ICP-AES法測(cè)定不同青稞中的20種元素含量

遲曉峰，星玉秀，董 琦，胡鳳祖,*

(1.中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所，青海 西寧 810008；2.中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京 100049)

ICP-AES法測(cè)定不同青稞中的20種元素含量

遲曉峰1,2，星玉秀1,2，董 琦1，胡鳳祖1,*

(1.中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所，青海 西寧 810008；2.中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京 100049)

為探明青海青稞的礦物元素組成，促進(jìn)青稞資源開發(fā)利用及品質(zhì)評(píng)價(jià)，采用濕法消解、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)對(duì)不同品種青稞中的20種元素——Ca、K、Mg、Na、P、S、Ba、Cu、Fe、Li、Mn、Mo、Ni、Sr、Ti、Zn、Al、As、Cr和Pb進(jìn)行測(cè)定，并應(yīng)用聚類分析方法對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在選定的條件下，各元素間相互干擾小，對(duì)測(cè)定結(jié)果無(wú)明顯影響；該方法回收率在95.4%～101.2%之間，RSD值(n=7)在1.2%～5.3%之間，具有較好的準(zhǔn)確度與精密度；不同品種青稞樣品中各種元素豐富，其中元素K、P、Mg、Ca、Na、S、Fe、Zn、Mn、Al、Cu含量較高，不同品種間有明顯差異；聚類分析將15個(gè)樣品聚為3類，其中藍(lán)青稞與紅青稞表現(xiàn)出較強(qiáng)相似性，而白青稞呈現(xiàn)品質(zhì)的多元性，同時(shí)青稞中微量元素的分布差異與品種的差異性有相當(dāng)大的關(guān)聯(lián)，而地域的差異性表現(xiàn)的不明顯。

青稞；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)；微量元素；聚類分析

青稞(Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f)是禾本科大麥屬的一種谷類作物，主要分布在我國(guó)的西藏、青海、四川、云南、甘肅等地[1]。青稞的營(yíng)養(yǎng)比較豐富，此外藏醫(yī)中還將青稞入藥，《晶珠本草》中記載青稞可清熱化濕、祛風(fēng)寒、寧肺定喘、可治陽(yáng)虛腎虧等癥[2]。

微量元素對(duì)人體的生理功能具有特殊作用，其含量關(guān)系到人們的健康。微量元素?cái)?shù)量少、功能作用大，對(duì)許多生物活性分子往往起著關(guān)鍵的調(diào)控作用[3]。但以往研究通常都偏重于對(duì)青稞有機(jī)成分的研究[4]，從某些微量元素在體內(nèi)的重要作用來(lái)看，對(duì)青稞中的微量元素的研究不容忽視[5-7]。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)以其低檢出限、高精密度，較小的基體效應(yīng)、較寬的線性范圍和多元素同時(shí)測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品、中藥中的微量元素分析。本實(shí)驗(yàn)采用濕法消解、ICP-AES同時(shí)測(cè)定15個(gè)品種的青稞中的20種元素，以期為更好地開發(fā)利用青稞這一寶貴資源提供數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

15個(gè)不同品種的青稞采自青海省的不同地區(qū)，然后種植于中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所平安農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站內(nèi)，第2年采收后于70℃烘箱中烘干至質(zhì)量，粉碎，過(guò)篩后備用。

C a、K、M g、N a、P、S、B a、C u、F e、Li、M n、M o、N i、Sr、Ti、Zn、A l、A s、C r和Pb的1000μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)，使用時(shí)按需稀釋；硝酸、高氯酸均為優(yōu)級(jí)純；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

Optima 7000DV型全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀 美國(guó)Perkin Elmer公司；AG135電子天平 德國(guó)Mettler Toledo公司；MOLELEMENT元素型超純水機(jī) 上海摩勒生物科技有限公司。

