ICP-MS法分析10種箬竹屬竹葉中礦質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)1)

喻謹 湯鋒 岳永德 姚曦 王進

(國際竹藤中心，北京，100102)

責(zé)任編輯:戴芳天。

箬葉為禾本科(Gramineae)竹亞科(Bambusodeae Nees)箬竹屬(Indocalamus)植物葉的總稱，該屬約有30 種，分布于中國、印度、斯里蘭卡以及菲律賓等地，我國約有20 種，產(chǎn)于長江流域以南地區(qū)［1］。目前對箬竹屬竹葉的研究表明，箬葉中含有多種維生素、氨基酸、茶多酚、多糖、黃酮類物質(zhì)和各種芳香成分［2-6］，并具有殺菌、防腐、抗艾滋病病毒的功效［7-10］。

近年來對竹葉無機元素的研究已有相關(guān)報道［11-16］，涉及雷竹(Phyllostachy s praecox f.preveynalis)、苦竹(Pleioblastus amams)、淡竹(Phyllostachys glauca)、毛竹(P.edulis)、麻竹(Dendrocalamus latiflorus)、水竹(Ph.heteoelada)等20 余個竹種。另外，礦質(zhì)元素具有多種生理功能;鎂與體內(nèi)各種生理功能有關(guān)，參與300 種以上酶反應(yīng)。有關(guān)研究表明鐵、銅、鋅、錳、鈷形成的酶，均有促進植物生長發(fā)育的作用，缺乏這些元素或其中一種，均可引起植物生長發(fā)育停滯，還可使中樞神經(jīng)系統(tǒng)的構(gòu)造及生理功能發(fā)生紊亂［17-20］。在元素分析測定手段上，由光譜法、原子吸收法，發(fā)展到電感耦合等離子體光譜法(ICP- AES)和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP -MS)，后兩者具有同時分析多種元素、干擾小、精度高、線性范圍寬等優(yōu)點［21-24］，從而大大節(jié)約了檢測時間。然而利用ICP -MS 分析箬竹屬竹葉中礦質(zhì)元素的研究未見報道。另外，了解竹葉礦質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)對掌握竹子營養(yǎng)狀況，指導(dǎo)科學(xué)合理栽培具有十分重要的意義。鑒于此，筆者對10 種箬竹屬竹葉的礦質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)進行了分析研究，以期從礦質(zhì)元素的角度為箬竹屬竹葉資源的栽培管理和開發(fā)利用提供相關(guān)科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑與樣品

HNO3、H2O2均為優(yōu)級純試劑，水為超純水;10 mg·L-1混合標準溶液(編號5183 -4688);Hg 標準儲備液:10 mg·L-1(編號8500 -6941)。內(nèi)標溶液:由10 mg·L-1(編號5183 -4681)標準儲備液稀釋為1 mg·L-1;調(diào)諧液:10 μg·L-1的Li、Co、Y、Ce和Tl 混合標準溶液(2% HNO3介質(zhì))(編號5184 -3566)。標準溶液系列由標準儲備液逐級稀釋配得，介質(zhì)為5% HNO3。

箬竹屬(Indocalamus)10 種竹葉:闊葉箬竹(I.latifolius)、粽粑箬竹(I.herklotsii)、髯毛箬竹(I.barbatus)、光葉箬竹(I.hirsutissimus)、美麗箬竹(I.decorus)、矮箬竹(I.pedalis)、小箬竹(I.pumilis)、米箬 竹(I.tessellatus)、天 目 箬 竹(I.longiauritus tianmu)、長節(jié)箬竹(I.longiauritus changjie)均于2012年10月采自四川長寧。所有竹葉樣品消解前均自然晾干并粉碎。

1.2 儀器及主要工作參數(shù)的優(yōu)化

Agilent 7500a 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國安捷倫公司)，CEM MARS5 微波消解儀(美國CEM公司)，超純水系統(tǒng)(18.2 MΩ·cm－1)(美國Pall 公司)。ICP－MS 儀器全自動調(diào)諧給出儀器的工作參數(shù)，滿足靈敏度、背景、氧化物、雙電荷、穩(wěn)定性要求等各項指標。調(diào)節(jié)后的儀器主要參數(shù):射頻功率1 200 W;載氣流速1.03 mL·min－1;采樣深度6.0 mm;采樣溫度2 ℃;As、Se、Cd、Hg 的積分時間為1 s，其他元素的積分時間為0.3 s;氧化物要求＜1.0%;雙電荷要求＜3.0%。

1.3 樣品前處理

參照文獻［15］，取已研磨粉碎的竹葉樣品于60℃下干燥2 h 后，稱取0.200 g。將竹葉樣品置于酸煮洗凈的聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL HNO3和2 mL H2O2，虛掩罐蓋，置于通風(fēng)櫥中預(yù)消解1 h，然后將消解罐旋緊，放入微波消解儀，按設(shè)定程序(表1)進行消解。消解程序結(jié)束后，待樣品冷卻至常溫，打開密閉消解罐，將樣品轉(zhuǎn)移到PET 塑料瓶中，洗滌3 次，洗液合并至PET 瓶中，定容至50 g，混勻，待分析?？瞻讓φ瞻聪嗤椒ㄌ幚?。

