西洋参中无机元素的主成分分析和聚类分析.pdf

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1、第2 6 卷，第7 期2oO6 年7 月光谱学与光谱分析S p e c t m s c o p ya n dS p e c t r a lA n a l y s i sV 0 1 2 6，N o 7，p p l 3 2 6 1 3 2 9J u l y，2 0 0 6西洋参中无机元素的主成分分析和聚类分析陈军辉1，谢明勇，傅博强2，杨妙峰2，王小如21 南昌大学食品科学教育部重点实验室，江西南昌3 3 0 0 4 72 厦门大学化学系现代分析科学教育部重点实验室，福建厦门3 6 1 0 0 5摘要采用电感耦合等离子体质谱(I C P M S)法测定了1 2 个西洋参样品中1 8 种无机元素的含

2、量，建立西洋参无机元素指纹谱，并用S P S S 主成分分析法对西洋参中的特征元素进行分析；主成分分析选出五个主因子，得出西洋参的特征元素为F e，A 1，V，他，M g，s r，M o，C a，C u；聚类分析将1 2 个西洋参样品聚成五大类，表明元素的分布特征与西洋参的品种关系显著；主成分分析法和聚类分析法是西洋参无机元素分析的有效方法。主题词西洋参；电感耦合等离子体质谱；无机元素；主成分分析；聚类分析中图分类号：0 6 5 7 3文献标识码：A文章编号：1 0 0 0 0 5 9 3(2 0 0 6)0 7 1 3 2 6 一0 4引言目前，药用植物中无机元素的测定方法主要有原子吸收分光

3、光度法(A A S)1 、石墨炉原子吸收光谱法(G F A A S)2 、火焰原子吸收光谱法(F A A S)3 、电感耦合等离子体原子发射光谱法(I C P-A E S)4 、电感耦合等离子体质谱法(I C P-M S 朝等，而电感耦合等离子体质谱法(I C P M s)是当今多元素测定领域最为先进，最为准确的分析测试手段 6 。化学计量学在处理来自光谱、质谱分析等现代化分析方法所获得的庞大的数据中发挥着重要作用，其中主成分分析和聚类分析是数据处理强有力的工具 7 。西洋参无机元素研究远较对其有机成分的研究为少。本文首次将I C P _ M S 法应用于西洋参无机元素研究领域，测定了1 2

4、个不同西洋参样品中1 8 种元素的含量，并用主成分分析和聚类分析对测定结果进行了分析。1 实验部分1 1 仪器及主要试剂1 1 1 仪器M K 一型光纤压力自控密闭微波快速消解系统：煤炭科学研究总院上海分院新科微波溶样技术研究所，4 5 0 0 系列电感耦合等离子体质谱仪(I C P-M s)：美国A g i I e n t 公司，M i l I i _Q 5 0 超纯水处理系统：美国M i l l i p o r e 公司，A J l 0 0 型电子天平：瑞士M e t t l e r-T o l e d o 公司。1 1 2 主要试剂及西洋参样品超纯水(1 8 2M Q)、硝酸、双氧水为优

5、级纯(GR)；含M g，A l，P，C a，V，C r，M n，F e，C o，N i，c u，Z n，A s，s e，s r，M o，C d，P b 离子的混标(5 肛g m L-1)，由地矿部化探分析质量监控站提供；西洋参根共1 2 个样品，其中8 个为东北吉林样品，两个为新加坡样品，一个为加拿大样品，一个为广州样品。1 2 仪器工作条件为了便于进行多种元素的同时测定，通过优化实验选择了如下工作条件，见表1。参数设定值参数设定值R F 功率W12 0 0采样锥孔径m m1 o等离子气体流量(L n l i I l-1)1 6 o载气流量(L m i l l 1)o 9 8各元素积分时间m

6、s3 0 0样品提升率(I T l L m i I l 一1)1 oS C 温度2 O截取锥孔径m mo 4辅助气流量(L m i n 一1)1 O分辨率A M U0 7测量循环次数3分析室气压P a2 2 3 1 0 一51 3 样品的制备1 2 个西洋参样品用玛瑙研钵研磨后过6 0 目筛，(1 0 3 士2)烘至恒重，供消解用。1 4 样品的消化收稿日期：2 0 0 4 1 1 1 8。修订日期：2 0 0 5 一0 3 2 6基金项目：江西省自然科学基金(9 9 2 0 0 2 9)，长江学者和创新团队发展计划(I R l 0 5 4 0)资助作者简介：谢明勇，1 9 5 7 年生，南昌

