基于ICP-MS對驢奶中無機元素分布特征的相關性分析和主成分分析

（東阿阿膠股份有限公司，國家膠類中藥工程技術研究中心，山東聊城 252201）

基于ICP-MS對驢奶中無機元素分布特征的相關性分析和主成分分析

黃一凡，郭尚偉，段小波，王靜，郝向慧

（東阿阿膠股份有限公司，國家膠類中藥工程技術研究中心，山東聊城 252201）

通過ICP-MS(電感耦合等離子體質譜)對驢奶中無機元素質量濃度進行測定，探討驢奶中無機元素間的相互關系，從無機元素角度對驢奶深層次開發提供理論依據。通過采用電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）對驢奶樣品中18種無機元素質量濃度進行全定量測定，運用SPSS軟件和灰色關聯度軟件對元素質量濃度測定結果進行相關性和主成分分析，分析元素之間關聯度。結果表明，Be、Mg、K、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ba、U、Co、Ni、As、Tl、Sr為驢奶中關鍵指標元素，找出各關鍵元素與其相關性強的其他元素。對驢奶中的無機元素進行質量濃度測定，可從無機元素角度對驢奶的質量進行綜合評價，為驢奶資源的開發和利用提供一定的理論參考。

驢奶；無機元素；電感耦合等離子質譜法；相關分析

0 引言

驢奶不僅有較高的營養價值，其藥用價值也比較廣泛。《本草綱目》中記載：“驢乳熱頻飲之可治氣郁，解小兒熱毒，不生痘疹”[1]，現代研究表明驢奶中富含許多免疫活性物質和抗癌物質[2]，同時能降血糖、降血脂、延緩衰老，具有美容功效。。

驢奶營養作用不僅與含有的有機營養成分關系密切，其作用的發揮也與無機元素的種類、質量濃度及比例密切相關。目前對驢奶的研究主要集中在化學成分、保健及藥理藥效[3-5]等方面，對其中無機元素質量濃度測定雖有研究[6-7]，但主要采用原子吸收分光光度法對少數幾種元素進行質量濃度測定，且多元素的同時檢測需要多種儀器的聯合使用才能實現，既費時又費力，同時驢奶中許多元素屬于微量組分，傳統的分析方法已難以滿足測定靈敏度的要求。ICP-MS法樣品消解速度快，干擾小，靈敏度高，檢出限低[8]。通過采用多元素同時測定的ICP-MS法對驢奶中含有的18種無機元素進行質量濃度測定，并進行相關性分析，為驢奶的深層次開發提供理論依據。

1 實驗

1.1儀器

電感耦合等離子質譜（Thermo Fisher，iCAP Qc），微波消解儀（CEM），超純水儀（Mili-Q Plus），微量移液器（eppendorf），25 mL及100 mL容量瓶。

1.2試劑

硝酸（BV-Ⅲ級），實驗室ICP-MS儀器專用級別純化水，混合標準品IV-ICPMS-71A(10 μg/mL，In?organic Ventures)，混合內標溶液IV-ICPMS-71D(10 μg/mL，Inorganic Ventures，Bi、In、Li6、Sc、Tb、Y)；調諧液（Ba、Bi、Ce、Co、In、Li、U質量濃度為1.0 μg/L）；高純氬氣及氦氣；鮮驢奶（山東聊城東阿縣國家黑毛驢繁殖中心提供）。

2 方法

2.1供試品溶液的制備

精密量取各驢奶5 mL（1 ～5號驢奶分別取自5只不同驢，每個樣本平行制備3個平行樣，進行重復試驗）置于干燥的聚四氟乙烯微波消解罐中，加入10 mL濃硝酸，蓋好消解罐并將其擰緊，置入微波消解儀中按照設定好的程序進行微波消解，冷卻后將同一樣品的兩罐溶液合并，置于通風廚內揮酸，揮至1 mL左右，冷卻后將蒸發皿中液體轉移到25 mL容量瓶中，消解罐用超純水多次洗滌，定容，搖勻，即得供試品溶液。同樣方法做樣品空白，待測。

