袁園園+周玉碧+孫菁+鄧娟+白瑩+王劼+盧學(xué)峰

[摘要] 采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）測(cè)定內(nèi)蒙阿拉善盟15個(gè)樣點(diǎn)大白刺果實(shí)中礦質(zhì)元素含量，并用主成分分析法對(duì)其元素含量特征進(jìn)行了分析。所測(cè)19種元素共檢出18種，釩（V）未檢出，其中鈉（Na）、鉀（K）和鈣（Ca）等元素含量較高，不同樣點(diǎn)間Ti含量差異最大，K差異最小。主成分分析得 4個(gè)主成分，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)81.542%，第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為44.997%，故確定其所對(duì)應(yīng)的鉻（Cr）、鐵（Fe）、磷（P）、鈣（Ca）為大白刺果實(shí)的特征元素。所建立的ICP-OES分析方法檢出限低，靈敏度高，可適用于大白刺果實(shí)礦質(zhì)元素的測(cè)定；主成分分析法清晰地揭示了內(nèi)蒙阿拉善盟大白刺果實(shí)礦質(zhì)元素含量存在差異和地理分布有關(guān)。該研究可為內(nèi)蒙阿拉善盟大白刺資源的開(kāi)發(fā)提供參考。

[關(guān)鍵詞] ICP-OES； 大白刺果實(shí)； 礦質(zhì)元素； 主成分分析

[Abstract] The content of elements in fifteen different regions of Nitraria roborowskii samples were determined by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry（ICP-OES）， and its elemental characteristics were analyzed by principal component analysis. The results indicated that 18 mineral elements were detected in N. roborowskii of which V cannot be detected. In addition， contents of Na， K and Ca showed high concentration. Ti showed maximum content variance， while K is minimum. Four principal components were gained from the original data. The cumulative variance contribution rate is 81.542% and the variance contribution of the first principal component was 44.997%， indicating that Cr， Fe， P and Ca were the characteristic elements of N. roborowskii.Thus， the established method was simple， precise and can be used for determination of mineral elements in N.roborowskii Kom. fruits. The elemental distribution characteristics among N.roborowskii fruits are related to geographical origins which were clearly revealed by PCA. All the results will provide good basis for comprehensive utilization of N.roborowskii.

[Key words] ICP-OES； Nitraria roborowskii； mineral elements； principal component analysis

大白刺N(yùn)itraria roborowskii Kom.是蒺藜科Zygophyllaceae白刺屬Nitraria L.植物[1]，是荒漠和半荒漠地區(qū)重要的建群種之一，主要分布在我國(guó)西北地區(qū)，尤其內(nèi)蒙古阿拉善盟地區(qū)資源最為豐富[2-3]。白刺果實(shí)不但可食用，還可入藥，利用價(jià)值極高。其果實(shí)營(yíng)養(yǎng)豐富，含有色素、氨基酸、微量元素及維生素等多種成分[4-6]。此外其還具有降血糖、調(diào)節(jié)免疫力、抗氧化和抗疲勞等多種藥用功效[7-8]。

礦質(zhì)元素是人體內(nèi)必不可少的部分，有研究表明中藥材功效與其所含礦質(zhì)元素的種類和含量也有著密切的關(guān)系[9-10]，測(cè)定方法主要有分光光度法、原子吸收光譜法和催化極譜法等，這些方法費(fèi)時(shí)耗力且靈敏度較低；而ICP-OES法可同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn)行快速分析，具有檢出限低、精密度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于元素含量的測(cè)定[11-13]。

曾有文獻(xiàn)采用原子吸收分光光度法和鉬蘭比色法分析測(cè)定新疆西伯利亞白刺果實(shí)的銅（Cu）、錳（Mn）和鋅（Zn）等5種微量元素[14]。劉利平[15]采用原子分光光度法測(cè)定了內(nèi)蒙古阿拉善左旗大白刺果實(shí)中鈣（Ca），鐵（Fe），鋅（Zn）等3種元素含量。目前尚未見(jiàn)采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP-OES） 全面分析測(cè)定大白刺果實(shí)中礦質(zhì)元素的報(bào)道。本研究旨在建立ICP-OES法測(cè)定大白刺果礦質(zhì)元素含量，同時(shí)利用主成分分析法來(lái)評(píng)估內(nèi)蒙阿拉善盟地區(qū)大白刺果實(shí)礦質(zhì)元素化學(xué)特征，為該地區(qū)大白刺植物資源的綜合利用與開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料

