ICP-MS法測定山藥中無機(jī)元素

龍 菊

(安順學(xué)院農(nóng)學(xué)院，貴州 安順561000)

山藥是薯蕷科薯蕷屬植物薯蕷(Dioscorea japonica Thunb)的根莖。傳統(tǒng)中醫(yī)認(rèn)為山藥具有補(bǔ)脾養(yǎng)胃，生津益肺，補(bǔ)腎澀精作用。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)山藥營養(yǎng)成分全面，含有豐富的碳水化合物和蛋白質(zhì)，具有增強(qiáng)免疫功能，降血糖、降血脂、抗氧化、抗衰老等多種生理活性，對人體保持健康有重要的意義[1-4]。因此山藥既是營養(yǎng)豐富的蔬菜，又是具有藥用保健的藥材。

近年來，山藥中含有豐富的無機(jī)元素對人體微量元素的補(bǔ)充與其安全性的關(guān)系逐漸受到關(guān)注，無機(jī)元素的含量是評價山藥質(zhì)量的重要指標(biāo)。目前有關(guān)山藥中無機(jī)元素的含量及相關(guān)性分析的報道較少，本實驗采用用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定安徽、河南和貴州地區(qū)的9種山藥樣品中Na、Mg、K、Ca、Mn、Cr、Fe、Ni、Se、Zn、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17種元素的含量，并進(jìn)行相關(guān)性分析[5-9]。本研究為山藥中無機(jī)元素的快速檢測提供一套簡便實用的新方法，為山藥食藥兩用食品開發(fā)提供參考。

1 材料與儀器

1.1 實驗材料

通過自采或購買新鮮山藥樣品，分別用自來水、去離子水沖洗干凈，35 ℃烘干至恒重，粉碎過80目篩，備用。樣品來源見表1。

1.2 試劑藥品

Na、Mg、K、Ca、Mn、Cr、Fe、Ni、Se、Zn、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As標(biāo)準(zhǔn)溶液(國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，濃度為1000 μg﹒ml-1)，Ge、In、Bi、Y、Sc(國家有色金屬及電子材料分析測試中心，濃度為1000 μg﹒ml-1)；標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧液(美國Agilent公司，含Ce、Co、Li、Mg、Ti、Y各1μg﹒L-1)；硝酸、(GR，成都市科龍化工試劑廠)；乙腈為色譜純，其他所用試劑均為分析純。實驗用水為超純水。

表1 山藥樣品來源

1.3 實驗儀器

7700X型電感耦合等離子體質(zhì)譜(美國Aglient公司)； MDS-8G型微波消解儀(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)； Milli-Q型超純水機(jī)(美國Millipore公司)；BP-211D 型電子天平(德國Satorius公司)；Agilent 1200 Series型高效液相色譜儀(含G1312B四元梯度泵、G1322A脫氣機(jī)、G1316B柱溫箱、G1329B自動進(jìn)樣器、G1315C二極管陣列紫外檢測器)；AB204-N型分析天平(瑞士Mettler-Toledo公司)；GZX-9146MBE型恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海博訊事業(yè)有限公司)。

2 方法與結(jié)果

2.1 供試品溶液的制備

將樣品于35 ℃干燥2 h，粉碎成粗粉。取約0.5g，精密稱定，置微波消解罐中，加硝酸10mL 進(jìn)行消解。采用程序升溫：0～10min，0～120℃; 0～5min，120～150 ℃; 0～5min，150～180 ℃。消解完全后，取出消解罐，冷卻至室溫，溶液應(yīng)澄清透明無沉淀。將消解液轉(zhuǎn)入60 mL PET醫(yī)用透明塑料瓶，用重量法加水至50g，搖勻。

2.2 對照品溶液的制備

精密量取 Na、Mg、K、Ca、Mn、Cr、Fe、Ni、Se、Zn、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用10%硝酸稀釋成不同濃度混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.3 實驗儀器測定參數(shù)

射頻功率：1.55 kW；采樣深度：10mm；等離子氣流量：15. 0mL·min-1；載氣流速：0.86 L·min-1；霧化室溫度：2 ℃；氦碰撞模式: He 氣流量4. 5mL·min-1；測量點數(shù)/峰：6；數(shù)據(jù)采樣模式：跳峰采集，重復(fù)采集3次。

2.4 方法學(xué)考察

2.4.1 線性關(guān)系及檢出限考察

采用2.3中優(yōu)化后實驗儀器測定參數(shù)進(jìn)行測試，以標(biāo)準(zhǔn)品溶液測定不同質(zhì)量濃度的無機(jī)元素，測量值為縱坐標(biāo)，質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。山藥中17無機(jī)元素中標(biāo)準(zhǔn)曲線、相關(guān)系數(shù)和檢出限見表2。其相關(guān)系數(shù)為0.9993～0.9999，檢出限為0.00004～0.016mg/kg。結(jié)果表明，各成分在相應(yīng)范圍內(nèi)，表明標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系良好。

2.4.2 重復(fù)性實驗

精密稱取貴州安順劉官山藥6等分，每份樣品樣品0.5g，按照“2.1”方法進(jìn)行消解平行制備供試品溶液，測定Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Se、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17中無機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得出RSD分別為1.3%、0.9%、2.1%、2.4%、0.8%、1.1%、2.2%、0.7%、0.5%、1.5%、2.1%、2.5%、1.9%、0.7%、1.8%、2.0%、0.9%，表明該方法重復(fù)性良好。

