大麻中重金属铅、镉、砷、汞等元素检测方案(微波消解仪)

仪器 结论 应 用 说 明 ICP-Mass Spectrometry 作者： Aaron Hineman Ryan Purcell-Joiner Toby Astill PerkinElmer， Inc.Shelton， CTAnresco LaboratoriesSan Francisco， CA 大麻中重金属的消解、测定和验证 为了进一步验证该方法在大麻中有害金属检测中的性能，本研究针对重金属进行了 Emerald 能力验证(PT)。Emerald TestM是适用于大麻检测的实验室室间比对(ILC)和能力验证程序。样品实验室间能力验证结果合格，表明该方法符合实验室间重现性和准确性的要求。该方法获授 Emerald Test Badge，如右图所示。 简介 https：//pt.emeraldscientific.com/ 由于重金属具有毒性，测定大麻花和其它大麻衍生物愈显重要，从而在北美地区使用大麻变得日益普遍的同时保证患者和消费者的安全。这种迫切形势不断转化成一种需求：测定大麻花和其他大麻衍生物中的有毒元素，如重金属镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)和汞(Hg)。类似于美国的联邦药物和营养保健品规定1-5，加利福尼亚6、俄勒冈和科罗拉多等州发布了大麻中重金属的的偏限度。 大麻合法化的各州区都发布了大麻和相关制品的最大允许重金属含量。其中许多限度基于 USP<232>/ICH Q3D建议。根据给药途径，限度会有所不同，这与 ICH Q3D 建议中的规定类似。目前，加拿大尚未制定有关大麻制品中金属的法规，但以 USP <232> 和 <233>作为参照指南。表1中列出了一些目前已知的重金属限度。在本研究中采用了加利福尼亚州的“所有吸食性大麻制品”限度，因为其最为严格，且最适用于大麻花。 加拿大(根据USP<232>) 加利福尼亚州 科罗拉多州 康涅狄格州1、、马里兰州、内华达州、新墨西哥州 马萨诸塞州 明尼苏达州 华盛顿州 重金属 吸食性大麻制品 (pg/g) 所有吸食性重金属大麻(ug/g) 其它大麻制品(pg/g) 花、浓缩液和输液(ppm) 每天服用量(ug)与体重(kg)比值 所有用途 (pg/kg) 仅摄入(ug/kg) 最终产品中浓度(ppm) ug/日剂量 (5g) 镉(Cd) 0.2 0.2 0.5 0.4 0.09 200 500 0.3 4.1 铅(Pb) 0.5 0.5 0.5 1 0.29 500 1000 1.0 6.0 砷(As) 0.2 0.2 1.5 0.4 0.14 200 1500 1.5 10.0 汞(Hg) 0.1 0.1 3 0.2 0.29 100 1500 0.5 2.0 大麻中的元素分析面对的挑战日益增多。主要的考虑是所需的样品制备和消解。鉴于大麻样品种类丰富多样(花、浓缩物、可食物、提取物、酊剂、蜡和油等)，必须采用有效的样品制备方案。样品制备通常先经过均匀分配，然后再微波消解，从而分解复杂基质并提取重金属。因此，本研究开发并利用特定的样品制备方案、微波消解条件和 ICP-MS 分析方法，提供适用于所有大麻样品种类的稳健方法。 ICP-MS是一种非常有效的痕量金属分析技术。由于此方法能够在复杂基质中检测到较低浓度的元素，因而成为测定大麻样品中痕量金属，特别对于某些 sub-ppb 浓度级别的金属元素来说是一种理想的检测工具。 本文通过数据表明，能够能据 USP 通则 <233>所列验证方案，使用 Titan MPSTM微波消解系统和 NexIONICP-MS 测定的大麻花中的重金属。 实验 样品制备程序 在本文工作中，所有样品都使用配备标准75 mL PTFE(聚四氟乙烯)消解罐的 Titan MPSTM (PerkinElmer Inc.，Shelton，Connecticut， USA) 微波样品制备系统进行消解。 将大约3-5g的大麻花样品粉碎并拌匀。