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Hans Journal of Food and Nutrition Science
Vol. 10  No. 03 ( 2021 ), Article ID: 44438 , 6 pages
10.12677/HJFNS.2021.103024

基于电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法同时测定玛卡中16种稀土元素

杨凡*，谭建林

云南省产品质量监督检验研究院/国家热带农副产品监督检验中心，云南 昆明

收稿日期：2021年6月8日；录用日期：2021年7月29日；发布日期：2021年8月9日

摘要

随着人们生活水平的提高和对健康饮食意识的与日俱增，玛卡作为一种新资源保健食品，得到越来越多的关注和青睐。本文基于电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法、梯度升温闭密式微波消解法等技术平台，对玛卡中16种稀土元素进行同时测定，为下一步玛卡质量的规范化及其中无机元素的研究奠定一定的基础。

关键词

玛卡，稀土元素，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法

Simultaneous Determination of 16 Rare Earth Elements in Maka by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS)

Fan Yang*, Jianlin Tan

Yunnan Institute of Product Quality Supervision & Inspection, Nationnal Agricultural and Sideline Products Quality Supervision and Inspection Center, Kunming Yunnan

Received: Jun. 8th, 2021; accepted: Jul. 29th, 2021; published: Aug. 9th, 2021

ABSTRACT

With the improvement of people’s living conditions and the consciousness of healthy diet of Maca grow with each passing day, as a new resource of healthy food, get more and more attention and favor. This thesis is the research on analysis of test methods for determination of 16 rare earth elements in Maca, Based on inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), for next quality standardization and the inorganic elements lay certain foundation in Maca.

Keywords:Maca, Rare Earth Elements, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS)

Copyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

玛卡(Maca)是一种药食两用的十字花科植物，原来主要生长在南美秘鲁安第斯山脉附近的高海拔地区，数千年来被当地印加人看做是安地斯山神赐的礼物并将其用做补药，被称之为秘鲁当地的人参 [1]。玛卡具有能增加人的体力、增强人的耐力以及人体抵抗疲劳的功效，还可以提高人类以及动物的性能力和生育能力。正是因为玛卡有此神奇的功效，印加人就靠着长期食用来补充能量，使得个个体强壮，并建立了空前绝后的印加大帝国。因此玛卡日益受到国际上的瞩目与关注 [2] [3] [4] [5]。

稀土(rare earth elements)是镧系及钪、钇等共16种无机矿物元素的总称。其有害方面：人体内多种酶的结构和功能会被稀土元素影响，在一定含量水平下，稀土元素可以激活体内一些酶，是酶的激活剂；而高于一定含量水平则会对某些酶产生抑制作用 [6]。稀土元素还会对人体DNA造成损伤，其中的氯化钇和氯化镨还具有一定的遗传毒性 [7] [8]。其有益方面：稀土元素在抗凝血方面是具有重要作用的，其有能降低血液的凝固度的作用，特别是将某些稀土化合物用于静脉注射，一经注射立即对人体产生能够持续一天左右的抗凝作用 [9]；一定浓度一下的的稀土元素化合物水溶液还具有抗炎抑菌作用 [10] [11]；降血糖也是稀土元素的一个对人体明显的生理作用，因而也有人用稀土元素治疗糖尿病 [12] [13]；另外，某些稀土元素的稳定性核素还具有抗肿瘤活性 [14]。

随着玛卡的独特功效引起了越来越广泛的关注，近十年来，玛卡也在云南的丽江、大理、会泽、东川等部分高海拔地区开始引种种植。一直以来，国际上及国内针对玛卡有机成分方面的研究不少，也较为成熟，而对其稀土元素含量的深入分析研究基本未见。

本文通过将玛卡样品经消解处理后，利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)仪对其中的稀土元素进行分析测定，并对实验数据结果进行验证、分析及总结。

2. 材料与方法

2.1. 材料与仪器

玛卡：本地农贸市场。

钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu) 16种稀土元素以及铟(115In)的单元素标准溶液(1000 mg/L，国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院)；硝酸(优级纯，德国默克集团)；双氧水(优级纯，国药集团化学试剂北京有限公司)；试验用纯净水(屈臣氏集团有限公司)；高纯氩(纯度 ≥ 99.99%，昆明昆山石化有限公司)。

Milli-Q超纯水仪(德国默克集团)；感量0.01 mg和0.0001 mg电子天平(赛多利斯科学仪器北京有限公司)；Bruker 820-MS ICP-MS (德国Bruker集团)；CEM微波消解仪(美国CEM公司)。