表1 微波消解程序

1.4 標準工作曲線的繪制

用體積分數(shù)5% HNO3介質(zhì)將混合標準溶液逐級稀釋為0、10、50、100、200 μg·L－1;其中Hg 元素為單標，單獨配制0、0.2、1.0、2.0、5.0 μg·L－1，得到混合標準溶液。在優(yōu)化的實驗條件下，采集空白及標準溶液系列，繪制標準曲線，并由此得出各元素的線性相關(guān)系數(shù)。各元素標準曲線的線性良好，相關(guān)系數(shù)均在0.999 2～1.000 0 之間(見表2)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003 軟件進行標準差分析;采用SPSS 16.0 軟件進行方差分析。

表2 各元素標準曲線及檢出限

2 結(jié)果與分析

2.1 箬竹屬竹葉中大量元素質(zhì)量分數(shù)

每種竹葉樣品做3 個重復(fù)，扣除空白，利用SPSS 軟件處理后的結(jié)果見表3?？芍?10 種箬竹屬竹葉中K、Ca、Mg 等元素含量非常豐富，且不同竹種之間同一元素質(zhì)量分數(shù)存在顯著差異。K 元素質(zhì)量分數(shù)在8 770.5～14 270 mg·kg－1之間，平均質(zhì)量分數(shù)為11 124 mg·kg－1，最高為粽粑箬竹，是最低的米箬竹的1.6 倍。Ca 元素質(zhì)量分數(shù)在4 000～8 000 mg·kg－1，小箬竹中富含Ca 元素，質(zhì)量分數(shù)達到7 701.5 mg·kg－1;質(zhì)量分數(shù)較少的是闊葉箬竹和矮箬竹，分別為4 261、4 333 mg·kg－1，約為小箬竹的1/2。Mg元素質(zhì)量分數(shù)多數(shù)在1 000 mg·kg－1以上，最少的是長節(jié)箬竹，質(zhì)量分數(shù)為1 001.7 mg·kg－1;最高是矮箬竹，質(zhì)量分數(shù)為1 412 mg·kg－1;后者是前者的1.4 倍。

表3 箬竹屬竹葉大量元素質(zhì)量分數(shù) mg·kg －1

2.2 箬竹屬竹葉中微量元素質(zhì)量分數(shù)

從表4可以看出，各竹種竹葉含有多種微量元素，除了Ag 和Cd 未檢出，10 種箬竹屬竹葉均含有所測的14 種元素，其中元素Mn、Al 和Fe 質(zhì)量分數(shù)較高，均在100 mg·kg－1之上。尤其是Mn，平均質(zhì)量分數(shù)為989.84 mg·kg－1，遠高于其他竹種［15］。而Fe 的平均質(zhì)量分數(shù)為217.4 mg·kg－1，約為其他竹種的1/2［15］。Na 和Zn 元素質(zhì)量分數(shù)分別是47.67～59.335、21.45～29.65 mg·kg－1。Co、Ni、Se、Mo等元素在各竹種竹葉中質(zhì)量分數(shù)均較少，基本都在1 mg·kg－1以下。10 種竹葉中As、Hg、Pb 等重金屬元素質(zhì)量分數(shù)很低，Pb 略高，平均質(zhì)量分數(shù)達到了3.634 mg·kg－1;其中小箬竹最高，為6.218 mg·kg－1。Cr 質(zhì)量分數(shù)差異較大，除了美麗箬竹和粽粑箬竹分別為4.932、9.739 mg·kg－1;其余竹種質(zhì)量分數(shù)在5.108～7.045 mg·kg－1范圍內(nèi)。

表4 箬竹屬竹葉微量元素的質(zhì)量分數(shù) mg·kg －1

Mn、Cu、Zn 和Co 元素列均含有7 個不同字母，Mo元素列含有4 個不同字母，Se 元素列含有3 個字母，其他元素列都含5 個不同字母;由此看出，14 種微量元素質(zhì)量分數(shù)在10 種竹葉中均表現(xiàn)出顯著差異，而差異最明顯的為Mn、Cu、Zn 和Co，相對差異最小的是Se。