按照加利福尼亚州的法规要求“实验室应至少分析0.5g大麻制品或大麻产品的代表性样品，才能确定是否存在重金属”，每份样品称量0.50±0.05g，移入消解罐，力入7mL硝酸(70%， v/v) 和3mL过氧化氢(30%，v/v)。 敞口罐体10分钟，以保证预反应的安全进行，随后封盖， 按照表2中的程序进行消解。为评估样品制备对分析物回收率的影响，在加入试剂前对微波罐体进行加标。为保持汞稳定，每份样品加入200 ppb金(Au)。 消解结束后，将所有样品用去离子水稀释定容至50mL。这样总稀释系数达达100倍，试剂基质为 14%HNO3。以相同的基质制备校准标品品。图1显示了大麻花和消解和分析制备后得到的清液。 表2.用于大麻样品溶解的 Titan MPS 系统微波消解程序。 步骤 目标温度 最大压力 升温时间 保持时间 效能 (℃) (bar) (min) (min) 1 160 30 5 5 90 2 200 30 5 20 100 3 50 30 1 30 0 图1.消解前后的大麻花样品 分析使用珀金埃尔默 NexlON ICP-MS， 包括专有技术Universal Cell TechnologyM(UCT) 和AllMatrix Solution (AMS) 系统。NexlON ICP-MS 配置了标准的 SMARTintroM进样模块，该模块由MEINHARD玻璃同心雾化器、玻璃旋流雾室和配备2 mm内径中心管的石英炬管组成。 仪器操作参数见表3。为降低等离子体中的基质负载，并为高样品基质提供稳健的等离子体条件，将AMS 稀释系数设定为3倍，所有分析物均在碰撞模式下利用氦获得。通过上述简单的方法， UCT 利用动能识别(KED)减少或消除所有常见的多原子干扰。 校准 为了涵盖各种浓度的包括浓缩物和提取物在内的各类大麻样品，利用一个空白溶液和四个校准标准品进行校准。元素、质量数和标准浓度见表4。如前文所述，以14%硝酸制备校准空白溶液和标准品，与样品基质匹配。 为了稳定汞，校准空白溶液和每份标准品加入200ppb 金(Au)。为监测各个样品的仪器响应，在线添加内标 (Ge、In 和Tb)。 结果与讨论 方法验证 USP 总则<233>定义了方法验证的要求： 准确性：待研究基质和材料必须加入目标元素，其浓度为每日最大允许暴露量(PDE)的 50%、100%和150%。每种目标元素的平均加标回收率必须介于实际浓度的70%~150%之内。 为了计算适当的加标浓度，我们采用了加州有关吸食性大麻制品吸食限度的规定，按照50%、100%和150%加标浓度进行计算以标称制备系数100为 参数 数值 射频功率(W) 1600 雾化气流速 (L/min) 0.88 稀释气体流速(L/min) 0.11 样品提取速率(mL/min) 0.20 碰撞(He)气体流速(mL/min) 4 表4.元素和标准浓度。 分析物 质量数 标准品1(ug/L) 标准品2(ug/L) 标准品3(ug/L) 标准品4(ug/L) 镉 (Cd) 110.90 0.5 1 5 10 铅(Pb) 207.98 1.25 2.5 12.5 25 砷(As) 74.92 0.5 5 10 汞(Hg) 201.97 0.1 0.2 1 2 表5.每日允许暴露量和加标浓度。 分析物 吸食性产品 加标浓度(ug/L) 的每日允许 暴露量 50%每日 100%每日 150%每日 允许暴露量 允许暴露量 允许暴露量 镉(Cd) 0.2 1.00 2.00 3.00 铅(Pb) 0.5 2.50 5.00 7.50 砷(As) 0.2 1.00 2.00 3.00 汞 (Hg) 0.1 0.50 1.00 1.50 基准。本研究使用的限度和加标浓度见表5。 重复性：待测材料的六个独立样品必须按定义和分析的目标限度的100%加标。每个目标元素的测量值相对标准偏差(%RSD)不得超过 20%。 耐用性：通过在不同日期，或用不同仪器或由不同分析师分析六种重复性试验溶液，执行重复性测定检验程序。每个目标元素的12个重复样品的%RSD 必须小于25%。 样品分析 所有定量样品的测量数据均低于最低校准标准，即而低于可吸食大麻产品中重金属的目标限度。 