微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定菊花中稀土元素

黃聰薇，洪一葦，金壽珍，張琳，馮明慧，章劍揚，*，劉新，*

（1.中國農業科學院茶葉研究所農業農村部茶葉產品質量安全風險評估實驗室，浙江杭州310008；2.中國農業科學院茶葉研究所農業農村部茶葉質量安全控制重點實驗室，浙江杭州310008；3.桐鄉市農業技術推廣服務中心，浙江桐鄉314500）

菊花屬于菊科植物（Chrysanthemum），為我國傳統中藥，具有散風清熱、平肝明目等功效，味甘、苦，性微寒，含有較多的揮發油、黃酮甙等，并含有豐富的鈣、鐵、鋅等微量元素，具有藥食兩用功效，近年來深受人們的青睞，現已成為我國僅次于茶葉的第二大傳統飲品原料[1]。

隨著人們對食品安全的日益重視，有毒有害元素逐漸受到關注。由于骨蓄積性、毒性及其對人群健康的潛在危害[2]，稀土元素（rare earth elements，REEs）曾在茶葉中引起多方重視[3-4]，雖然GB 2762-2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》中已經將其限量取消[5]，但作為風險評估和科學研究需要持續跟進。

電感耦合等離子體質譜法（inductively coupled plasma mass spectrometer，ICP-MS）在元素含量的測定方面具有很多優點，例如線性范圍廣、靈敏度高、穩定性好，能同時分析多種重金屬元素等，是現今檢測微量金屬元素最便捷的設備之一，已在食品、農產品等分析測試領域普遍應用[6-7]。使用ICP-MS分析植食性產品中稀土元素，也已經成為當今主流[8-10]。

目前，對菊花茶在化學、藥理、臨床等方面研究的較多，對其鉛、鎘、鉻等常見有害金屬元素和鐵、鋅、鎂等有益金屬總量分析已有文獻報道[11-13]，但對其中的REEs的分析尚未見報道，因此，本研究擬建立和優化菊花中REEs的分析測定方法，并選取我國3個主要菊花產地的樣品，對其中的REEs含量進行檢測和初步的分析比較，結合產地調研，分析比較了不同產地菊花中REEs含量，為菊花的質量控制、風險評估、地理溯源以及標準制定提供了一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

杭白菊：市售（浙江桐鄉）；貢菊：市售（安徽黃山）；杭白菊：市售（江蘇射陽）。

硝酸（色譜純）：德國Merck公司；稀土元素標液及內標 Ge、In、Re：美國 Sigma公司；去離子水（18.2 MΩ·cm）：Millipore公司。

Mars6微波消解儀：美國CEM公司；X SeriesII型電感耦合等離子體質譜儀：美國賽默飛世爾科技公司；BHW-09C石墨趕酸裝置：上海博通公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 標準溶液的配制

分別將濃度為100 mg/L的16個稀土元素（Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu）標準儲備液用質量分數為2%的HNO3溶液配成混標，逐級稀釋，配制成濃度為 50、25、10、5、1 μg/L 的混合標準工作溶液（體積比）。

1.2.2 樣品的處理

將購于市場的菊花樣品用粉碎機粉碎，過30目篩，混勻。準確稱取0.350 g左右試樣，加入（5∶1，體積比）HNO3+H2O2混合酸溶液，經微波消解程序升溫消解后（表1），轉移至容量瓶中定容，待測，同時測定標準物質和空白對照。

表1 微波消解程序Table 1 Digestion procedure of microwave

1.2.3 ICP-MS的條件

使用 10 μg/L 的7Li、59Co、115In、238U 調諧液對儀器參數進行優化處理，使1 μg/L的115In和238U的計數分別大于4×104cps和8×104cps以進行全質量范圍內質量校正，使氧化物比率CeO+/Ce2+≤0.5%和雙電荷比率Ba++/Ba+≤2%分別達到分析要求。

1.2.4 數據分析

主成分分析使用Simca-P 11.5軟件，聚類分析使用 PASWstat software（版本18.0，美國）軟件。

2 結果與分析

2.1 標準曲線

分別測定16種稀土元素標準溶液的離子計數，以離子計數對應溶液濃度繪制標準曲線，重復6次，線性范圍、相關系數、檢出限及相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）見表 2。

表2 各元素標準溶液線性范圍、相關系數、檢出限及相對標準偏差Table 2 Linear range，correlation coefficient，detection limit and relative standard deviation

2.2 前處理方式的選擇

由于菊花中含有豐富黃酮類、揮發油類、有機酸類和氨基酸類等有機物質[14]，而其中的揮發油類物質難以常規消解，因此對前處理的選擇尤其顯得重要。試驗中比較了干灰化消解、濕法消解以及微波消解3種方式，結果見表3。

表3結果顯示，干灰化消解后溶液渾濁，稀土含量顯著偏低，約占微波消解處理所測結果的70%；濕法消解雖然與微波消解處理后的檢測結果相近，但耗時較多；最后考察了HNO3和H2O2+HNO3兩種消解介質，結果發現，相對純酸，H2O2+HNO3處理后的溶液更加清澈透明，而且結果更為穩定，因此選擇H2O2+HNO3為該試驗的消解介質。