儀器工作條件及微波消解條件如表1和表2所示。

表1 儀器條件

表2 微波消解條件

2.2標準曲線的建立

標準溶液的配制：精密量取500 μL標準品溶液（10 μg/mL）置于10 mL容量瓶中，用2%HNO3稀釋定容，作為備用母液（500 μg/L）。標準溶液配制：分別精密量取不同體積的母液進行梯度稀釋配制出不同質量濃度的（500.0，200.0，100.0，20.0，10.0，5.0，1.0，0.0 μg/L）多種元素混合標準溶液。

內標溶液配制：精密吸取100 μL內標溶液（質量濃度10 μg/mL）置于100 mL容量瓶中，用體積分數為2%的HNO3溶液將其稀釋至質量濃度為10 μg/L作為內標溶液。

選用KED模式條件下對各元素進行測定，各元素線性較好，各元素相關系數均大于0.99，符合2015年版中國藥典的要求，方法可行，各元素回歸方程如表3所示。

3 結果與分析

3.1驢奶樣品中無機元素的質量濃度測定結果

取驢奶樣品，按照“2.1”項下方法進行供試品的制備，并在“2.2”儀器工作條件下對各供試品進行質量濃度測定，驢奶中各無機元素的質量濃度測定結果如表4所示。

3.2化學計量學分析

3.2.1 主成分分析[9-10]

對數據進行標準化，使標準化后的數據具有可比性，并遵循正態分布（0，1）。運用SPSS19.0軟件進行主成分分析，通過對數據降維，以18個無機元素為變量，對其分析結果如表5和表6所示。由表5可以得出共提取出4個主成分（主成分的特征值大于1），且總方差100.000%的貢獻來自于這4個主成分，因此前4個主成分能解釋驢奶中無機元素100.000%的信息。

表6中因子載荷矩陣反映主成分與相關變量的相關系數，在主成分中各元素作用不同，所表現的重要程度不同。第1主成分與Mg、K、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ba、U高度相關（相關系數都大于0.7），第2主成分與Be、Co、Ni、As、Tl高度相關，第3主成分與Sr高度相關，由于總方差91.687%的貢獻來自于前3個主成分，因此Be、Mg、K、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ba、U、Co、Ni、As、Tl、Sr為驢奶中關鍵指標元素，其綜合信息可以反映驢奶中無機元素的主要信息。

以各元素的質量濃度為基礎，采用灰關聯度法尋找元素中彼此關聯度較高的元素。依據關聯度大小，確定其他元素對各元素的貢獻大小，以關聯度大于0.9為影響較大的元素。其中，對Be元素影響較大的元素為Cu、Zn、As；對Mg元素影響較大的元素為K、Ca、Co、Cu、Sr、Tl；對K元素影響較大的元素為Ca、Fe、Co、Tl；對Ca元素影響較大的元素為Co、Cu、Sr、Tl；對Mn元素影響較大的元素為Fe；對Fe元素影響較大的元素為Se；對Co元素影響較大的元素為Tl；對Cu元素影響較大的元素為Zn、As、Sr；對Zn元素影響較大的元素為Sr。

通過元素相關矩陣得出各元素之間的相關性，相關系數大于0.7為高度相關。其中，與Be有正相關的元素為Cu、Zn，負相關的為K、Ni；與Mg有正相關的元素為Cr，負相關的為V、Mn、Fe、U；與K有正相關的元素為Fe、Ni、U，負相關的為Cr、Cu、Zn；與Ca有正相關的元素為Co、Tl，負相關的為V、Mn；與V有正相關的元素為Mn、Ba、U，負相關的為Cr、Co；與Cr有負相關的元素為Mn、Fe、Se、U；與Mn有正相關的元素為Fe、Se、Ba、U；與Fe有正相關的元素為Ni、Se、U，負相關的為Zn；與Co有正相關的元素為Tl，負相關的為As；與Ni有正相關的元素為Tl；與Cu有正相關的元素為Zn；與Zn有負相關的元素為Ba、U；與Se有負相關的元素為Sr；與Ba有正相關的元素為U；

