電感耦合等離子體-質(zhì)譜法測定3 種啤酒花不同部位中的無機元素

王 瑤，牟書勇，劉玉梅

（1.新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所中心實驗室，新疆 烏魯木齊 830011）

電感耦合等離子體-質(zhì)譜法測定3 種啤酒花不同部位中的無機元素

王 瑤1,2，牟書勇2，劉玉梅1,*

（1.新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所中心實驗室，新疆 烏魯木齊 830011）

使用濕法消解植物啤酒花的根、莖、葉、花等樣品，利用電感耦合等離子體-質(zhì)譜法對樣品中Al、Pb、As、Cd、Ba、Ni、Mn、Cu、Sr、Co、Cr、Zn、Li、V 14 種無機元素含量進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該方法分析啤酒花中礦物元素準(zhǔn)確、可靠，所有元素的回歸方程線性均大于0.999，對各元素的3 倍信噪比檢出限為0.12～2.16 μg/L，精密度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，加標(biāo)回收率在87.35%～106.88%之間。對扎一、馬可波羅、青島大花3 個品種啤酒花不同部位無機元素的分析結(jié)果表明，各種無機元素在不同品種酒花中的含量無顯著差異，并驗證了酒花生長過程中的各種礦物元素在植株內(nèi)的分布。

啤酒花；無機元素；電感耦合等離子體-質(zhì)譜法

啤酒花（Humulus lupulus L.），?？迫劜輰俣嗄晟圆荼局参?，是啤酒釀造業(yè)的主要原料之一[1]。啤酒花適宜栽培在溫帶氣候中，一般分布于北緯30°～60°、南緯25°～45°的生物圈內(nèi)。中國人工栽植啤酒花的歷史已有半個多世紀(jì)，主產(chǎn)區(qū)在新疆和甘肅河西走廊[2]。啤酒花還有很高的藥用價值，可用于治療糖尿病和預(yù)防癌癥[3-5]。此外，啤酒花植物還能做食品加工的添加劑及造紙和紡織的原料[6]。隨著人們對食品營養(yǎng)和安全的重視，對于植物中微量元素含量的測定引起了更多的關(guān)注[7-8]，而有關(guān)啤酒花中的無機元素的測定，文獻(xiàn)中報道較少。袁慶華等[9-10]以干法消化法處理啤酒花，使用了富氧-火焰原子吸收光譜法首次測定啤酒花中的無機痕量元素，并且使用火焰原子吸收法測定了啤酒花中的常量元素。張新慧等[11-12]在對啤酒花中的常量元素進(jìn)行分析的同時，也對酒花根部與側(cè)蔓部的元素分布與酒花品質(zhì)的弱化進(jìn)行探討。電感耦合等離子體-質(zhì)譜（inductively coupled plasmamass spectrometry，ICP-MS）法因具有檢測靈敏度高、動態(tài)線性范圍寬、可進(jìn)行同位素分析、多元素分析及有機物中的金屬形態(tài)分析等優(yōu)異的分析特性，目前常被用來同時測定植物及加工品中的多種元素[13-14]。本研究采用的濕法消解-ICP-MS法可對啤酒花及植株其他部位中Al、Pb、As、Cd、Ba、Ni、Mn、Cu、Sr、Co、Cr、Zn、Li、V 14 種無機元素進(jìn)行同時測定，提高檢測速度，簡化分析步驟，是一種準(zhǔn)確、可靠的測定啤酒花中微量元素的分析方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1 0 m g/L多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（P E M u l t ielement Std 3），此標(biāo)準(zhǔn)溶液包含本次測定的14 種元素 美國Perkin Elmer公司；1 000 mg/L Al、Pb、As、Cd、Ba、Ni、Mn、Cu、Sr、Co、Cr、Zn、Li、V單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%～68%硝酸（優(yōu)級純） 天津化學(xué)試劑三廠；質(zhì)量分?jǐn)?shù)30% H2O2（優(yōu)級純） 西隴化工股份有限公司；GBW10052（GSB-30）綠茶標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 地球物理地球化學(xué)勘察研究所；實驗室用水為超純水。

