ICP-MS法分析10种箬竹属竹叶中矿质元素质量分数1)

喻谨 汤锋 岳永德 姚曦 王进

(国际竹藤中心，北京，100102)

责任编辑:戴芳天。

箬叶为禾本科(Gramineae)竹亚科(Bambusodeae Nees)箬竹属(Indocalamus)植物叶的总称，该属约有30 种，分布于中国、印度、斯里兰卡以及菲律宾等地，我国约有20 种，产于长江流域以南地区［1］。目前对箬竹属竹叶的研究表明，箬叶中含有多种维生素、氨基酸、茶多酚、多糖、黄酮类物质和各种芳香成分［2-6］，并具有杀菌、防腐、抗艾滋病病毒的功效［7-10］。

近年来对竹叶无机元素的研究已有相关报道［11-16］，涉及雷竹(Phyllostachy s praecox f.preveynalis)、苦竹(Pleioblastus amams)、淡竹(Phyllostachys glauca)、毛竹(P.edulis)、麻竹(Dendrocalamus latiflorus)、水竹(Ph.heteoelada)等20 余个竹种。另外，矿质元素具有多种生理功能;镁与体内各种生理功能有关，参与300 种以上酶反应。有关研究表明铁、铜、锌、锰、钴形成的酶，均有促进植物生长发育的作用，缺乏这些元素或其中一种，均可引起植物生长发育停滞，还可使中枢神经系统的构造及生理功能发生紊乱［17-20］。在元素分析测定手段上，由光谱法、原子吸收法，发展到电感耦合等离子体光谱法(ICP- AES)和电感耦合等离子体质谱法(ICP -MS)，后两者具有同时分析多种元素、干扰小、精度高、线性范围宽等优点［21-24］，从而大大节约了检测时间。然而利用ICP -MS 分析箬竹属竹叶中矿质元素的研究未见报道。另外，了解竹叶矿质元素质量分数对掌握竹子营养状况，指导科学合理栽培具有十分重要的意义。鉴于此，笔者对10 种箬竹属竹叶的矿质元素质量分数进行了分析研究，以期从矿质元素的角度为箬竹属竹叶资源的栽培管理和开发利用提供相关科学依据。

1 材料与方法

1.1 试剂与样品

HNO3、H2O2均为优级纯试剂，水为超纯水;10 mg·L-1混合标准溶液(编号5183 -4688);Hg 标准储备液:10 mg·L-1(编号8500 -6941)。内标溶液:由10 mg·L-1(编号5183 -4681)标准储备液稀释为1 mg·L-1;调谐液:10 μg·L-1的Li、Co、Y、Ce和Tl 混合标准溶液(2% HNO3介质)(编号5184 -3566)。标准溶液系列由标准储备液逐级稀释配得，介质为5% HNO3。

箬竹属(Indocalamus)10 种竹叶:阔叶箬竹(I.latifolius)、粽粑箬竹(I.herklotsii)、髯毛箬竹(I.barbatus)、光叶箬竹(I.hirsutissimus)、美丽箬竹(I.decorus)、矮箬竹(I.pedalis)、小箬竹(I.pumilis)、米箬 竹(I.tessellatus)、天 目 箬 竹(I.longiauritus tianmu)、长节箬竹(I.longiauritus changjie)均于2012年10月采自四川长宁。所有竹叶样品消解前均自然晾干并粉碎。

1.2 仪器及主要工作参数的优化

Agilent 7500a 电感耦合等离子体质谱仪(美国安捷伦公司)，CEM MARS5 微波消解仪(美国CEM公司)，超纯水系统(18.2 MΩ·cm－1)(美国Pall 公司)。ICP－MS 仪器全自动调谐给出仪器的工作参数，满足灵敏度、背景、氧化物、双电荷、稳定性要求等各项指标。调节后的仪器主要参数:射频功率1 200 W;载气流速1.03 mL·min－1;采样深度6.0 mm;采样温度2 ℃;As、Se、Cd、Hg 的积分时间为1 s，其他元素的积分时间为0.3 s;氧化物要求＜1.0%;双电荷要求＜3.0%。

