香茅草别名柠檬草，又称香茅、包茅、姜草、香巴草等，为禾本科香茅属多年生草本植物，也是一种重要的草本香料植物。原产于亚洲，广泛分布于热带、亚热带地区，非洲、欧洲、北美洲、南美洲均有分布，多产于巴西、印度、泰国、斯里兰卡、孟加拉国和中国等地，在中国主要分布于云南、海南、福建、广东、广西和台湾等地。香茅草性味甘、辛、温，具有温中止痛、和胃通气、疏风通络、醒脑、止泻等功效，全株可用作抗疟疾的药材[1]。其茎叶具有特殊的柠檬香味，可提取利用价值极高的香茅油，是制备食品添加剂[2]、杀菌剂[3]、抗氧化剂[4]、生物除草剂[5]、化妆品和药品[6]等物质的重要原料，还可用于园林景观造型。

目前，有关香茅草的研究主要集中于繁殖技术[7,8]、种植栽培[9]、营养及化学成分[10,11]、药理作用[12,13,14]、香料香精[15,16,17]等方面，而对微量元素组成与含量的分析测定却鲜有报道。微量元素与人体的健康息息相关，具备酶激活、宏量元素运载、核酸代谢和激素运转等重要生物功能，摄入过量、不足、缺乏或者不平衡均会不同程度引起人体生理的异常或发生疾病。因此，对香茅草中微量元素组成及含量的分析检测具有重要意义。目前，常用的微量元素分析检测方法有分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、ICP-OES法、ICP-MS法等，前3种方法为传统方法，均存在检出限较差、易受干扰、检测效率不高等缺点，而ICP-OES法和ICP-MS法是近年来主流的微量元素测定方法，具有样品用量少、线性范围宽、精密度高、检出限低、分析效率高、无化学干扰、多元素同时检测等优点。

本研究首次利用ICP-OES法分析检测不同来源地香茅草叶片中Zn、Cd、Pb、Co、Ni、B、Mn、Fe、Cr、Mg、Cu共11种元素的质量浓度，结合微波消解对香茅草干粉样品进行前处理，以期对香茅草中微量元素组成与含量有更深入的了解，为今后香茅草的有效开发和综合加工利用提供科学依据。

1、材料与方法

1.1试验时间和地点

本试验于2018年9月在云南省楚雄州元谋县热区生态农业研究所干热河谷农业生态实验室进行。

1.2试验材料

1.2.1供试样品

供试样品为2份来源地不同的香茅草叶片材料，分别来源于云南楚雄州元谋县和云南德宏州陇川县，均由云南省农业科学院热区生态农业研究所分析测试中心于2018年7月采集。

1.2.2仪器和试剂

微波消解仪（MilestoneEthosup(maxi-44)，意大利迈尔斯通）；电感耦合等离子体发射光谱仪（PQ9000，德国耶拿）；超纯水仪（UPH-IV-20T，中国优普）；万分之一分析天平（ATX224，日本岛津）；研磨机(FSJ-A03D1,中国Bear)；电热恒温鼓风干燥箱（GZX-9140MBE，上海博讯）、移液枪（RAININ，美国瑞宁）；浓硝酸（优级纯，重庆川东化工）；30%过氧化氢（优级纯，天津市化学试剂）；超纯水（电阻率≥18.2MΩ·cm）；多元素混合标准溶液（含有Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、TI、V、Zn共24种元素；标准值：100μg/mL；编号：GSB04-1767-2004；国家有色金属及电子材料分析测试中心）；氩气纯度(≥99.999%)。试验用水均为超纯水；容量瓶、烧杯等玻璃器皿均用10%硝酸浸泡24h，均用超纯水清洗烘干备用。

1.3试验方法

1.3.1样品前处理

将香茅草叶片样品清洗干净，分成小块，装入纸袋于60℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干，经研磨机粉碎，过孔径0.25mm网筛，保存备用。用万分之一天平精确称取香茅草样品0.2000g，置于聚四氟乙烯高压微波消解罐中，加入6mL浓硝酸和2mL双氧水，预消解约12h，轻微振摇后拧紧消解罐，确保完全密封，置于微波消解炉内，设定微波消解程序。消解完毕后，冷却至室温，慢慢打开密闭消解罐，以少量2%HNO3洗涤消解罐及盖子2～3次，洗液合并转入50mL的容量瓶中，用2%HNO3定容至刻度，混匀。用50mL注射器吸取样品，然后通过0.45μm的一次性过滤器进行过滤，将滤液转入50mL的离心管中，待测。同时制备空白对照样品。微波消解程序：消解功率均为1800W，第一步：温度为140℃，爬升时间15min，保持时间5min；第二步：升温至180℃，爬升时间10min，保持时间20min；第三步：冷却至室温，冷却时间20min。

1.3.2ICP-OES仪器工作参数

等离子体观测方式为轴向(axial)；高频发射器功率为1200W；氩气压力为0.65MPa；冷却气流量12L/min；辅助气流量0.5L/min；雾化气流量0.5L/min；蠕动泵正常流速1.00mL/min；正常进样时间15s；快泵流速4.0mL/min；清洗时间5s；积分时间1s；测量次数3次。

