廉江平坦淮山薯中10种元素同时测定的研究

陈伟珍，杨桂珍

（岭南师范学院化学化工学院，广东湛江524048）

廉江平坦淮山薯中10种元素同时测定的研究

陈伟珍，杨桂珍

（岭南师范学院化学化工学院，广东湛江524048）

采用硝酸-过氧化氢作消解液，微波消解法消解平坦淮山薯样品，用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）同时测定样品中Zn、Pb、Cd、As、Ni、Fe、Mn、Mg、Cu、Ca等10种元素含量。结果表明：优化的消解剂用量为每0.5克淮山薯样品3 mL HNO3+2 mL H2O2；方法的检出限为0.432 μg/L～2.34 μg/L，加标回收率为90.0%～105%，相对标准偏差RSD%为1.3%～8.9%。该方法适合同时测定山药中的多种元素，具简便、快速、稳定、准确等优点。平坦淮山薯中含有较高的人类所必需的微量元素，是营养价值极高的食用品。

淮山薯；微波消解；元素；电感耦合等离子体原子发射光谱法

淮山薯（Dioscorea alata Linn）又名薯蓣，俗称“怀山药”、“淮山药”、简称“淮山”，属薯蓣科植物，是一年生或多年生缠绕性藤本植物，能形成肥大的地下茎，其肉质细腻，风味鲜。以块茎和零余子入药。其性味平、甘、无毒，入肺、脾、肾、胃，有健脾、厚肠胃、补肺、益肾等功效，对脾虚泄泻、久痢、虚劳咳嗽、小便频数、消渴和子宫脱垂等有一定的食疗作用，是一种医用价值很高的滋补强壮剂［1-2］。

淮山薯产量高，适应性很强，耐储藏，便于运输、加工，在我国大部分地区都有栽培。良垌镇是廉江市淮山薯种植基地，主要集中在平坦一带，所以人们把全镇种植淮山薯统称为平坦薯，以优质闻名远近，十分畅销，平坦淮山薯又粉又香，已成了人们送礼特产［3］。目前国内关于山药的研究已有文献介绍［4-8］，但对廉江平坦淮山薯中多种元素同时测定的研究未见报道。为探讨廉江平坦淮山薯中多种元素同时测定的分析研究，本试验采用微波消解法消解淮山薯样品，用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）同时测定廉江平坦淮山薯中的Zn、Pb、Cd、As、Ni、Fe、Mn、Cu、Ca、Mg10种元素，并进行比较分析，为科学合理的食用和利用淮山薯提供了理论参考。

1材料与方法

1.1材料

新鲜平坦淮山薯样品采集于廉江市良垌镇红卫村和坎岭村的农田（分别标为样品Ⅰ和样品Ⅱ），每个采样点都取5块农田的样品，分别混合均匀；试验试剂有各种元素标准贮备液（1 000 μg/mL）：购于国家标准物质研究中心；硝酸、过氧化氢均为优级纯；氩气（纯度99.999%）；试验用水为二次蒸馏水。

所用的玻璃仪器和聚四氟乙烯溶样杯均以30%稀硝酸浸泡过夜，然后用水反复冲洗，最后用二次蒸馏水冲洗干净，自然晾干，备用。

WLY100-1型等离子体单道扫描光电直读光谱仪（其工作参数为阳极电压3 000 V、阳极电流0.7 A、栅极电流140 mA、冷却气流量10 L/min、辅助气流量0.3 L/min、载气压力0.05 MPa、积分时间0.1 s、溶液提升量1.4 mL/min、观察高度为感应线圈上方11 mm）：北京地质仪器厂；MICHEM MD6系列（A/C）微波消解系统：北京盈安美诚科学仪器有限公司；AUY120型电子分析天平：日本岛津天平有限公司。