1.3 样品前处理

参照文献［15］，取已研磨粉碎的竹叶样品于60℃下干燥2 h 后，称取0.200 g。将竹叶样品置于酸煮洗净的聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL HNO3和2 mL H2O2，虚掩罐盖，置于通风橱中预消解1 h，然后将消解罐旋紧，放入微波消解仪，按设定程序(表1)进行消解。消解程序结束后，待样品冷却至常温，打开密闭消解罐，将样品转移到PET 塑料瓶中，洗涤3 次，洗液合并至PET 瓶中，定容至50 g，混匀，待分析。空白对照按相同方法处理。

表1 微波消解程序

1.4 标准工作曲线的绘制

用体积分数5% HNO3介质将混合标准溶液逐级稀释为0、10、50、100、200 μg·L－1;其中Hg 元素为单标，单独配制0、0.2、1.0、2.0、5.0 μg·L－1，得到混合标准溶液。在优化的实验条件下，采集空白及标准溶液系列，绘制标准曲线，并由此得出各元素的线性相关系数。各元素标准曲线的线性良好，相关系数均在0.999 2～1.000 0 之间(见表2)。

1.5 数据处理

采用Excel 2003 软件进行标准差分析;采用SPSS 16.0 软件进行方差分析。

表2 各元素标准曲线及检出限

2 结果与分析

2.1 箬竹属竹叶中大量元素质量分数

每种竹叶样品做3 个重复，扣除空白，利用SPSS 软件处理后的结果见表3。可知:10 种箬竹属竹叶中K、Ca、Mg 等元素含量非常丰富，且不同竹种之间同一元素质量分数存在显著差异。K 元素质量分数在8 770.5～14 270 mg·kg－1之间，平均质量分数为11 124 mg·kg－1，最高为粽粑箬竹，是最低的米箬竹的1.6 倍。Ca 元素质量分数在4 000～8 000 mg·kg－1，小箬竹中富含Ca 元素，质量分数达到7 701.5 mg·kg－1;质量分数较少的是阔叶箬竹和矮箬竹，分别为4 261、4 333 mg·kg－1，约为小箬竹的1/2。Mg元素质量分数多数在1 000 mg·kg－1以上，最少的是长节箬竹，质量分数为1 001.7 mg·kg－1;最高是矮箬竹，质量分数为1 412 mg·kg－1;后者是前者的1.4 倍。

表3 箬竹属竹叶大量元素质量分数 mg·kg －1

2.2 箬竹属竹叶中微量元素质量分数

从表4可以看出，各竹种竹叶含有多种微量元素，除了Ag 和Cd 未检出，10 种箬竹属竹叶均含有所测的14 种元素，其中元素Mn、Al 和Fe 质量分数较高，均在100 mg·kg－1之上。尤其是Mn，平均质量分数为989.84 mg·kg－1，远高于其他竹种［15］。而Fe 的平均质量分数为217.4 mg·kg－1，约为其他竹种的1/2［15］。Na 和Zn 元素质量分数分别是47.67～59.335、21.45～29.65 mg·kg－1。Co、Ni、Se、Mo等元素在各竹种竹叶中质量分数均较少，基本都在1 mg·kg－1以下。10 种竹叶中As、Hg、Pb 等重金属元素质量分数很低，Pb 略高，平均质量分数达到了3.634 mg·kg－1;其中小箬竹最高，为6.218 mg·kg－1。Cr 质量分数差异较大，除了美丽箬竹和粽粑箬竹分别为4.932、9.739 mg·kg－1;其余竹种质量分数在5.108～7.045 mg·kg－1范围内。

表4 箬竹属竹叶微量元素的质量分数 mg·kg －1

Mn、Cu、Zn 和Co 元素列均含有7 个不同字母，Mo元素列含有4 个不同字母，Se 元素列含有3 个字母，其他元素列都含5 个不同字母;由此看出，14 种微量元素质量分数在10 种竹叶中均表现出显著差异，而差异最明显的为Mn、Cu、Zn 和Co，相对差异最小的是Se。