1.1 儀器和試劑 儀器： Optima 7000DV電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（美國(guó)Perkin Elmer公司）；MARS6微波消解儀（美國(guó)CEM公司）；VB20型趕酸裝置（美國(guó)LabTech公司）；優(yōu)普UPT系列超純水器（成都超純科技有限公司）；PL203電子分析天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）

試劑：硝酸為優(yōu)級(jí)純；實(shí)驗(yàn)用水為二次去離子水。混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：19種元素混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液質(zhì)量濃度均為100 mg·L^-1（國(guó)家環(huán)?？偩謽?biāo)準(zhǔn)樣品研究中心）。

1.2 樣品采集 試驗(yàn)材料于2014年7～8月采自內(nèi)蒙古阿拉善盟15個(gè)樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)見(jiàn)表1。采集植株果實(shí)，洗凈，晾干，用榨汁機(jī)榨汁，帶回實(shí)驗(yàn)室后，放于-20 ℃低溫冰箱中保存?zhèn)溆谩Ｔ参锝?jīng)中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所盧學(xué)峰研究員鑒定為蒺藜科白刺屬的大白刺N(yùn). roborowskii。

2 方法

2.1 樣品預(yù)處理 稱取樣品1.5 g，置于微波消解罐中，加入8 mL HNO₃，加蓋密封，放入微波消解爐中。消解完畢，冷卻至室溫后，打開(kāi)消解罐，在電熱板上加熱趕酸，待酸趕盡，轉(zhuǎn)移至50 mL量瓶中，用去離子水少量多次洗滌消化罐，合并洗液后定容，備用。同時(shí)用此法制備空白溶液和加標(biāo)樣品。

2.2 樣品測(cè)定 元素測(cè)定的波長(zhǎng)見(jiàn)表2，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，測(cè)定各元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的發(fā)射強(qiáng)度。相同條件下，測(cè)定試劑空白和樣品的元素含量。

2.3 數(shù)據(jù)處理 利用SPSS 18.0軟件進(jìn)行主成分分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 方法的精密度、重復(fù)性 在本實(shí)驗(yàn)條件下，取樣品空白溶液連續(xù)進(jìn)行11次測(cè)定，以3倍空白溶液的標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度作為儀器檢出限，經(jīng)計(jì)算各元素的檢出限的測(cè)定，見(jiàn)表3。可以看出，本方法中各待測(cè)元素的檢出限均低于0.200 0 mg·kg^-1，靈敏度較高，符合分析要求。

對(duì)同一份樣品進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)定，并計(jì)算出相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值（RSD），用其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差確定本實(shí)驗(yàn)方法條件下各元素測(cè)定的精密度。樣品的測(cè)定結(jié)果表明RSD在0.02%～3.6%，該結(jié)果表明ICP-OES法具有良好的精密度。

3.2 不同樣點(diǎn)大白刺果樣品測(cè)定 通過(guò)ICP-OES法測(cè)定了大白刺果汁中19種礦質(zhì)元素，其中檢出18種，V未檢出，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。在檢出的18種礦質(zhì)元素中，平均含量由高到低依次為鈉（Na）>鉀（K）>鈣（Ca）>鎂（Mg）>磷（P）>鐵（Fe）>鋁（Al）>硼（B）>鍶（Sr）>鋅（Zn）>錳（Mn）>鉻（Cr）>鈦（Ti）>銅（Cu）>鎳（Ni）>鈷（Co）>鉬（Mo）>鋰（Li）。其中，含量較高的是Na，K，平均量分別為4 910.22，4 008.87 mg·kg^-1；含量較低的是Mo和Li，平均量分別為0.21，0.08 mg·kg^-1。15個(gè)樣點(diǎn)之間元素Ti，Al，Ni和Li的含量變異較大（CV>1），分別為2.06，1.31，1.13，1.11，Na和K變異較小，變異系數(shù)分別為0.28，0.18。植物對(duì)元素的獲取主要來(lái)源于土壤，土壤元素含量的高低直接影響植物體內(nèi)元素的積累[14-15]。因此，生境不同的大白刺果實(shí)中所含礦質(zhì)元素含量的不同，可能與土壤元素含量的高低有關(guān)。

