电感耦合等离子体-质谱法测定3 种啤酒花不同部位中的无机元素

王 瑶，牟书勇，刘玉梅

（1.新疆大学化学化工学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.中国科学院新疆生态与地理研究所中心实验室，新疆 乌鲁木齐 830011）

电感耦合等离子体-质谱法测定3 种啤酒花不同部位中的无机元素

王 瑶1,2，牟书勇2，刘玉梅1,*

（1.新疆大学化学化工学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.中国科学院新疆生态与地理研究所中心实验室，新疆 乌鲁木齐 830011）

使用湿法消解植物啤酒花的根、茎、叶、花等样品，利用电感耦合等离子体-质谱法对样品中Al、Pb、As、Cd、Ba、Ni、Mn、Cu、Sr、Co、Cr、Zn、Li、V 14 种无机元素含量进行分析。结果表明，该方法分析啤酒花中矿物元素准确、可靠，所有元素的回归方程线性均大于0.999，对各元素的3 倍信噪比检出限为0.12～2.16 μg/L，精密度相对标准偏差均小于5%，加标回收率在87.35%～106.88%之间。对扎一、马可波罗、青岛大花3 个品种啤酒花不同部位无机元素的分析结果表明，各种无机元素在不同品种酒花中的含量无显著差异，并验证了酒花生长过程中的各种矿物元素在植株内的分布。

啤酒花；无机元素；电感耦合等离子体-质谱法

啤酒花（Humulus lupulus L.），桑科葎草属多年生蔓性草本植物，是啤酒酿造业的主要原料之一[1]。啤酒花适宜栽培在温带气候中，一般分布于北纬30°～60°、南纬25°～45°的生物圈内。中国人工栽植啤酒花的历史已有半个多世纪，主产区在新疆和甘肃河西走廊[2]。啤酒花还有很高的药用价值，可用于治疗糖尿病和预防癌症[3-5]。此外，啤酒花植物还能做食品加工的添加剂及造纸和纺织的原料[6]。随着人们对食品营养和安全的重视，对于植物中微量元素含量的测定引起了更多的关注[7-8]，而有关啤酒花中的无机元素的测定，文献中报道较少。袁庆华等[9-10]以干法消化法处理啤酒花，使用了富氧-火焰原子吸收光谱法首次测定啤酒花中的无机痕量元素，并且使用火焰原子吸收法测定了啤酒花中的常量元素。张新慧等[11-12]在对啤酒花中的常量元素进行分析的同时，也对酒花根部与侧蔓部的元素分布与酒花品质的弱化进行探讨。电感耦合等离子体-质谱（inductively coupled plasmamass spectrometry，ICP-MS）法因具有检测灵敏度高、动态线性范围宽、可进行同位素分析、多元素分析及有机物中的金属形态分析等优异的分析特性，目前常被用来同时测定植物及加工品中的多种元素[13-14]。本研究采用的湿法消解-ICP-MS法可对啤酒花及植株其他部位中Al、Pb、As、Cd、Ba、Ni、Mn、Cu、Sr、Co、Cr、Zn、Li、V 14 种无机元素进行同时测定，提高检测速度，简化分析步骤，是一种准确、可靠的测定啤酒花中微量元素的分析方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1 0 m g/L多元素混合标准溶液（P E M u l t ielement Std 3），此标准溶液包含本次测定的14 种元素 美国Perkin Elmer公司；1 000 mg/L Al、Pb、As、Cd、Ba、Ni、Mn、Cu、Sr、Co、Cr、Zn、Li、V单元素标准溶液 国家标准物质研究中心；质量分数65%～68%硝酸（优级纯） 天津化学试剂三厂；质量分数30% H2O2（优级纯） 西陇化工股份有限公司；GBW10052（GSB-30）绿茶标准物质 地球物理地球化学勘察研究所；实验室用水为超纯水。

啤酒花由新疆三宝乐农业科技开发有限公司提供，品种为马可波罗、扎一和青岛大花。将采摘后的新鲜啤酒花置于60 ℃真空恒温烘箱内干燥至恒质量后粉碎，置于冰箱中备用。

1.2 仪器与设备

ELAN DRCⅡ型电感耦合等离子质谱仪 美国Perkin Elmer公司；DHG-9040A恒温鼓风干燥箱 宁波江南仪器厂；LWY84B消解炉 四平电子技术研究所；Elix5纯水系统 美国Millipore公司；实验所用器皿使用前均用质量分数50%硝酸浸泡后用超纯水清洗干净，自然晾干备用。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