1.2方法

1.2.1样品的处理

将新鲜淮山薯用自来水清洗外表的泥土，再用蒸馏水冲洗3次，晾干水后去皮，将可食用部分，切成薄片，置于80℃干燥箱中干燥约8 h，粉碎，过100目筛，恒重，备用。称取0.500 0 g（精确到0.000 1 g）淮山薯样品于干燥洁净的聚四氟乙烯消解罐底部，加入3 mL硝酸和2 mL过氧化氢作消解液，盖上内帽并压紧，设计消解程序采用梯度升温方式进行样品消解，温度分别为110、130、150℃，相应时间为5、5、3 min。消解完成后待消解罐冷却至室温。将溶液移至50 mL烧杯，于沸水浴中加热赶酸至溶液约1 mL，冷却后用少量蒸馏水转入25 mL容量瓶中，摇匀，备用。每个样品平行3份，同时做空白试样。

1.2.2各元素标准曲线的绘制

样品测定采用标准曲线法，按选定的仪器工作参数分别测定空白溶液、标准系列溶液，制作标准曲线。

1.2.3方法的检出限、精密度和准确度

本法是选用浓度均为0.10 μg/mL的Zn、Pb、Cd、As、Ni、Fe、Mn、Cu、Ca、Mg混合标准溶液（浓度C一般大于估计检出限的100倍），扫描谱图，求出3次扫描的平均能值I，然后12次扫描上述混合标准液，求出标准偏差δ的值，用公式DL=3δC/I，求出检出限DL；准确称取淮山薯样品Ⅱ6份，每份均为0.500 0 g（精确至0.000 1 g），消解方法同“1.2.1”，在选定的条件下测定各元素的含量，计算相对标准偏差（RSD）；加标回收试验，在淮山薯样品Ⅱ中分别加入待测元素的标准液，各元素的加标量见表2，按样品相同的方法消解，测定。每个元素3个重复，各取其平均值。

2结果与分析

2.1消解条件的选择

对于中草药样品，微量元素大量以复杂的有机形式存在。因此，有机物质分解完全与否是影响分析结果的重要因素。样品消解常用硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、氢氟酸、过氧化氢等作为氧化剂。任树林［9］等报道H2SO4沸点高，导致消解时间过长，容易造成污染和待测元素的挥发损失。HNO3是最合适分解有机物的试剂［10］。H2O2是一种弱酸性氧化剂，在较低温下即可分解成高能态活化氧，与HNO3共用，可以大大提高混合液的氧化能力，完全破坏有机物。消解效果更佳［11］。另考虑到在使用高氯酸时，存在一定危险性，所以本试验选择HNO3-H2O2消解体系。消解液的最佳用量为：3 mL HNO3和2 mL H2O2，整个消解过程约为20 min效果最好。

2.2分析谱线的选择、标准曲线的线性回归方程及相关系数

试验中对每个测定元素选取2～3条谱线进行测定，综合分析强度、干扰情况及稳定性，选择谱线干扰少、灵敏度高的分析线。本仪器根据元素浓度范围、自动绘制出的标准曲线，各元素的分析谱线、标准曲线的线性回归方程及线性相关系数见表1。

表1　线性关系结果Table 1Regression equation and linear range of the elements

由表1可知，其相关系数在0.999 0～1.000 0之间，线性范围回归较好。

2.3方法的检出限、精密度和准确度

本方法的检出限结果分别为Zn：0.432 μg/L；Pb：2.34 μg/L；Cd：2.15 μg/L；As：1.76 μg/L；Ni：0.911 μg/L；Fe：1.41 μg/L；Mn：0.453 μg/L；Cu：2.25 μg/L；Ca：1.21 μg/L；Mg：2.31 μg/L。

在选定的条件下测定各元素的含量，计算相对标准偏差（RSD），结果分别为Zn：3.0%；Pb：2.8%；Cd：4.3%；As：3.6%；Ni：1.3%；Fe：6.6%；Mn：7.6%；Cu：8.9%；Ca：2.4%；Mg：3.5%。

测定的各元素的检出限在0.432 μg/L～2.34 μg/L之间，相对标准偏差（RSD）在1.3%～8.9%之间，小于10%，属于可靠数据。本试验精密度符合试验的检测要求。

