微波消解-ICP-OES法测定山麦冬中无机元素

王 霞， 赵 桦， 闫 蕊

(陕西理工大学 生物科学与工程学院， 陕西 汉中 723000)

微波消解-ICP-OES法测定山麦冬中无机元素

王 霞， 赵 桦， 闫 蕊

(陕西理工大学 生物科学与工程学院， 陕西 汉中 723000)

采用浓HNO3-H2O2混合酸体系作为消解剂进行微波消解，以电感耦合等离子体发射光谱法对不同地区山麦冬块根中无机元素含量进行测定分析。结果表明：不同产地的山麦冬块根中所含12种元素在其线性范围内线性关系良好，r2为0.9994～0.9999，RSD为1.15%～4.47%，各元素的检出限为0.0507～0.5040 μg/mL，加标回收率为95.16%～104.54%。所测山麦冬样品中含有丰富的无机元素，其中有5种常量元素K、Ca、P、Na、Mg，7种微量元素Fe、Al、Zn、Mn、Sr、Cu、Ba。微量元素Ni、V、Co、Li及重金属元素Pb、Cd、Cr、Hg未检测出。山麦冬植物块根中无机元素的种类及含量积累规律与山麦冬药材中的情况基本一致。研究结果为山麦冬植物资源的开发利用提供了一定的科学依据。

山麦冬； 无机元素； 微波消解； 电感耦合等离子体发射光谱

山麦冬(Liriopespicata)为百合科(Liliaceae)沿阶草族(Ophiopogoneae)山麦冬属(LiriopeLour.)植物，主要分布在我国东北、内蒙古、青海、新疆、西藏以及秦岭以南各省区[1]。山麦冬最初记载于《神农本草经》中，历代本草均有记载[2]。块根具有很好的药用价值，有生津、润肺、清心功效，主治肺燥干咳、阴虚痨咳、喉痹咽痛、津伤口渴、内热消渴、心烦失眠、肠燥便秘等症[3]。现代研究发现山麦冬在心血管、免疫系统疾病等方面都有较好的治疗作用[2]。近年来，研究者们对山麦冬的化学成分及药理作用进行了一些研究[4]。然而，对山麦冬块根中无机元素含量的测定迄今尚未见报道。

运用微波消解处理样品，具有快速、完全、污染小、操作简单等特点，电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)法具有精密度高、线性范围宽、结果可靠、可快速同时分析多种元素的优势，已广泛用于中药材无机元素的分析研究[5-10]。本文利用微波消解法对样品进行前处理，应用ICP-OES法对不同产区山麦冬块根中微量元素组分进行定性、定量分析，为山麦冬药用价值的进一步开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验所用山麦冬(L.spicata(Thunb.)Lour.)块根样品分别采自陕西省安康市香溪洞野生植株、陕西省汉中留坝紫柏山野生植株(留坝1)和栽培植株(留坝2)，湖北荆州产山麦冬药材购自汉中市药材市场。实验材料经陕西理工大学生物科学与工程学院杨培君教授鉴定为百合科山麦冬属山麦冬。

浓HNO3，分析纯，西陇化工股份有限公司，批号160429；体积分数30%过氧化氢，分析纯，天津市百世化工有限公司，批号2016526；Ca、Sr、Mn、Fe、Zn、P、Ba、Na、K、Cu、Al、Mg标准品溶液(1000 μg/mL，钢研纳克检测技术有限公司)，自制超纯水(电阻率：18.00 MΩ/cm)。

PerkinElmer Optima8000电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国PerkinElmer公司)；MARS6微波消解仪(美国CEM公司)；AB204-S电子分析天平(瑞士Metter Toledo公司)；UPH-II-10T优普超纯水机(成都优普净化科技有限公司)，FW-177型中药粉碎机。

1.2 ICP-OES工作条件

ICP-OES工作参数为：射频功率1300 W，等离子体气体流量15 L/min，辅助气体流量0.2 L/min，雾化器气体流量0.55 L/min，泵进样量1.5 mL/min。

1.3 微波消解条件

经过多次实验，确定出最佳微波消解条件，具体见表1所示。

表1 微波消解程序

1.4 实验方法

1.4.1 元素及分析波长的选择

由于未知样品微量元素组分复杂，对山麦冬植物及药材样品进行定量分析时，所需测定元素种类难以确定，本实验使用ICP-OES的定性分析功能，对待测样品中测定项目进行确定。每个元素的测定可以同时选择多条特征谱线，实验中使用的仪器Optime8000对每个测定元素选取3条谱线，当3条谱线都有相应强度时，即可确定该元素为待检测元素。利用ICP-OES的定性分析功能进行全扫描，检测出了Ca、Sr、Mn、Fe等12种矿质元素，而4种微量元素Ni、V、Co、Li以及4种重金属元素Pb、Cd、Cr、Hg未检测出。

