ICP-MS法測定山藥、山藥皮和零余子中19種無機元素含量

馬蕊，楊珂，楊惠辛，陳隨清

（河南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，河南鄭州450046）

ICP-MS法測定山藥、山藥皮和零余子中19種無機元素含量

馬蕊，楊珂，楊惠辛，陳隨清*

（河南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，河南鄭州450046）

建立山藥、山藥皮和零余子中無機元素的電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）分析方法，并對其中無機元素進行分析比較。樣品經(jīng)微波消解后，采用ICP-MS法測定山藥、山藥皮和零余子中無機元素的含量，并用SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進行方差分析。山藥、山藥皮和零余子中含量較高的無機元素為 K、P、Mg、Fe、Al、Zn；其中重金屬元素 Pb、Cd、As、Hg、Cu 均符合限量標準；方差分析表明山藥皮中大多數(shù)無機元素與山藥和零余子具有極顯著性差異，而山藥與零余子之間是顯著性差異。山藥皮和零余子與山藥一樣具有很高的營養(yǎng)價值，在生產(chǎn)過程中具有很好的開發(fā)價值和應(yīng)用前景。

山藥；山藥皮；零余子；電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）；無機元素

山藥為藥食兼用的中藥材，為薯蕷科植物薯蕷（Dioscorea opposita Thunb.）的根莖除去外皮的干燥品，加工山藥時除去的外皮為“山藥皮”，零余子是著生在地上莖蔓葉腋間的珠芽，俗稱“山藥豆”或“山藥蛋”。山藥具有補脾養(yǎng)胃，生津益肺，補腎澀精的功效。用于脾虛食少，久瀉不止，肺虛喘咳，腎虛遺精，帶下，尿頻，虛熱消渴[1]。山藥是具有滋補作用的上等藥材，同時又是具有很高營養(yǎng)價值的佳肴[2]，憑借著其藥食同源，且平補三焦的特點已經(jīng)成為人們餐桌上的必備美食。

現(xiàn)代藥理研究表明，山藥、山藥皮和零余子具有降血糖、降血脂、抗氧化、延緩衰老、調(diào)節(jié)免疫、抗突變、改善血液循環(huán)、降低膽固醇等作用[3-6]，其藥效成分除多糖類[7-8]、黃酮類[3]、蛋白質(zhì)與氨基酸類[9-10]、甾體皂苷類[11-12]等有機物外，無機元素對藥效發(fā)揮的協(xié)同作用也不容忽視，同時山藥中含有的無機元素也是其重要營養(yǎng)元素。

無機元素的測定方法主要有紫外-可見分光光度法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、原子發(fā)射光譜法、分子熒光法和電感耦合等離子質(zhì)譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS），其中，ICP-MS具有靈敏度高、檢出限低、掃描速度快，可同時測定多種元素等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品和藥品等領(lǐng)域的多元素同時分析測定[13-14]。目前對山藥的研究多集中在山藥多糖、淀粉等有機成分分析方面，對無機元素研究尚少。本試驗采用ICP-MS法對山藥、山藥皮和零余子中19種無機元素含量進行測定，找到其藥效與無機元素間的相關(guān)性，并為其中的礦物質(zhì)營養(yǎng)元素提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器

iCAP Qc電感耦合等離子體質(zhì)譜：賽默飛世爾科技有限公司；EHD-40趕酸儀、MARS 6微波消解儀：美國培安公司；BSA124S-CW萬分之一天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；Milli-Q Academic A10超純水機：美國Millipore公司。

