ICP-OES测定铁皮石斛干花中多种元素

张珍林，韩邦兴，刘莉彬，蹇 敏，刘 帅，陈存武*

(1．皖西学院生物与制药工程学院，安徽 六安 237012；2. 植物细胞工程安徽省工程技术研究中心，安徽 六安 237012；3. 安徽省中药资源保护与持续利用工程实验室，安徽 六安 237012)

石斛(DendrobiumnobileLindl)是中草药兰科石斛属植物佼佼者之一，因其药效独特而备受青睐。中国大约有80多种，其中许多是野生于石缝和树干上，主要分布在西南和华南地区，具有悠久的应用历史。对石斛药理学的研究表明，铁皮石斛中含有氨基酸、多糖、生物碱、类黄酮等有益于人体健康的药理成分[1]，这些成分对于提高人体机理活性具有一定的调节作用，在降血糖血压、修复肝损伤、抑制肿瘤、缓解疲劳、加强免疫力等方面有一定疗效[2]。在自然环境下生长的野生铁皮石斛繁殖率低且慢，加上长期不受控制的开采和利用，使得纯天然资源日趋枯竭，目前可供研究和利用的已基本不存在。利用现代植物种植技术手段，大量组培和林下种植模式的成熟，人工种植铁皮石斛基地不断涌现，仅在浙江就有德清、乐清、磐安、永康、丽水、临安等基地。由此出现铁皮石斛不同产地的质量参差不齐；石斛种类虽很多，但加工成成品后性状相似，再加上巨大的利益驱动，粗制滥造现象层出不穷[3]。 因此，评价铁皮石斛的质量是非常必要的，铁皮石斛副产物-花的质量把控也十分必要。

铁皮石斛花目前主要利用干制延长保质期，供广大消费者饮用。对于市场上产地不同的干花质量把控还不是很明确，不同产地的石斛花受环境因素影响，同种元素含量可能不同，同种产地的石斛花，元素种类也可能不同，本试验主要探究云南、浙江、霍山三种产地的铁皮石斛花在元素含量上的差异。使用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)可同时确定植物中多种元素含量[4-6]，具有效率高，检测成本低，运行稳定且重现性好的特点，能完全胜任快速测定干花元素含量的任务。用不同的消解方法做前处理得到的同种元素含量结果不同，这与消解方法有关[7-9]。马弗炉灰化消解和微波消解都是试验处理常用技术，马弗炉灰化消解操作简便，成本比较低，可大批量处理样品，缺点是容易造成空气污染，且外界环境可能会污染样品溶液，使得测定数据准确性低；微波消解具有操作简单快速、样品消解完全、外界环境干扰小的特点，更适合样品的快速测定。

为明确云南、浙江、霍山三种产地石斛干花中的多种元素含量，本试验采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定，同时进行马弗炉灰化消解和微波消解，进一步比较两种不同消解方法对试验的影响和不同产地石斛干花的多种元素含量差异，为石斛干花的开发、利用和鉴别提供依据。

1 材料与方法

1.1 仪器

电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES Optima 8300；PerkinElmer珀金埃尔默仪器有限公司)、微波消解仪(MARS 6 CLASSIC；深圳市华盛昌科技实业股份有限公司)、马弗炉(LINDBERG BLUE M；Thermo SCIENTIFIC)、电热板(DigiBlock ED36；莱伯泰科有限公司)、电子天平(BSA224S-CW；德国赛多利斯)、一般实验室仪器(移液管、25 mL容量瓶、250 mL容量瓶、灰化玻璃管、玻璃消解管、漏斗、滤纸等)。

1.2 材料与试剂

浙江石斛干花，网购；云南石斛干花，网购；霍山石斛干花，皖西学院植物园采摘；浓硝酸(分析纯)，永华化学科技(江苏)有限公司；氩气(分析纯，纯度 > 99.999%)，杭州新世纪混合气体有限公司；30%过氧化氢(分析纯)，浙江汉诺化工科技有限公司；三级水(蒸馏水)，上海天祥质量技术服务有限公司杭州分公司提供。