准确称取干燥粉碎过的啤酒花0.500 0g，置于聚四氟乙烯罐中，加入5 mL质量分数65%硝酸和3 mL质量分数30%双氧水，放置1 h后，用聚四氟乙烯漏斗封盖，置于消解炉中60 ℃消解1 h，使样品中有机物被充分消解，避免因样品有机物消解时产生的大量泡沫溢出罐体，影响测定结果，此消解时间可视消解过程中泡沫的产生适当增减；120 ℃保持30 min，查看样品消解情况，若已为澄清透明，表示消化完全，若溶液中有不溶物，则适当增加此消解时间，本实验过程中根的高温消解时间为90 min。消化完毕后，取出消化液冷却，得到微黄澄清液。将消解液转移至50 mL容量瓶中，使用超纯水定容，同时做试剂空白液，供ICP-MS测定。待测液均保存在125 mL PBT塑料瓶中待上机测定。

1.3.2 ICP-MS仪器工作条件

对仪器进行优化调谐，仪器工作参数见表1。

表1 ICP-MS工作条件Table1 Instrumental parameters and operating conditions for ICP-MS

2 结果与分析

2.1 元素测定质量数的选择

在质谱分析中，主要存在质谱干扰、物理干扰和记忆干扰。对于质谱干扰，本实验通过优化调谐仪器条件和选择干扰可忽略的相对原子质量克服质谱干扰。对于物理干扰和记忆干扰，本实验通过利用干扰校正方程[15]和使用质量分数5%硝酸溶液清洗进样系统并延长清洗时间来克服实验中Cr、Co、Ni等轻质量元素存在多原子离子的质谱重叠干扰。本实验选择待测元素质量数见表2。在表2中丰度不为100%的元素，均存在同位素。对存在同位素的元素，在仪器中使用Total Quant Methods方法，取实际待测啤酒花样品，设定扫描范围，相对原子质量在26～79、81～210之间，选择干扰小、丰度大的元素作为待测元素相对原子质量。

表2 元素质量数选择及标准曲线回归系数Table2 Mass numbers and regression coefficients of 14 elements

2.2 标准曲线的测定

以10 mg/L标准溶液分别配制含0.10、0.50、1.00、5.00、10.00、20.00、50.00、100.00 μg/L的含有体积分数1%硝酸（以浓硝酸为基准）系列溶液，同时以体积分数1%硝酸溶液作为空白，在已优化的仪器工作条件下使用ICP-MS仪测定空白及各标准溶液的强度，仪器根据质量浓度对各溶液的强度值自动做出线性回归分析，结果发现所有元素回归后的相关系数均大于0.999，结果见表2。

2.3 检出限

本实验采用质量浓度为10 μg/L标准混合溶液测定结果的信号强度，取10 次试剂空白溶液的测定结果的平均值及10 次标准混合溶液的平均值，按以下计算公式计算3 倍信噪比作为检出限[16]。

式中：I空为空白溶液强度值；I标为标准溶液强度值；C标为标准溶液的质量浓度/（μg/L）。

方法检出限结果列于表3。从表3可知，除Ba外，其余元素的检出限均低于1 μg/L。

表3 仪器与方法检出限Table3 Instrument and method detection limits

2.4 标准物质测定

因无啤酒花元素类标准物质，故用本实验所建立的方法测定标准参考物GBW 10052（GSB-30），测定结果除Al没有参考值外，其余元素均与标准值吻合，表明此方法具有良好的准确性，结果见表4。

表4 标准物质测定结果（n=11）Table4 Analytical results for standard materials (n=11)

2.5 精密度及回收率

使用质量浓度1 000 mg/L各元素单标准溶液，按表5中的加标量，在消解样品前加入啤酒花样品花中，根据1.3.1节样品处理方法制备样品溶液，计算回收率在87.35%～106.88%。同时制备未加入标准元素溶液样品，平行6 次，计算相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）值在0.59%～4.67%。结果见表5，表明此方法准确、可靠，可用于啤酒花样品中多元素的同时测定。

表5 方法精密度与回收率（n=6）Table5 Precision (RSD) and recovery of the method (n=6)

2.6 啤酒花中不同部位元素含量

根据1.3.1节样品处理方法对扎一、马可波罗和青岛大花3 个品种的啤酒花的根、茎、叶与花中的微量元素含量进行测定，结果见表6～8。

表6 扎一啤酒花元素含量（n=6）Table6 Contents of 14 inorganic elements in different parts of SA-1 hop (n=6)

表7 马可波罗啤酒花元素含量（n=6）Table7 Contents of 14 inorganic elements in different parts of Marco Polo hop (n=6)

表8 青岛大花啤酒花元素含量（n=6）Table8 Contents of 14 inorganic elements in different parts of Tsingdao Flower hop (n=6)

