁移管、检测器和信号处理电路等组成，其工作原理如图1所示。待测样品分子进入离子源被电离，离子以一定的初速度进入迁移区，受到非对称波形电压及补偿电压产生的电场共同作用。直流补偿电压在一定范围内扫描，只有符合一定补偿电压的离子才能通过迁移区到达离子检测器，而其它种类的离子因撞到迁移区电极被中和吸收。通过迁移区的离子到达检测器，从而形成相应的离子迁移谱图。由于FAIMS技术利用高频非对称交变电场来过滤离子，极大的提高了仪器分辨率，缩短检测时间，并且突破了单次单模式的检测限制，灵敏度高。其独特的芯片技术实现了体积小、成本低、能耗低的优点。FAIMS技术在危险品和毒品分析[13, 14]、生物医药[15, 16]、环境检测[17]等诸多领域广泛应用