表3 不同消解方式考察Table 3 Investigation of different digestion methods

2.3 精密度試驗

取粉碎后的菊花樣品，準確稱取6份0.3 g～0.4 g，按照優化的前處理方式消解，在選定的ICP-MS分析條件下連續進樣分析。內標法進行校正，以測定結果的相對標準偏差計算16種元素的重復性結果。試驗結果顯示，所得結果相對標準偏差在1.93%～4.69%之間，說明該方法精密度良好。

2.4 準確度評價

以GBW10052（GSB-30）《生物成分分析標準物質（綠茶）》為標準物質參照，重復6次，分別測定其中16種稀土元素含量，對照參考值，見表4。

表4 各元素在標準物質中的參考值、測定值及相對標準偏差Table 4 Reference，measured values and relative standard deviation

表4結果顯示，實際測定值在參考值標定誤差范圍內，說明該方法可靠，測定結果準確，滿足稀土元素分析要求。

2.5 實際樣品的測定分析

分別從桐鄉、黃山和射陽3個當地市場購買菊花樣品，并對其中∑REOs（稀土元素氧化物總量）進行了初步分析，3個主要產地菊花中稀土元素含量現狀見表5。

從表5發現，3個地區的菊花樣品中∑REOs平均含量均未超過2.0 mg/kg，來自桐鄉的∑REOs平均含量顯著高于其它兩個地區，達到1.747 9 mg/kg，黃山地區的菊花∑REOs含量最低，只有0.445 6 mg/kg，其中LREE和HREE在對應菊花中的含量，也呈相應比例。黃山地區的菊花中LREE/HREE比值最低，為2.035 7，射陽和桐鄉地區分別達到2.696 4和3.461 5。

表5 3個主要產地菊花中稀土元素含量現狀Table 5 The status of REEs in the chrysanthemum of 3 main planting regions

從檢測結果分析發現，菊花中∑REOs整體較低，將近70%的樣本量中的含量低于1.0 mg/kg，約90%的樣本量中的含量低于2.0 mg/kg。∑REOs最高樣品來自桐鄉，達到6.381 8 mg/kg，其中有8個樣品含量超過2.0 mg/kg；含量最低的樣品來自黃山，為0.215 1 mg/kg，只有1個樣品含量超過2.0 mg/kg。3個主要產地菊花中∑REOs含量分布見圖1。

圖1 3個主要產地菊花中∑REOs含量分布Fig.1 Distribution of∑REOs in chrysanthemum from 3 main planting regions

圖2 3個主要產地菊花中稀土各元素含量分布Fig.2 Distribution of each REEs in chrysanthemum from 3 main planting regions

從圖1看出，來自桐鄉的樣品中的∑REOs范圍最大，射陽次之，黃山最小，3個地區都出現了上限極值。3個主要產地菊花中稀土各元素含量分布見圖2。

從圖2看出，對總量貢獻最主要的是Sc、Y、La、Ce、Pr和Nd 6個稀土元素，3個地區的稀土單個元素的含量分布呈鋸齒狀，且趨勢類似，說明不同產地和不同菊花品種對單個稀土元素的積累和富集無明顯選擇性差異。相關系數矩陣的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率見表6。

表6 相關系數矩陣的特征值、方差貢獻率和累積方差貢獻率Table 6 Eigenvalues of two principal components and their variance contribution and cumulative variance contribution rates

由表6可見，前2個主成分的累計貢獻率可達90%以上，所以可將上述16個元素相對含量的指標綜合成表6中的2個主成分（PC1和PC2）。其中對PC1的影響的主要特征向量為除了Sc、Y和Eu以外的13個元素。因此本研究將這13個元素的含量水平在一定程度上是判別菊花產地的重要指標。全部菊花樣品在PC1和PC2上的三點分布圖如圖3所示。

圖3 不同產地的菊花樣品在第1主成分和第2主成分分布Fig.3 Scatter plot of the first two principal component analysis of chrysanthemum samples from different origins

由圖3可知，來自黃山的樣品聚集最為集中，基本可以通過這些指標實現有效區分，而來自桐鄉的樣品最為分散，而且與來自射陽的樣品在圖上重疊較多，區分效果不理想。

3 結論

本文通過混合酸消解預處理，電感耦合等離子體質譜法測定，建立了菊花中稀土元素含量的準確測定方法，該方法準確、可靠、快速，適用于菊花樣品中稀土元素的測定。應用所建立的方法，對我國3個主要菊花產地所采集的菊花樣品中的稀土含量進行了測定，并通過方差分析和主成分分析，結果發現來自黃山的菊花樣品與其他樣品達到了較好的區分效果。該研究為我國菊花中稀土元素的風險評估及產地溯源等科學研究提供了基礎數據和一定的理論參考。