7、大学食品科学教育部重点实验室教授*通讯联系人 万方数据第7 期光谱学与光谱分析1 3 2 7每份样品精确称取约o 2g，放人P T F E 消解罐中，加入5m L 浓硝酸，室温下预消解过夜。放入消解罐在微波消解系统中消解。消解条件：满功率(8 0 0W)，一个压力(o 5M P a)lI T l i n，两个压力(1 OM P a)1“n，三个压力(1 5M P a)3r n i n。自然冷却后取出。加2I n L3 0 双氧水，两个压力微波溶样3r I l i n，冷却后取出，移入5 0m L 容量瓶中，用超纯水定容至刻度。标准参照物和空白采用同样方式消解。每种样品和试剂空白一式三份。1 5

8、 无机元素测定用I C P-M S 测定，先测定1，4，1 6，3 2，5 0，1 0 0，2 0 0n gm L _ 1 的标准溶液中各元素含量，其结果绘制成标准工作曲线，然后测定按1 4 节方法消解的各西洋参样品。2 结果与讨论2 1 不同西洋参样品中无机元素的测定结果按1 4 中所述方法消解西洋参样品，元素的测定结果见表2。1 a b 岫21 1 l e 湖自啪b0 f i 呐r 舯i c 幽m e I I t s i I I m m 蝴t 鲫呻b(峭g 一1)注：表中“一”为未检出。2 2 西洋参无机元素指纹谱的建立根据定量测量的元素结果，筛选出1 5 种无机元素，按其原子序数顺序制作

9、含量分布曲线。为了绘图方便，把一些含量悬殊的元素同时缩小或扩大相同倍数至同一数量级(M g，P，C a 缩小1 0 0 倍，C r，N i，A s 扩大1 0 倍，V，M D，P b 扩大1 0 0 倍)。为了便于比较，本文将1 2 个西洋参样品的无机元素分布图谱绘在一起，见图1。图1 表明，1 2 个西洋参样品无论生长在哪里都有相似的 万方数据1 3 2 8光谱学与光谱分析第2 6 卷峰形，而由于样品不同，其含量有所差异。这一共性是西洋参的无机元素指纹谱与其他药材无机元素指纹谱的区别，可作为鉴定假、伪西洋参的参考依据。M gA lPC aVC rM nF eN iC uz r IA sS r

10、M oP bE l e n 蛇n t sl 1 1 埒m p a r a 髓v ei I l 旧鲫i ce-瞰聊担c h m 砒唾乒狮O fh r e l V es 哪l e s2 3 主成分分析2 3 1 数据标准化处理在主成分分析中，数据的选择和数据的预处理是主成分分析成功与否的一个重要因素。文献 8 中指出，若原始指标变量数量级差异较大，则变量值大的对综合指标(公共因子)的影响也大。本文应用s P s S l l O 统计软件包中的因子分析程序对原始数据进行标准化处理后进行主成分分析和聚类分析。2 3 2 主成分筛选及其贡献率主因子分析的目的之一是用尽可能少的因子来解释观测到的变量，主成

11、分的特征根及贡献率是选择主成分的依据，表3 描述了主成分分析初始解对原有变量总体描述情况，从表3 中可以看到总方差的8 9 7 的贡献来自前5 个因子，即一个5 因子模型解释了试验数据的8 9 7。由因子载荷矩阵可知，第一个主因子表明和F e，A l，V，h 佃，M g 高度正相关；第二个主因子表现出和s r，M o，C a 高度正相关，和C u 负相关；因为总方差5 0 以上的贡献来自第1 和第2 个主因子，所以可以认为F e，A l，V，b，M g，s r，M o，C a，C u 是西洋参的特征无机元素。T a M e 3 酬v a 一蛐艘麟p l 削主成分特征值方差贡献率累计方差贡献率本

12、研究只取了西洋参中1 5 种无机元素进行主成分分析，而另外三种元素被舍去，这是因为西洋参中C o，S e，C d 的含量较低，只有少数几个样品中检测到此三种元素；所以C 0，s e，C d 与西洋参样品的相关性较差，进行主成分分析意义不大。2 4 聚类分析采用s P S S l l o 软件包中的聚类分析程序对1 2 个西洋参样品进行聚类分组。在方法上采用欧氏距离测量，每两样本间用A v e r a g el i n k a g e 法连结；1 2 个西洋参样品用1 5 个元素含量作为聚类变量，可分成五个大类，聚类结果表明，同一产区的不同西洋参样品并没聚为一类，这说明不同品种的西洋参对元素的选