在仪器工作最佳条件下，测定已知浓度标准溶液，综合考虑谱线灵敏度、信噪比、峰型、发射强度等因素，选择共存元素谱线干扰小、灵敏度高、信噪比低和发射强度适宜的谱线波长，如表2所示。

表2 元素及分析波长

1.4.2 标准溶液的配制

将Ca、Sr、Mn、Fe、Zn、P、Ba、Na、K、Cu、Al、Mg各元素的原始标准品溶液浓度为1000 μg/mL 的单标作为贮备液，量取体积分数10%硝酸逐级稀释成Ca、Fe、Na、K、Mg的浓度依次为0、1、5、50 μg/mL；Mn、P的浓度依次为0、0.4、2、20 μg/mL；Cu、Al的浓度依次为0、0.2、1、10 μg/mL；Sr、Zn、Ba浓度依次为0、0.1、0.5、5 μg/mL，分别置于100 mL容量瓶中，用超纯水定容。

1.4.3 样品前处理

将实验材料山麦冬块根用超纯水冲洗干净，55 ℃烘箱干燥，粉碎，65目样品筛筛取样品，干燥保存。精密称取约0.5000 g药材粉末，分别装入3个消解罐中作为平行样和1个空白对照，加入浓硝酸10 mL，体积分数30%过氧化氢2 mL摇匀，拧紧盖塞，置于通风橱处过夜。将浸泡过夜的药材置于100 ℃恒温水浴锅中预处理10 min后，取下冷却，再补加2 mL浓硝酸，1 mL 体积分数30%过氧化氢，加盖，将消解罐放置在微波消解仪中消解，具体程序如表1所示。待消解完毕后冷却15 min，将消解罐放入通风处冷却至常温、常压后开罐，将溶液倒入20 mL烧杯中，120 ℃控温电热板上加热至无黄烟冒出，溶液呈无色透明，将消解后的溶液倒入50 mL容量瓶中，定容、备用。空白对照样品也用此方法制备，进样前用0.45 μm过滤器过滤样品。

1.4.4 样品分析

采用优化的最佳实验条件，应用ICP-OES方法对山麦冬块根4个样品无机元素分析测定，每份样品平行3份，结果用平均值表示。

1.4.5含量计算

样品中的无机元素含量计算公式：

ω=C×V/m,

式中ω为样品中某无机元素的含量(μg/g)，C为样品中某无机元素的浓度(mg/L)，V为所配样品溶液的体积(mL)，m为样品的质量(g)。

2 实验结果与讨论

2.1 线性方程、线性关系与检出限的考察

按照1.2工作条件和1.4.2方法，分别测定12种元素标准品梯度溶液，检测结果如表3所示，在线性范围内呈良好的线性关系，各元素的相关系数r2均在0.9994～0.9999之间。

测定检出限时按1.3微波消解条件，在1.2工作条件以及1.4.3方法制备11个空白试液，按照与供试液完全相同参数下的同种方法测定，测定结果以3倍标准偏差为该元素的检出限。

表3 线性范围、回归方程、相关系数、检出限

2.2 精密度实验

按照1.2工作条件将标准溶液重复进样6次，12种元素含量的RSD值在0.75%～2.70%之间，表明仪器精密度良好。

2.3 重复性实验

精密称取同一山麦冬样品6份，每份约0.5000 g，精密称定。按照1.4.3方法消解制备供试液，按照1.3微波消解条件及1.2工作条件检测，每份进样3次，检测结果的RSD值在0.79%～4.86%之间，说明该方法对山麦冬块根中12种微量元素的测定均有很好的重现性。

2.4 稳定性实验

取某一份山麦冬样品提取液为供试液，分别在提取后0、1、2、4、24、48 h进行含量测定，测定结果的RSD值在0.85%～4.63%之间，表明山麦冬样品供试液中的12种微量元素在48 h内稳定。

2.5 加样回收实验

精密称取同一山麦冬样品6份，各约0.5000 g。向6份样品中分别加入K 2500 μg，Ca、P 500 μg，Na、Mg 200 μg,Fe、Al 50 μg，Sr、Zn、Cu、Mn 5 μg，Ba 1 μg标准品溶液，按照1.4.3方法制备供试液，依照1.3微波消解条件及1.4.3工作条件测定12种微量元素含量，计算加样回收率，12种矿质元素的加样回收率在95.16%～104.54%之间，RSD值在1.15%～4.47%之间，实验结果见表4。

