全 文 ：第26卷 , 第11期　 　　　　　　　　　　　光 谱 学 与 光 谱 分 析 Vol.26, No.11 , pp2130-2133
2 0 0 6 年 1 1 月　　　　　　　　　　　 　Spectro scopy and Spectr al Analy sis Novembe r , 2006 　
微波溶样 ICP-AES法测定甘肃东紫苏中的无机元素
胡浩斌1 , 曹　宏2 , 刘建新3 , 郑旭东1
1.陇东学院化学系 , 甘肃 庆阳　745000　　　
2.陇东学院农学系 , 甘肃 庆阳　745000
3.陇东学院生命科学系 , 甘肃 庆阳　745000
摘　要　将正交试验和方差分析应用于微波溶样 ICP-AES 法测定东紫苏地上部分 K , Na , Ca , Ba , Pb , Zn ,
Mn , Cu , Mg , Fe 和 Al等无机元素的分析中 , 此方法简单 、 快速 、灵敏度高 、 准确性好 , 且多种元素可同时
测定 , 该方法的加标回收率为 93.2%～ 104.1%, RSD(n=5)<3.20%。结果表明:东紫苏中含有丰富的对
人体有益的微量元素 , 此结果可为探讨东紫苏中元素含量与其药效的相关性提供理论依据。
主题词　正交试验;方差分析;ICP-AES 法;微波溶样;东紫苏;无机元素
中图分类号:O657.3　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-0593(2006)11-2130-04
　收稿日期:2005-12-08 , 修订日期:2006-03-15
　基金项目:陇东学院科研资助项目(XYZK0503)和甘肃省“十五”科技攻关项目(ZGSO35-A43-070)资助
　作者简介:胡浩斌 , 1969年生 , 陇东学院化学系副教授
引　言
　　东紫苏(E lsholtz ia bodinieri Vanio t), 又名“风尾茶” , 为
唇形科植物 , 为多年生矮小草本 , 生于山坡 、 路旁草丛中或
灌木林下。主要分布在甘 、 黔 、 蜀和滇等西部地区[ 1] 。其全
草可入药 , 是民间常用的一种中草药 , 具有发散解表 、 理气
和胃之功能 , 主要用来治外感风寒 、 头身痛 、 咽喉痛 、 消化
不良和肝炎等症[ 2] 。国内对东紫苏的研究较少 , 且主要集中
在挥发油的化学成分 、 药材性状及理化性质等方面[ 3-6] , 对
无机元素的测定尚未见报道。微波溶样 ICP-AES 法具有快
速 、准确 、 省试剂 、损失少 、 污染少 、劳动强度低 、 可同时测
定多种元素等优点 , 已广泛应用于生物样中微量元素的测
定[ 7 , 8] 。本文采用微波溶样 ICP-AES 法对甘肃东紫苏中的无
机元素进行了分析测定 , 取得了令人满意的效果 , 为此种药
用植物的全面开发利用提供了科学依据。
1　实验部分
1.1　仪器与试剂 、原料
DRE 电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国利曼 Lee
man 公司)。MSP-100D型微波样品制备系统(北京雷明科技
有限公司)。
硝酸 、 高氯酸均为分析纯;待测元素的标准溶液均由国
家标准物质研究中心提供 , 用 1%的稀硝酸稀释成所需浓度
的溶液。
东紫苏全草采自甘肃子午岭地区 , 经西北师范大学生命
科学学院廉永善教授鉴定为唇形科植物。
1.2　仪器的工作参数
通过优化实验 , 选择了如下工作条件 , 见表 1。
Table 1　Operating parameters of instrument
入射功率
/ kW
冷却气流量
/(L ·min-1)
载气流量
/(L ·min-1)
辅助气流量
/(L·min-1)
样品提升量
/(mL·min-1)
观测高度
/mm
积分时间
/ s
氩气压力
/M Pa
雾化器压力
/ Pa
1.0 15.0 1.0 0.3 1.0 15.0 1～ 5 0.6 374.06
1.3　样品处理
取新鲜的东紫苏地上部分 , 用自来水冲洗干净 , 再用去
离子水洗涤 3 次 , 晾干 、 剪碎 , 在 60 ℃条件下干燥 , 研细后
过 80 目筛作为样品。准确称取样品 0.250 0 g置于消化系统
中 , 加 10 mL HNO 3-HClO 4(8∶1)作为消解剂 , 摇匀 , 选择
适当的功率和时间进行微波消解 , 消解完成后冷却 , 将消化
液全部移入 50 mL 容量瓶中 , 定容 、 待测。
1.4　元素测定
在最佳工作条件下 , 制作各元素的标准曲线 , 并对各样
品进行测定 , 重复测定 5 次。
2　结果与讨论
2.1　元素分析线的选择
分析线是按检出限低 、灵敏度高 、 干扰程度低等原则来
选择的。根据本仪器分析数据库 , 选择各元素的分析线与检
出限 , 见表 2。
2.2　最佳消化条件的选择
以正交试验 L 16(44)法(见表 3)来选择最佳的消解条件 ,
结果见表 4。
Table 2　Detection limits and analytical
lines of elements determined
元素 波长/ nm 检出限/(μg· g -1)
Ca 317.9 0.016
K 766.4 0.012
Na 589.5 0.017
Al 309.2 0.032
M n 257.6 0.001
