主成分分析法研究多棘海盘车中的微量元素

孙 杰，陈发荣＊，韩力挥，李景喜，陈军辉，郑 立，王小如

（1.国家海洋局 第一海洋研究所，山东 青岛 266061；2.中国海洋大学 海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100）

多棘海盘车（Asteriasamurensis）在我国黄海区域是一种较为常见的海星，属于海洋无脊椎动物棘皮动物门海星纲的海盘车科，可以作为海洋药物和海洋新型食用原料使用，其功效为平肝和胃、止痛和镇惊［1－3］.多棘海盘车的作用与它的生长地域密切相关，而微量元素的种类与含量又反映海产品的生长环境特征.随着现代药理学和生命科学的迅速发展，海星的功效与微量元素的关系越来越引起人们的关注［4－5］.并且同种海星遗传特性相似，其含有的微量元素在种类和含量上就具备了一定的规律性，把握这些规律有利于海星的质量控制［6］.作者运用电感耦合等离子体质谱法（ICP－MS）对多棘海盘车中微量元素进行分析，并结合SPSS11.5的主成分分析法对6个不同产地的多棘海盘车样品进行分析，为多棘海盘车的进一步研究提供研究基础.

1 实验部分

1.1 研究对象

多棘海盘车，从青岛各产地采购，实验所用多棘海盘车样品的辐径均为20～30cm，具体信息见表1.将所有多棘海盘车样品，分别去除内脏、棘皮，然后用二次蒸馏水进行清洗，在－80℃的超低温冰箱中冷冻12h，紧接着放置在冷冻干燥机中冷冻干燥24h，粉碎，过80目筛，分别装入50mL的聚乙烯瓶中，放入干燥器中保存，待用.

表1 实验所用多棘海盘车样品Tab.1 The Asterias amurensis samples in experiment

1.2 仪器与试剂

仪器：7500a型电感耦合等离子体质谱仪，美国安捷伦公司；真空冷冻干燥机，美国LABCONCO公司；MARS微波消解仪，美国CEM公司；Milli－Q超纯水处理系统（18.2MΩ），美国Milipore公司.

试剂：双氧水、浓硝酸（德国，Merck），10mg·L－1的7Li、89Y、205Tl、140Ce的调谐溶液和6Li、45Sc、72Ge、89Y、115In、159Tb、209Bi的内标溶液（美国，安捷伦公司）均为优级纯，二次蒸馏水，直接使用或者用5%～10%的硝酸溶液对原标准液进行稀释后使用.

1.3 实验方法

1.3.1 仪器工作条件

ICP－MS的工作条件：分析模式为定量分析；射频功率为1 360W；采样锥为铂锥；采样深度为6.0mm；等离子体气流速为15.0L·min－1；载气流速为1.24L·min－1；辅助气流速为1.0L·min－1；雾化室温度为2.0℃；积分时间为0.3s；采集次数为3次；分析测试前用10μg·L－1的7Li、89Y、205Tl、140Ce的调谐液对ICP－MS进行调谐，使仪器的灵敏度、双电荷、氧化物干扰、分辨率达到分析测定要求.

微波消解仪的工作条件如图1所示，其中消解过程中的压力由消解罐盖的松紧度控制，一般保持在拧到罐口处最后一环即可.

1.3.2 样品的处理与微量元素的测定

准确称量多棘海盘车样品0.3g，每个样品做3份平行实验，分别转移到聚四氟乙烯的消解罐中，同时加入6mL浓硝酸溶液，拧紧消解罐并放置一夜，拧开罐口放气，接着加入2mL双氧水溶液，拧紧罐口放置1h之后，拧松消解罐盖放气，然后拧紧放入微波消解仪中按照图1所示条件运行.冷却之后，拧松罐口放气，将消解液转移到30mL的聚乙烯瓶中，用二次蒸馏水定重至30g，过孔径为0.45μm的尼龙滤器膜，用ICP－MS测定，同时每批样品做3份空白实验和3份黄鱼标准样品实验.