1.3 试验方法

1.3.1 微波消解

通过查阅相关资料和预实验的叠加，得出试验材料的微波消解方法[10-12]，即：将云南、浙江、霍山的铁皮石斛花烘干，粉碎，过260目筛，分别称取100 mg左右的三种不同产地的铁皮石斛干花置于微波消解管中，取平行7样。记录样品质量，精确至0.1 mg。加入5 mL浓硝酸到微波消解管中，待反应一段时间后无浓烟冒出，将微波消解管转移至微波消解仪中，启动消解程序。详细消解程序见表1，待消解程序结束后，立即冷却过滤至25 mL容量瓶中, 装去离子水的洗瓶润洗、定容，与刻度线齐平，摇匀后转移至自动进样管中，用ICP-OES仪器测试。按照相同操作但不加入样品，制作试剂空白。

1.3.2 马弗炉灰化消解

查阅相关资料和预实验的叠加，得出试验材料的马弗炉消解方法[13-15]，即：将云南、浙江、霍山的铁皮石斛花烘干，粉碎，过260目筛，分别称取100 mg左右的三种不同产地的铁皮石斛干花到玻璃灰化管中，取平行7样。记录样品质量，精确至0.1 mg，马弗炉400℃加热样品1 h，灰化样品，预冷却、深度冷却至常温，后5 mL浓硝酸酸化处理，在电热板上145±5℃恒温保沸30 min，降温至常温，过滤于25 mL容量瓶，装去离子水的洗瓶定容，与刻度线齐平，上下混匀，至自动进样管中，用ICP-OES仪器测试。同时制作空白样，按相同操作但不加入样品。

表1 微波消解程序

1.3.3 ICP-OES相关参数

仪器RF功率为1300 W；等离子气流量13 L/min；辅助气流速为0.3 L/min；载气流速为0.55 L/min；样品提升量为1.50 ml/min；读取次数为2次；测量时间为20 s。

1.3.4 标准曲线的制备

按表2、表3将1000 mg/L的各元素标准溶液用移液枪准确转移一定量到容量瓶中，配制成储备溶液S1、S2。储备溶液酸度为3%的硝酸，保存在4℃±4℃的冰箱中。

表2 标准储备溶液S1

按下表3准确移取一定量的标准储备溶液S1、S2，配制标准工作溶液T1-T5。工作溶液酸度为3%的硝酸，保存在4℃±4℃的冰箱中，备用。

表3 标准工作溶液

2 结果

2.1 各元素分析波长的选择结果

ICP-OES可以同时选择多个波长曲线来确定各种元素。在本试验探究中，根据22个元素特性、综合分析强度、干扰情况和稳定性，优选一定波长下2-4条曲线分析测定，选择结果见表5。根据上述优选结果，测定所得曲线干扰少，稳定性高。

2.2检出限的结果确定

在相同测定条件下，将空白溶液连续测量10次，并将对应于结果3倍标准偏差的质量浓度值用作为22种元素的检测线。22种元素分析波长和检出限结果如表4。

表4 各元素分析波长及检出限

2.3 标准曲线和灵敏度

通过检测制备的标准溶液，绘制22个元素的标准曲线和线性相关系数的拟合方程，如表5所示。

观察表5得出，22种元素的标准曲线线性相关性良好，即R2≥ 0.995。

表5检测元素标准曲线方程及相关系数

Table5Standardcurveequationandcorrelationcoefficientofdetectionelement

元素标准曲线方程相关系数(R2)元素标准曲线方程相关系数(R2)SbY=679.3X+0.60.999CuY=80040X-984.30.999AsY=189.8X-3.80.998MnY=352700X-2896.40.999BaY=47250X-52.50.999NiY=7773X+2.70.999PbY=1382X-10.40.999SrY=11710000X+2433.40.999CdY=23380X+12.80.999SnY=454.5X+3.00.999HgY=4010X-10.80.999ZnY=6054X+32.50.999CrY=37000X-13.90.999BY=11540X-9.90.999SeY=136.6X-6.60.995FeY=24390X-999.90.998CoY=17310X+1.00.999AlY=40380X-300.70.999KY=161060X+146820.995CaY=8124.85X+707450.999NaY=388813.8X+1810.995MgY=252599X+114470.995