1.2 試劑

硝酸（70%，BV-Ⅲ）：北京化學(xué)試劑研究所；過氧化氫（30%，優(yōu)級純）：天津市致遠化學(xué)試劑有限公司；Al（GBS 04-1713-2004）、As（GBS 04-1714-2004）、Ba（GBS 04-1717-2004）、Ca （GBS 04-1720-2004）、Cd（GBS 04-1721-2004）、Co （GBS 04-1722-2004）、Cr（GBS 04-1723-2004）、Cu （GSB 04-1725-2004）、Fe（GBS 04-1726-2004）、Hg （GBS 04-1729-2004）、In（GBS 04-1731-2004）、K （GBS 04-1733-2004）、Au（GSB 04-1734-2004）、Mg （GBS 04-1735-2004）、Mn（GBS 04-1736-2004）、Ni（GBS 04-1740-2004）、P（GBS 04-1741-2004）、Pb（GBS 04-1742-2004）、Se（GBS 04-1751-2004）、Ti（GBS 04-1757-2004）、Sr（GBS 04-1754-2004）、Sc（GBS 04-1750-2004）、Ge（GBS 04-1728-2004）、Bi（GBS 04-1719-2004）單元素標準溶液（1 000 μg/mL）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.3 試驗樣品

本次試驗樣品均采自河南焦作，經(jīng)河南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院陳隨清教授鑒定為薯蕷科植物薯蕷（Dioscorea opposita Thunb.）。山藥、零余子均平行采樣3批，山藥皮來自對應(yīng)編號的新鮮山藥的外皮，如樣品P1是樣品S1的外皮。樣品信息見表1。

表1 山藥樣品采集信息Table 1 Yam sample collection information

1.4 方法

1.4.1 樣品前處理

將采集到的新鮮山藥切去根頭，洗凈，除去外皮和須根，趁鮮切片，放入烘箱中80℃烘10 h；外皮也放入烘箱80℃烘10 h；零余子干燥前先將其切碎，再放入烘箱80℃烘10 h。干燥后的樣品粉碎，過三號篩，備用。

1.4.2 樣品消解

供試品溶液的制備：精密稱取樣品粉末0.2 g，置聚四氟乙烯消解管中，加入硝酸6 mL和過氧化氫2 mL，蓋好內(nèi)蓋，旋松外蓋，放置過夜。

預(yù)消解：將旋松外蓋的消解管放入趕酸儀中105℃預(yù)消解15 min，冷卻至室溫。

微波消解：旋緊外蓋，將消解管放入電熱套中，放置至微波消解儀內(nèi)，按消解程序進行消解（樣品消解程序見表2），消解完畢，將消解管從電熱套中取出，將蓋子打開，待黃色煙霧散盡后，將消解液全部轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用超純水定容至刻度，搖勻，過0.22 μm微孔濾膜，即得（用作第一和第二組元素測定）。同時同法制備試劑空白溶液。

表2 微波消解儀工作條件Table 2 Working parameters of microwave digestion

由于一些常量元素在樣品中含量較高，所以制備相應(yīng)的稀釋后的樣品以更好的適用儀器條件。用移液槍另取5 mL上步溶液系列至100 mL容量瓶中，用超純水定容至刻度。過0.22 μm微孔濾膜，即得（用作第三組元素測定）。同時同法稀釋試劑空白溶液。

1.4.3 標準溶液配制

第一組標準溶液：Ni、Zn、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Mn、Ba、Co、Sr、Se、Ti、Fe、Al混合標準溶液的配制（重量法）取各單元素標準溶液10 μL于100 mL塑料瓶中，用2%硝酸定容至100 g，混勻，即得濃度為100 μg/L混合標準溶液，然后用2%硝酸依次稀釋為100、50、10、5、1 μg/L 的標準系列。

第二組標準溶液：Hg單元素標準溶液的配制（重量法）：取單元素標準溶液Au 1 mL和Hg 5 μL于50 mL容量瓶中，用2%硝酸定容至50 g，混勻，即得濃度為100 μg/L的Hg標準溶液，然后用2%硝酸依次稀釋為2、1、0.5、0.1、0.05 μg/L 的標準系列。

