防风主产于黑龙江、四川、内蒙古等地。有研究表明，防风具有一定的抗炎、解热镇痛^[1]、降低血浆黏度、延长凝血酶原时间和抗血小板聚集作用^[2]。目前，已经报道测定防风中金属元素含量方法有ICP-AES、ICP-MS、AAS、FAAS。李俊玲等^[3]采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定不同生长季节防风中K、P、Ca、Mg、Na、Al、Fe、Zn、Mn和Cu含量，旨在探明防风生长过程中矿质元素的变化规律。王建华^[4]运用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定了8个不同地区防风中45种无机元素（Zn、Ni、Cr、Sr等）的含量，结果准确可靠。单静颖等^[5]用原子吸收分光光度法（AAS）对防风中的5种微量元素（Ca、Mg、Mn、Pb、Zn）进行了含量测定，探讨野生防风与栽培防风中微量元素含量的差异。于喆英等^[6]采用HNO₃和HClO₄消解防风样品，利用火焰原子吸收光谱法（FAAS）测定其中Cu、Mn、Zn、Fe含量，并探讨微量元素与防风药理作用的关系，结果表明：中药防风药效与这4种元素有密切关系。但是，ICP必须是液体进样，所以样品需要消解等复杂的前处理，特别是难溶性样品，处理更为繁琐，而且消解会导致挥发性元素的丢失，测量结果出现偏差；AAS是目前测定痕量元素最为常用的技术^[7]，但对于待测样品中的多元素同时测量存在困难，而且由于原子化器的工作原理，AAS对难溶元素的检测也存在一定的困难。

X射线荧光光谱技术是一种利用样品对X射线的吸收随样品中的金属元素及其含量而变化来定性或定量测定样品中金属元素的方法，它集成了现代电子技术、光谱分析技术、计算机技术和化学计量学技术于一体，为应用广泛、发展迅速的现代化仪器分析技术。目前，X射线荧光光谱技术因测定快速、测量范围广、操作简单、检测效率高、样品预处理简单、非破坏性以及谱线简单等优点，广泛应用于土壤^[8-9]、茶叶^[10]、中药^[11-12]、材料^[13-14]等方面。

X射线荧光光谱法（X-ray fluorescence，XRF）法快速测定防风中金属元素含量的最大困难在于目前缺少合适的中药标准品用于建立标准曲线。为了解决这个问题，本实验通过ICP-AES初步测定后，选择元素含量较低的防风作为空白基础样品，通过精密加入计量的多元素标准溶液，冷冻干燥法制备中药模拟标样，建立标准曲线，用于测定不同产地防风样品中Mg、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Ba、Pb和Bi等金属元素含量。该方法具有操作简单、无需对样品进行复杂前处理、快捷、无损测定、成本低等优点，能够满足中药市场元素含量快速测定的要求。

1 实验部分 1.1 仪器和试剂

EDX3600H（江苏昆山天瑞仪器有限公司），ZHY—401压样机（北京众合创业科技发展有限责任公司），VISTA-MPX型电感耦合等离子体发射光谱仪（美国瓦里安公司），LGJ-12冷冻干燥机（北京松源华兴科技发展有限公司），Haier超低温保存箱（海尔集团）。

优级纯硝酸，分析纯硝酸、高氯酸和硼酸，超纯水，含Al、As、Ba、Bi、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、K、Pb、Ni、Se、Ti、V、Zn的混合多元素标准溶液（国家标准物质中心，ICP-HR-195，100μg·mL^-1），Pb单元素标准溶液（国家标准物质中心，N9303748）。

防风由淮安市食品药品检验所提供，产地分别为山西，河北，安徽和内蒙古。将干燥后的防风样品粉碎过筛，做好标记，放入干燥器，备用。

1.2 仪器工作条件

本实验选择具有明确毒性的有害元素（Pb、As）、易发生外来引入污染的元素（Ba）、与中药材药效有关的元素（Mn、Zn、Cu）以及其他毒性较大的潜在有害元素为测定对象。

仪器测定条件经过正交法优化，选定最佳工作条件（见表 1）。

1.3 样品制备

精密称取过200目筛后的干燥防风样品粉末4.00 g置压样模具中，铺平表面，再精密称取干燥硼酸粉末10.0 g，均匀充填样品四周和上表面，在30 MPa压力下压片30 s。样品编号、装袋、放入干燥器中，待测。

2 结果与讨论 2.1 模拟标准品的制备

中药样品成分复杂，元素含量差异大，XRF测定的主要困难在于缺少合适的中药标准品用于建立标准曲线。本实验首先通过ICP-AES测定待测防风中元素含量，然后综合考虑，选择各元素含量较低的山西防风样品作为基础样品，制备模拟标准品。具体做法为：以山西防风为基础，分别精密加入计量的多元素标准溶液，冷冻干燥法制备13个模拟标准品^[14]，用于建立标准曲线。冷冻干燥制样法是在50 mL塑料试管中精密加入计量的多元素标准溶液、Pb元素标准溶液和4.00 g防风样品，加入适量的超纯水，混合均匀，冷冻干燥48 h，取出，玛瑙研钵再次研磨均匀，硼酸镶边压片。中药模拟标准品中各元素含量见表 2。

