魔芋及其土壤中23种矿质元素的测定及分析

董 坤，张晓楠，毛云宏，李云飞，游 燕

(1.云南省农科院富源魔芋研究所，云南 富源 655500；2.云南省药物研究所，云南 昆明 650500；3.富源县农业局植保站，云南 富源 655500）

魔芋为天南星科魔芋属多年生草本植物，主要成分为葡甘露聚糖（gluco-mannan）[1]，另含有少量的蛋白质、多种氨基酸、维生素以及钾、钙、镁、钠、铁、锰、铜等微量元素[2]。是食品工业、医药工业、化学工业、石油钻探、建筑业、环保、农业等方面的重要原料，目前魔芋主要应用在食品上。目前对魔芋中葡甘露聚糖的研究比较多，对其所含微量元素的研究比较少，微量元素与人息息相关，目前已被确认与人的健康和生命有关的必需微量元素有20种，即铁、铜、锌、锰、钴、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼、铷、砷、锗、锂[3]。魔芋也含有多种人体所需的微量元素，严睿文等[4]利用ICP-AES对魔芋粉中微量元素进行测定，表明魔芋中含有Mg、Mo、Pb、Cu、Ba、Ni、Cd、Zn、Ca、Cr、Mn、Fe等微量元素。本文利用ICP-MS仪器对魔芋中的23种元素进行测定，并对魔芋中各种元素进行分析，检测魔芋中对人体有益的元素含量是否适宜。并对魔芋中矿质元素与其栽培土壤中元素进行比较分析，揭示两者之间的关系。

1 材料和方法

1.1 材料

样品1：用珍珠岩栽培的花魔芋，来自云南省富源县；样品2：白魔芋，来自云南省富源县；样品3：为连作地栽培的花魔芋，来自云南省富源县；样品4：常规栽培的花魔芋，来自云南省富源县；样品5：花魔芋，来自云南省楚雄市；样品6：土壤，来自云南省富源县，取自种植样品3的地块。

1.2 仪器与主要试剂

仪器：7700X 电感耦合等离子质谱仪（ICPMS），美国安捷伦公司

聚四氟乙烯罐

Speedwave 4 微波消解系统（Berghof，Inc.），德国

FA2004N 电子天平，上海精密科学仪器有限公司

ML-3-4 可调式电热板，北京市永光明医疗仪器厂

Milli-Q 超纯水发生器，美国密理博公司

试剂：硝酸（优级纯）；盐酸（优级纯）；氢氧化钠（分析纯）；硼氢化钠（分析纯）；去离子水（超纯水）；铅（Pb）标准液；镉（Cd）标准液；铜（Cu）标准液；砷(As) 标准液；汞（Hg）标准液；铝（Al）标准液。

1.3 试验方法

1.3.1 样品消解

取魔芋粉0.3 g或土壤0.2 g，精密称定，置聚四氟乙烯消解罐内，加硝酸7 mL，混匀，盖好内盖，旋紧外套，置微波消解炉内，进行消解。消解完全后，药液倒入50 mL量瓶中，用少量超纯水洗涤消解罐3次，洗液并入量瓶中，加入单元素标准溶液（1 μg/mL）200 μL，用水稀释至刻度，摇匀，必要时离心，取上清液，即得。同法同时制备空白样品溶液。

1.3.2 标准品储备液的制备

分别精密量取铅、砷、镉、汞、铜单元素标准溶液适量，用10%硝酸溶液稀释制成每毫升分别含铅、砷、镉、汞、铜为1、0.5、1、1、10 μg的单元素溶液。

1.3.3 标准溶液的制备

精密量取铅、砷、镉、铜标准品储备液适量，用10%硝酸溶液稀释制成每毫升分别含铅、砷0、1、5、10、20 ng，含镉0、0.5、2.5、5、10 ng，含铜0、50、100、200、500 ng的系列浓度混合溶液。另精密量取汞标准品储备液适量，用10%硝酸溶液稀释制成每毫升分别含汞0、0.2、0.5、1、2、5 ng的溶液，本液应现用现配。