第三組標準溶液：K、Mg、P混合標準溶液的配制（重量法）取各單元素標準溶液30 μL于100 mL塑料瓶中，用2%硝酸定容至100 g，混勻，即得濃度為300 μg/L的混合標準溶液，然后用2%硝酸依次稀釋為 300、200、150、100、50、20 、10 μg/L 的標準系列。

內(nèi)標溶液：Ge、Bi、In、Sc、Rh 混合內(nèi)標溶液的配制（重量法），取各單元素標準溶液2 μL于100 mL塑料瓶中，用2%硝酸定容至100 g，混勻，即得濃度為20 μg/L的混合內(nèi)標溶液，然后用2%硝酸稀釋為10 μg/L。

1.4.4 ICP-MS儀器工作條件

使用調(diào)諧液調(diào)試儀器，工作參數(shù)由儀器自動調(diào)諧優(yōu)化給出，儀器的靈敏度和分辨率均達到最佳狀態(tài)，滿足儀器的測定要求。具體儀器參數(shù)如下：等離子體RF功率1 550 W，載氣流速0.8 L/min，霧化器流速1.122 9 L/min，霧化室溫度2.7℃，分析時間：0.6 s，測量次數(shù)：3次，掃描方式：跳峰，測量模式：低濃度使用標準（Standard，STD）模式，高濃度使用動能歧視（Kinetic Energy Discrimination，KED）模式。

在上述ICP-MS工作參數(shù)條件下，依次對混合標準系列溶液、試劑空白和樣品溶液分別進行測定，由ICP-MS工作站軟件分析數(shù)據(jù)，儀器自動繪制出各個元素的標準曲線，并計算出樣品中各對應(yīng)元素的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法學(xué)考察

2.1.1 線性關(guān)系

取適量上述配制的梯度濃度的標準溶液，在1.4.4項下ICP-MS工作參數(shù)條件下進行測定，計算線性回歸方程。待測元素回歸方程及相關(guān)系數(shù)等見表3。

表3 分析方法相關(guān)參數(shù)測定結(jié)果Table 3 Results of parameters for performance of the proposed method

測定8份空白樣品溶液，以其響應(yīng)值的3倍所對應(yīng)的元素濃度作為檢測限。

2.1.2 重復(fù)性試驗

選取同一供試品0.2 g，稱取6份平行樣，使用與供試品相同的處理方法處理樣品，測得各元素含量結(jié)果，并計算RSD值，測得各元素RSD值均小于5%。

2.1.3 精密度試驗

Ni、Zn、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Mn、Ba、Co、Sr、Se、Ti、Fe、Al、K、Mg、P 標液選取 50 μg/L 濃度，Hg單標選取 2 μg/L濃度，標液進樣6次，測得此混合標液中各元素的含量，并計算RSD值，RSD值均小于5%。

2.1.4 加樣回收試驗

根據(jù)已測得樣品中各元素含量值，計算0.1 g樣品中其含量多少，分別加入其相同含量的80%、100%、120%標準溶液，即分為高、中、低3組樣品，每組樣品做3組平行試驗，使用與供試品相同的處理方法處理樣品，計算得到各元素的平均回收率在80%～120%，RSD均小于10%。