2.4 样品检测结果

在仪器稳定状态下确定好标准曲线后，依次对两种不同消解方法的三种样品进行测定，测定样品溶液组数为42组，如表6所示结果是22种元素含量。

表6 各样品中两种方法检测出的各元素含量(mg/L)

注：“—”表示未检出。

用ICP-OES仪器进行试验，检测马弗炉灰化消解产物和微波消解产物，结果是常量元素K、Ca、Na、Mg和微量元素Se、Co、Cu、Mn、Fe、Cr、Sr、Zn、B都存在，有害元素As、Pb、Cd、Hg和潜在有害元素Sb、Ba、Sn、Al、Ni均未检出；微波消解的样品所测得的元素含量基本上均高于马弗炉灰化消解的样品。

2.5 样品加标回收率和精密度结果

在样液中加入各元素的含量为0.2 mg/L，对加标溶液进行上机测定，重复测定次数为10次，得出22种元素相对标准偏差(RSD)均在10%以下，22种元素的加标回收率均在92.5%～110%，详细22种元素结果见表7。由此说明试验精密度良好，重现性较高。

表7 加标实验的回收率及精密度(n=10)

3 分析与结论

3.1微波消解与马弗炉灰化消解分析

比较两种不同预处理消化分解方法的结果，两种预处理消化分解方法中Zn、Mn、Sr三种元素的结果基本相同；微波消解测定的Cr、Fe、K、Ca、Na、Mg、B的含量高于马弗炉灰化消解的样品含量；马弗炉灰化消解的Cu元素含量高于微波消解，可能与Cu元素在不同pH值硝酸溶液中析出程度有关。微波消解测定的三种产地的石斛花中均含有B元素，马弗炉灰化消解未检出，这可能与消化环境和消化程度对元素含量的影响有关：微波消解样品时整个系统密封，外部环境对其影响小于马弗炉灰化，微波消解程度高于马弗炉灰化程度，因此B元素在微波消解中被检出而马弗炉消解未检出。

3.2云南、浙江、霍山铁皮石斛花的22种元素分析

由测定结果可以看出，石斛属云南、浙江、霍山三种不同来源地样品中所含的22种成分元素基本相同，但含量存在一定差异。云南产地的石斛花中B、Fe含量高于浙江和霍山产地的石斛花；浙江石斛花中的Zn、Cu、Sr含量高于云南和霍山的石斛花；霍山产地的石斛花中Cr、Mn、K、Ca、Na、Mg含量均明显高于云南和浙江产地的石斛花。元素含量间存在的差异性与石斛所处的环境因素和生长条件应该是息息相关，也可能与石斛属不同品种基因的遗传表达背景有关，上述推测需要进一步进行基因组学和代谢组学分析研究。

3.3结论

对不同产地石斛花的元素成分进行测定表明，微波消解结合ICP-OES不仅测出常量元素K、Ca、Na、Mg和微量元素Se、Co、Cu、Mn、Fe、Cr、Sr、Zn、B存在，且含量均高于马弗炉消解结合ICP-OES测定结果；对于有害元素As、Pb、Cd、Hg和潜在有害元素Sb、Ba、Sn、Al、Ni三产地、两消解法均未检出；内标回收率均在92.5%～110.0%之间，RSD<10%。这对深入揭示石斛花的药理作用及其药效功能间的内在联系提供了依据，为阐明其药用机理提供了参考数据，同时也可为新品花茶市场的研发与应用提供支持。