微波消解-ICP-OES法測(cè)定山麥冬中無機(jī)元素

王 霞， 趙 樺， 閆 蕊

(陜西理工大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 漢中 723000)

微波消解-ICP-OES法測(cè)定山麥冬中無機(jī)元素

王 霞， 趙 樺， 閆 蕊

(陜西理工大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 漢中 723000)

采用濃HNO3-H2O2混合酸體系作為消解劑進(jìn)行微波消解，以電感耦合等離子體發(fā)射光譜法對(duì)不同地區(qū)山麥冬塊根中無機(jī)元素含量進(jìn)行測(cè)定分析。結(jié)果表明：不同產(chǎn)地的山麥冬塊根中所含12種元素在其線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，r2為0.9994～0.9999，RSD為1.15%～4.47%，各元素的檢出限為0.0507～0.5040 μg/mL，加標(biāo)回收率為95.16%～104.54%。所測(cè)山麥冬樣品中含有豐富的無機(jī)元素，其中有5種常量元素K、Ca、P、Na、Mg，7種微量元素Fe、Al、Zn、Mn、Sr、Cu、Ba。微量元素Ni、V、Co、Li及重金屬元素Pb、Cd、Cr、Hg未檢測(cè)出。山麥冬植物塊根中無機(jī)元素的種類及含量積累規(guī)律與山麥冬藥材中的情況基本一致。研究結(jié)果為山麥冬植物資源的開發(fā)利用提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

山麥冬； 無機(jī)元素； 微波消解； 電感耦合等離子體發(fā)射光譜

山麥冬(Liriopespicata)為百合科(Liliaceae)沿階草族(Ophiopogoneae)山麥冬屬(LiriopeLour.)植物，主要分布在我國(guó)東北、內(nèi)蒙古、青海、新疆、西藏以及秦嶺以南各省區(qū)[1]。山麥冬最初記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》中，歷代本草均有記載[2]。塊根具有很好的藥用價(jià)值，有生津、潤(rùn)肺、清心功效，主治肺燥干咳、陰虛癆咳、喉痹咽痛、津傷口渴、內(nèi)熱消渴、心煩失眠、腸燥便秘等癥[3]?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)山麥冬在心血管、免疫系統(tǒng)疾病等方面都有較好的治療作用[2]。近年來，研究者們對(duì)山麥冬的化學(xué)成分及藥理作用進(jìn)行了一些研究[4]。然而，對(duì)山麥冬塊根中無機(jī)元素含量的測(cè)定迄今尚未見報(bào)道。

運(yùn)用微波消解處理樣品，具有快速、完全、污染小、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-OES)法具有精密度高、線性范圍寬、結(jié)果可靠、可快速同時(shí)分析多種元素的優(yōu)勢(shì)，已廣泛用于中藥材無機(jī)元素的分析研究[5-10]。本文利用微波消解法對(duì)樣品進(jìn)行前處理，應(yīng)用ICP-OES法對(duì)不同產(chǎn)區(qū)山麥冬塊根中微量元素組分進(jìn)行定性、定量分析，為山麥冬藥用價(jià)值的進(jìn)一步開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)所用山麥冬(L.spicata(Thunb.)Lour.)塊根樣品分別采自陜西省安康市香溪洞野生植株、陜西省漢中留壩紫柏山野生植株(留壩1)和栽培植株(留壩2)，湖北荊州產(chǎn)山麥冬藥材購(gòu)自漢中市藥材市場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)材料經(jīng)陜西理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院楊培君教授鑒定為百合科山麥冬屬山麥冬。

濃HNO3，分析純，西隴化工股份有限公司，批號(hào)160429；體積分?jǐn)?shù)30%過氧化氫，分析純，天津市百世化工有限公司，批號(hào)2016526；Ca、Sr、Mn、Fe、Zn、P、Ba、Na、K、Cu、Al、Mg標(biāo)準(zhǔn)品溶液(1000 μg/mL，鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司)，自制超純水(電阻率：18.00 MΩ/cm)。

PerkinElmer Optima8000電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國(guó)PerkinElmer公司)；MARS6微波消解儀(美國(guó)CEM公司)；AB204-S電子分析天平(瑞士Metter Toledo公司)；UPH-II-10T優(yōu)普超純水機(jī)(成都優(yōu)普凈化科技有限公司)，F(xiàn)W-177型中藥粉碎機(jī)。