2.4方法的加标回收试验

选取样品Ⅱ进行加标回收试验。样品中分别加入待测元素的标准溶液（各标准溶液的加入量见表2），按样品相同的方法消解，测定。具体见表2。

表2　加标回收试验结果（n=3）Table 2The recovery of the elements

各种元素回收率在90.0%～105%之间，说明方法具有较好的准确性，符合分析要求。

2.5样品的测定

在选定的条件下测定淮山薯样品中各元素的含量，测定结果见表3。样品I、样品II的处理方法和测定方法相同，样品处理后，在选定的条件下测定两种样品中各元素。

表3　淮山薯样品中各元素的测定结果（n=3）Table 3The determination result of microelements in sample（n=3）mg/kg

由表3可知，廉江平坦淮山薯含有丰富的微量元素，特别是Mg和Ca这两种元素的含量最高，分别为Mg在455mg/kg～741mg/kg、Ca在304 mg/kg～699 mg/kg；样品Ⅱ中Mg、Ca元素的含量分别是样品Ⅰ的1.6倍和2.3倍；而样品Ⅰ中Zn的含量是样品Ⅱ1.5倍；两种淮山薯样品中Fe、Mn、Cu和Ni的含量差别不大。Pb、Cd和As元素的含量较低，减少对人体的损害。从两地的样品可看出，不同农田种植的淮山薯其元素的含量各有差异，这与种植淮山薯的环境、土壤有关。

现代科学证明，微量元素是人体新陈代谢中起着重要作用的化学元素，人体如果缺乏某种微量元素，就会降低免疫功能，导致一些疾病的发生。例如，Mg具有舒张血管而使血压下降的作用，食用含Mg丰富的食品对高血压及胆固醇引起的动脉硬化有一定的防治作用。Ca可以加强大脑皮层的抑制过程，调节兴奋和抑制过程的平衡［12-13］。Fe是构成血红蛋白、肌红蛋白及一些酶的必要成分，人体内Fe的不足或缺乏可导致缺铁性贫血，根据Hellry报道［14］，成年女性周期性的月经血排出导致铁失去的主要原因。Zn影响胰岛素的合成、贮藏、分泌及其活性，对机体的生长发育非常重要［15］；Cu是多种氧化酶的组成成分［16］。可见，食用淮山薯有助于提高机体的免疫力。

3结论

采用微波消解-ICP-AES联用同时测定淮山薯样品中Zn、Pb、Cd、As、Ni、Fe、Mn、Mg、Cu、Ca等10种元素含量，具有样品分解完全、可减少易挥发元素的损失、酸耗量少、可同时测定多种元素、方法简便快捷。结果表明：廉江平坦淮山薯中含有较高的人类所必需的微量元素，而有害元素Pb、Cd和As的含量较低。不同产地的淮山薯其元素的含量各有差异，这与种植淮山薯的环境、土壤有关。

平坦淮山薯的价格相对较便宜，也含有一定量的微量元素，物美价廉，适合开发为药、食两用食品。

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Determination of Ten Elements in Dioscorea Alata Linn in Lianjiang

CHEN Wei-zhen，YANG Gui-zhen
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Lingnan Normal College，Zhanjiang 524048，Guangdong，China）

The ten microelements including Zn，Pb，Cd，As，Ni，Fe，Mn，Cu，Ca and Mg in Dioscorea alata Linn were analyzed by ICP-AES after yam was digested with nitric acid-hydrogen peroxide using microwave digestion.Experiment results showed that the optimal digesting reagent was 3 mL HNO3+2 mL H2O2to treat 0.5 g yam.Detection limits and average recovery rates for the ten elements ranged between 0.432 μg/L-2.34 μg/L and 90.0%-105%，and RSD values varied between 1.3%-8.9%.ICP-AES represented a simple，rapid and accurate method for measuring trace element levels in Dioscorea alata Linn.Dioscorea alata Linn is rich in useful elements on the human's body，and with high nutritional value of food.

Dioscorea alata Linn；Microwave digestion；elements；ICP-AES

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.17.035

2014-05-08

陈伟珍（1967—），女（汉），高级实验师，硕士，研究方向：光谱分析。