表3 各元素線性回歸方程和相關系數

表4 驢奶中各無機元素質量濃度測定結果（n=3） μg/L

表5 主成分分析初始解對原有變量總體描述

表6 主成分變量初始因子載荷矩陣

綜上所述，綜合灰色關聯分析和相關分析，與Be關聯較大的為Cu、Zn、As、K、Ni；與Mg關聯較大的為K、Ca、Co、Cu、Sr、Tl、Cr、V、Mn、Fe、U；與K關聯較大的為Ca、Fe、Co、Tl、Ni、U、Cr、Cu、Zn；與Ca關聯較大的為Co、Cu、Sr、Tl、V、Mn；與V關聯較大的為Mn、Ba、U、Cr、Co；與Cr關聯較大的為Mn、Fe、Se、U；與Mn關聯較大的為Fe、Se、Ba、U；與Fe關聯較大的為Se、Ni、U、Zn；與Co關聯較大的為Tl、As；與Ni關聯較大的為Tl；與Cu關聯較大的為Zn、As、Sr；與Zn關聯較大的為Sr、Ba、U；與Se關聯較大的為Sr；與Ba關聯較大的為U。其中，具有正相關表明這些元素間具有相互協同、促進吸收的關系，負相關關系反映出相關元素具有一定程度的相互拮抗和抑制的作用。

3.3驢奶無機元素指紋譜的建立

根據無機元素質量濃度測定結果，按照無機元素原子序號的順序繪制質量濃度分布曲線，將5個驢奶樣品無機元素質量濃度分布曲線繪制在一起，為便于在同一圖中同時呈現各元素，因此把質量濃度相差懸殊的元素同時擴大或縮小相同的倍數，使其數量級相同（U、V、Co、Ni、Tl擴大100倍，Mn擴大10倍，Mg縮小100倍，K縮小10 000倍，Ca縮小1 000倍，B、Sr縮小10倍），如圖1所示。

5個樣品的元素質量濃度分布圖中基本具有相似的峰形，由于5個樣品都來自同一地區國家黑毛驢繁殖中心，其為道地阿膠的產地，因此該產地驢奶有一定代表性，本實驗樣品數取樣較少，在后續實驗研究中需要增加其樣本數和產地，此無機元素質量濃度分布曲線可初步與牛奶、馬奶等的無機元素指紋譜進行區別。

表7 各元素之間的鄧氏關聯度

表8 各元素之間的相關矩陣

圖1 驢奶中無機元素質量濃度分布

4 結果與討論

本實驗通過采用電感耦合等離子體質譜法對驢奶中無機元素進行研究，將無機元素作為整體，通過化學計量學中的主成分分析降維建立主成分模型，4個主成分即可全面進行綜合評價。Be、Mg、K、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Se、Ba、U、Co、Ni、As、Tl、Sr為驢奶中關鍵指標元素，其綜合信息可以反映驢奶中無機元素的主要信息，同時建立無機元素指紋譜，為驢奶功效作用與微量元素提供理論基礎。其中，通過灰色關聯分析結合相關性分析找出各關鍵元素與其相關性強的其他元素，為探討微量元素與驢的健康狀況、驢奶的質量息息相關性具有十分重要的意義。

樣品的前處理過程容易造成樣品的污染和損失，樣品的處理方法主要包括干法消化、濕法消解及微波消解。干法消化基體效應高，容易對元素造成污染和揮發。濕法消解繁瑣、費時，其中用到強氧化性酸如高氯酸，且在敞開的空間中容易對樣品造成污染。因此，實驗用微波消解對樣品進行快速處理，能有效的降低元素的損失，減少環境污染。

微量元素不僅是人體生長發育必需的，而且是生命活動中不可或缺的，Mn、Cu、Co等微量元素在核酸、蛋白質、酶等中行使重要的生理功能，是人體新陳代謝必需的催化劑[11]。Mn是超氧化物歧化酶的主要組成部分，能保護機體，延緩衰老[12]。驢奶樣品中常量元素K、Ca、Mg元素質量濃度都比較高，K可增強肌肉韌性和心臟動力，降低血壓，減少心血管疾病的產生。Ca有消炎、消腫、抗過敏、解毒等作用[13]。Mg具有舒張血管而使血壓下降的作用，同時Ca、Mg對人體的生長發育和生殖起重要作用。驢奶中Sr的質量濃度較高，Sr是人體所必需的微量元素，其質量濃度影響著骨骼形成和功能[14]。Se可通過谷胱甘肽過氧化物酶，將有毒的過氧化物還原為無害的羥基化合物，使細胞不受破壞，為人體微量元素中的“抗癌之王”[15]。Cu為血紅蛋白的活化劑，參與多種酶的代謝，影響能量代謝[16]。因此對驢奶中無機元素的質量濃度進行測定對于研究驢奶藥效有重要意義。