微量元素包括必需微量元素和有害微量元素，根據(jù)《中國(guó)藥典》[16]規(guī)定，有害微量元素Cu量不得超過(guò)20 mg·kg^-1，Cr量不得超過(guò)3 mg·kg^-1，本試驗(yàn)中大白刺果實(shí)Cu，Cr元素含量均低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，符合國(guó)家規(guī)定。大白刺果實(shí)含有5種人體必需常量元素K，Na，Ca，Mg，P和10種必需微量元素Co，Cr，F(xiàn)e，B，Zn，Mn，Cu，Sr，Ni，Mo。其中B，Mg，Mn，Zn，Cu等5種元素具有明顯的抗癌作用[17]。對(duì)人體來(lái)說(shuō)，K，Na，Ca，Mg，P等大量元素可以維持細(xì)胞滲透壓平衡，參與細(xì)胞分裂、增值重要的生理活動(dòng)。此外，必需微量元素也具有重要的生理活性和保健功能，F(xiàn)e增強(qiáng)血紅蛋白與氧的結(jié)合能力，Mg激活多種酶反應(yīng)，Zn合成與分解生物體成分，白刺果實(shí)具有的強(qiáng)脾健胃，調(diào)節(jié)免疫和消化不良等功效可能與這些微量元素的富集有關(guān)[18]。大白刺果實(shí)中富含對(duì)人體有益的礦質(zhì)元素，且具有重要的藥用價(jià)值，在開(kāi)發(fā)新藥和營(yíng)養(yǎng)保健品方面有很好的前景。

3.3 主成分分析 選取15個(gè)樣點(diǎn)均檢出的11種礦質(zhì)元素進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可以看到前4個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到81.542%，其中第1主成分方差貢獻(xiàn)率最大，占44.997%，說(shuō)明第1個(gè)主成分對(duì)15個(gè)樣點(diǎn)大白刺果實(shí)礦質(zhì)元素含量的變異貢獻(xiàn)率最大。

第1主成分上元素Cr，F(xiàn)e，P，Ca有較高載荷，說(shuō)明第 1主成分主要反映了元素Cr，F(xiàn)e，P，Ca含量指標(biāo)信息，由此可以認(rèn)為，元素Cr，F(xiàn)e，P，Ca是大白刺果實(shí)的特征礦質(zhì)元素，見(jiàn)表6。因此，這為利用少量的幾個(gè)主成分來(lái)區(qū)分各樣點(diǎn)大白刺果實(shí)的元素特征提供可能。

以 PC1 為 X 軸、 PC2 為 Y 軸得到PCs得分的二維散點(diǎn)圖，見(jiàn)圖1。圖中的每個(gè)圈代表樣品的整體特性，不同樣點(diǎn)間的間隔距離表示含量差異屬性，間隔距離越近，說(shuō)明其含量特征差別越小。15個(gè)樣點(diǎn)的大白刺可大致聚為3組，見(jiàn)圖1。阿拉善盟額濟(jì)納旗的P14單獨(dú)分為1組，第2組包括阿拉善盟右旗的6個(gè)樣點(diǎn)（P8～P13）、阿拉善盟左旗的4個(gè)樣點(diǎn)（P1，P5～P7）和阿拉善盟額濟(jì)納旗的1個(gè)樣點(diǎn)（P15），P1，P5～P13等14個(gè)樣點(diǎn)均靠近巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠2大沙漠，土壤均為荒漠土[19]。

第3組的3個(gè)樣點(diǎn)（P2～P4）均隸屬于阿拉善盟左旗，其中P3和P4樣點(diǎn)緯度幾乎一致，且都與P2地理位置較為接近[20]。由上可知，主成分分析可以明顯的將大白刺果實(shí)15個(gè)樣點(diǎn)分為3組。由此可直接推測(cè)出大白刺果實(shí)元素含量和地理因子有關(guān)。

4 結(jié)論

本文建立了微波消解-ICP-OES法同時(shí)測(cè)定大白刺果實(shí)礦質(zhì)元素的分析方法，所建立的方法檢出限均低于0.200 mg·kg^-1，RSD在0.02%～3.6%，表明本實(shí)驗(yàn)方法的檢出限低，精密度高，重復(fù)性好。采用主成分分析法對(duì)內(nèi)蒙阿拉善盟15個(gè)樣點(diǎn)大白刺果實(shí)中礦質(zhì)元素進(jìn)行含量分析，結(jié)果表明Cr，F(xiàn)e，P，Ca是大白刺果實(shí)的特征元素；15個(gè)樣點(diǎn)分為3組，并推測(cè)出元素含量和地理分布有關(guān)。這些結(jié)果可為內(nèi)蒙阿拉善盟大白刺的深入開(kāi)發(fā)和利用提供理論依據(jù)。

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[責(zé)任編輯 丁廣治]