从表6～8可以看出：1）啤酒花样品中检测到含量很低的有害元素As、Pb、Cd且呈现从根部到花含量逐渐减小的趋势，植物中的这些元素是否是由于土壤污染所致尚需进一步的研究。根据GB 2762—2012《食品中污染物限量》可知：Pb在茶叶中的限量为5.0 mg/kg，Cd在蔬菜中的限量为0.05 mg/kg，As在蔬菜中的限量为0.5 mg/kg。啤酒花花中Pb与Cd含量均在限量范围内，As含量在限量值附近，但酒花一般作为啤酒添加剂使用，在啤酒的酿造过程中啤酒花添加量很低（仅千分之一左右用量），所以啤酒花中微量As、Pb、Cd的含量均在限量范围内。2）元素Al在植物根部的富集将影响植物的根部发育[17-18]，人体过量摄入Al将对神经系统和骨骼有害[19]。酒花是一个多年生宿根草本植物，从表6～8可以看出，3 个品种的酒花中根部Al含量均比较高，这也许与啤酒花的种植年限或当地土质有关，对此也需进一步研究。3）Ba、Ni、Mn、Cu、Cr、Zn、Li、V 是植物生长过程中的必需元素，也是对人体有益的微量元素。Mn在植物根部会促进幼苗的生长，在茎叶中会参与植物的光合作用，在花果中会加速花粉萌发和花粉管的伸长，Cu对植物的生长发育及光合作用具有促进作用，Ni有利于种子发芽和幼苗生长，Cr参与植物体中一些酶的合成，可加速植物生长，增强植物的抵抗力和提高作物的产量，在表6～8可以看到，Mn与Cu含量的分布均为叶大于根，Ni主要集中在根部地区，Cr集中在根茎部位，验证了酒花在生长过程中对微量元素的需求及分布。4）Co、Sr为植物生长过程中的非必需元素，Co是植物固氮的必需元素，在人体中具有刺激造血的功能[20]，从表中可看出酒花中含有丰富的Co。Sr在植物与人体中的机制尚不明了，需进一步研究。

3 结 论

本研究以硝酸和双氧水为消解液，采用湿法消解-ICP-MS分析法同时测定啤酒花不同部位中的Al、Pb、As、Cd、Ba、Ni、Mn、Cu、Sr、Co、Cr、Zn、Li、V 14种无机元素的含量。结果表明，消解完全。本测定方法各元素线性良好，方法精密度实验RSD小于5%，加标回收率为87.35%～106.88%，该方法可用于啤酒花样品中无机元素含量的测定。

对不同品种啤酒花样品的不同部位进行矿物元素的测定，可以看出在不同品种与同一植株不同部位的元素含量是有差别的，这种差别除了与本身品种不同的影响外，还与栽培年限与农艺措施等因素有很大关系。对于不同品种的啤酒花中的矿质元素的含量与比例对啤酒花的品质以及品种的改良的影响还需进一步研究探讨。

初步探索矿物元素在啤酒花植株不同部位的分布与富集，为啤酒花的种植及生产提供数据支持，对了解矿物元素在啤酒花植株内的迁移具有重要意义。

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Determination of Inorganic Elements in Different Parts of Hop Plant (Humulus lupulus) by Using ICP-MS

WANG Yao1,2, MU Shu-yong2, LIU Yu-mei1,*
(1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Xinjiang University, Ürümqi 830046, China; 2. Central Laboratory, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Ürümqi 830011, China)

A method based on wet digestion and inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) was established for simultaneous determination of fourteen inorganic elements (Al, Pb, As, Cd, Ba, Ni, Mn, Cu, Sr, Co, Cr, Zn, Li, and V) in different parts of the hop plant (Humulus lupulus). The linear correlative coefficients for all the elements were higher than 0.999, the three multiplied detection limits (3MDLT) were between 0.12 and 2.16 μg/L, and the precision values expressed as relative standard deviations (RSDs) were less than 5%. The spiked recovery rates were between 87.35% and 106.88%. In conclusion, the method was accurate and reliable. As determined by this method, there were no significant differences in the contents of the 14 inorganic elements among 3 hop cultivars (Marco Polo, SA-1 and Tsingdao Flower). This method was used to investigate the distribution of essential elements in different parts of the plant during the growth process.

hops; inorganic elements; inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS)

TS26

A

1002-6630（2014）20-0135-04

10.7506/spkx1002-6630-201420027

2014-01-19

国家自然科学基金面上项目（31360403）

王瑶（1987—），女，硕士，研究方向为无机元素分析。E-mail：wangyao_1113@163.com

*通信作者：刘玉梅（1965—），女，教授级高级工程师，博士，研究方向为天然产物科学。E-mail：xjdxlym@163.com