[1]馬龍，趙效國，楊浩峰，等.驢奶的開發利用及前景展望[J].中國乳業，2005(6)：40-41．

[2]CUNSOLO V,COSTA A,SALETTI R,et al.Detection and sequence determination of a new variant beta-lactoglobulin II from donkey[J]．Rapid Commun Mass Spectrom,2007,21(8):1438-1446．

[3]馬龍，蘇德奇，姬鳳彩，等.鮮驢奶的保健功效研究[J].食品科學，2008,29(5)：423-426．

[4]翟寶菊，肖輝，李莉.鮮驢奶體內抑瘤作用的實驗研究[J].新疆醫科大學學報，2011，34(3)：274-278．

[5]呂岳文，楊潔，蔣新月．驢初乳理化性質和主要成分的動態變化[J].食品科學，2010，31(21)：114-118．

[6]龐永宏.驢奶中微量元素的測定[J].畜牧與飼料科學，2012，33(2)：10．

[7]陸東林，李雪紅，葉爾太·沙比爾哈孜，等．疆岳驢乳成分測定[J]．中國乳品工業，2006,34(11):26-28．

[8]王蓉，陳偉，熊欣，等.微波消解-石墨爐原子吸收光譜法對乳制品中鉛質量分數的測定[J].中國乳品工業，2014，42(4):59-61．

[9]吳新新，盛振華，吳巧鳳.不同產地郁金中微量元素的測定及其主成分分析[J].中成藥，2015，37(2):370-374．

[10]王紅，吳啟南，伍城穎，等.不同產地芡實中無機元素微波消解-ICP-OES法分析[J].中藥材，2015，38(1):29-35．

[11]施開良.環境化學與人類健康[M].北京：化學工業出版社，2002：68-73．

[12]付川，祁俊生.原子吸收光譜法測定中藥中微量元素[J].光譜學與光譜分析，2003，23(3)：617．

[13]孔祥瑞.必需微量元素的營養、生理及臨床意義[M].合肥：安徽科學技術出版社，1982:51．

[14]王建科，任永全，陳惠玲，等.懷牛膝及其不同炮制品中10種微量元素的含量[J].微量元素與健康研究，2003，20(6):28．

[15]蘇軍龍，鄭慧媛，錢亦華.硒對抗汞在發育中的神經毒性的研究[J].國外醫學[J]醫學地理分冊，2009，30(3)：136．

[16]韓麗琴，董順福，劉建華.中藥微量元素Cu和總黃酮測定與清除自由基功效關系[J].遼寧中醫雜志，2007，34(8)：1130-1132．

Studies on correlation analysis and principal component analysis of inorganic el?ements based on ICP-MS in donkey milk

HUANG Yi-fan,GUO Shang-wei,DUAN Xiao-bo,WANG Jing，HAO Xiang-hui
（Dong-E E-Jiao Co.Ltd,National Engineering Technology Research Centerfor Glue of Traditional Medicine, Liaocheng 252201,China）

Objective:To study the change rule of inorganic elements by determining the inorganic elements in donkey milk based on ICP-MS.It provides theoretical basis for deep level development in donkey milk.Methods:The contents of 18 inorganic elements in donkey milk were determined by the means of ICP-MS,correlation analysis and principal component analysis were evaluated by SPSS and gray rele?vance analysis softwares.Results:Be,Mg,K,V,Cr,Mn,Fe,Zn,Se,Ba,U,Co,Ni,As,Tl and Sr were key indicator elements for donkey milk,and what's more,correlated elements of key elements were determined.Conclusion:The comprehensive evaluation of inorganic elements for don?key milk was established fromthe perspective of inorganic elements.It provides theory reference for development and utilization of donkey milk.

donkey milk;inorganic elements;ICP-MS;correlation analysis

TS252.59

A

1001-2230（2016）11-0012-05

2016-05-16

黃一凡（1990-），女，碩士，從事中藥新藥及標準研究。

郭尚偉