Mn 在美麗箬竹、小箬竹和矮箬竹中的質(zhì)量分數(shù)差異不顯著，而在其他7 種箬竹屬竹葉中表現(xiàn)出顯著差異。質(zhì)量分數(shù)最高的是光葉箬竹，為1 675 mg·kg－1;最低是美麗箬竹，為557.15 mg·kg－1。Se 在粽粑箬竹和矮箬竹中有很大差異，前者質(zhì)量分數(shù)為0.546 mg·kg－1，是后者的2.22 倍;而Se 在其他8 種箬竹竹葉中質(zhì)量分數(shù)相當(dāng)，約為0.346 mg·kg－1。Mo 在光葉箬竹、髯毛箬竹和粽粑箬竹中質(zhì)量分數(shù)有顯著差異，在另外7 種竹葉中無差異，最高是光葉箬竹，質(zhì)量分數(shù)0.244 mg·kg－1;最低是矮箬竹，質(zhì)量分數(shù)為0.11 mg·kg－1。Co 在光葉箬竹質(zhì)量分數(shù)最高，為0.399 mg·kg－1，是美麗箬竹的3.217 倍。Fe、Al、Ni、Cr、As、Zn 和Se 在粽粑箬竹中的質(zhì)量分數(shù)均為最高，分別是闊葉箬竹的1.8 倍，光葉箬竹的2.275 倍，米箬竹的7.784 倍，美麗箬竹的1.97倍，矮箬竹的1.99 倍，闊葉箬竹的1.47 倍和矮箬竹的2.22 倍。Cu、Na 和Hg 在米箬竹中質(zhì)量分數(shù)最高，分別為7.392、59.335、0.205 mg·kg－1，分別是美麗箬竹的1.65 倍，闊葉箬竹的1.2 倍和1.53 倍。Pb 在小箬竹中質(zhì)量分數(shù)是髯毛箬竹的2.75 倍。

從表3、表4來看，粽粑箬竹中礦質(zhì)元素除了Na和Ca 之外，其余15 種元素均在均值以上;其次是髯毛箬竹有10 種元素質(zhì)量分數(shù)超過均值，最少的是闊葉箬竹，僅有2 種，分別為Mg 和K。從質(zhì)量分數(shù)在均值以上的元素種類來看，其他竹種的依次順序為光葉箬竹(8 種)、米箬竹和小箬竹(7 種)、天目箬竹和長節(jié)箬竹(6 種)、矮箬竹(4 種)、美麗箬竹(3 種)。節(jié)箬竹(6 種)、矮箬竹(4 種)、美麗箬竹(3 種)。

2.3 竹葉樣品礦質(zhì)元素之間相關(guān)性及系統(tǒng)聚類分析

將數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)計軟件SPSS16.0，對箬竹屬10種竹葉樣品做系統(tǒng)聚類分析、礦質(zhì)元素之間相關(guān)性分析，結(jié)果見圖1、表5。

表5 竹葉樣品礦質(zhì)元素之間相關(guān)性分析結(jié)果

圖1 竹葉樣品系統(tǒng)聚類圖

本實驗同時對Ag 和Cd 元素進行了測定，但二者均未達到檢測限，故未對二者做統(tǒng)計分析。竹葉樣品中礦質(zhì)元素相關(guān)性分析，由表5可知:K 和Ca、Na，Ca 和Mg 呈顯著負相關(guān);Fe、Al 除了與Hg 呈負相關(guān)外，與其他元素均為顯著正相關(guān)。Mo 除了與Ca 呈負相關(guān)外，與其他元素均呈正相關(guān)。這表明箬竹屬竹葉對礦質(zhì)元素鉀的吸收對銅、鈉元素來說有拮抗作用，而對鉬和錳、鉬和鎘、鈷和錳、鋁和鐵、銅和錳、硒和鐵、鉛和鈣、銅和鈉、鋅和鐵、鎘和錳這10對元素的吸收，兩元素之間有很好的相互促進作用。由圖1可知，當(dāng)距離在5～15 時10 種竹葉樣品聚為3 類，即4、7、10 為一類，1、3、9、6 為一類，8、5、2 為一類。當(dāng)距離大于15 時，樣品聚為2 類，說明當(dāng)要求相似程度不高(即距離大)時，從礦質(zhì)元素角度來講箬竹屬竹葉樣品不存在明顯差異。同時，當(dāng)距離小于5 時，樣品2、5 較相似，即從礦質(zhì)元素角度來說髯毛箬竹和米箬竹為相似。

3 結(jié)論

本研究利用ICP-MS 測定了10 種箬竹屬竹葉的礦質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)，得出了17 種無機元素質(zhì)量分數(shù)的狀況。竹葉中質(zhì)量分數(shù)較高元素依次為:K、Ca、Mg、Mn、Fe、Al、Na、Zn、Cu;其余各微量元素質(zhì)量分數(shù)相對較少;其中Mn 元素較突出。對人體有害的重金屬元素，如Cr、As、Hg、Pb 等雖均有檢出，但質(zhì)量分數(shù)很低。

從礦質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)均值角度來看，粽粑箬竹含有較豐富的礦質(zhì)元素，其次是髯毛箬竹;而闊葉箬竹元素相對較少，僅Mg 和K 超過均值。竹葉中富含Mg、Fe、Mn、Zn 等元素的竹種，可選擇性地開發(fā)成作為青飼料或作為牲畜的主飼料的配料。從礦質(zhì)元素之間相關(guān)性和聚類分析的結(jié)果得知，礦質(zhì)元素之間存在顯著相關(guān);另外，當(dāng)要求相似程度不高時，從礦質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)角度來說10 種箬竹屬竹葉不存在明顯差異。并從微量元素的角度為箬竹屬竹葉資源的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

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