1.2 ICP-OES工作條件

ICP-OES工作參數(shù)為：射頻功率1300 W，等離子體氣體流量15 L/min，輔助氣體流量0.2 L/min，霧化器氣體流量0.55 L/min，泵進(jìn)樣量1.5 mL/min。

1.3 微波消解條件

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，確定出最佳微波消解條件，具體見表1所示。

表1 微波消解程序

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 元素及分析波長(zhǎng)的選擇

由于未知樣品微量元素組分復(fù)雜，對(duì)山麥冬植物及藥材樣品進(jìn)行定量分析時(shí)，所需測(cè)定元素種類難以確定，本實(shí)驗(yàn)使用ICP-OES的定性分析功能，對(duì)待測(cè)樣品中測(cè)定項(xiàng)目進(jìn)行確定。每個(gè)元素的測(cè)定可以同時(shí)選擇多條特征譜線，實(shí)驗(yàn)中使用的儀器Optime8000對(duì)每個(gè)測(cè)定元素選取3條譜線，當(dāng)3條譜線都有相應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，即可確定該元素為待檢測(cè)元素。利用ICP-OES的定性分析功能進(jìn)行全掃描，檢測(cè)出了Ca、Sr、Mn、Fe等12種礦質(zhì)元素，而4種微量元素Ni、V、Co、Li以及4種重金屬元素Pb、Cd、Cr、Hg未檢測(cè)出。

在儀器工作最佳條件下，測(cè)定已知濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液，綜合考慮譜線靈敏度、信噪比、峰型、發(fā)射強(qiáng)度等因素，選擇共存元素譜線干擾小、靈敏度高、信噪比低和發(fā)射強(qiáng)度適宜的譜線波長(zhǎng)，如表2所示。

表2 元素及分析波長(zhǎng)

1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

將Ca、Sr、Mn、Fe、Zn、P、Ba、Na、K、Cu、Al、Mg各元素的原始標(biāo)準(zhǔn)品溶液濃度為1000 μg/mL 的單標(biāo)作為貯備液，量取體積分?jǐn)?shù)10%硝酸逐級(jí)稀釋成Ca、Fe、Na、K、Mg的濃度依次為0、1、5、50 μg/mL；Mn、P的濃度依次為0、0.4、2、20 μg/mL；Cu、Al的濃度依次為0、0.2、1、10 μg/mL；Sr、Zn、Ba濃度依次為0、0.1、0.5、5 μg/mL，分別置于100 mL容量瓶中，用超純水定容。

1.4.3 樣品前處理

將實(shí)驗(yàn)材料山麥冬塊根用超純水沖洗干凈，55 ℃烘箱干燥，粉碎，65目樣品篩篩取樣品，干燥保存。精密稱取約0.5000 g藥材粉末，分別裝入3個(gè)消解罐中作為平行樣和1個(gè)空白對(duì)照，加入濃硝酸10 mL，體積分?jǐn)?shù)30%過氧化氫2 mL搖勻，擰緊蓋塞，置于通風(fēng)櫥處過夜。將浸泡過夜的藥材置于100 ℃恒溫水浴鍋中預(yù)處理10 min后，取下冷卻，再補(bǔ)加2 mL濃硝酸，1 mL 體積分?jǐn)?shù)30%過氧化氫，加蓋，將消解罐放置在微波消解儀中消解，具體程序如表1所示。待消解完畢后冷卻15 min，將消解罐放入通風(fēng)處冷卻至常溫、常壓后開罐，將溶液倒入20 mL燒杯中，120 ℃控溫電熱板上加熱至無黃煙冒出，溶液呈無色透明，將消解后的溶液倒入50 mL容量瓶中，定容、備用?？瞻讓?duì)照樣品也用此方法制備，進(jìn)樣前用0.45 μm過濾器過濾樣品。

1.4.4 樣品分析

采用優(yōu)化的最佳實(shí)驗(yàn)條件，應(yīng)用ICP-OES方法對(duì)山麥冬塊根4個(gè)樣品無機(jī)元素分析測(cè)定，每份樣品平行3份，結(jié)果用平均值表示。

1.4.5含量計(jì)算

樣品中的無機(jī)元素含量計(jì)算公式：

ω=C×V/m,

式中ω為樣品中某無機(jī)元素的含量(μg/g)，C為樣品中某無機(jī)元素的濃度(mg/L)，V為所配樣品溶液的體積(mL)，m為樣品的質(zhì)量(g)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 線性方程、線性關(guān)系與檢出限的考察