Cu 324.8 0.006
Pb 220.3 0.001
Zn 213.9 0.023
M g 279.6 0.0006
Fe 259.9 0.006
Ba 455.4 0.005
Table 3　Orthogonal layout design
影响因素 水平
1 2 3 4
消化温度/ ℃ A 80 100 120 140
消解剂 B HNO 3 HNO 3/HClO 4(8∶1) HNO 3/HClO 4(5∶1) HNO 3/HClO 4(3∶1)
酸用量/mL C 1.0 3.0 6.0 9.0
消化时间/ h D 1.0 1.5 2.0 2.5
Table 4　Experimental program and results(μg· g-1)
实验次数 影响因素
A B C D
K Ca Ba Zn Pb Cu Na Mg Fe M n Al
1 1 1 1 1 1 136 3 146 66.51 76.30 6.37 22.12 21.21 1 121 412.4 30.21 133.4
2 1 2 2 2 1 164 3 175 80.72 111.3 7.64 36.07 68.23 1 781 578.3 59.82 161.2
3 1 3 3 3 1 167 3 174 82.33 112.9 7.69 38.42 78.20 1 869 523.4 60.47 164.5
4 1 4 4 4 1 171 3 183 85.12 120.7 8.24 46.61 89.32 1 978 646.2 63.24 170.3
5 2 1 2 3 1 158 3 169 78.10 107.2 7.10 33.09 45.15 1 551 502.3 56.41 155.7
6 2 2 1 4 1 150 3 151 75.71 100.8 6.63 24.57 32.46 1 136 452.0 52.35 150.6
7 2 3 4 1 1 161 3 162 80.33 108.9 7.53 32.48 68.91 1 789 564.2 59.25 160.9
8 2 4 3 2 1 162 3 163 81.95 112.4 7.65 36.51 72.02 1 807 576.2 60.01 162.3
9 3 1 3 4 1 159 3 157 74.37 108.3 7.18 34.31 54.12 1 681 502.4 57.22 158.5
10 3 2 4 3 1 172 3 173 86.41 121.5 8.48 54.48 92.06 2 106 653.2 64.15 172.7
11 3 3 1 2 1 152 3 153 76.32 102.1 6.89 24.82 42.31 1 503 496.2 53.68 152.5
12 3 4 2 1 1 166 3 168 82.36 119.3 7.71 39.88 72.56 1 874 575.1 60.49 165.1
13 4 1 4 2 1 160 3 161 80.17 108.3 7.35 35.81 64.26 1 736 531.7 56.43 160.2
14 4 2 3 1 1 176 3 178 89.19 169.7 9.03 64.82 98.46 2 142 662.9 64.77 175.1
15 4 3 2 4 1 169 3 169 84.32 119.6 7.89 45.20 80.15 1 903 578.9 60.25 168.6
16 4 4 1 3 1 152 3 153 72.41 104.7 7.06 26.57 40.26 1 536 579.2 56.32 154.3
∑K 1 4 638 4 613 4 590 4 639
∑K 2 4 631 4 662 4 657 4 638
∑K 3 4 649 4 649 4 665 4 651
∑K 4 4 657 4 651 4 663 4 647
R 6.500 12.25 18.75 3.250
　　　　注:R为极差 , 极差分析以K 为例
　　从表 4 可看出 , 酸用量 C的极差 R 很大 , 即酸用量对测
定的影响最严重 , 且 K 4 ≈K 3 >K 2 >K 1 , 说明第三四水平
均可 , 又从试剂用量的角度来考虑 , 我们选择第三水平 , 即
酸用量为6.00 mL。B因素影响也较大 , 且K 2 >K 4 >K 3 >
K 1 , 即硝酸和高氯酸的混合酸较纯硝酸的消化效果好 , 本实
验选用混酸的第二水平(8∶1)。另据实验发现 , 纯硝酸在消
化时由于 HNO3 挥发过快 , 不能消化完全 , 并有可能引起体
系的燃烧。 A , D 因素的影响虽不显著 , 但根据 K 值 , 我们选
温度为 120 ℃, 时间为 2 h 来进行消化。
同时 , 我们对 K的实验结果进行方差分析 , 结果见表 5。
用类似的方法 , 对其他10 种离子也进行了方差分析 , 并
求出相应的 F 值 , 见表 6。
2131第 11 期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析
Table 5　Square error analysis
方差来源 Q f S F F临界值
消化温度/ ℃ 99.69 3 33.23 1.54 F0.05 , 3.3 =9.28
