ICP-MS法测定山药中无机元素

龙 菊

(安顺学院农学院，贵州 安顺561000)

山药是薯蓣科薯蓣属植物薯蓣(Dioscorea japonica Thunb)的根茎。传统中医认为山药具有补脾养胃，生津益肺，补肾涩精作用。现代研究发现山药营养成分全面，含有丰富的碳水化合物和蛋白质，具有增强免疫功能，降血糖、降血脂、抗氧化、抗衰老等多种生理活性，对人体保持健康有重要的意义[1-4]。因此山药既是营养丰富的蔬菜，又是具有药用保健的药材。

近年来，山药中含有丰富的无机元素对人体微量元素的补充与其安全性的关系逐渐受到关注，无机元素的含量是评价山药质量的重要指标。目前有关山药中无机元素的含量及相关性分析的报道较少，本实验采用用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定安徽、河南和贵州地区的9种山药样品中Na、Mg、K、Ca、Mn、Cr、Fe、Ni、Se、Zn、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17种元素的含量，并进行相关性分析[5-9]。本研究为山药中无机元素的快速检测提供一套简便实用的新方法，为山药食药两用食品开发提供参考。

1 材料与仪器

1.1 实验材料

通过自采或购买新鲜山药样品，分别用自来水、去离子水冲洗干净，35 ℃烘干至恒重，粉碎过80目筛，备用。样品来源见表1。

1.2 试剂药品

Na、Mg、K、Ca、Mn、Cr、Fe、Ni、Se、Zn、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As标准溶液(国家标准物质研究中心，浓度为1000 μg﹒ml-1)，Ge、In、Bi、Y、Sc(国家有色金属及电子材料分析测试中心，浓度为1000 μg﹒ml-1)；标准调谐液(美国Agilent公司，含Ce、Co、Li、Mg、Ti、Y各1μg﹒L-1)；硝酸、(GR，成都市科龙化工试剂厂)；乙腈为色谱纯，其他所用试剂均为分析纯。实验用水为超纯水。

表1 山药样品来源

1.3 实验仪器

7700X型电感耦合等离子体质谱(美国Aglient公司)； MDS-8G型微波消解仪(上海新仪微波化学科技有限公司)； Milli-Q型超纯水机(美国Millipore公司)；BP-211D 型电子天平(德国Satorius公司)；Agilent 1200 Series型高效液相色谱仪(含G1312B四元梯度泵、G1322A脱气机、G1316B柱温箱、G1329B自动进样器、G1315C二极管阵列紫外检测器)；AB204-N型分析天平(瑞士Mettler-Toledo公司)；GZX-9146MBE型恒温鼓风干燥箱(上海博讯事业有限公司)。

2 方法与结果

2.1 供试品溶液的制备

将样品于35 ℃干燥2 h，粉碎成粗粉。取约0.5g，精密称定，置微波消解罐中，加硝酸10mL 进行消解。采用程序升温：0～10min，0～120℃; 0～5min，120～150 ℃; 0～5min，150～180 ℃。消解完全后，取出消解罐，冷却至室温，溶液应澄清透明无沉淀。将消解液转入60 mL PET医用透明塑料瓶，用重量法加水至50g，摇匀。

2.2 对照品溶液的制备

精密量取 Na、Mg、K、Ca、Mn、Cr、Fe、Ni、Se、Zn、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As单元素标准溶液适量，用10%硝酸稀释成不同浓度混合标准溶液。

2.3 实验仪器测定参数

射频功率：1.55 kW；采样深度：10mm；等离子气流量：15. 0mL·min-1；载气流速：0.86 L·min-1；雾化室温度：2 ℃；氦碰撞模式: He 气流量4. 5mL·min-1；测量点数/峰：6；数据采样模式：跳峰采集，重复采集3次。

2.4 方法学考察

2.4.1 线性关系及检出限考察

采用2.3中优化后实验仪器测定参数进行测试，以标准品溶液测定不同质量浓度的无机元素，测量值为纵坐标，质量浓度为横坐标，绘制标准曲线。山药中17无机元素中标准曲线、相关系数和检出限见表2。其相关系数为0.9993～0.9999，检出限为0.00004～0.016mg/kg。结果表明，各成分在相应范围内，表明标准曲线的线性关系良好。

