（東阿阿膠股份有限公司，國家膠類中藥工程技術(shù)研究中心，山東聊城 252201）

基于ICP-MS對(duì)驢奶中無機(jī)元素分布特征的相關(guān)性分析和主成分分析

黃一凡，郭尚偉，段小波，王靜，郝向慧

（東阿阿膠股份有限公司，國家膠類中藥工程技術(shù)研究中心，山東聊城 252201）

通過ICP-MS(電感耦合等離子體質(zhì)譜)對(duì)驢奶中無機(jī)元素質(zhì)量濃度進(jìn)行測(cè)定，探討驢奶中無機(jī)元素間的相互關(guān)系，從無機(jī)元素角度對(duì)驢奶深層次開發(fā)提供理論依據(jù)。通過采用電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）對(duì)驢奶樣品中18種無機(jī)元素質(zhì)量濃度進(jìn)行全定量測(cè)定，運(yùn)用SPSS軟件和灰色關(guān)聯(lián)度軟件對(duì)元素質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性和主成分分析，分析元素之間關(guān)聯(lián)度。結(jié)果表明，Be、Mg、K、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ba、U、Co、Ni、As、Tl、Sr為驢奶中關(guān)鍵指標(biāo)元素，找出各關(guān)鍵元素與其相關(guān)性強(qiáng)的其他元素。對(duì)驢奶中的無機(jī)元素進(jìn)行質(zhì)量濃度測(cè)定，可從無機(jī)元素角度對(duì)驢奶的質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為驢奶資源的開發(fā)和利用提供一定的理論參考。

驢奶；無機(jī)元素；電感耦合等離子質(zhì)譜法；相關(guān)分析

0 引言

驢奶不僅有較高的營養(yǎng)價(jià)值，其藥用價(jià)值也比較廣泛?！侗静菥V目》中記載：“驢乳熱頻飲之可治氣郁，解小兒熱毒，不生痘疹”[1]，現(xiàn)代研究表明驢奶中富含許多免疫活性物質(zhì)和抗癌物質(zhì)[2]，同時(shí)能降血糖、降血脂、延緩衰老，具有美容功效。。

驢奶營養(yǎng)作用不僅與含有的有機(jī)營養(yǎng)成分關(guān)系密切，其作用的發(fā)揮也與無機(jī)元素的種類、質(zhì)量濃度及比例密切相關(guān)。目前對(duì)驢奶的研究主要集中在化學(xué)成分、保健及藥理藥效[3-5]等方面，對(duì)其中無機(jī)元素質(zhì)量濃度測(cè)定雖有研究[6-7]，但主要采用原子吸收分光光度法對(duì)少數(shù)幾種元素進(jìn)行質(zhì)量濃度測(cè)定，且多元素的同時(shí)檢測(cè)需要多種儀器的聯(lián)合使用才能實(shí)現(xiàn)，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，同時(shí)驢奶中許多元素屬于微量組分，傳統(tǒng)的分析方法已難以滿足測(cè)定靈敏度的要求。ICP-MS法樣品消解速度快，干擾小，靈敏度高，檢出限低[8]。通過采用多元素同時(shí)測(cè)定的ICP-MS法對(duì)驢奶中含有的18種無機(jī)元素進(jìn)行質(zhì)量濃度測(cè)定，并進(jìn)行相關(guān)性分析，為驢奶的深層次開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1儀器

電感耦合等離子質(zhì)譜（Thermo Fisher，iCAP Qc），微波消解儀（CEM），超純水儀（Mili-Q Plus），微量移液器（eppendorf），25 mL及100 mL容量瓶。

1.2試劑

硝酸（BV-Ⅲ級(jí)），實(shí)驗(yàn)室ICP-MS儀器專用級(jí)別純化水，混合標(biāo)準(zhǔn)品IV-ICPMS-71A(10 μg/mL，In?organic Ventures)，混合內(nèi)標(biāo)溶液IV-ICPMS-71D(10 μg/mL，Inorganic Ventures，Bi、In、Li6、Sc、Tb、Y)；調(diào)諧液（Ba、Bi、Ce、Co、In、Li、U質(zhì)量濃度為1.0 μg/L）；高純氬氣及氦氣；鮮驢奶（山東聊城東阿縣國家黑毛驢繁殖中心提供）。

