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(cè)定山藥、山藥皮和零余子中19種無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)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(duì)其中無(wú)機(jī)元素進(jìn)行分析比較。樣品經(jīng)微波消解后，采用ICP-MS法測(cè)定山藥、山藥皮和零余子中無(wú)機(jī)元素的含量，并用SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。山藥、山藥皮和零余子中含量較高的無(wú)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)；方差分析表明山藥皮中大多數(shù)無(wú)機(jī)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值，在生產(chǎn)過(guò)程中具有很好的開(kāi)發(fā)價(jià)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(wú)機(jī)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(shí)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(bǔ)脾養(yǎng)胃，生津益肺，補(bǔ)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(bǔ)作用的上等藥材，同時(shí)又是具有很高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的佳肴[2]，憑借著其藥食同源，且平補(bǔ)三焦的特點(diǎn)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(jī)物外，無(wú)機(jī)元素對(duì)藥效發(fā)揮的協(xié)同作用也不容忽視，同時(shí)山藥中含有的無(wú)機(jī)元素也是其重要營(yíng)養(yǎng)元素。

無(wú)機(jī)元素的測(cè)定方法主要有紫外-可見(jiàn)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(shí)測(cè)定多種元素等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品和藥品等領(lǐng)域的多元素同時(shí)分析測(cè)定[13-14]。目前對(duì)山藥的研究多集中在山藥多糖、淀粉等有機(jī)成分分析方面，對(duì)無(wú)機(jī)元素研究尚少。本試驗(yàn)采用ICP-MS法對(duì)山藥、山藥皮和零余子中19種無(wú)機(jī)元素含量進(jìn)行測(cè)定，找到其藥效與無(wú)機(jī)元素間的相關(guān)性，并為其中的礦物質(zhì)營(yíng)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(guó)培安公司；BSA124S-CW萬(wàn)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(jī)：美國(guó)Millipore公司。

1.2 試劑

硝酸（70%，BV-Ⅲ）：北京化學(xué)試劑研究所；過(guò)氧化氫（30%，優(yōu)級(jí)純）：天津市致遠(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/mL）：國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。

1.3 試驗(yàn)樣品

本次試驗(yàn)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(lái)自對(duì)應(yīng)編號(hào)的新鮮山藥的外皮，如樣品P1是樣品S1的外皮。樣品信息見(jiàn)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(guò)三號(hào)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(guò)氧化氫2 mL，蓋好內(nèi)蓋，旋松外蓋，放置過(guò)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(jìn)行消解（樣品消解程序見(jiàn)表2），消解完畢，將消解管從電熱套中取出，將蓋子打開(kāi)，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(guò)0.22 μm微孔濾膜，即得（用作第一和第二組元素測(cè)定）。同時(shí)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(guò)0.22 μm微孔濾膜，即得（用作第三組元素測(cè)定）。同時(shí)同法稀釋試劑空白溶液。

1.4.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

第一組標(biāo)準(zhǔn)溶液：Ni、Zn、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Mn、Ba、Co、Sr、Se、Ti、Fe、Al混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制（重量法）取各單元素標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液，然后用2%硝酸依次稀釋為100、50、10、5、1 μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)系列。

第二組標(biāo)準(zhǔn)溶液：Hg單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制（重量法）：取單元素標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)系列。

第三組標(biāo)準(zhǔn)溶液：K、Mg、P混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制（重量法）取各單元素標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液，然后用2%硝酸依次稀釋為 300、200、150、100、50、20 、10 μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)系列。

內(nèi)標(biāo)溶液：Ge、Bi、In、Sc、Rh 混合內(nèi)標(biāo)溶液的配制（重量法），取各單元素標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(dòng)調(diào)諧優(yōu)化給出，儀器的靈敏度和分辨率均達(dá)到最佳狀態(tài)，滿足儀器的測(cè)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(shí)間：0.6 s，測(cè)量次數(shù)：3次，掃描方式：跳峰，測(cè)量模式：低濃度使用標(biāo)準(zhǔn)（Standard，STD）模式，高濃度使用動(dòng)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(duì)混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液、試劑空白和樣品溶液分別進(jìn)行測(cè)定，由ICP-MS工作站軟件分析數(shù)據(jù)，儀器自動(dòng)繪制出各個(gè)元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，并計(jì)算出樣品中各對(duì)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(biāo)準(zhǔn)溶液，在1.4.4項(xiàng)下ICP-MS工作參數(shù)條件下進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算線性回歸方程。待測(cè)元素回歸方程及相關(guān)系數(shù)等見(jiàn)表3。