2.2 測定結(jié)果

分別取9個樣品粉末，按照1.4.2項下的試驗方法進行消解制備供試品溶液，按照1.4.4項下儀器工作條件測定樣品中元素含量，測量結(jié)果見表4。

表4 樣品分析結(jié)果Table 4 Analytical results for samples mg/kg

分析測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樣品中濃度較高的是K、P、Mg、Fe、Al、Zn，其中 K 的含量最高，在山藥皮中 K 含量高達31 889.89 mg/kg，在山藥中高達22 188.44 mg/kg，在零余子中高達18 623.44 mg/kg，其次是P的含量較高，在山藥皮、零余子和山藥中的含量依次為100615.95、2 739.01、2 314.20 mg/kg，之后依次是 Mg、Fe、Al、Zn 的含量在樣品中測得的含量較高；Sr、Cr、Ti、Mn、Ni、Ba、Co、Se的含量較低，雖然這些元素含量較低，但是在樣品中的平均含量差別較大，例如Sr在山藥、山藥皮和零余子中的平均含量為20.64 mg/kg，在Se中的平均含量為0.13 mg/kg，或許這些元素間的差異性是山藥與其他補益類食材的差別所在[15]；其中對重金屬元素Pb、Cd、As、Hg、Cu 等進行分析顯示，山藥、山藥皮和零余子中的這5種元素均符合2004年頒布的《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》（WM/T2-2004），Pb≤5.0 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg，As≤2.0 mg/kg，Hg≤0.2 mg/kg，Cu≤20 mg/kg。

測定的19個元素中，除了Cr、Hg、Pb這3個元素在山藥、山藥皮和零余子中含量差別不大，其他元素都是在山藥皮中含量最高，說明山藥皮中無機元素的含量整體較山藥和零余子中的高，也初步判斷Cr、Hg、Pb這3個元素不是造成樣品間差異的特征性元素；山藥、山藥皮和零余子中均是K含量最高，其次是P和Mg，表明山藥的功效與這些元素有著密不可分的聯(lián)系。

2.3 樣品無機元素間方差分析

應(yīng)用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件對樣品中19種無機元素的數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，并運用字母標記法進行標記，具體結(jié)果見表5。

表5 方差分析結(jié)果Table 5 Analysis of variance results mg/kg

從表5中可以看出，含量較高的Mg和K均是山藥皮與山藥及零余子之間有極顯著性差異，山藥與零余子之間是顯著性差異，推測是山藥皮中Mg和K的含量比山藥和零余子中含量高的較多，導(dǎo)致極顯著性差異，而山藥比零余子含量高的不是很多，所以是顯著性差異，其次還有Ti和Se也是山藥皮與山藥及零余子之間有極顯著性差異，山藥與零余子之間是顯著性差異；其中 Al、Fe、Co、Sr、Ba 這些元素均是山藥皮與山藥及零余子之間有極顯著性差異，但是山藥與零余子之間沒有顯著性差異，可以作為區(qū)分山藥皮和其他兩個樣品間的特征元素；Mn元素在山藥與山藥皮之間是顯著性差異，與零余子沒有差異，山藥皮與零余子是極顯著性差異，可以作為區(qū)分3種不同樣品的特征性元素；山藥、山藥皮和零余子中在19種元素中有7 種元素不具有顯著性差異，分別是 P、Zn、Cu、Cr、Ni、Pb、Hg，其中P含量較高，但是樣品之間沒有顯著性差異，說明P可能是其樣品的原植物薯蕷的特征性元素。

3 結(jié)論與討論

本試驗采用ICP-MS法分析山藥、山藥皮和零余子中19種無機元素的含量。分析結(jié)果顯示，樣品中常量元素以 K、P、Mg、Fe、Al等較為豐富，微量元素以Zn、Cr、Mn、Sr、Ni、Co、Se 量較為豐富。其中 K 能加強肌肉的韌性和心臟的運動力，促進蛋白質(zhì)、碳水化合物和熱能代謝，是機體中重要的電解質(zhì)[13]；Fe最重要的生理學(xué)作用是參與氧的運輸和造血過程，是血紅蛋白、肌紅蛋白、細胞色素以及部分呼吸酶的必備組成部分[14]；Zn參與人體代謝，影響大腦發(fā)育，對維持人體生長發(fā)育及免疫健康起著重要作用[13]；Cr是葡萄糖耐受量因子的主要活性成分，協(xié)助或增強胰島素在體內(nèi)的作用，是某些酶的活化劑[16]；Mn在一定劑量下可刺激免疫細胞增殖，從而增強細胞免疫功能；Sr維護骨骼健康，預(yù)防高血壓及心血管疾病，刺激神經(jīng)肌肉的興奮，為人體骨骼及牙齒的正常組成部分，在人體內(nèi)可以維護骨骼牙齒健康，強壯骨骼[17]；Se可延緩人體衰老，防治癌癥、心血管病、肝壞死、溶血性貧血、克山病及大骨節(jié)病等，還可提高人的視力[18]。同時羅炳鏘等[19]對中藥微量元素的作用進行分析，發(fā)現(xiàn)腎精以Mn、Zn為物質(zhì)基礎(chǔ)，具有補腎益精、滋陰潛陽的功效，這與山藥的功效也相一致；鄧家剛等[20]對20種活血化瘀藥中14種無機元素進行測定，發(fā)現(xiàn)K和Mg對平性藥和非平性藥的影響最大，而山藥屬于平性藥的范圍，其中K和Mg的含量都是最高的；吳茂江[21]發(fā)現(xiàn) Co、Cu、Mn、Zn 有協(xié)同作用，可促進生長發(fā)育。

