薄荷(Mentha haplocalyx (Briq.))是唇形科(Labiatae.)薄荷属多年生宿根性草本植物薄荷的地上部分,性辛凉,归肺肝经。其化学成分主要含有挥发油,其主要成分为薄荷脑(薄荷醇)、薄荷酮、异薄荷酮、柠檬烯等[1]。
镧(La3+)是一种重要的稀土元素,在各领域应用均十分广泛[2]。LaCl3可以使牧草叶片中的SOD、CAT、POD等抗氧化保护酶的活性明显增强,从而降低了活性氧对植物体造成的过氧化伤害[3]。在低浓度稀土元素条件下,可影响细胞酶和细胞膜的生理功能,并具有类似于SOD、POD的抗氧化作用,使植物的产量增加,但如果稀土元素浓度过高会使植物表现为重金属中毒[4]。前期试验发现叶面喷施LaCl3有促进盐碱胁迫条件下薄荷生长的作用,但对叶片中La3+的残留尚未检测。目前La3+的测定方法主要有电感耦合等离子体原子发射光谱法[5]、X射线荧光光谱法[6]、质谱法[7]、紫外可见分光光度法[8]等。本文拟在上述文献基础上采用火焰原子吸收法测定薄荷中残留La3+的含量。报道如下。
1 材料和方法 1.1 材料 1.1.1 试剂硝酸(批号:20150709,常熟市支塘精细化工有限公司,优级纯);LaCl3(批号:070228,上海青析化工科技有限公司);La3+标准溶液(批号:20160329,国家有色金属及电子材料分析测试中心,单元素标准溶液,1000μg/ml)。
1.1.2 药材于2015年8月采于济宁医学院药学院中药材种植园,并由王建安副教授鉴定为唇形科植物薄荷(Mentha haplocalyx Briq.)。
1.1.3 仪器人工气候箱(HPJ,金坛市友联仪器研究所);原子吸收分光光度计(AA-6800,日本岛津公司)。
1.2 方法 1.2.1 火焰原子吸收法分析条件参考严方等[9]方法并加以改良,采用火焰原子吸收法测定La3+含量,仪器的工作条件如下:波长选择550.1 nm,镧灯电流为13mA,光谱通带(狭缝)为0.2nm,载气(氩气)流量为2.5L·min-1,燃烧器高度为10.0mm。
1.2.2 样品处理参考石克等[10]方法并加以改良。样品硝化溶液的制备方法如下:将薄荷叶片干燥恒重后粉碎,精密称定粉碎后的薄荷粉末0.5000g,精密加入50%硝酸溶液15.00ml,称定重量,至电炉上加热至沸并保持微沸5min,放冷,用50%硝酸溶液补足减失的重量,摇匀,过滤,取滤液,即得所需样品溶液。
1.2.3 标准品配制及标准曲线制作分别取La3+标准品溶液(1000mg·L-1)0、0.5、1、1.5、2.0、2.5ml于25ml容量瓶中,用去离子水稀释至刻度,获得0、20、40、60、80、100mg·L-1的La3+标准溶液。然后计算回归方程及相关系数。
1.2.4 方法学考察吸取La3+标准品溶液2ml,于50ml容量瓶中,用去离子水稀释到刻度,连续测定6次。计算精密度。
按1.2.2样品溶液制备方法制备6份平行样品溶液,分别测定La3+含量,分析方法的重复性。
取已知La3+含量(270ppm)的供试品溶液5份,每份精密量取5ml,分别精密加入20、40、60、80、100mg·L-1 LaCl3水溶液5ml,定容到10ml容量瓶,制得加样回收溶液,按照2.1.1仪器分析条件,测定La3+的含量,并计算回收率,分析方法的准确度。
按1.2.1分析条件,连续测定空白样品5次,根据检测限公式DL=3×SD/K、定量限公式QL=10×SD/K(SD为空白溶液吸光度值的标准差,K为直线回归方程的斜率)来计算方法的检测限和定量限[11]。
1.2.5 薄荷培养条件选取若干株长势相同的薄荷,通过扦插法植于石英砂中,以大量元素的Hoagland营养液培养,生根6cm后,移栽于塑料花盆中(上口径14cm,高10 cm,具底盘);基础土壤选取砂质土(土壤的养分测定为有机质11g/kg,全氮0.89g/kg,有效磷14mg/kg,速效钾109mg/kg,土壤肥力较低),移栽成功后选取长势接近的植株进行后续试验。
1.2.6 施稀土肥方法及用量选择根据预实验及相关文献[3],我们采用了叶面喷施法(此方法是目前微量元素肥料的主要施肥方法,用量比较经济,可避免土壤固定,养分吸收快,易于控制浓度,减少污染)。将1.2.5获取的移栽植株,喷施浓度为0、50、100、150、200、250、300、350、400mg·L-1 LaCl3水溶液,在第1、6天各喷施1次,然后于光照培养箱中进行培养,控制温度(20±2)℃,光暗周期13h/11h,光照强度2000lx,共培养20d,之后随机选取其中10株,测定存活率及株高,观察植株生长情况。操作时采用压力喷壶均匀地在叶面喷洒至有小水珠,但又不会成股流下为止,每株喷施量约为0.5ml每次。
1.2.7 La3+残留量及各项生长指标测定根据表 5结果,设计为各组均每隔5d叶面喷施250mg·L-1 LaCl3水溶液,喷施次数分别为0、1(第1天)、2(第1、6天)、3(第1、6、11天)、4(第1、6、11、16天)。然后于光照培养箱中培养,控制温度(20±2)℃,光暗周期13h/11h,光照强度2000lx,共培养20d,之后随机选取每组10株,测定各株的生长指标(株高、鲜质量、干质量),挥发油得率采用中国药典(2015版)四部2204的挥发油测定法,最后按照1.2.2项下方法进行La3+残留量的测定,La3+残留量=测得La3+的重量(μg)/植株干质量(μg)×106ppm。实验设置n=10,计算x±s,用Excel进行统计绘图,用SPSS19.0进行Duncan分析
经计算得回归方程A=0.0001C+0.0012,相关系数r=0.9999。利用火焰原子吸收法测定La3+含量在0~100mg·L-1范围内线性关系良好。见图 1。