1.3.3标准曲线绘制

根据梯度稀释法，用微量移液枪精确吸取100μg/mL的多元素混合标准溶液10mL，定容于100mL容量瓶，制成10μg/mL的标准溶液母液，再从母液中分别吸取标准溶液各0.0、0.5、2.5、5.0、12.5、25.0mL，用2%HNO3进行稀释，定容于50mL容量瓶中，配制成0.00、0.10、0.50、1.00、2.50、5.00mg/L的多元素混合标准溶液，待测。

1.3.4回收率试验

取元谋香茅草样品各6份，每份精确吸取5mL，加入一定量的多元素混合标准溶液，按本试验方法进行上机测定，重复测定6次，以标准曲线计算各元素含量，计算加标回收率，见公式(1)。

1.3.5数据处理

试验中所有数据均采用Excel2003软件进行处理，同时采用SAS9.0统计分析软件进行多重比较和方差显著性分析。

2、结果与分析

2.1微波消解条件的确定

供试样品类型不同，消解过程中所需温度、压力、时间和消耗的酸量也不同。根据文献资料及前期预试验，供试样品为植物样品，富含有机物质，由于H2O2分解产生的高能态活性氧有利于有机物质的破坏，最终确定6mLHNO3+2mLH2O2的消解体系，以“1.3.1”中的微波消解程序进行消解。结果显示，香茅草样品能够消解彻底，消解液澄清透明无浑浊，效果较好，消解时间仅需1.5h。消解液总体积控制在10mL以内，以保证消解罐中溶液不会过多，避免压力过大而发生爆炸。

2.2分析谱线的确定

ICP-OES测试过程中，待测各元素的分析谱线有多条供选择，本试验根据ICP-OES分析谱线互不干扰、谱线强度、等效背景浓度（BEC值）、灵敏度高等原则进行谱线的选择，最终确定待测11种元素的分析谱线按波长由低到高依次为（见表1):Zn206.200nm、Cd214.441nm、Pb220.353nm、Co228.615nm、Ni231.604nm、B249.773nm、Mn257.610nm、Fe259.940nm、Cr267.716nm、Mg279.553nm、Cu324.754nm。

2.3标准曲线

用2%HNO3配制Zn、Cd、Pb、Co、Ni、B、Mn、Fe、Cr、Mg、Cu质量浓度为0.00、0.10、0.50、1.00、2.50、5.00mg/L的多元素混合标准溶液。按照“1.3.2”仪器工作条件，由低到高依次测试各混合标准溶液，绘制标准曲线并计算出回归方程及相关系数，并按本方法进行11次试剂空白，计算出检出限和定量下限，结果见表1。结果表明，在线性范围内，11种待测元素的线性关系良好，相关系数范围在0.9983～0.9999之间；检出限(LOD)范围为0.000050～0.081325mg/L，定量下限(LOQ)范围为0.0002～0.2455mg/L；测定结果相对标准偏差(RSD,n=11)不大于1.55%，说明此方法精密度较好。

2.4供试样品的测定

根据本测试方法对来源地不同的2份香茅草叶片样品中的11种元素进行测定，重复测定3次，测试结果见表2。由表2可知，无论是元谋香茅草还是陇川香茅草，待测11种元素含量之间均存在一定的差异。元谋香茅草Zn、Ni、B、Mn、Fe、Mg、Cu含量分别为65.73、1.68、0.74、28.20、158.40、524.40、10.04mg/kg，陇川香茅草Zn、Ni、B、Mn、Fe、Mg、Cu含量分别为80.32、1.25、0.65、37.32、185.30、582.36、11.35mg/kg，两地香茅草各元素含量由高到低顺序均为Mg>Fe>Zn>Mn>Cu>Ni>B；而Cd、Pb、Cr、Co等重金属或微量元素含量在两地香茅草中均未检出。此外，同一元素含量在来源地不同的材料间也存在一定差异，这可能与材料本身遗传特性、土壤、水源等因素有关，具体原因有待进一步深入研究。相对标准偏差反映待测各元素的检测精密度，结果表明，相对标准偏差(RSD)范围为0.03%～3.42%，表明各元素检测精密度较高。

表1方法的线性方程、检出限、相关系数和精密度

表2样品中11种元素的测定结果

注：“ND”表示未检出；同一列不同小写字母表示不同元素之间存在显著差异(P<0.05)。

2.5加标回收率试验

取元谋香茅草样品各6份，每份精确吸取5mL，加入一定量的多元素混合标准溶液，按本试验方法进行上机测定，重复测定6次，以标准曲线计算各元素含量，测试结果见表3。结果表明，供试香茅草样品中Zn、Cd、Pb、Co、Ni、B、Mn、Fe、Cr、Mg、Cu各元素的平均回收率为90.00%～102.50%；相对标准偏差(RSD)为0.25%～1.64%，说明该方法准确度高、精密度高、可靠性强。