按照1.2工作條件和1.4.2方法，分別測(cè)定12種元素標(biāo)準(zhǔn)品梯度溶液，檢測(cè)結(jié)果如表3所示，在線性范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，各元素的相關(guān)系數(shù)r2均在0.9994～0.9999之間。

測(cè)定檢出限時(shí)按1.3微波消解條件，在1.2工作條件以及1.4.3方法制備11個(gè)空白試液，按照與供試液完全相同參數(shù)下的同種方法測(cè)定，測(cè)定結(jié)果以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差為該元素的檢出限。

表3 線性范圍、回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限

2.2 精密度實(shí)驗(yàn)

按照1.2工作條件將標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)進(jìn)樣6次，12種元素含量的RSD值在0.75%～2.70%之間，表明儀器精密度良好。

2.3 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

精密稱取同一山麥冬樣品6份，每份約0.5000 g，精密稱定。按照1.4.3方法消解制備供試液，按照1.3微波消解條件及1.2工作條件檢測(cè)，每份進(jìn)樣3次，檢測(cè)結(jié)果的RSD值在0.79%～4.86%之間，說明該方法對(duì)山麥冬塊根中12種微量元素的測(cè)定均有很好的重現(xiàn)性。

2.4 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

取某一份山麥冬樣品提取液為供試液，分別在提取后0、1、2、4、24、48 h進(jìn)行含量測(cè)定，測(cè)定結(jié)果的RSD值在0.85%～4.63%之間，表明山麥冬樣品供試液中的12種微量元素在48 h內(nèi)穩(wěn)定。

2.5 加樣回收實(shí)驗(yàn)

精密稱取同一山麥冬樣品6份，各約0.5000 g。向6份樣品中分別加入K 2500 μg，Ca、P 500 μg，Na、Mg 200 μg,Fe、Al 50 μg，Sr、Zn、Cu、Mn 5 μg，Ba 1 μg標(biāo)準(zhǔn)品溶液，按照1.4.3方法制備供試液，依照1.3微波消解條件及1.4.3工作條件測(cè)定12種微量元素含量，計(jì)算加樣回收率，12種礦質(zhì)元素的加樣回收率在95.16%～104.54%之間，RSD值在1.15%～4.47%之間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 樣品加樣回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果(n=6)

續(xù)表

2.6 樣品中微量元素含量的檢測(cè)

按照1.4.3制備供試液的處理方法，1.3微波消解條件及1.2工作條件對(duì)4個(gè)不同地區(qū)山麥冬中無機(jī)元素含量的測(cè)定，每個(gè)樣品重復(fù)進(jìn)樣3次，結(jié)果見表5。

表5 山麥冬植物塊根及山麥冬藥材中微量元素含量測(cè)定結(jié)果(單位：μg/g)

注：1為留壩野生山麥冬塊根，2為留壩人工栽培山麥冬塊根。

由表5可以看出山麥冬植物塊根中含有豐富的無機(jī)元素，比較不同產(chǎn)地山麥冬植物塊根中常量元素的含量，K元素含量最為豐富，但各地樣品存在一定的差異。山麥冬植物塊根中常量元素的含量高低順序?yàn)镵、Ca(或P)、Na、Mg。微量元素含量比較結(jié)果顯示，F(xiàn)e、Al、Zn、Mn的平均含量較高，Sr、Cu、Ba的含量較低，Ni、V、Li元素未檢出。

湖北荊州產(chǎn)山麥冬藥材中檢出的無機(jī)元素種類與山麥冬植物塊根中的結(jié)果一致，其中K元素含量也很高，可達(dá)6253.94 μg/g，藥材塊根中常量元素的含量高低順序?yàn)镵﹥P﹥Ca﹥Na﹥Mg，微量元素的含量與山麥冬植物塊根相似。

3 結(jié) 論

山麥冬植物塊根中含有豐富的無機(jī)元素，其中常量元素的含量高低順序?yàn)镵﹥Ca(或P)﹥Na﹥Mg。微量元素含量比較結(jié)果顯示，F(xiàn)e、Al、Zn、Mn的平均含量較高，Sr、Cu、Ba的含量較低。未檢出4種微量元素Ni、V、Co、Li以及4種重金屬元素Pb、Cd、Cr、Hg。