2 方法

2.1供試品溶液的制備

精密量取各驢奶5 mL（1 ～5號(hào)驢奶分別取自5只不同驢，每個(gè)樣本平行制備3個(gè)平行樣，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)）置于干燥的聚四氟乙烯微波消解罐中，加入10 mL濃硝酸，蓋好消解罐并將其擰緊，置入微波消解儀中按照設(shè)定好的程序進(jìn)行微波消解，冷卻后將同一樣品的兩罐溶液合并，置于通風(fēng)廚內(nèi)揮酸，揮至1 mL左右，冷卻后將蒸發(fā)皿中液體轉(zhuǎn)移到25 mL容量瓶中，消解罐用超純水多次洗滌，定容，搖勻，即得供試品溶液。同樣方法做樣品空白，待測(cè)。

儀器工作條件及微波消解條件如表1和表2所示。

表1 儀器條件

表2 微波消解條件

2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：精密量取500 μL標(biāo)準(zhǔn)品溶液（10 μg/mL）置于10 mL容量瓶中，用2%HNO3稀釋定容，作為備用母液（500 μg/L）。標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：分別精密量取不同體積的母液進(jìn)行梯度稀釋配制出不同質(zhì)量濃度的（500.0，200.0，100.0，20.0，10.0，5.0，1.0，0.0 μg/L）多種元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

內(nèi)標(biāo)溶液配制：精密吸取100 μL內(nèi)標(biāo)溶液（質(zhì)量濃度10 μg/mL）置于100 mL容量瓶中，用體積分?jǐn)?shù)為2%的HNO3溶液將其稀釋至質(zhì)量濃度為10 μg/L作為內(nèi)標(biāo)溶液。

選用KED模式條件下對(duì)各元素進(jìn)行測(cè)定，各元素線性較好，各元素相關(guān)系數(shù)均大于0.99，符合2015年版中國藥典的要求，方法可行，各元素回歸方程如表3所示。

3 結(jié)果與分析

3.1驢奶樣品中無機(jī)元素的質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果

取驢奶樣品，按照“2.1”項(xiàng)下方法進(jìn)行供試品的制備，并在“2.2”儀器工作條件下對(duì)各供試品進(jìn)行質(zhì)量濃度測(cè)定，驢奶中各無機(jī)元素的質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果如表4所示。

3.2化學(xué)計(jì)量學(xué)分析

3.2.1 主成分分析[9-10]

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)具有可比性，并遵循正態(tài)分布（0，1）。運(yùn)用SPSS19.0軟件進(jìn)行主成分分析，通過對(duì)數(shù)據(jù)降維，以18個(gè)無機(jī)元素為變量，對(duì)其分析結(jié)果如表5和表6所示。由表5可以得出共提取出4個(gè)主成分（主成分的特征值大于1），且總方差100.000%的貢獻(xiàn)來自于這4個(gè)主成分，因此前4個(gè)主成分能解釋驢奶中無機(jī)元素100.000%的信息。

表6中因子載荷矩陣反映主成分與相關(guān)變量的相關(guān)系數(shù)，在主成分中各元素作用不同，所表現(xiàn)的重要程度不同。第1主成分與Mg、K、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ba、U高度相關(guān)（相關(guān)系數(shù)都大于0.7），第2主成分與Be、Co、Ni、As、Tl高度相關(guān)，第3主成分與Sr高度相關(guān)，由于總方差91.687%的貢獻(xiàn)來自于前3個(gè)主成分，因此Be、Mg、K、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ba、U、Co、Ni、As、Tl、Sr為驢奶中關(guān)鍵指標(biāo)元素，其綜合信息可以反映驢奶中無機(jī)元素的主要信息。

以各元素的質(zhì)量濃度為基礎(chǔ)，采用灰關(guān)聯(lián)度法尋找元素中彼此關(guān)聯(lián)度較高的元素。依據(jù)關(guān)聯(lián)度大小，確定其他元素對(duì)各元素的貢獻(xiàn)大小，以關(guān)聯(lián)度大于0.9為影響較大的元素。其中，對(duì)Be元素影響較大的元素為Cu、Zn、As；對(duì)Mg元素影響較大的元素為K、Ca、Co、Cu、Sr、Tl；對(duì)K元素影響較大的元素為Ca、Fe、Co、Tl；對(duì)Ca元素影響較大的元素為Co、Cu、Sr、Tl；對(duì)Mn元素影響較大的元素為Fe；對(duì)Fe元素影響較大的元素為Se；對(duì)Co元素影響較大的元素為Tl；對(duì)Cu元素影響較大的元素為Zn、As、Sr；對(duì)Zn元素影響較大的元素為Sr。