2.4.2 重复性实验

精密称取贵州安顺刘官山药6等分，每份样品样品0.5g，按照“2.1”方法进行消解平行制备供试品溶液，测定Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Se、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17中无机元素质量分数，得出RSD分别为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%，表明该方法重复性良好。

表2 山药无机元素标准曲线

2.4.3 精密度实验

精密吸取标准溶液对照品溶液(贵州安顺刘官山药)1mL，共6份，按线性关系考察项下方法显色后测定Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Se、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17中无机元素质量分数，得出RSD分别为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%，表明仪器的精密度良好。

2.4.4 稳定性实验

取同一供试品溶液(贵州安顺刘官山药)，分别于0、1、2、4、8、16、24h进样10μL。测定Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Se、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17中无机元素质量分数，得出RSD分别为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%，表明供试品溶液在24h内稳定性良好。

2.4.5 加样回收率实验

精密称取6份(贵州安顺刘官山药)样品(S1)约0.25 g，分别加入适量已知质量浓度各元素标准溶液。按照“2.1”方法进行消解平行制备供试品溶液，测定Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Se、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17中无机元素质量分数，按供试品溶液的制备方法制备，进样10μL，测定峰面积，计算回收率，结果表明，各成分加样回收率均在95%～105%之间，RSD在0.58～1.32之间，说明加样回收率良好。

2.5 不同产地山药中17种无机元素含量的测定结果

山药中Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Se、Sr、Mo、Pb、Cd、Hg、Cu、As等17种无机元素含量测定结果见表2。结果显示，山药中最多的无机元素依次为K、Na、Mg、Ca和Fe，平均含量分别为13351.7mg/kg、924.67mg/kg、860.49mg/kg、131.47mg/kg和62.76mg/kg，贵州安顺地区山药中K、Na、Mg、Ca和Fe含量也较高，其产品均一性较好，品质较稳定。栽培山药与野生山药中无机元素含量差异不显著，通过人工栽培具有可行性，进一步表明人工栽培是山药资源可持续利用的重要手段。参考《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》限量指标中规定的重金属元素含量(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]，对照此标准进行检测，结果表明，所有被测样品均低于绿色产品行业标准，结果见图3。

表3 山药中17种无机元素含量(n=3，mg/kg)

表4 山药中无机元素相关性分析结果

2.6 山药中无机元素含量的相关性分析

采用SPSS18.0软件对山药中无机元素进行相关性分析，由于大部分变量不服从正态分布，因此采用斯皮尔曼等级相关系数法，分析结果见表4。由相关矩阵分析显示，山药样品有3对极显著正相关(p<0.01)，分别为Cr-Fe、Mg-Sr、Fe-As；有10对呈显著正相关 (p<0.05)，分别为Na-Mg、Na-K、Na-Sr、Ca-Sr、Mg-K、Mg-Mo、Cu-Mo、K-Sr、Mn-Pb、Ni-Zn，正相关表明山药中这些元素积累过程中相互协同、互相促进的关系。有1对极显著负相关(p<0.01)Na-Cr；有4对呈显著负相关 (p<0.05)，分别为Na-Cd、Na-Pb、K-Pb、Sr-Pb，负相关说明山药无机元素之间积累时存在拮抗作用。其余各元素间存在相关趋势，但未达到显著水平，说明这些元素间山药对它们的吸收影响不大。

3 讨论

微波消解-电感耦合等离子体质谱法利用微波法消解样品后，用合适的内标元素为标准，利用ICP-MS法准确高效地测定山药中的无机元素的含量。通过测定山药中17种无机元素，研究结果表明山药中一些元素间存在一定的相关性；山药中K、Na、Mg、Ca和Fe等5种无机元素含量较高，是人体所必需的几种元素。Pb、Cd、Hg、Cu、As等重金属元素含量较低，未超出检测标准。野生和栽培山药样品无机元素无显著性差异，可通过人工栽培种植山药，贵州地区山药品质较稳定适合大规模种植。

综上所述，山药中含有对人体有益的大量无机元素，具有良好的开发价值和应用前景，本研究在方法上可以准确、高效、快速测定山药中17种无机元素，其操作简单、检出限低，具有很强的实用性。本课题的研究也将为山药食药两用的功能性食品开发提供一定理论依据。