2.2 基体校正

因为参与工作曲线回归的样品和待测样品间的基体依然可能存在一定的差异，因此测定时必须进行基体校正。

本试验采用经验系数法（empirical coefficient method，EC）进行基体校正^[15]。经验影响系数法是一种使用与待测样品相似的多元标样并通过数学方法求得元素间吸收增强效应的经验影响系数后，在对待测样品进行检测时使用求得的系数对待测元素含量进行求解的方法^[16]。该方法通常分为浓度校正模式和强度（计数率）校正模式两种。

经验系数法公式：W_k=D_K-∑W_imZ_im+E_kI_k（1+$ \sum {_{j = 1}^n} $α_ijI_j）^[18]

式中，W_k为待测元素含量；D_K为校准曲线的截距；W_im为干扰元素的计数率；E_k为待测元素校准曲线斜率；I_k为分析元素计数率；I_j为干扰元素的计数率；α_ij为校正基体效应的因子；n为共存元素的数目；i和j分别为待测元素和共存元素。

2.3 标准曲线

采用在防风样品中精密加入计量的多元素标准溶液和Pb元素标准溶液制备中药模拟标样，以元素含量（μg·g^-1）为横坐标，荧光强度为纵坐标建立标准曲线，进行测定。各元素的标准曲线公式见表 3。

加入元素标准溶液可以扩大测定对象的线性范围。从上表可以看出：加入元素标准溶液后的标准曲线的R²均在0.99以上（Ti和Mn除外），表明样品中元素含量与X射线荧光强度线性关系良好，标准曲线可以确保测定结果的准确、可靠。

2.4 方法的检出限

X射线荧光光谱法检出限的测定方法有多种^[17-20]，本论文根据具体试验情况，采用以下2种方法测定方法检出限.

2.4.1 标准偏差法

选用各元素含量较低的国家生物标准物质GBW10012进行12次测定，计算元素分析线谱峰强度的标准偏差（S），以3S所对应的含量为各元素方法的检出限^[21]。

2.4.2 空白样品法

取空白样品压片，本实验选择GBW10012，按中药标准曲线测样，按下式计算各元素的检出限（C_L）^[22]：

$ {C_{\rm{L}}} = \frac{{3\sqrt {{I_{\rm{B}}}} }}{{m\sqrt t }} $

式中：C_L为元素检出限，μg·g^-1；I_B为空白基质的计数；m为工作曲线的斜率；t为测量时间，s。

2种方法测得的检出限见表 4。结果分析：从上表可以看出，不同元素的检出限范围在0.17~274μg·g^-1之间，2种检出限计算方法的结果基本一致。

2.5 方法的精密度

按试验方法对防风样品平行测定7次，计算元素的RSD，评价方法的精密度，结果见表 5。从上表可以看出：所有元素的相对标准偏差（RSD%）均小于4.0%，表明该方法的精密度良好，测定结果稳定，可靠。

2.6 样品分析

按试验方法对不同产地的防风样品进行元素含量测定，结果与ICP-AES结果对照，结果见表 6。从上表可以看出，ICP-AES和EDXRF的测定结果基本一致，t检验近一步清楚直观的表明了两种方法测定结果的差异性。由于待测样品中Co元素含量太低，低于EDXRF的检出限0.68 μg·g^-1，所以EDXRF无法检测出，本文采用低检出限的ICP-AES法进行测定，得出含量结果，作为参考。

为了判断ICP-AES和EDXRF测定结果是否存在显著性差异，对测定结果进行t检验。首先，分别计算两种方法各种元素含量测量结果的方差S₁²和S₂²，然后按下式计算合并标准偏差S_R：

$ {S_{\rm{R}}} = \frac{{\sqrt {\left( {{n_1} - 1} \right)S_1^2 + \left( {{n_2} - 1} \right)S_2^2} }}{{{n_1} + {n_2} - 2}} $

式中，n₁，n₂分别为2种测定方法的测定次数。

最后，计算统计量t，公式如下：

$ t = \frac{{\left| {{{\bar x}_1} - {{\bar x}_2}} \right|}}{{{S_{{R}}}}}\sqrt {\frac{{{n_1} \times {n_2}}}{{{n_1} + {n_2}}}} $

式中，$ {{{\bar x}_1}} $，$ {{{\bar x}_2}} $为2个样本平均值。

本实验中，S₁的自由度f₁=7-1=6，S₂的自由度f₂=7-1=6，3种防风样品的t检验结果见表 7。

查t检验临界值表得，f₁=6，f₂=6时的t_0.025，6=2.447，从上表可以看出，所有元素的统计量t值均小于2.447，即t < t_0.025，6，因此，样本S₁与S₂的均值无显著性差异，可以认为ICP-AES和EDXRF两种方法的测定结果一致。

以上结果表明：对于待测的防风样品，X射线荧光光谱法（XRF）测定结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定结果一致，表明XRF测定结果准确，可靠。结论：XRF可以实现中药样品中多元素同时快速测定。

3 结语

本实验通过制备模拟中药标准品建立标准曲线，并进行基体校正，得线性关系良好的校准曲线，用于快速测定中药（防风）中的金属元素含量。此外，还对XRF进行了方法学验证。t检验表明XRF与ICP-AES测定结果均值无显著性差异，说明XRF测定结果准确，可靠。XRF无需对待测样品进行复杂的前处理，操作简单，测定快捷方便，样品可以重复利用，无损测定，成本低，对操作人员要求低，适用于大量中药的多元素同时快速测定，满足市场要求。