Fe、Cu、Zn、Mg等微量元素已經(jīng)被確認(rèn)為與人類身體健康和生命活動(dòng)有關(guān)的必需礦質(zhì)元素，這些元素是酶和維生素不可缺少的激活劑，對(duì)維持生命有機(jī)體的正常代謝有重要作用[11]。Fe是組織代謝不可缺少的物質(zhì)，參與體內(nèi)多種反應(yīng)的催化，主要存在于血紅蛋白、肌紅蛋白和多種酶內(nèi)[11];Cu具有合成酶和活化血紅蛋白功能[12-13]；人體內(nèi)若長(zhǎng)期缺Mg有可能會(huì)導(dǎo)致染色體突變，使腫瘤細(xì)胞得以迅速增殖[14]；Zn參與多種酶的合成，缺Zn降低了有關(guān)酶的活性，從而影響人體生長(zhǎng)發(fā)育、免疫防衛(wèi)、生殖生育等生理功能[12]；Mn是多種酶的組成成分，在人的機(jī)體中以離子形式存在，可以合成維生素，參與人體糖和脂肪的代謝，凝血、生長(zhǎng)發(fā)育及內(nèi)分泌系統(tǒng)均與Mn的生物學(xué)有很大關(guān)系[11]。山麥冬塊根中豐富的無機(jī)元素與其藥用功能之間的關(guān)系還有待于進(jìn)一步探討。

與一般藥材中K高Na也高的情況不同，山麥冬植物塊根中為高K低Na，與麥冬植物塊根中所含K、Na比例相類似[15]，一般認(rèn)為高K低Na的比例符合健康的飲食標(biāo)準(zhǔn)[8]。

筆者采用濃硝酸-H2O2混合酸體系對(duì)山麥冬植物塊根樣品進(jìn)行高壓密封徹底消解，樣品溶液清澈無雜質(zhì)，操作簡(jiǎn)單、快速、省時(shí)。不同產(chǎn)地的山麥冬植物塊根中所含各無機(jī)元素在線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)r2為0.9994～0.9999，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD值為1.15%～4.47%，各元素的檢出限為0.0507～0.5040 μg/mL，加標(biāo)回收率為95.16%～104.54%。所建立的微波消解-ICP-OES分析測(cè)定方法重復(fù)性好、精密度高、結(jié)果可靠，實(shí)驗(yàn)無污染，藥品、化學(xué)試劑量都較少，且一次進(jìn)樣可以檢測(cè)多種無機(jī)元素，此法可作為山麥冬植物中無機(jī)元素含量分析的可靠方法，研究結(jié)果可為山麥冬植物的進(jìn)一步開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

致謝：本實(shí)驗(yàn)得到了陜西理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院陳小華老師、化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院岳余昌老師的幫助，在此衷心地表示感謝！

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[責(zé)任編輯：李 莉]

Determination of inorganic elements inLiriopespicataby microwave digestion-ICP-OES

WANG Xia, ZHAO Hua, YAN Rui

(School of Bioscience and Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723000, China)

HNO3-H2O2has been used with concentrated nitric acid system as digestion solvent and a full spectrum scan is used with the samples ofL.spicataby microwave digestion. The inductively coupled plasma emission spectrometry has been applied to determine the inorganic elements inL.spicata. The result shows that there are 12 inorganic elements inL.spicatawhich include Ca, Sr, Mn, Fe, Zn, P, Ba, Na, K, Cu, Al, Mg. All elements have a good linear relationship in the linear range, and ther2is between 0.9994～0.9999 and theRSDis between 1.15%～4.47%. The method detection limits for all inorganic elements are with a range of 0.0507～0.5040 μg/mL. The recovery rate of standard sample is from 95.16% to 104.54%. There are abundant inorganic elements in theL.spicata, including macronutrient elements like K, Ca, P, Na, Mg, as well as micronutrient elements such as Fe, Al, Zn, Mn, Sr, Cu, Ba. The Ni, V, Co, Li and heavy metals like Pb, Cd, Cr, Hg were not detected. The results of this study may provide a scientific basis for the further development and utilization aboutL.spicata.

Liriopespicata; inorganic elements; microwave digestion; inductively coupled plasma emission spectrometry

R284.1

A

2096-3998(2017)05-0074-07

2017-03-31

2017-06-05

陜西省科技廳科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目(2015KTTSSF01-02)；陜西理工學(xué)院研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(SLGYCX1615)

王霞(1990—)，女，陜西省安康市人，陜西理工大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)橹参镔Y源開發(fā)利用；[通信作者]趙樺(1957—)，男，陜西省漢中市人，陜西理工大學(xué)教授，碩士生導(dǎo)師，碩士，主要研究方向?yàn)樗幱弥参飳W(xué)。