1.2 濕法消解

精確稱取15個(gè)青稞樣品1.000g于150mL錐形瓶中，加入HNO3-HClO4(4:1) 20mL，封口浸泡過(guò)夜，于電熱板上加熱消解，直至消化液呈無(wú)色透明或略帶黃色，冷卻后轉(zhuǎn)移至50mL的容量瓶中，用純水定容，備用。

1.3 儀器條件

對(duì)儀器的工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳的儀器工作條件：RF入射功率1300W，等離子氣流量15L/min，輔助氣流量14L/min，霧化氣流量0.5L/min，觀測(cè)高度為15.0mm。

1.4 樣品測(cè)定

在優(yōu)化的儀器工作條件下，繪制各個(gè)元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9995以上，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)各個(gè)樣品中的20種元素進(jìn)行分析測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 元素的分析線及檢測(cè)限

ICP-AES對(duì)每個(gè)元素的測(cè)定都可以同時(shí)選擇多條特征譜線，實(shí)驗(yàn)中綜合分析強(qiáng)度、干擾情況及穩(wěn)定性，選擇干擾少、精密度好的分析線。同時(shí)取10次平行測(cè)定空白液的結(jié)果，按IUPAC規(guī)定得到各元素檢出限，結(jié)果見表1。

表1 元素分析波長(zhǎng)及檢測(cè)限Table 1 Detection wavelengths and limits for 20 elements

表2 測(cè)定方法精密度及回收率(n=7)Table 2 Method precision and recovery (n=7)%

表3 不同品種青稞中元素的測(cè)定結(jié)果(n=3)Table 3 Mineral contents (mg/kg) in 15 cultivars of naked barley (n=3) mg/kg

2.2 回收率及精密度實(shí)驗(yàn)

按照標(biāo)準(zhǔn)加入的方法測(cè)定各元素的回收率，同時(shí)將同一試樣重復(fù)進(jìn)樣7次測(cè)定各元素的精密度，結(jié)果見表2。

2.3 不同品種青稞中元素的測(cè)定結(jié)果

從表3可看出，15個(gè)品種的青稞中含量較高的元素有 K、P、Mg、Ca、Na、S、Fe、Zn、Mn、Al、Cu，其中K含量最高可達(dá)6857.98～7796.85mg/kg，其次為P含量在4243.18～4978.02mg/kg之間。

2.4 聚類分析

對(duì)不同品種的青稞進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)，有其重要的意義：一方面可為種質(zhì)資源的保護(hù)及利用提供依據(jù)；另一方面可為其開發(fā)利用其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提供依據(jù)。聚類分析可以將一組數(shù)據(jù)按照本身的內(nèi)在規(guī)律較合理的分為幾類，作為一種分類方法探索性的將其應(yīng)用于青稞品質(zhì)的評(píng)價(jià)，這就大大縮小了以往全憑主觀判斷所造成的誤差，使數(shù)據(jù)分析結(jié)果更具客觀性。

本實(shí)驗(yàn)中以20種元素作為其分類依據(jù)采用SAS 9.0統(tǒng)計(jì)軟件處理。聚類分析在方法上應(yīng)用最小方差法，對(duì)15種不同品種的青稞進(jìn)行聚類，聚類分析樹狀圖見圖1。

圖1 聚類分析結(jié)果Fig.1 Cluster analysis of15 cultivars of naked barley based on mineral contents

在不同品種的青稞中微量元素的分布有一定差異，但總體趨勢(shì)較為一致。從聚類樹狀圖可知，15個(gè)青稞品種可聚類為3類。長(zhǎng)芒藍(lán)青稞、四棱藍(lán)青稞、短芒白青稞為一類；二道眉白青稞、六棱白青稞為一類；剩余品種為一類。藍(lán)青稞與紅青稞表現(xiàn)出較高的相似性，都可聚為一類，這顯示其品質(zhì)的穩(wěn)定性；而白青稞則在三類中均有分布，顯示其性狀及品質(zhì)的多元性。對(duì)其產(chǎn)地進(jìn)行考察發(fā)現(xiàn)同一產(chǎn)地的青稞存在一定差異性，在聚類中未表現(xiàn)出較強(qiáng)的相似性。這說(shuō)明，青稞中微量元素的分布差異與品種的差異性有相當(dāng)大的關(guān)聯(lián)，而地域的差異性表現(xiàn)得不明顯。