1.3.4 内标溶液的制备

精密量取锗、铟、铋单元素标准溶液适量，用水稀释制成每毫升各含1μg的混合溶液，即得。

1.3.5 测定

测定时选取的同位素为63Cu、75As、114Cd、202Hg和208Pb，其中63Cu、75As以72Ge作为内标，114Cd以115In作为内标，202Hg、208Pb以209Bi作为内标，校正方法ROHs（7700X）。仪器的内标进样管在仪器分析工作过程中始终插入内标溶液中，依次将仪器的样品管插入各个浓度的标准品溶液中进行测定（浓度依次递增），以测量值3次读数的平均值为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线。将仪器的样品管插入供试品溶液中，测定，取3次读数的平均值。从标准曲线上计算得相应的浓度。在同样的分析条件下进行空白试验，扣除空白干扰。

2 结果与分析

2.1 魔芋中的各元素含量

魔芋中含有多种元素，很多是人体必需的微量元素，从表1可以看出，魔芋中含有大量的Na、Mg、Fe、K、Ca、Al、Zn，含有少量的Be、V、Mn、Co、Ni、Cu、As、Mo、Cd、Sb、Ba、TI、Pb、Th、U等元素，魔芋中不含Cr和Ag元素。不同品种、不同种植地方的魔芋中各元素含量不一致，采用珍珠岩作为基质栽培的魔芋中的各元素含量都高于其他样品中的含量，来自楚雄的魔芋不含Fe、Be、V、Cr、Co、Se、Ag、TI等元素。

2.2 土壤中的各元素含量

土壤，是由一层层厚度各异的含有各种元素的矿物质所组成，为作物提供必需的生活条件，从表1可以看出，土壤中含有大量的Na、Mg、Fe、K、Ca、Al、Zn、Mn、V、Cu、Ba，含有少量的Be、Co、Ni、As、Mo、Cd、Sb、TI、Pb、Th、U，不含Cr、Se、Ag等元素。

2.3 魔芋中的元素与土壤中元素的关系

魔芋中的元素来源于土壤，土壤中有的魔芋中就有，土壤中没有的魔芋中就没有，样品3是种植于取样土壤中的地块，它们之间存在直接相关性，由表1可见土壤中不含Cr、Ag，样品3的魔芋中也就不含Cr、Ag。K在魔芋粉中的含量明显高于土壤中的含量，说明魔芋需要大量钾元素。Fe、Al、V、Mn在魔芋粉中含量较低，在土壤中含量高，表明魔芋只需要少量的Fe、Al、V、Mn。

3 讨论

某种特定的作物对土壤中矿质营养元素的需求种类及吸收的比例是有特定的规律的，尤其是对某种微量元素更有特殊的需求，体现了作物对土壤养分的选择性吸收。魔芋中的微量元素来源于其生长的土壤，不同地方的土壤中微量元素种类含量不一致，导致魔芋中的微量元素种类含量也不一致。李彦军[4]利用紫外可见分光光度计测陕西紫阳地区魔芋中微量元素硒的含量约为1.2 mg/kg，而从中提取的富硒魔芋葡甘露聚糖中硒含量约为0.9 mg/kg，推断出富硒魔芋中的硒元素主要以有机硒，亦即硒多糖的形式存在，约占总硒量的75%。中国富含硒的土壤主要分布在陕西紫阳和湖北恩施，本研究中只有用珍珠岩栽培的样品中检测出硒，土壤和其他样品都没检测出硒，也说明了魔芋所含微量元素来源于其生长的土壤。元素TI在用珍珠岩作为基质栽培的魔芋粉中含量很高，在其他栽培的魔芋中含量低，在土壤中的含量低，说明珍珠岩里含有大量的TI元素。TI在地壳中的含量约为十万分之三，以低浓度分布在长石、云母和铁、铜的硫化物矿中[6]。铊有剧毒，为强烈的神经毒物，对肝、肾有损害作用，吸入、口服可引起急性中毒，可经皮肤吸收，1 g无色无味水溶性铊就能让人死亡[7]，因此不能用珍珠岩栽培魔芋。王虎等[8]研究表明：魔芋中矿物质元素的含量由品种、生长时间以及土壤等综合条件决定。试验所采用的魔芋样品都是同一品种且生长时间基本相同，由此可见本试验影响魔芋矿物质含量最主要的因素是土壤。

表1 各样品中的元素及含量 mg/kg