表2 山藥無機(jī)元素標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.4.3 精密度實驗

精密吸取標(biāo)準(zhǔn)溶液對照品溶液(貴州安順劉官山藥)1mL，共6份，按線性關(guān)系考察項下方法顯色后測定Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Se、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17中無機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得出RSD分別為1.4%、0.8%、2.2%、1.5%、0.6%、0.7%、1.4%、2.1%、1.7%、2.3%、0.5%、1.3%、2.3%、1.8%、1.1%、1.6%、2.2%，表明儀器的精密度良好。

2.4.4 穩(wěn)定性實驗

取同一供試品溶液(貴州安順劉官山藥)，分別于0、1、2、4、8、16、24h進(jìn)樣10μL。測定Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Se、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17中無機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得出RSD分別為2.3%、1.5%、1.8%、1.4%、3.0%、2.5%、1.85%、0.9%、3.0%、2.2%、1.8%、1.1%、1.3%、2.5%、2.3%、1.9%、0.8%，表明供試品溶液在24h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.4.5 加樣回收率實驗

精密稱取6份(貴州安順劉官山藥)樣品(S1)約0.25 g，分別加入適量已知質(zhì)量濃度各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液。按照“2.1”方法進(jìn)行消解平行制備供試品溶液，測定Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Se、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17中無機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按供試品溶液的制備方法制備，進(jìn)樣10μL，測定峰面積，計算回收率，結(jié)果表明，各成分加樣回收率均在95%～105%之間，RSD在0.58～1.32之間，說明加樣回收率良好。

2.5 不同產(chǎn)地山藥中17種無機(jī)元素含量的測定結(jié)果

山藥中Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Se、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17種無機(jī)元素含量測定結(jié)果見表2。結(jié)果顯示，山藥中最多的無機(jī)元素依次為K、Na、Mg、Ca和Fe，平均含量分別為13351.7mg/kg、924.67mg/kg、860.49mg/kg、131.47mg/kg和62.76mg/kg，貴州安順地區(qū)山藥中K、Na、Mg、Ca和Fe含量也較高，其產(chǎn)品均一性較好，品質(zhì)較穩(wěn)定。栽培山藥與野生山藥中無機(jī)元素含量差異不顯著，通過人工栽培具有可行性，進(jìn)一步表明人工栽培是山藥資源可持續(xù)利用的重要手段。參考《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》限量指標(biāo)中規(guī)定的重金屬元素含量(Pb≤5.0 mg/kg、Cd≤0.3 mg/kg、Hg≤0.2 mg/kg、Cu≤20.0 mg/kg、As≤2.0 mg/kg)[10]，對照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，所有被測樣品均低于綠色產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果見圖3。

表3 山藥中17種無機(jī)元素含量(n=3，mg/kg)

表4 山藥中無機(jī)元素相關(guān)性分析結(jié)果

2.6 山藥中無機(jī)元素含量的相關(guān)性分析

采用SPSS18.0軟件對山藥中無機(jī)元素進(jìn)行相關(guān)性分析，由于大部分變量不服從正態(tài)分布，因此采用斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)法，分析結(jié)果見表4。由相關(guān)矩陣分析顯示，山藥樣品有3對極顯著正相關(guān)(p<0.01)，分別為Cr-Fe、Mg-Sr、Fe-As；有10對呈顯著正相關(guān) (p<0.05)，分別為Na-Mg、Na-K、Na-Sr、Ca-Sr、Mg-K、Mg-Mo、Cu-Mo、K-Sr、Mn-Pb、Ni-Zn，正相關(guān)表明山藥中這些元素積累過程中相互協(xié)同、互相促進(jìn)的關(guān)系。有1對極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)Na-Cr；有4對呈顯著負(fù)相關(guān) (p<0.05)，分別為Na-Cd、Na-Pb、K-Pb、Sr-Pb，負(fù)相關(guān)說明山藥無機(jī)元素之間積累時存在拮抗作用。其余各元素間存在相關(guān)趨勢，但未達(dá)到顯著水平，說明這些元素間山藥對它們的吸收影響不大。

3 討論

微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法利用微波法消解樣品后，用合適的內(nèi)標(biāo)元素為標(biāo)準(zhǔn)，利用ICP-MS法準(zhǔn)確高效地測定山藥中的無機(jī)元素的含量。通過測定山藥中17種無機(jī)元素，研究結(jié)果表明山藥中一些元素間存在一定的相關(guān)性；山藥中K、Na、Mg、Ca和Fe等5種無機(jī)元素含量較高，是人體所必需的幾種元素。Pb、Cd、Hg、Cu、As等重金屬元素含量較低，未超出檢測標(biāo)準(zhǔn)。野生和栽培山藥樣品無機(jī)元素?zé)o顯著性差異，可通過人工栽培種植山藥，貴州地區(qū)山藥品質(zhì)較穩(wěn)定適合大規(guī)模種植。

綜上所述，山藥中含有對人體有益的大量無機(jī)元素，具有良好的開發(fā)價值和應(yīng)用前景，本研究在方法上可以準(zhǔn)確、高效、快速測定山藥中17種無機(jī)元素，其操作簡單、檢出限低，具有很強(qiáng)的實用性。本課題的研究也將為山藥食藥兩用的功能性食品開發(fā)提供一定理論依據(jù)。