Mn 在美丽箬竹、小箬竹和矮箬竹中的质量分数差异不显著，而在其他7 种箬竹属竹叶中表现出显著差异。质量分数最高的是光叶箬竹，为1 675 mg·kg－1;最低是美丽箬竹，为557.15 mg·kg－1。Se 在粽粑箬竹和矮箬竹中有很大差异，前者质量分数为0.546 mg·kg－1，是后者的2.22 倍;而Se 在其他8 种箬竹竹叶中质量分数相当，约为0.346 mg·kg－1。Mo 在光叶箬竹、髯毛箬竹和粽粑箬竹中质量分数有显著差异，在另外7 种竹叶中无差异，最高是光叶箬竹，质量分数0.244 mg·kg－1;最低是矮箬竹，质量分数为0.11 mg·kg－1。Co 在光叶箬竹质量分数最高，为0.399 mg·kg－1，是美丽箬竹的3.217 倍。Fe、Al、Ni、Cr、As、Zn 和Se 在粽粑箬竹中的质量分数均为最高，分别是阔叶箬竹的1.8 倍，光叶箬竹的2.275 倍，米箬竹的7.784 倍，美丽箬竹的1.97倍，矮箬竹的1.99 倍，阔叶箬竹的1.47 倍和矮箬竹的2.22 倍。Cu、Na 和Hg 在米箬竹中质量分数最高，分别为7.392、59.335、0.205 mg·kg－1，分别是美丽箬竹的1.65 倍，阔叶箬竹的1.2 倍和1.53 倍。Pb 在小箬竹中质量分数是髯毛箬竹的2.75 倍。

从表3、表4来看，粽粑箬竹中矿质元素除了Na和Ca 之外，其余15 种元素均在均值以上;其次是髯毛箬竹有10 种元素质量分数超过均值，最少的是阔叶箬竹，仅有2 种，分别为Mg 和K。从质量分数在均值以上的元素种类来看，其他竹种的依次顺序为光叶箬竹(8 种)、米箬竹和小箬竹(7 种)、天目箬竹和长节箬竹(6 种)、矮箬竹(4 种)、美丽箬竹(3 种)。节箬竹(6 种)、矮箬竹(4 种)、美丽箬竹(3 种)。

2.3 竹叶样品矿质元素之间相关性及系统聚类分析

将数据导入统计软件SPSS16.0，对箬竹属10种竹叶样品做系统聚类分析、矿质元素之间相关性分析，结果见图1、表5。

表5 竹叶样品矿质元素之间相关性分析结果

图1 竹叶样品系统聚类图

本实验同时对Ag 和Cd 元素进行了测定，但二者均未达到检测限，故未对二者做统计分析。竹叶样品中矿质元素相关性分析，由表5可知:K 和Ca、Na，Ca 和Mg 呈显著负相关;Fe、Al 除了与Hg 呈负相关外，与其他元素均为显著正相关。Mo 除了与Ca 呈负相关外，与其他元素均呈正相关。这表明箬竹属竹叶对矿质元素钾的吸收对铜、钠元素来说有拮抗作用，而对钼和锰、钼和镉、钴和锰、铝和铁、铜和锰、硒和铁、铅和钙、铜和钠、锌和铁、镉和锰这10对元素的吸收，两元素之间有很好的相互促进作用。由图1可知，当距离在5～15 时10 种竹叶样品聚为3 类，即4、7、10 为一类，1、3、9、6 为一类，8、5、2 为一类。当距离大于15 时，样品聚为2 类，说明当要求相似程度不高(即距离大)时，从矿质元素角度来讲箬竹属竹叶样品不存在明显差异。同时，当距离小于5 时，样品2、5 较相似，即从矿质元素角度来说髯毛箬竹和米箬竹为相似。

3 结论

本研究利用ICP-MS 测定了10 种箬竹属竹叶的矿质元素质量分数，得出了17 种无机元素质量分数的状况。竹叶中质量分数较高元素依次为:K、Ca、Mg、Mn、Fe、Al、Na、Zn、Cu;其余各微量元素质量分数相对较少;其中Mn 元素较突出。对人体有害的重金属元素，如Cr、As、Hg、Pb 等虽均有检出，但质量分数很低。

从矿质元素质量分数均值角度来看，粽粑箬竹含有较丰富的矿质元素，其次是髯毛箬竹;而阔叶箬竹元素相对较少，仅Mg 和K 超过均值。竹叶中富含Mg、Fe、Mn、Zn 等元素的竹种，可选择性地开发成作为青饲料或作为牲畜的主饲料的配料。从矿质元素之间相关性和聚类分析的结果得知，矿质元素之间存在显著相关;另外，当要求相似程度不高时，从矿质元素质量分数角度来说10 种箬竹属竹叶不存在明显差异。并从微量元素的角度为箬竹属竹叶资源的开发利用提供科学依据。

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