通過元素相關(guān)矩陣得出各元素之間的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)大于0.7為高度相關(guān)。其中，與Be有正相關(guān)的元素為Cu、Zn，負(fù)相關(guān)的為K、Ni；與Mg有正相關(guān)的元素為Cr，負(fù)相關(guān)的為V、Mn、Fe、U；與K有正相關(guān)的元素為Fe、Ni、U，負(fù)相關(guān)的為Cr、Cu、Zn；與Ca有正相關(guān)的元素為Co、Tl，負(fù)相關(guān)的為V、Mn；與V有正相關(guān)的元素為Mn、Ba、U，負(fù)相關(guān)的為Cr、Co；與Cr有負(fù)相關(guān)的元素為Mn、Fe、Se、U；與Mn有正相關(guān)的元素為Fe、Se、Ba、U；與Fe有正相關(guān)的元素為Ni、Se、U，負(fù)相關(guān)的為Zn；與Co有正相關(guān)的元素為Tl，負(fù)相關(guān)的為As；與Ni有正相關(guān)的元素為Tl；與Cu有正相關(guān)的元素為Zn；與Zn有負(fù)相關(guān)的元素為Ba、U；與Se有負(fù)相關(guān)的元素為Sr；與Ba有正相關(guān)的元素為U；

表3 各元素線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)

表4 驢奶中各無機(jī)元素質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果（n=3） μg/L

表5 主成分分析初始解對(duì)原有變量總體描述

表6 主成分變量初始因子載荷矩陣

綜上所述，綜合灰色關(guān)聯(lián)分析和相關(guān)分析，與Be關(guān)聯(lián)較大的為Cu、Zn、As、K、Ni；與Mg關(guān)聯(lián)較大的為K、Ca、Co、Cu、Sr、Tl、Cr、V、Mn、Fe、U；與K關(guān)聯(lián)較大的為Ca、Fe、Co、Tl、Ni、U、Cr、Cu、Zn；與Ca關(guān)聯(lián)較大的為Co、Cu、Sr、Tl、V、Mn；與V關(guān)聯(lián)較大的為Mn、Ba、U、Cr、Co；與Cr關(guān)聯(lián)較大的為Mn、Fe、Se、U；與Mn關(guān)聯(lián)較大的為Fe、Se、Ba、U；與Fe關(guān)聯(lián)較大的為Se、Ni、U、Zn；與Co關(guān)聯(lián)較大的為Tl、As；與Ni關(guān)聯(lián)較大的為Tl；與Cu關(guān)聯(lián)較大的為Zn、As、Sr；與Zn關(guān)聯(lián)較大的為Sr、Ba、U；與Se關(guān)聯(lián)較大的為Sr；與Ba關(guān)聯(lián)較大的為U。其中，具有正相關(guān)表明這些元素間具有相互協(xié)同、促進(jìn)吸收的關(guān)系，負(fù)相關(guān)關(guān)系反映出相關(guān)元素具有一定程度的相互拮抗和抑制的作用。

3.3驢奶無機(jī)元素指紋譜的建立

根據(jù)無機(jī)元素質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果，按照無機(jī)元素原子序號(hào)的順序繪制質(zhì)量濃度分布曲線，將5個(gè)驢奶樣品無機(jī)元素質(zhì)量濃度分布曲線繪制在一起，為便于在同一圖中同時(shí)呈現(xiàn)各元素，因此把質(zhì)量濃度相差懸殊的元素同時(shí)擴(kuò)大或縮小相同的倍數(shù)，使其數(shù)量級(jí)相同（U、V、Co、Ni、Tl擴(kuò)大100倍，Mn擴(kuò)大10倍，Mg縮小100倍，K縮小10 000倍，Ca縮小1 000倍，B、Sr縮小10倍），如圖1所示。

5個(gè)樣品的元素質(zhì)量濃度分布圖中基本具有相似的峰形，由于5個(gè)樣品都來自同一地區(qū)國家黑毛驢繁殖中心，其為道地阿膠的產(chǎn)地，因此該產(chǎn)地驢奶有一定代表性，本實(shí)驗(yàn)樣品數(shù)取樣較少，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究中需要增加其樣本數(shù)和產(chǎn)地，此無機(jī)元素質(zhì)量濃度分布曲線可初步與牛奶、馬奶等的無機(jī)元素指紋譜進(jìn)行區(qū)別。