啤酒花由新疆三寶樂農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司提供，品種為馬可波羅、扎一和青島大花。將采摘后的新鮮啤酒花置于60 ℃真空恒溫烘箱內(nèi)干燥至恒質(zhì)量后粉碎，置于冰箱中備用。

1.2 儀器與設(shè)備

ELAN DRCⅡ型電感耦合等離子質(zhì)譜儀 美國Perkin Elmer公司；DHG-9040A恒溫鼓風(fēng)干燥箱 寧波江南儀器廠；LWY84B消解爐 四平電子技術(shù)研究所；Elix5純水系統(tǒng) 美國Millipore公司；實驗所用器皿使用前均用質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%硝酸浸泡后用超純水清洗干凈，自然晾干備用。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

準(zhǔn)確稱取干燥粉碎過的啤酒花0.500 0g，置于聚四氟乙烯罐中，加入5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%硝酸和3 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%雙氧水，放置1 h后，用聚四氟乙烯漏斗封蓋，置于消解爐中60 ℃消解1 h，使樣品中有機物被充分消解，避免因樣品有機物消解時產(chǎn)生的大量泡沫溢出罐體，影響測定結(jié)果，此消解時間可視消解過程中泡沫的產(chǎn)生適當(dāng)增減；120 ℃保持30 min，查看樣品消解情況，若已為澄清透明，表示消化完全，若溶液中有不溶物，則適當(dāng)增加此消解時間，本實驗過程中根的高溫消解時間為90 min。消化完畢后，取出消化液冷卻，得到微黃澄清液。將消解液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，使用超純水定容，同時做試劑空白液，供ICP-MS測定。待測液均保存在125 mL PBT塑料瓶中待上機測定。

1.3.2 ICP-MS儀器工作條件

對儀器進(jìn)行優(yōu)化調(diào)諧，儀器工作參數(shù)見表1。

表1 ICP-MS工作條件Table1 Instrumental parameters and operating conditions for ICP-MS

2 結(jié)果與分析

2.1 元素測定質(zhì)量數(shù)的選擇

在質(zhì)譜分析中，主要存在質(zhì)譜干擾、物理干擾和記憶干擾。對于質(zhì)譜干擾，本實驗通過優(yōu)化調(diào)諧儀器條件和選擇干擾可忽略的相對原子質(zhì)量克服質(zhì)譜干擾。對于物理干擾和記憶干擾，本實驗通過利用干擾校正方程[15]和使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%硝酸溶液清洗進(jìn)樣系統(tǒng)并延長清洗時間來克服實驗中Cr、Co、Ni等輕質(zhì)量元素存在多原子離子的質(zhì)譜重疊干擾。本實驗選擇待測元素質(zhì)量數(shù)見表2。在表2中豐度不為100%的元素，均存在同位素。對存在同位素的元素，在儀器中使用Total Quant Methods方法，取實際待測啤酒花樣品，設(shè)定掃描范圍，相對原子質(zhì)量在26～79、81～210之間，選擇干擾小、豐度大的元素作為待測元素相對原子質(zhì)量。

表2 元素質(zhì)量數(shù)選擇及標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸系數(shù)Table2 Mass numbers and regression coefficients of 14 elements

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定

以10 mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液分別配制含0.10、0.50、1.00、5.00、10.00、20.00、50.00、100.00 μg/L的含有體積分?jǐn)?shù)1%硝酸（以濃硝酸為基準(zhǔn)）系列溶液，同時以體積分?jǐn)?shù)1%硝酸溶液作為空白，在已優(yōu)化的儀器工作條件下使用ICP-MS儀測定空白及各標(biāo)準(zhǔn)溶液的強度，儀器根據(jù)質(zhì)量濃度對各溶液的強度值自動做出線性回歸分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有元素回歸后的相關(guān)系數(shù)均大于0.999，結(jié)果見表2。