13、择吸收性能不同，使这些元素在不同西洋参样品体内存在分布差异。3 结论本研究提供了西洋参元机元素含量测定的准确数据，为西洋参元素的深入研究提供依据；并建立不同西洋参样品无机元素指纹谱，以此做参考可以进行假、伪西洋参的鉴定。主成分分析结果表明F e，A l，V，M n，M g，s r，M o，C a，C u是西洋参的特征无机元素，为西洋参药理作用与无机元素的关系研究提供理论依据。以无机元素含量为指标采用聚类分析能对不同西洋参样品进行合理分类，可以根据这种分类方法进行西洋参的归属及道地性鉴定。T_笋翌i二Suoo 万方数据第7 期光谱学与光谱分析1 3 2 9参考文献 1 L I uw e i _

14、I n i I l g，I 正N GH o n g-)【i a，z H Uz l l i g u o，e ta l(刘伟明，冷红霞，朱志国，等)s p e c t r o s c o p ya n ds p e c t r a lA n a l y s i s(光谱学与光谱分析)，2 0 0 1，2 1(3)：3 9 7 U A N GS h u _ a J l，s L 烈H a n w e I l(梁淑轩，孙汉文)S p e c t r o s c o p ya 1 1 dS p e c t r a lA n a l y s i s(光谱学与光谱分析)，2 0 0 2，2 2(5)：8 4

15、7 P E N GM i-j 吼，z H 0 uQ i r 学p i I l g(彭密军。周清平)s p e c t r o s c o p ya n ds p e c t r a lA n a l y S i s(光谱学与光谱分析)，2 0 0 0，2 0(1)：8 9 F UZ I l i l 帕l l g，EM i r 学y o I l g，Z H A N GZ l I l i I l g，e ta l(付志红，谢明勇，章志明，等)s p e c t r o s c o p ya n dS p e c t r a lA n a l y s i s(光谱学与光谱分析)，2 0 0 4，2

16、4(6)：7 3 7 w A N GX i a 伊y i，e ta l(王小逸，等)S p e c t r o s c o p ya n ds p e c t r a lA n a l y s i s(光谱学与光谱分析)，2 0 0 3，2 3(6)：1 1 6 7 J a r v i s K E，G r a y L，H o u k R S，T r a n s l a t e db y NM i I l g，U n g(尹明，李冰，译)H a n d b o o ko f I n d u c t i v e l yC 0 u p l e d P l a s 瑚M a s ss p e c t

17、r o m e t r y(电感耦合等离子体质谱手册)B e 日i I l g：P r e s so fA t a l I l i cE n e r g y(北京：原子能出版社)，1 9 9 7 1 0 UX i a n-c h u n，w A N Gx i a 0-r u(黎先春，王小如)K e yA n a l y t i c a lT e c l m o l o g i e sf o rt h eQ u a l i t yc o n t r o lo fC K n e s eM e d i c i n a lH e r b sP m d u c e dA c c o r d i n gt

18、 oG A PG u i d e l i n e s(中药材G A P 实施过程中的关键分析技术)x i a m e n：x i a m e nu n i v e r s i t yP r e s s(厦门：厦门大学出版社)，2 0 0 2 7 Y O UJ i a-x i n g(游家兴)S t a t i s t i cE d u c a t i o n(统计教育)，2 0 0 3，5：1 0 P r i n c i p a lC o m p o n e n tA n a I y s i sa n dC I u s t e rA n a l y s i so fI n o r g a n

19、i cE l e m e n t si nP 口咒口xQ H i n 口比P 厂D Z i 比m LC H E NJ u n h u i l，X I EM i n g-y o n 9 1+，F UB o q i a n 矿，Y 心BM i a o-f e n 矿，w A N GX i a o-r u 21 K e yI 五b o r a t o r yo fF 0 0 ds c i e n c eo fM i n i s t r y0 fE 矗u c a t i o n，N a n c h a n gU n i V e r s i t y，N a n c h a l l g3 3 0 0 4

20、7，C h i m2 K e yL a b o r a t o r yo fA 强l y t i c a lS c i e n c eo fM i I l i s t r yo fE d u c a t i o n，)(i 锄e nU n i v e r S i t y，X i a r n e n3 6 1 0 0 5，C 童1 i n a越鼬似T h ec o n t e n t so fe l 锄e n t ss u c ha sM g，P，C a，V，c r，h 佃，F e，C o，N i，C u，Z n，A s，S e，S r，M o，C da n dP bi nt w e l v e

21、j k，m z 舛i n 圯厂o Z i 埘孢Ls 锄p l e sw e r ed e t e 删n e db ym e a n so f1 C P M&T h er e s u l t sw e r eu s e df o rt h ed e v e l o l m 托n t0 e l e m e n tf i l l g e r p r i n tc h m l m t o g r a l nT h ep r i n c i 叫c o m p o n e n ta m l y s i so fs P s sw a sa p p l i e df o rt h es t u d yo fc