表7 各元素之間的鄧氏關(guān)聯(lián)度

表8 各元素之間的相關(guān)矩陣

圖1 驢奶中無機(jī)元素質(zhì)量濃度分布

4 結(jié)果與討論

本實(shí)驗(yàn)通過采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法對(duì)驢奶中無機(jī)元素進(jìn)行研究，將無機(jī)元素作為整體，通過化學(xué)計(jì)量學(xué)中的主成分分析降維建立主成分模型，4個(gè)主成分即可全面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。Be、Mg、K、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ba、U、Co、Ni、As、Tl、Sr為驢奶中關(guān)鍵指標(biāo)元素，其綜合信息可以反映驢奶中無機(jī)元素的主要信息，同時(shí)建立無機(jī)元素指紋譜，為驢奶功效作用與微量元素提供理論基礎(chǔ)。其中，通過灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)合相關(guān)性分析找出各關(guān)鍵元素與其相關(guān)性強(qiáng)的其他元素，為探討微量元素與驢的健康狀況、驢奶的質(zhì)量息息相關(guān)性具有十分重要的意義。

樣品的前處理過程容易造成樣品的污染和損失，樣品的處理方法主要包括干法消化、濕法消解及微波消解。干法消化基體效應(yīng)高，容易對(duì)元素造成污染和揮發(fā)。濕法消解繁瑣、費(fèi)時(shí)，其中用到強(qiáng)氧化性酸如高氯酸，且在敞開的空間中容易對(duì)樣品造成污染。因此，實(shí)驗(yàn)用微波消解對(duì)樣品進(jìn)行快速處理，能有效的降低元素的損失，減少環(huán)境污染。

微量元素不僅是人體生長(zhǎng)發(fā)育必需的，而且是生命活動(dòng)中不可或缺的，Mn、Cu、Co等微量元素在核酸、蛋白質(zhì)、酶等中行使重要的生理功能，是人體新陳代謝必需的催化劑[11]。Mn是超氧化物歧化酶的主要組成部分，能保護(hù)機(jī)體，延緩衰老[12]。驢奶樣品中常量元素K、Ca、Mg元素質(zhì)量濃度都比較高，K可增強(qiáng)肌肉韌性和心臟動(dòng)力，降低血壓，減少心血管疾病的產(chǎn)生。Ca有消炎、消腫、抗過敏、解毒等作用[13]。Mg具有舒張血管而使血壓下降的作用，同時(shí)Ca、Mg對(duì)人體的生長(zhǎng)發(fā)育和生殖起重要作用。驢奶中Sr的質(zhì)量濃度較高，Sr是人體所必需的微量元素，其質(zhì)量濃度影響著骨骼形成和功能[14]。Se可通過谷胱甘肽過氧化物酶，將有毒的過氧化物還原為無害的羥基化合物，使細(xì)胞不受破壞，為人體微量元素中的“抗癌之王”[15]。Cu為血紅蛋白的活化劑，參與多種酶的代謝，影響能量代謝[16]。因此對(duì)驢奶中無機(jī)元素的質(zhì)量濃度進(jìn)行測(cè)定對(duì)于研究驢奶藥效有重要意義。

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Studies on correlation analysis and principal component analysis of inorganic el?ements based on ICP-MS in donkey milk

HUANG Yi-fan,GUO Shang-wei,DUAN Xiao-bo,WANG Jing，HAO Xiang-hui
（Dong-E E-Jiao Co.Ltd,National Engineering Technology Research Centerfor Glue of Traditional Medicine, Liaocheng 252201,China）

Objective:To study the change rule of inorganic elements by determining the inorganic elements in donkey milk based on ICP-MS.It provides theoretical basis for deep level development in donkey milk.Methods:The contents of 18 inorganic elements in donkey milk were determined by the means of ICP-MS,correlation analysis and principal component analysis were evaluated by SPSS and gray rele?vance analysis softwares.Results:Be,Mg,K,V,Cr,Mn,Fe,Zn,Se,Ba,U,Co,Ni,As,Tl and Sr were key indicator elements for donkey milk,and what's more,correlated elements of key elements were determined.Conclusion:The comprehensive evaluation of inorganic elements for don?key milk was established fromthe perspective of inorganic elements.It provides theory reference for development and utilization of donkey milk.

donkey milk;inorganic elements;ICP-MS;correlation analysis

TS252.59

A

1001-2230（2016）11-0012-05

2016-05-16

黃一凡（1990-），女，碩士，從事中藥新藥及標(biāo)準(zhǔn)研究。

郭尚偉