3、结论与讨论

前人研究表明，香茅草具有特殊的柠檬香味，主要包含柠檬醛、香茅醇、芳樟醇、香叶醇、橙花醇、月桂烯等化学成分，具有抗疟疾、抗菌、抗炎、镇痛、抗氧化、抗肿瘤、抗焦虑、降压、降血糖等药理作用[18,19,20,21,22]。香茅草作为重要的草本香料植物，主要由无机元素和有机成分组成，而其中微量元素与人体健康、疾病、中医药密切相关，参与人体多种生理生物功能，起到防病治病的重要作用。同时微量元素对其化学成分的形成、生物活性的表达及药理作用的维持具有重要作用[23,24]。

本研究采用微波消解ICP-OES法对2份来源地不同的香茅草叶片中Zn、Cd、Pb、Co、Ni、B、Mn、Fe、Cr、Mg、Cu共11种元素的含量进行了测定。结果表明，不同来源地香茅草中同一元素含量存在一定差异，暗示香茅草种质遗传多样性较丰富，开发利用潜力巨大。2个来源地不同的香茅草叶片中Mg含量均明显高于其他各元素，这证实了Mg作为中微量元素其含量较高，Mg是叶绿素构成的必需元素，是多种酶的活化剂，Mg含量的高低直接影响光合作用。本试验结果还表明，同一来源地香茅草各元素含量存在显著差异，两地香茅草各元素含量高低顺序均为Mg>Fe>Zn>Mn>Cu>Ni>B，而Cd、Pb、Cr、Co未检出。这与赵家升等[25]研究得出香茅草中富含Mg、Fe、Mn的结果相一致，不同之处是本研究供试香茅草并未检出Pb、Cr和Cd等重金属，这可能与种植环境不同有关，在今后的试验中对于痕量元素的准确测定最好还是利用ICP-MS进行检测。研究认为，Fe、Zn、Mn和Cu具有增强人体免疫功能等作用[26]。本研究发现，香茅草中Fe、Zn、Mn和Cu等元素含量较丰富，这可能与香茅草具备抗炎、抗氧化、抗疟疾、抗肿瘤等药用价值有关。本研究中不同来源地香茅草样本量及所检测的元素种类仍较少，对于各元素分布差异及其产生原因、各元素与香茅草化学成分和药理作用的相关性有待在今后试验中深入研究。

回收率试验测定结果(n=6)

本研究首次建立了利用微波消解ICP-OES法同时测定香茅草中11种微量元素含量的分析方法。针对供试样品的本身特性，采用硝酸添加过氧化氢的混酸消解体系，优化了样品前处理方法，缩短了消解时间，消解仅需1.5h，提高了工作效率。该方法快速简便、准确度高、精密度好，可高效用于干热河谷区植物类样品中多种元素含量的同时测定。试验结果表明，供试香茅草富含人体必需的多种微量元素，而重金属元素含量未检出，安全健康无污染，具有较高的利用价值，可作为食品、药品或化妆品原料加以开发利用。

参考文献：

[7]张树河,林加耕,吴维坚,等.香茅草组织培养快速繁殖技术[J].广西热带农业,2005(5):10-11.

[8]蔡宣梅,郭文杰.香茅草离体快速繁殖[J].中国花卉园艺,2016(22):31-32.

[9]李军集,周丽珠,梁忠云,等.香茅草种植加工与应用前景[J].安徽农业科学,2015,43(15):254-255,271.

[10]黄志娟,李冬郁,韦锦益,等.香茅草的引进种植及营养分析[J].中国园艺文摘,2018(2):51-53.

[11]黎华寿,黄京华,张修玉,等.香茅天然挥发物的化感作用及其化学成分分析[J].应用生态学报,2005,16(4):763-767.

[21]谢丽莎,欧阳炜,黄振园,等.香茅草研究概述[J].上海中医药杂志,2012,46(7):66-68.

[22]项佳媚,郑希龙,魏建和,等.香茅草及香茅草茶的研究进展[J].世界科学技术-中医药现代化,2017,19(5):874-879.

[23]卢丽兰,周亚奎,王彩霞,等.ICP-MS/ICP-AES测定不同种质槟榔果实微量元素及HPLC测定氢溴酸槟榔碱[J].中药材,2013,36(4):585-588.

[24]宋爱华,马翠荣,王英淑.微量元素与中医药的关系[J].微量元素与健康研究,2010,27(5):69.

[25]赵家升,侯洪波,梅凯伦.AAS法测定香茅草中的微量元素及重金属[J].山东化工,2014,43(12):62-63.

[26]萨日娜,王丽霞,陈雯,等.20种风药中7种无机元素含量及其相关性研究[J].中国中医药信息杂志,2018,25(5):90.

袁建民,何璐,杨晓琼,许智萍,孔维喜.微波消解ICP-OES法同时测定香茅草中11种微量元素[J].中国农学通报,2020,36(14):69-73.

基金:国家重点研发计划项目课题“西南干旱河谷特色生物资源利用技术研发”子专题“特色植物资源罗望子与余甘子野生资源开发价值评估及特色品种培育”(No.2017YFC0505106-1).