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

測(cè)定8份空白樣品溶液，以其響應(yīng)值的3倍所對(duì)應(yīng)的元素濃度作為檢測(cè)限。

2.1.2 重復(fù)性試驗(yàn)

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(cè)得各元素含量結(jié)果，并計(jì)算RSD值，測(cè)得各元素RSD值均小于5%。

2.1.3 精密度試驗(yàn)

Ni、Zn、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Mn、Ba、Co、Sr、Se、Ti、Fe、Al、K、Mg、P 標(biāo)液選取 50 μg/L 濃度，Hg單標(biāo)選取 2 μg/L濃度，標(biāo)液進(jìn)樣6次，測(cè)得此混合標(biāo)液中各元素的含量，并計(jì)算RSD值，RSD值均小于5%。

2.1.4 加樣回收試驗(yàn)

根據(jù)已測(cè)得樣品中各元素含量值，計(jì)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(biāo)準(zhǔn)溶液，即分為高、中、低3組樣品，每組樣品做3組平行試驗(yàn)，使用與供試品相同的處理方法處理樣品，計(jì)算得到各元素的平均回收率在80%～120%，RSD均小于10%。

2.2 測(cè)定結(jié)果

分別取9個(gè)樣品粉末，按照1.4.2項(xiàng)下的試驗(yàn)方法進(jìn)行消解制備供試品溶液，按照1.4.4項(xiàng)下儀器工作條件測(cè)定樣品中元素含量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4。

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

分析測(cè)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(dá)31 889.89 mg/kg，在山藥中高達(dá)22 188.44 mg/kg，在零余子中高達(dá)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(cè)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(bǔ)益類食材的差別所在[15]；其中對(duì)重金屬元素Pb、Cd、As、Hg、Cu 等進(jìn)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(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（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(cè)定的19個(gè)元素中，除了Cr、Hg、Pb這3個(gè)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(shuō)明山藥皮中無(wú)機(jī)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(gè)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(wú)機(jī)元素間方差分析

應(yīng)用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)樣品中19種無(wú)機(jī)元素的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，并運(yùn)用字母標(biāo)記法進(jìn)行標(biāo)記，具體結(jié)果見(jiàn)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(cè)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(méi)有顯著性差異，可以作為區(qū)分山藥皮和其他兩個(gè)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(méi)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(méi)有顯著性差異，說(shuō)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(yàn)采用ICP-MS法分析山藥、山藥皮和零余子中19種無(wú)機(jī)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(qiáng)肌肉的韌性和心臟的運(yùn)動(dòng)力，促進(jìn)蛋白質(zhì)、碳水化合物和熱能代謝，是機(jī)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(yùn)輸和造血過(guò)程，是血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)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(duì)維持人體生長(zhǎng)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(qiáng)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(xì)胞增殖，從而增強(qiáng)細(xì)胞免疫功能；Sr維護(hù)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(hù)骨骼牙齒健康，強(qiáng)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(shí)羅炳鏘等[19]對(duì)中藥微量元素的作用進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)腎精以Mn、Zn為物質(zhì)基礎(chǔ)，具有補(bǔ)腎益精、滋陰潛陽(yáng)的功效，這與山藥的功效也相一致；鄧家剛等[20]對(duì)20種活血化瘀藥中14種無(wú)機(jī)元素進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)K和Mg對(duì)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(jìn)生長(zhǎng)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(xiàn)報(bào)道的不同無(wú)機(jī)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(rèn)為樣品中所含有的這些無(wú)機(jī)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(yàn)建立了ICP-MS法同時(shí)分析山藥、山藥皮和零余子中19種無(wú)機(jī)元素含量的方法，對(duì)這3種不同部位進(jìn)行比較分析，表明山藥、山藥皮和零余子中均含有豐富的無(wú)機(jī)元素，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行方差分析，表明山藥皮中無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)元素含量較接近。綜合分析對(duì)比，可以得出結(jié)論，山藥皮和零余子是與山藥具有一樣營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的部分，在生產(chǎn)過(guò)程中具有很好的開(kāi)發(fā)價(jià)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)研究。

2017-08-21