2 结果与分析

2.1 准确度和精确度实验

考虑到实际样品基体的复杂性和多样性，为了验证实验方法的准确性，首先对国家标准黄鱼物质（GBW08573）进行测定.结果显示标准物质的回收率为86.00%～120.00%，通过对多棘海盘车3份平行样品的测定，结果表明RSD＜5.00%，以上结果说明该次实验方法准确可靠、重现性好，可以满足多棘海盘车样品中微量元素的测定.

2.2 样品中微量元素含量的测定

表2 多棘海盘车样品中元素含量的测定结果（n＝10）Tab.2 The determined values of trace elements in Asterias Amurensis（n＝10） μg·g－1

由表2可知，所测定的12种元素含量差异较大，即墨地区的多棘海盘车样品中Mn、Ba、Pb、Cs、Se元素的含量均高于其他5个产地的含量，市南区的多棘海盘车样品中Cr、Ni、Cu、Zn元素的含量都高于其他产地的含量.对样品中Pb、Cd、Cr等有毒元素的含量与《GB 2762－2012食品安全国家标准食品中污染物限量》中相应元素的限量值进行比较，其中Pb、Cd、Cr限量值分别为1.00、2.00、2.00μg·g－1.结果表明，6个产地的多棘海盘车样品中Cr元素均超出相应标准限量值，部分样品中Pb元素含量超出限量值，而样品中Cd元素含量均低于限量值.

2.3 主成分分析法分析样品中的微量元素

2.3.1 多棘海盘车中微量元素的主成分分析

主成分分析法是利用降维的思想，将原来多个变量重新拟合成较少几个线性无关的变量，将上述分析数据使用SPSS11.5软件对其进行主成分分析，结果见表3、4.

表3 主成分分析特征根和方差贡献率Tab.3 Eigenvalue and variance of the main factors in the contribution rate

表4 经旋转的主成分矩阵Tab.4 Rotated principal component matrix

由表3可知，前4个主成分的方差贡献率达到97.74%，且特征值均大于1.表4为经方差极大法对主成分系数向量旋转后的结果.结合表3所列的第1个主成分方差贡献率达到34.53%，第1主成分与Pb、Mn、Ba、Cs元素呈正相关关系，而且相关系数均超过85%，可以确定Pb、Mn、Ba、Cs为多棘海盘车的特征性元素.

通过与已报道文献［7－8］中所测定海星中特征性元素含量的对比，结果发现该研究所测定的6个产地的Pb元素含量除青岛崂山区的多棘海盘车以外均超出已报道值，此外，所测定的Mn元素含量也都超出已报道值.

2.3.2 计算主成分得分及综合得分

根据主成分计算公式可以得到前3个主成分与12项指标的线性组合，其中Zx表示运用SPSS11.5转化所测定元素的标准化数据，F1～F4表示主成分得分，F表示总得分.

根据因子得分系数矩阵和主成分方差贡献率矩阵（表3）计算综合得分，F＝34.53%×F1＋25.04%×F2＋21.79%×F3＋16.39%×F4，同时进行综合排名，具体见表5.

表5 不同产地的多棘海盘车综合排名Tab.5 The comprehensive ranking of Asterias Amurensis in different origin

由表5可知，微量元素对6个地点的多棘海盘车质量影响大小的综合排名为：即墨＞市南区＞胶南＞沙子口＞崂山区＞黄岛，可见山东青岛即墨的多棘海盘车排名第一，说明微量元素在该样品中总体含量较高，对样品质量影响较大，而黄岛的样品排名最后，说明微量元素对该区域样品质量影响程度相对较小.

3 结束语

作者采用微波消解－ICP－MS测定了不同产地多棘海盘车中的 Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Cd、Cs、Ba和Pb元素的含量，并运用SPSS11.5的主成分分析法对其进行研究.结果表明，6个产地的多棘海盘车样品中Cr元素均超出相应标准限量值，Cd元素含量均低于限量值.而主成分分析表明，Pb、Mn、Ba和Cs为多棘海盘车的特征性元素，同时对主成分得分和综合得分进行计算的结果发现微量元素对山东青岛即墨的多棘海盘车质量的影响程度高于青岛其他5个地方，文中样品的数据及其结果分析为海星的质量评价与控制提供了部分参考依据.

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