消解剂 339.7 3 113.2 5.25 F0.1 , 3.3=5.39
酸用量/mL 971.2 3 323.7 15.0 F0.2 , 3.3=2.92
消化时间/ h 27.69 3 9.231 0.428
误差效应 64.68 3 21.56
Table 6　F values of elements in square error analysis
K C a Ba Zn Pb Cu Na Mg Fe M n Al
F A 1.54 0.77 0.35 1.23 1.24 1.11 1.92 3.83 1.39 1.23 2.94
FB 5.25 1.32 2.66 1.69 3.12 1.60 6.06 4.98 4.47 3.79 7.56
FC 15.0 5.18 4.85 2.27 5.91 3.70 17.8 20.6 4.24 6.02 16.6
F D 0.428 0.216 0.131 0.263 0.287 0.375 0.112 0.422 0.154 0.987 0.718
　　从表 5 和表6 可知 , FA , FD远小于 F临界值 , 而 FB , FC 除
Zn 和 Ca离子以外 , 基本上都大于 F临界值 , 说明消化温度和
消化时间对测定影响不大 , 而酸的种类及酸的用量对测定影
响很大 , 这与上面极差分析的结果基本相符 。
2.3　标准曲线及各元素相互干扰情况
各元素均采用六标准定标准曲线法 , 分别做了各待测元
素的标准曲线和标准加入曲线(略)。结果发现 , 相关系数 r
均大于 0.997 , 且 2 条曲线平行 , 计算结果基本一致。表明在
测定条件下 , 在样品含量范围内 , 各元素间互不干扰 , 可在
一份样品液中同时测定各种元素。
2.4　测定结果及回收率 、精密度
根据以上所选最佳实验条件 , 对东紫苏样品中无机元素
进行了测定 , RSD(n=5)在 0.52%～ 2.75%, 结果见表 7。
同时 , 采用标准加入法作了回收实验 , 测得回收率为
93.2%～ 104.1%, 所得结果见表 8。
2.5　准确度
为考查实验方法的准确性 , 选用国家一级灌木枝叶标准
物质(GBW07602)进行验证实验 , 结果见表 9。
Table 7　Determination result and relative standard deviation
测定元素 K Ca Ba Zn Pb Cu Na Mg Fe M n Al
平均值/(μg· g -1) 1 173 3 169 82.56 117.9 7.91 43.26 80.22 1 808 561.2 58.21 159.4
RSD/ % 0.52 0.98 0.65 1.02 0.85 2.52 1.12 0.94 0.74 2.75 3.15
Table 8　Results of recovery tests
测定元素 K Ca Ba Zn Pb Cu Na Mg Fe M n Al
加入量/(μg· g -1) 1.00 0.80 0.70 1.00 0.50 0.50 0.80 1.20 0.50 0.20 0.16
测得值/(μg· g -1) 0.97 0.78 0.68 1.03 0.49 0.48 0.79 1.25 0.52 0.19 0.15
回收率/ % 95.5 96.8 96.9 101.1 97.5 95.3 98.1 104.1 101.3 94.3 93.2
Table 9　Analysis results of standard reference materials
元素 K＊ Ca＊ Ba Zn Pb Cu Na＊ Mg＊ Fe Mn Al＊
测定值 0.82 2.21 19.1 19.8 6.75 5.15 1.01 0.291 1 001 59 0.199
参考值 0.85±0.03 2.22±0.07 19±2 20.6±1.0 7.1±0.7 5.2±0.3 1.10±0.06 0.287±0.011 1 020±40 58±3 0.214±0.018
　　　＊为百分含量 , 其余的单位为μg· g -1。
　　结果表明 , 测定值与标准值吻合的较好 , 证明本实验方
法准确可靠。本工作是生化领域中比较热点的课题 , 有一定
的意义。类似的工作也可参阅文献[ 9] 。
3　结　论
　　采用正交试验设计实验方案 , 以方差分析优化实验条
件 , 并以微波溶样 ICP-AES 法测定了东紫苏中无机元素的
含量。结果发现 , 东紫苏中含有多种对人体有益的微量元
素。微波溶样 ICP-AES 分析法以其较高的选择性和较宽的
线性范围 , 适用于中草药中多种微量及常量元素的分析。
致谢:感谢兰州草原生态研究所的老师为我们做了许多
工作。
2132 光谱学与光谱分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 第 26 卷
参 考 文 献
[ 1] 　Delectis Florae Reipublicae Popu lari s Sinicae Agendae Academiae Sinicae Edi ta(中国科学院中国植物志编辑委员会).Flora Reipublicae
Popularis Sinicae(中国植物志).Beijing:Science Press(北京:科学出版社), 1977.66 , 336.