表4 样品加样回收率实验结果(n=6)

续表

2.6 样品中微量元素含量的检测

按照1.4.3制备供试液的处理方法，1.3微波消解条件及1.2工作条件对4个不同地区山麦冬中无机元素含量的测定，每个样品重复进样3次，结果见表5。

表5 山麦冬植物块根及山麦冬药材中微量元素含量测定结果(单位：μg/g)

注：1为留坝野生山麦冬块根，2为留坝人工栽培山麦冬块根。

由表5可以看出山麦冬植物块根中含有丰富的无机元素，比较不同产地山麦冬植物块根中常量元素的含量，K元素含量最为丰富，但各地样品存在一定的差异。山麦冬植物块根中常量元素的含量高低顺序为K、Ca(或P)、Na、Mg。微量元素含量比较结果显示，Fe、Al、Zn、Mn的平均含量较高，Sr、Cu、Ba的含量较低，Ni、V、Li元素未检出。

湖北荆州产山麦冬药材中检出的无机元素种类与山麦冬植物块根中的结果一致，其中K元素含量也很高，可达6253.94 μg/g，药材块根中常量元素的含量高低顺序为K﹥P﹥Ca﹥Na﹥Mg，微量元素的含量与山麦冬植物块根相似。

3 结 论

山麦冬植物块根中含有丰富的无机元素，其中常量元素的含量高低顺序为K﹥Ca(或P)﹥Na﹥Mg。微量元素含量比较结果显示，Fe、Al、Zn、Mn的平均含量较高，Sr、Cu、Ba的含量较低。未检出4种微量元素Ni、V、Co、Li以及4种重金属元素Pb、Cd、Cr、Hg。

Fe、Cu、Zn、Mg等微量元素已经被确认为与人类身体健康和生命活动有关的必需矿质元素，这些元素是酶和维生素不可缺少的激活剂，对维持生命有机体的正常代谢有重要作用[11]。Fe是组织代谢不可缺少的物质，参与体内多种反应的催化，主要存在于血红蛋白、肌红蛋白和多种酶内[11];Cu具有合成酶和活化血红蛋白功能[12-13]；人体内若长期缺Mg有可能会导致染色体突变，使肿瘤细胞得以迅速增殖[14]；Zn参与多种酶的合成，缺Zn降低了有关酶的活性，从而影响人体生长发育、免疫防卫、生殖生育等生理功能[12]；Mn是多种酶的组成成分，在人的机体中以离子形式存在，可以合成维生素，参与人体糖和脂肪的代谢，凝血、生长发育及内分泌系统均与Mn的生物学有很大关系[11]。山麦冬块根中丰富的无机元素与其药用功能之间的关系还有待于进一步探讨。

与一般药材中K高Na也高的情况不同，山麦冬植物块根中为高K低Na，与麦冬植物块根中所含K、Na比例相类似[15]，一般认为高K低Na的比例符合健康的饮食标准[8]。

笔者采用浓硝酸-H2O2混合酸体系对山麦冬植物块根样品进行高压密封彻底消解，样品溶液清澈无杂质，操作简单、快速、省时。不同产地的山麦冬植物块根中所含各无机元素在线性范围内线性关系良好，相关系数r2为0.9994～0.9999，相对标准偏差RSD值为1.15%～4.47%，各元素的检出限为0.0507～0.5040 μg/mL，加标回收率为95.16%～104.54%。所建立的微波消解-ICP-OES分析测定方法重复性好、精密度高、结果可靠，实验无污染，药品、化学试剂量都较少，且一次进样可以检测多种无机元素，此法可作为山麦冬植物中无机元素含量分析的可靠方法，研究结果可为山麦冬植物的进一步开发利用提供科学依据。

致谢：本实验得到了陕西理工大学生物科学与工程学院陈小华老师、化学与环境科学学院岳余昌老师的帮助，在此衷心地表示感谢！

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[责任编辑：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

陕西省科技厅科技统筹创新工程计划项目(2015KTTSSF01-02)；陕西理工学院研究生创新基金资助项目(SLGYCX1615)

王霞(1990—)，女，陕西省安康市人，陕西理工大学硕士研究生，主要研究方向为植物资源开发利用；[通信作者]赵桦(1957—)，男，陕西省汉中市人，陕西理工大学教授，硕士生导师，硕士，主要研究方向为药用植物学。