2.2. 实验方法

2.2.1. 仪器工作条件

仪器功率：1.4 kW；泵转速：5 rpm；等离子体稳定延迟时间：5 s；等离子体气流量：18.00 L/min；载气流量：1.80 L/min；护套气流量：0.03 L/min；雾化气流量：1.01 L/min；雾化器温度：3.00℃；样品导入延迟时间：40 s；扫描时间：391 s。

2.3.2. 标准溶液制备

用16种稀土元素的单元素标准溶液(1000 mg/L)逐级稀释并准确配制出表5组浓度的混合标准工作溶液(1.0, 2.0, 5.0, 10.0, 20.0, 50.0 ng/mL)，混匀并转移到洁净聚乙烯瓶中备用。

2.3.3. 内标溶液制备

准确移取浓度1000 mg/L的混合内标标准溶液0.5 mL，2%硝酸溶液定容至100 mL，得到5 µg/L的混合内标溶液。

2.3.4. 样品前处理

取云南种植玛卡干果，经干燥、去杂，磨碎混匀后，过400 mm (40目)筛，存储于洁净容器中备用。

称取0.5 g制备好的玛卡试样于聚四氟乙烯消解罐内，加6 mL硝酸(超纯)浸泡过夜，再加过氧化氢(优级纯) 4 mL，盖好安全阀后，将消解罐放入程序升温全自动微波消解仪中，根据表1消解升温程序进行自动消解，直至消解完全并冷却，后将消解罐放在电热板上100℃加热以驱除过量的硝酸，取下放冷，将消解液移入10 mL容量瓶中并定容至刻度，混匀备用，同时做试剂空白。

Table 1. Temperature program of microwave digestion

表1. 微波消解升温程序

3. 结果与分析

3.1. 仪器分析

设置仪器的最佳分析条件，并调节仪器至最佳工作状态，以铟(115In)做内标，根据待测元素含量按顺序测定16种稀土元素混合标准工作溶液N1~N6各质量数发射强度(C/S)，绘制工作曲线，再测定玛卡样品中目标元素的含量。在选择的最佳测定条件下，测定空白溶液和试样溶液中各待测元素的发射强度(C/S)，从工作曲线上计算出相应稀土元素的浓度，对于元素含量超出标准曲线浓度范围的元素，进行定量稀释后测定。

3.2. 方法检出限

方法检出限是依据2.3.4节操作步骤，使用试剂空白，添逐级稀释16种稀土元素混合标准溶液，当检测质量数信号的信噪比为3时所对应的含量为检出限，16种稀土元素的检测质量数和检出限结果见表2。

Table 2. Mass number and detection limit of 16 rare earth elements

表2. 16种稀土元素检测质量数及检出限

3.3. 样品重复性及回收率

取玛卡样品，进行样品加标，加标量为100 μg/mL，按“2.3.4”项前处理，上机进行测定，由各稀土元素工作曲线计算出含量。16种稀土元素回收率为86.6%~110.3%，相对标准偏差低于5.4%。

Table 3. Analysis and determination of average results, accuracy and precision of 16 rare earth elements in Maka (N = 6)

表3. 玛卡中16种稀土元素分析测定平均结果及其准确度、精密度(N = 6)

3.4. 稀土氧化物的换算

16种稀土元素氧化物的换算方法详见下表4。

Table 4. Conversion method of 16 rare earth oxides

表4. 16种稀土元素氧化物的换算方法

4. 讨论

本文针对玛卡样品进行微波消解后，利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对玛卡中16种稀土元素进行了分析测定，结果表明，16种稀土元素回收率为：86.6%~117.4%，相对标准偏差(RSD%)为：0.8%~5.4%，结果令人满意。

电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)为无机元素分析的高端设备，具有分析元素范围广、检出精度高、一次进样实现全目标元素分析测定、目标元素消解损失小，测定效率和准确性高等优点，相对于其他单一元素的无机光谱分析设备如：原子吸收、原子荧光等的优势不言而喻。因此，本方法应为针对玛卡中多种稀土元素分析检测的成熟、稳定、高效的方法，方法的建立，将在一定程度上为国内目前对于玛卡中稀土元素分析检测方法提供参考。

文章引用

杨 凡,谭建林. 基于电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法同时测定玛卡中16种稀土元素
Simultaneous Determination of 16 Rare Earth Elements in Maka by Inductively Coupled Plasma Mass Spec-trometry (ICP-MS)[J]. 食品与营养科学, 2021, 10(03): 206-211. https://doi.org/10.12677/HJFNS.2021.103024

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