精密度分析结果见表 1。经计算其RSD值为1.80%,表明方法的精密度良好;重复性分析结果见表 2,经计算其RSD值为0%,表明方法的重复性良好;加样回收率实验结果见表 3,经计算其加样回收率为96.8%、RSD为1.45%,表明方法的准确度良好;检测限和定量限实验结果见表 4,该方法测定的标准差为9.082×10-5,检测限为2.725mg·L-1,定量限9.082mg·L-1。
2.3 薄荷施稀土肥方法及用量选择施稀土肥方法及用量选择结果表明:叶面喷施LaCl3浓度在250mg·L-1时,叶片生长较好,高于此浓度时部分叶片发生黄化或干枯,存活率下降,试验数据会有干扰,而低于此浓度时,株高较不喷施组只有增长趋势而无统计学意义。见表 5。
2.4 La3+残留量及各项生长指标测定随着喷施LaCl3次数的增加,薄荷生长指标逐渐提升,叶面喷施2次后即可显著促进正常薄荷的生长,喷施3次后薄荷的La3+吸收量接近饱和。在挥发油得率上,喷施次数影响较小,但由于鲜质量随次数显著增加。因此, 挥发油的总量也有显著提升。见表 6。
由各项指标(株高、鲜质量、干质量)测定结果可以看出,随着喷施次数的增加,薄荷生长指标逐渐升高,说明镧元素可以促进薄荷生长。喷施3次后薄荷的La3+吸收量接近饱和,继续喷施基本不再吸收。为了防止薄荷重金属中毒将镧的喷施次数控制在3次为最佳。
文献中测定La3+含量多采用石墨炉法,而火焰法则甚少见。石墨炉法尽管灵敏度更高,但由于光束方向与温度梯度方向一致,分析物原子蒸汽的形成和消失过程始终不在热平衡中,其热解离过程不可控制,因此气相干扰较大。本文中的薄荷样品采用石墨炉法干扰过多,无法应用,因此最终选择火焰法。
采用50%硝酸消解薄荷样品,火焰原子吸收光谱法测定薄荷中La3+含量,其方法学考察线性、精密度、重复性、准确度(加样回收率)、检出限和定量限均达到分析要求,建立的薄荷中La3+含量测定方法准确可靠。
在挥发油得率测定试验中,若每株薄荷分别进行测定,由于挥发油量少,误差较大。因此,采用测定总量法,即在完成指标试验后,将剩余所有叶片进行一次性提取,测定平均得率。
按照绿色标准总重金属含量20ppm进行计算,若用途为药用或食用,叶面喷施浓度为25mg·L-1的LaCl3,次数为1次,可达到绿色品质要求,但从表 5结果来看,促生长效果可能较差(P>0.05)。综上所述,施LaCl3稀土肥的主要用途应为提取挥发油,可采用叶面喷施次数为3次,浓度为250mg·L-1的LaCl3。
[1] | 钟赣生. 中药学[M]. 9版. 中国中医药出版社, 2012: 75-76. |
[2] | 李雪梅. 荧光光度法测定镧、钇、铕的研究[D]. 山东理工大学, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10433-1016230931.htm |
[3] | 翁伯琦, 黄毅斌, 徐国忠, 等. 圆叶决明营养与逆境生理生态[M]. 科学出版社, 2011: 109-127. |
[4] | 李雪梅, 柳玉英, 巩秀贤. 分子光谱法测定镧的研究进展[J]. 冶金分析, 2015, 35(01): 26–33. DOI:10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.009486 |
[5] | Abollino O, Mentasti E, Sarzanini C, et al. Determination of zirconium, barium, lanthanum, aluminium, sodium, hafnium and fluorine in fluorozirconate glasses[J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 1992, 343(6): 482–487. DOI:10.1007/BF00322154 |
[6] | 姚强, 王燕, 朱宇宏. X射线荧光光谱法测定稀土镁合金中镧、铈和镨含量[J]. 理化检验:化学分册.(Physical Testing and Chemical Analysis Part B:Chemical Analysis), 2013, 49(12): 1515–1516. |
[7] | Pedreira WR, Sarkis JES, Rodrigues C, et al. Determination of trace amounts of rare earth elements in high pure lanthanum oxide by sector field inductively coupled plasma mass spectrometry(HR ICP-MS)and high-per-formance liquid chromatgraphy(HPLC)techniques[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2002, 344: 17–20. DOI:10.1016/S0925-8388(02)00297-9 |
[8] | 夏金虹. 紫外可见分光光度法用于La、Ce定量分析近况[J]. 玉林师范学院学报, 2001(03): 77–79. DOI:10.3969/j.issn.1004-4671.2001.03.028 |
[9] | 严方, 高文苗, 罗文平, 等. 原子吸收法测定催化剂中的镧含量[J]. 中国测试, 2009, 35(1): 82. |
[10] | 石克, 谢静, 罗立骏, 等. 原子吸收分光光度法测定制何首乌中的铁黑[J]. 药物分析杂志, 2011, 31(3): 584. DOI:10.16155/j.0254-1793.2011.03.016 |
[11] | 王大祥, 王倩倩. 石墨炉法测定地表水中镉的方法学研究[J]. 河南水利与南水北调, 2015(14): 95, 106. |