油茶不同部位矿物质元素含量及分布研究

杨再波，贺银菊，向丁玎，黄德娜，毛海立

（1.贵州省黔南民族师范学院化学化工学院，贵州 都匀558000；2.贵州省普通高等学校民族药用植物资源开发工程研究中心，贵州 都匀558000）

矿物质元素是动物、植物和微生物等生命有机体中的重要组成物质，它参与机体的生命活动，在生命活动中起着重要的作用，因此，很多矿物质元素对人类的健康是有益的，它们大多以络合物的形式存在于机体之中，传递着生命活动所必需的各种物质，起到调节机体新陈代谢的作用。然而少数有害矿物质元素如铬（Cr）、镍（Ni）、砷（As）、铅（Pb）、镉（Cd）和汞（Hg）等是有毒的，而且还有致癌性[1]。而有些矿物质元素的含量则需要适中，过多会严重影响生态环境，而过多和缺乏均会影响人类健康[2]，如缺硒（Se），可能引起人体表皮角质化和癌症，但过量摄入，则会使人中毒[3,4]。所以调查自然界中矿物质元素的含量及其分布情况，对于指导工农业生产、生态环境保护和人类健康维护均是十分必要的。通过对自然界中矿物质元素含量及分布的调查，能够为我们人类社会提供安全可靠的食品，也能够指导我们开展生态环境的修复和环境美化。因此，作者在开展油茶（Camellia oleifera Abel）种植生产加工技术服务过程中，对油茶的不同部位中矿物质元素和有害矿物质元素含量及分布情况进行调查分析研究，主要采用微波消解－电感耦合等离子体原子发射光谱法联用技术[5-9]同时分析油茶根、树干、枝条、叶片、果皮和果核中钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）、铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）和硒8种微量矿物质元素及铅、镉、汞、砷、铬5种有害重金属矿物质元素含量，为绿色安全油茶的生产加工提供科学依据。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器MARS5微波消解仪（美国CEM公司）；Millipore型超纯水仪（美国Millipore公司）；THERMO-IRIS/AP电感耦合等离子发射光谱仪（美国Thermo Jarrell Ash公司）；7700X型电感耦合等离子体质谱仪（美国安捷伦科技有限公司）；干燥箱；AL204型电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）。

1.1.2 试剂与材料钾、钙、镁、铁、锰、铜、锌、钼（Mo）、硒、铅、镉、汞、砷和铬标准储备溶液（1.0 g/L，购于国家标准物质中心）；硝酸（优级纯）、盐酸（优级纯）、氢氟酸（优级纯）、过氧化氢（优级纯），实验用水为超纯水；氩气（Ar=99.999%）。油茶为种植7年的长林4号品种，所有样品采于8月份，产地为贵州省荔波县玉屏街道水功村。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理将油茶的根、树干、枝条、叶片、果皮和果核部位干燥、粉碎及过筛（60目筛），分别精确称取1.000 0 g油茶不同部位样品于聚四氟乙烯消解罐内，加入体积比为5:1的浓硝酸和过氧化氢，使样品充分浸润。安装好消解罐，按照表1微波消解条件进行消解。消解结束后，除酸至样品消解液量为1 mL，冷却后，移至100 mL的容量瓶中，用3%HNO3定容。同时作样品空白，待测。

表1 微波消解条件Teble 1 The digestion parameter of the microwave digestive instrument

1.2.2 标准溶液配置用3%的HNO3配制各元素混合标准溶液。混标钾、钙、镁为0.5g/mL、2.0g/mL、5.0g/mL、25.0g/mL、50.0g/mL；混标铁、铜、锰、锌为0.2g/mL、0.8g/mL、2.0g/mL、10.0g/mL、20.0g/mL；混标镉、铅、硒、砷、汞、铬为0.01g/mL、0.05g/mL、0.1g/mL、0.25g/mL、1.0g/mL。标液空白为3%HNO3。1.2.3仪器分析条件 工作条件为：发射功率1.15kW；辅助气（99.999%氩气）流量0.5 L/min；泵速130 r/min；雾化器压力193.47kPa，雾化气流量0.55 L/min；泵进样量1.5 mL/min；低波长曝光30 s，高波长曝光5 s；样品清洗时间30 s。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线的绘制和检出限