元素 样品结果 单位(ug/g) 级：合格/不合格 平均值 标准偏差 限度 1 2 3 镉 (Cd) 0.029 0.037 0.042 0.036 0.006 0.2 等级：合格 铅 (Pb) 0.009 0.021 0.010 0.013 0.007 0.5 等级：合格 砷(As) 0.027 0.030 0.045 0.034 0.010 0.2 合格 汞(Hg) 0.056 0.044 0.044 0.048 0.007 0.1 ：合格 符合验证标准 所有定量样品的测量数据均低于最低校准标准，即低于可吸食大麻产品中重金属的目标限度。 准确性 本方法的准确性数据列于表7。其中，表明样品基质中的预消解加标回收试验在所有三个加标浓度(目标限度的50%、100%和150%))下全部合格，且每个目标元素的平均加标回收率在70-150%接受标准范围内。 重复性 消解六个独立制备的大麻花样品，然后按目标限度的100%加标并进行分析，结果如表8所示。所有 目标元素的%RSD 均在3%以内，远优于20%的接受限度。 耐用性 表7所示重复性研究所用的六个样品由两个不同的分析师制备。12个测定值的 %RSD 均小于2.5%(如表9所示)，远优于25%的方法要求。 表7.准确性试验结果。 元素 未加标样品 平均浓度 平均回收率 (%) 合格/ (ug/g) 50% 100% 150% 不合格 镉(Cd) 0.036 87 94% 91 合格 铅(Pb) 0.013 81 85% 84 合格 砷(As) 0.034 94 96% 98 级合格 汞(Hg) 0.005 97 95% 107 合格 元素 样品1 样品2 样品3 样品4 样品5 样品6 平均值 %RSD 合格/ (ug/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) 不合格 镉(Cd) 0.22 0.21 0.23 0.22 0.23 0.23 0.23 2.90 合格 铅(Pb) 0.22 0.21 0.23 0.22 0.23 0.23 0.23 2.90 合格 砷(As) 0.43 0.43 0.44 0.43 0.45 0.47 0.44 1.10 级：合格 汞(Hg) 0.23 0.22 0.22 0.23 0.24 0.24 0.23 1.10 合格 表9.耐用性试验结果。 元素 样品1 样品2 样品3 样品4 样品5 样品6 样品7 样品8 样品9 样品 10 样品11 样品12 平均值 %RSD (ug/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) (pg/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) (ug/g) 镉 (Cd) 0.22 0.21 0.23 0.22 0.23 0.23 0.20 0.21 0.19 0.21 0.19 0.21 0.21 7.07% 铅 (Pb) 0.43 0.43 0.44 0.43 0.45 0.47 0.38 0.43 0.38 0.42 0.38 0.43 0.42 6.85% 砷(As) 0.23 0.22 0.22 0.23 0.24 0.24 0.20 0.22 0.21 0.22 0.21 0.22 0.22 5.26% 汞(Hg) 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.11 0.09 0.10 0.09 0.11 0.09 0.10 0.10 4.96% ( 此项工作证明，珀金埃尔珀 NexION ICP-MS 结合 Titan MPS 微波消解样品制备系统能够对大麻花样品进行准确、可靠地分析，所有定量样品数据均低于“吸食性大麻制品”中重金属的目标限度。此项工作全面符合 USP总则<233>中所述检验方案的接受标准。 ) ( 参考文献 ) ( 1. 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