2.3 檢出限

本實驗采用質(zhì)量濃度為10 μg/L標(biāo)準(zhǔn)混合溶液測定結(jié)果的信號強度，取10 次試劑空白溶液的測定結(jié)果的平均值及10 次標(biāo)準(zhǔn)混合溶液的平均值，按以下計算公式計算3 倍信噪比作為檢出限[16]。

式中：I空為空白溶液強度值；I標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)溶液強度值；C標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度/（μg/L）。

方法檢出限結(jié)果列于表3。從表3可知，除Ba外，其余元素的檢出限均低于1 μg/L。

表3 儀器與方法檢出限Table3 Instrument and method detection limits

2.4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定

因無啤酒花元素類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，故用本實驗所建立的方法測定標(biāo)準(zhǔn)參考物GBW 10052（GSB-30），測定結(jié)果除Al沒有參考值外，其余元素均與標(biāo)準(zhǔn)值吻合，表明此方法具有良好的準(zhǔn)確性，結(jié)果見表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果（n=11）Table4 Analytical results for standard materials (n=11)

2.5 精密度及回收率

使用質(zhì)量濃度1 000 mg/L各元素單標(biāo)準(zhǔn)溶液，按表5中的加標(biāo)量，在消解樣品前加入啤酒花樣品花中，根據(jù)1.3.1節(jié)樣品處理方法制備樣品溶液，計算回收率在87.35%～106.88%。同時制備未加入標(biāo)準(zhǔn)元素溶液樣品，平行6 次，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）值在0.59%～4.67%。結(jié)果見表5，表明此方法準(zhǔn)確、可靠，可用于啤酒花樣品中多元素的同時測定。

表5 方法精密度與回收率（n=6）Table5 Precision (RSD) and recovery of the method (n=6)

2.6 啤酒花中不同部位元素含量

根據(jù)1.3.1節(jié)樣品處理方法對扎一、馬可波羅和青島大花3 個品種的啤酒花的根、莖、葉與花中的微量元素含量進(jìn)行測定，結(jié)果見表6～8。

表6 扎一啤酒花元素含量（n=6）Table6 Contents of 14 inorganic elements in different parts of SA-1 hop (n=6)

表7 馬可波羅啤酒花元素含量（n=6）Table7 Contents of 14 inorganic elements in different parts of Marco Polo hop (n=6)

表8 青島大花啤酒花元素含量（n=6）Table8 Contents of 14 inorganic elements in different parts of Tsingdao Flower hop (n=6)

從表6～8可以看出：1）啤酒花樣品中檢測到含量很低的有害元素As、Pb、Cd且呈現(xiàn)從根部到花含量逐漸減小的趨勢，植物中的這些元素是否是由于土壤污染所致尚需進(jìn)一步的研究。根據(jù)GB 2762—2012《食品中污染物限量》可知：Pb在茶葉中的限量為5.0 mg/kg，Cd在蔬菜中的限量為0.05 mg/kg，As在蔬菜中的限量為0.5 mg/kg。啤酒花花中Pb與Cd含量均在限量范圍內(nèi)，As含量在限量值附近，但酒花一般作為啤酒添加劑使用，在啤酒的釀造過程中啤酒花添加量很低（僅千分之一左右用量），所以啤酒花中微量As、Pb、Cd的含量均在限量范圍內(nèi)。2）元素Al在植物根部的富集將影響植物的根部發(fā)育[17-18]，人體過量攝入Al將對神經(jīng)系統(tǒng)和骨骼有害[19]。酒花是一個多年生宿根草本植物，從表6～8可以看出，3 個品種的酒花中根部Al含量均比較高，這也許與啤酒花的種植年限或當(dāng)?shù)赝临|(zhì)有關(guān)，對此也需進(jìn)一步研究。3）Ba、Ni、Mn、Cu、Cr、Zn、Li、V 是植物生長過程中的必需元素，也是對人體有益的微量元素。Mn在植物根部會促進(jìn)幼苗的生長，在莖葉中會參與植物的光合作用，在花果中會加速花粉萌發(fā)和花粉管的伸長，Cu對植物的生長發(fā)育及光合作用具有促進(jìn)作用，Ni有利于種子發(fā)芽和幼苗生長，Cr參與植物體中一些酶的合成，可加速植物生長，增強植物的抵抗力和提高作物的產(chǎn)量，在表6～8可以看到，Mn與Cu含量的分布均為葉大于根，Ni主要集中在根部地區(qū)，Cr集中在根莖部位，驗證了酒花在生長過程中對微量元素的需求及分布。4）Co、Sr為植物生長過程中的非必需元素，Co是植物固氮的必需元素，在人體中具有刺激造血的功能[20]，從表中可看出酒花中含有豐富的Co。Sr在植物與人體中的機制尚不明了，需進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 論