电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）对每个元素的分析都可以同时选择多条特征谱线，而且同时具有同步背景校正功能[10]。因此，对每个分析元素选取2~3条谱线进行了分析，综合分析强度以及干扰情况与稳定性，我们选择了谱线干扰少、精密度高的谱线，其谱线波长见表2。各元素标准溶液在选定的仪器分析条件下进行标准曲线绘制，由表2所示标准曲线回归方程的相关系数均大于0.999。按照本实验选用的工作条件，取同一份标准溶液和空白溶液消解后用ICP-AES法重复测定12次，分别计算相对标准偏差（RSD）得到各元素的精密度，根据3倍的标准偏差计算各元素的检出限，见表2所示，相对标准偏差均小于5.00%，因此该方法具有较好的精密度。

表2 各元素标准曲线方程、相关系数与精密度及检测限Table 2 The linear regression equation,correlation coefficient and relative standard deviation of the detection

2.2 加标回收试验

以油茶根为例，进行各元素的加标回收率实验，取已经消解好油茶根的样品，分成2份，一份样品中加入配制成一定浓度的混合标样，另一份为样本液，然后分析各元素的加标回收率。分析结果见表3所示，从表3可知，分析所采用的方法回收率在91.80%~98.00%之间，说明分析方法的准确度较高，可以满足样品分析要求。

表3 加标回收率Table 3 Recovery rates单位：g/mL

2.3 样品测定结果

将油茶不同部位的样品与土壤样品按照“1.2.1”和“1.2.3”方法进行样品前处理和进行各元素分析，分析结果见表4和表5。由表4油茶不同部位有益微量矿物质元素含量存在较大差异，含量最高矿质元素是钙、铜、锌，其次是钾、铁、镁，最低的是钼和硒。而从表5可以看出，有害重金属矿质元素的含量也是存在较大差异，含量最高的是砷、铅、铬，其次是镉，汞最低。然而，由表4还可以看出，从油茶的生长部位根部、树干、枝条、叶片和果实来看，含量也存在差异，钾、钙、镁、铁、锰、铜、锌和硒等8种有益微量矿质元素的含量呈现出从根部、树干、枝条、叶片和果逐渐降低的趋势，而果皮中各元素的含量低于果核中的含量，同样由表5可知，有害元素也同样呈现这样的分布规律，而土壤样品的所有元素平均测定含量均高于油茶不同部位的元素含量。这一现象说明了油茶对微量元素和有害元素的富集和迁移性较差，也就是油茶对土壤中的金属元素的富集能力不高。另外，从食品、果树等安全标准中微量元素与有害元素的含量范围和限量来看[10,11]，均符合安全标准。此外，我们与文献报道的各产地油茶中相同矿质元素含量比较来看，彭德乾等[12]报道了海南产油茶不同部位矿质元素钾、钙、镁、铁高于我们分析的荔波县水功村油茶，锰元素含量相当，而锌、钼、硒元素是荔波县的高于海南产油茶；段玉林等报道[13]报道了广西几个产地油茶叶、枝和果部位矿质元素钾、钙、镁、铁、锰、钼和铬含量高于我们分析的荔波县水功村的油茶，锌、硒、铅、镉和砷元素含量相当，而铜元素是荔波县的油茶高于海南产的油茶。

表4 油茶不同部位微量元素的含量Table 4 The content of trace elements in different parts of Camellia oleifera

表5 油茶不同部位有害元素含量Table 5 The content of harmful elements in different parts of Camellia oleifera单位：mg/kg

3 结论

ICP-AES与火焰、电弧、火花光谱分析和原子吸收等常规的仪器分析方法相比，具有动态线性范围宽、基体效应小、精确度高、灵敏度高、稳定性好、分析速度快及可同时分析多种元素的优点[14-16]。本研究通过采用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法分析油茶不同生长部位中微量元素和有害元素，同时进行了加标回收实验，平均回收率在91.80%~98.00%之间。分析研究表明，与传统化学方法相比，该方法具有准确、快速和灵敏等优点。

分析研究结果同时也表明，同一元素在油茶的不同生长部位的含量存在较大差异，呈现出由根部、树干、枝条、叶片和到果实的递减规律，而且远远低于土壤中所测定的元素含量，说明油茶对土壤中的无机元素富集作用较差，而且各元素在油茶植株中迁移能力和累积性也较差。通过与文献报道海南、广西产的油茶所测定的相同元素在油茶中相同部位含量进行比较，贵州荔波产的油茶矿质元素含量与海南、广西两地存在差异性。通过分析，发现这些现象说明油茶对矿质元素的吸收具有一定的选择性，而且在不同的地区吸收和富集矿质元素的选择性也有差异。