綜合上述元素所表現(xiàn)出的生理功能與相關(guān)文獻報道的不同無機元素之間協(xié)同作用表現(xiàn)出的功效，這與山藥、山藥皮和零余子具有降血糖、降血脂、抗氧化、延緩衰老、調(diào)節(jié)免疫、抗突變、改善血液循環(huán)、降低膽固醇作用相一致，因此可認為樣品中所含有的這些無機元素為其功效物質(zhì)基礎(chǔ)之一，且這些元素在山藥、山藥皮和零余子中起著協(xié)同作用。

本試驗建立了ICP-MS法同時分析山藥、山藥皮和零余子中19種無機元素含量的方法，對這3種不同部位進行比較分析，表明山藥、山藥皮和零余子中均含有豐富的無機元素，具有豐富的營養(yǎng)價值，并對測定結(jié)果進行方差分析，表明山藥皮中無機元素較山藥和零余子含量豐富，且大多數(shù)元素與山藥和山藥豆具有顯著性差異，山藥與山藥豆也具有顯著性差異，但是與山藥皮相比無機元素含量較接近。綜合分析對比，可以得出結(jié)論，山藥皮和零余子是與山藥具有一樣營養(yǎng)價值的部分，在生產(chǎn)過程中具有很好的開發(fā)價值和應(yīng)用前景。

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Determination of 19 Inorganic Elements in Yam，Yam Peel and Yam Bulbils by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

MA Rui，YANG Ke，YANG Hui-xin，CHEN Sui-qing*
（School of Pharmacy，Henan University of Chinese Medicine，Zhengzhou 450046，Henan，China）

To establish a method for simultaneous analysis on the inorganic elements in yam，yam peel，and yam bulbils by ICP-MS（inductively coupled plasma mass spectrometry）and compare the inorganic elements in yam，yam peel，and yam bulbils.The sample solutions were analyzed by ICP-MS after microwave digestion.The datas of variance analysis were analyzed with the SPSS 20.0 software.The inorganic elements with high content of yam，yam peel，and yam bulbils were K，P，Mg，F(xiàn)e，Al，Zn；the heavy metal elements Pb，Cd，As，Hg，Cu meet the limit standard.The variance analysis showed that most of the inorganic elements in the yam peel were very significantly different from those of yam and yam bulbils，and there was a significant difference between yam and yam bulbils.The yam peel and the yam bulbils have the same high nutritional value as the yam，and have good development value and application prospect in the production process.

yam；yam peel；yam bulbils；ICP-MS（inductively coupled plasma massspectrometry）；inorganic elements

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.24.028

河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究（162300410089）

馬蕊（1992—），女（漢），碩士研究生，研究方向：中藥材規(guī)范化種植及質(zhì)量評價研究。

*通信作者：陳隨清（1965—），男（漢），教授，博士，研究方向：中藥材規(guī)范化種植及質(zhì)量評價研究。

2017-08-21