3 討 論

3.1 本實(shí)驗(yàn)采用濕法消解樣品，采用ICP-AES同時(shí)測(cè)定了各個(gè)試樣中的20種元素含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示采用ICP-AES能夠準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、快速的測(cè)定青稞中的元素含量。本實(shí)驗(yàn)中測(cè)定的20種元素從人體健康的角度，可將其分為3類，常量元素為Ca、K、Mg、Na、P、S，微量元素為Ba、Cu、Fe、Li、Mn、Mo、Ni、Sr、Ti、Zn，具有一定毒性的微量元素為Al、As、C r、P b。

3.2 K、Na和Ca在體內(nèi)維持細(xì)胞的內(nèi)外滲透平衡，維持神經(jīng)細(xì)胞膜的生物興奮性，信號(hào)傳導(dǎo)等方面具有重要作用[8]；Mg是多種酶的輔基和激活劑在核酸與蛋白合成中發(fā)揮重要作用[9]；Fe參與血紅蛋白的合成，具有良好的補(bǔ)血功能[10]；Zn對(duì)增加人體的免疫功能必不可少，同時(shí)可對(duì)血壓進(jìn)行調(diào)節(jié)[11]；Cu可降低膽固醇，阻止動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展；Mn可清除超氧化物，降低動(dòng)脈硬化的危險(xiǎn)，同時(shí)具有抑制癌細(xì)胞的作用[12]。在藏醫(yī)中青稞可清熱化濕、祛風(fēng)寒、寧肺定喘、治陽(yáng)虛腎虧等癥這與高含量的多種微量元素具有密切關(guān)系。

[1] 中國(guó)科學(xué)院中國(guó)植物志編委會(huì). 中國(guó)植物志: 第九卷[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1977: 34-35.

[2] 中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所. 藏藥志[M]. 西寧: 青海人民出版社, 1991: 171-172.

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Determination Contents of Twenty Elements in Different Cultivars of Naked Barley by ICP-AES

CHI Xiao-feng1,2，XING Yu-xiu1,2，DONG Qi1，HU Feng-zu1,*
(1. Northwest Institute of Plateau Biology, Chinese Academy of Sciences, Xining 810008, China；
2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

The contents of 20 elements in 15 cultivars of naked barley, including calcium, potassium, magnesium, natrium,phosphorus, sulfur, barium, copper, ferrum, lithium, manganece, molybdenum, nickel, strontium, titanium, zinc, aluminum,arsenic, chromium and lead were determined by ICP-AES to conduct a cluster analysis. No significant mutual interference was found among the tested elements. The recovery of the method varied from 95.4% to 101.2%, with a RSD of 1.2% to 5.3% (n =7) and meanwhile the method showed high accuracy and precision. The 15 naked barley cultivars were all rich in minerals but with a significant difference, and the major ones are K, P, Mg, Ca, Na, S, Fe, Zn, Mn, Al and Cu. In terms of the contents of the 20 elements, these naked barley cultivars were clustered into three groups: green, red and white. Green and red naked barleys resembled each other highly, and white naked barley presented differences in quality. Cluster analysis further showed that trace elements in naked barley were considerably related to cultivars rather than geographic origins.

naked barley；inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES)；elements；cluster analysis

O651

A

1002-6630(2011)10-0130-03

2010-07-04

科技部國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量控制及服務(wù)體系建設(shè)項(xiàng)目(2006EA106-37)

遲曉峰(1985—)，男，碩士研究生，主要從事植物化學(xué)研究。E-mail：xfyc@163.com

*通信作者：胡鳳祖(1955—)，女，研究員，本科，主要從事中藏藥和新資源食品開發(fā)研究。E-mail：hufz@nwipb.ac.cn