[ 2] 　Jiang su New M edical College(江苏新医学院).The Big Dict ionary of Chinese T radi tional and Herbal Drug(中药大辞典).Shanghai:
Shanghai Science an d Technology Press(上海:上海科学技术出版社), 1985.489.
[ 3] 　ZOU Hai-jian , TANG Zi-min g , WEI Qun-hui , et al(邹海舰 , 唐自明 , 韦群辉 , 等).Journal of Chinese Tradi tion al Folk Medicine(中国民
族民间医药杂志), 1999 , 41:359.
[ 4] 　CHENG Wei-xian , G U Kun , LI Cong , et al(程伟贤 , 古　昆 , 李　聪, 等).J ou rnal of Yunnan Nat ionalit ies Universi ty(云南民族大学学
报), 2004 , 13(2):86.
[ 5] 　HU Hao-bin , ZHENG Xu-dong(胡浩斌 , 郑旭东).The Chin ese Academic M edical Magazine of Organisms(中国医学生物技术应用杂志),
2004 , 3(4):35.
[ 6] 　HU H ao-bin , JIAN Yu-f eng , LIU Jian-xin , et al(胡浩斌 , 简毓峰 , 刘建新 , 等).The Chines e Academic Medical Magazine of O rganism s
(中国医学生物技术应用杂志), 2005 , 4(2):74.
[ 7] 　CHENG Yi-yong , JIANG Yu-gan g(程义勇 , 蒋与刚).The Databook of Biomedical T race Elemen ts(生物医学微量元素数据手册).Tian-
jin:Tian jin S cience and Techn ology Press(天津:天津科学技术出版社), 1994.8.
[ 8] 　LI U Yan-ming(刘彦明).Spectros copy and Spect ral Analysi s(光谱学与光谱分析), 2000 , 20(3):373.
[ 9] 　LI U Ying , LI Jing-f eng , GA Ri-di , et al(刘　颖 , 李景峰 , 嘎日迪 , 等).Spect roscopy an d Spect ral Analysi s(光谱学与光谱分析), 2006 ,
26(2):344.
Determination of Inorganic Elements in Elsholtzia bodinieri Vaniot from
Gansu by Microwave Digestion ICP-AES
HU Hao-bin1＊ , CAO Hong 2 , L IU Jian-xin3 , ZH ENG Xu-dong1
1.Depar tment o f Chemistry , Longdong Univ ersity , Qingyang　745000 , China
2.Depar tment o f Agronomy , Longdong Univ ersity , Qingyang　745000 , China
3.Depar tment o f Life Science , Longdong Univer sity , Qingyang　745000 , China
Abstract　I n the present paper , or thogonal test and square er ro r analy sis wer e applied to the determination o f ino rg anic elements
in the aeria l par t o f E.bod inieri V.such as K , Na , Ca , Ba , Pb , Zn , Mn , Cu , Mg , Fe and A l by microwave dige stion ICP-AES
technique.The me thod is simple , rapid , and features of high sensitivity , good accuracy and simultaneous determination of many
e lements.Its recovery ra tio obtained by standa rd addition me thod ranged fr om 93.2% to 104.1%, and its RSD(n=5)w as low-
er than 3.20%.The results showed tha t this plant has rich ino rg anic elements , w hich a re e ssential to human health.The result
provides a theor etical basis for investig ating the cor relation of element content and the effect of medicine in E.bodinieri V.
Keywords　Orthogonal te st;Square er ro r analysis;ICP-AES;Microw ave dige stion;E lsholtz ia bodinieri Vaniot;Ino rganic ele-
ments
(Received Dec.8 , 2005;accepted Mar.15 , 2006)　　
2133第 11 期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析