本研究以硝酸和雙氧水為消解液，采用濕法消解-ICP-MS分析法同時測定啤酒花不同部位中的Al、Pb、As、Cd、Ba、Ni、Mn、Cu、Sr、Co、Cr、Zn、Li、V 14種無機元素的含量。結(jié)果表明，消解完全。本測定方法各元素線性良好，方法精密度實驗RSD小于5%，加標(biāo)回收率為87.35%～106.88%，該方法可用于啤酒花樣品中無機元素含量的測定。

對不同品種啤酒花樣品的不同部位進(jìn)行礦物元素的測定，可以看出在不同品種與同一植株不同部位的元素含量是有差別的，這種差別除了與本身品種不同的影響外，還與栽培年限與農(nóng)藝措施等因素有很大關(guān)系。對于不同品種的啤酒花中的礦質(zhì)元素的含量與比例對啤酒花的品質(zhì)以及品種的改良的影響還需進(jìn)一步研究探討。

初步探索礦物元素在啤酒花植株不同部位的分布與富集，為啤酒花的種植及生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持，對了解礦物元素在啤酒花植株內(nèi)的遷移具有重要意義。

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Determination of Inorganic Elements in Different Parts of Hop Plant (Humulus lupulus) by Using ICP-MS

WANG Yao1,2, MU Shu-yong2, LIU Yu-mei1,*
(1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Xinjiang University, ürümqi 830046, China; 2. Central Laboratory, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, ürümqi 830011, China)

A method based on wet digestion and inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) was established for simultaneous determination of fourteen inorganic elements (Al, Pb, As, Cd, Ba, Ni, Mn, Cu, Sr, Co, Cr, Zn, Li, and V) in different parts of the hop plant (Humulus lupulus). The linear correlative coefficients for all the elements were higher than 0.999, the three multiplied detection limits (3MDLT) were between 0.12 and 2.16 μg/L, and the precision values expressed as relative standard deviations (RSDs) were less than 5%. The spiked recovery rates were between 87.35% and 106.88%. In conclusion, the method was accurate and reliable. As determined by this method, there were no significant differences in the contents of the 14 inorganic elements among 3 hop cultivars (Marco Polo, SA-1 and Tsingdao Flower). This method was used to investigate the distribution of essential elements in different parts of the plant during the growth process.

hops; inorganic elements; inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS)

TS26

A

1002-6630（2014）20-0135-04

10.7506/spkx1002-6630-201420027

2014-01-19

國家自然科學(xué)基金面上項目（31360403）

王瑤（1987—），女，碩士，研究方向為無機元素分析。E-mail：wangyao_1113@163.com

*通信作者：劉玉梅（1965—），女，教授級高級工程師，博士，研究方向為天然產(chǎn)物科學(xué)。E-mail：xjdxlym@163.com