22、 h a r a c t e r i s t i ce l e m e l l t si nj)口，l n z 口“i，l 舭厂0 Z i 跏LF i v ep r i n c i p a lc o m p o n e n t sw h i c ha c c o u n t e df o ro v e r9 0 o ft h et o t a Iv a r i a I l c ew e r ee x t r a c t e df r o n lt h eo r i g i I l a ld a 饥T h ea 1 1 a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a t

23、F e，A l，V，M I l，M g，s r，M 0，C aa n dC u1 1 1 a yb et I l ec 1 1 a r a c t e r i s t i ce l 咖e n t si nj)口，a g 群i 押g 粥厂0 2 i 姗LT h er e s u l t so fQ t y p ec l u s t e ra I l a l y s i ss h o wt h a tt h es 锄p l e sc o u l db ec l u s t e r e dr e a s o n a b l yi n t of i v eg r o u p s，a r l dt h

24、ee l 咖e n t a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa r er e l a t e dt ot 1 1 eb r e e d so f 尸n 撇z 掣i 超口删厂0 Z i 跏L K 鄹嘲谯f k 船上掣i 拧弘g 厂0 Z i 蚴1 L；I C P M S；I n o r g a J l i ce l e m e n t s；P r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y S i s；C l u s t e ra n a l y s i s*C o r r e s p

25、o n d i r l ga u t h o r(R e c e i v e dN o v 1 8，2 0 0 4；a c c e p t e dM a L2 6，2 0 0 5)心口H口西口I 竺l 万方数据西洋参中无机元素的主成分分析和聚类分析西洋参中无机元素的主成分分析和聚类分析作者：陈军辉，谢明勇，傅博强，杨妙峰，王小如，CHEN Jun-hui，XIE Ming-yong，FUBo-qiang，YANG Miao-feng，WANG Xiao-ru作者单位：陈军辉,谢明勇,CHEN Jun-hui,XIE Ming-yong(南昌大学食品科学教育部重点实验室,江西,南昌,330047

26、)，傅博强,杨妙峰,王小如,FU Bo-qiang,YANG Miao-feng,WANG Xiao-ru(厦门大学化学系现代分析科学教育部重点实验室,福建,厦门,361005)刊名：光谱学与光谱分析英文刊名：SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS年，卷(期)：2006,26(7)被引用次数：26次 参考文献(8条)参考文献(8条)1.刘伟明;冷红霞;朱志国 原子吸收法测定脑活素类药物中十种金属元素含量期刊论文-光谱学与光谱分析2001(03)2.梁淑轩;孙汉文 石墨炉原子吸收光谱法分析药用植物中微量营养元素的含量期刊论文-光谱学与光谱分析2002(05)3.彭密

27、军;周清平 查看详情 2000(01)4.付志红;谢明勇;章志明 ICP-AES法测定车前子中无机元素期刊论文-光谱学与光谱分析 2004(06)5.王小逸 高分辨电感耦合等离子质谱测定黄连中的微量元素期刊论文-光谱学与光谱分析 2003(06)6.Jarvis K E;Gray L;Houk R S;尹明,李冰 电感耦合等离子体质谱手册 19977.黎先春;王小如 中药材GAP实施过程中的关键分析技术 20028.游家兴 查看详情 2003(05)本文读者也读过(3条)本文读者也读过(3条)1.张志祥.刘鹏.康华靖.廖承川.陈子林.徐根娣.ZHANG Zhi-xiang.LIU Peng.K

28、ANG Hua-jing.LIAO Cheng-chuan.CHEN Zi-lin.XU Geng-di 基于主成分分析和聚类分析的FTIR不同地理居群香果树多样性分化研究期刊论文-光谱学与光谱分析2008,28(9)2.赵磊.李继海.朱大洲.籍保平.ZHAO Lei.LI Ji-hai.ZHU Da-zhou.JI Bao-ping 5种鹿茸营养成分的主成分分析期刊论文-光谱学与光谱分析2010,30(9)3.杨在君.张利.杨瑞武.丁春邦.周永红.万德光.YANG Zai-jun.ZHANG Li.YANG Rui-wu.DING Chun-bang.ZHOUYong-hong.WAN De

29、-guang 中药丹参及其近缘种中微量元素的主成分和聚类分析期刊论文-光谱学与光谱分析2008,28(10)引证文献(26条)引证文献(26条)1.李海峰.史乃捷.王军.唐一川.马联弟 聚类分析与稳健统计方法对CNAS T0402数据处理的比较和分析期刊论文-现代农业科技 2009(6)2.杜景娇.包丽丽.于昆.薛大方.滕文锋 辽宁地区部分粮食中元素含量的测定及聚类分析期刊论文-光谱实验室2011(5)3.刘剑敏.王学宝.向铮.李艳霞 主成分分析用于浙贝母中无机元素含量的研究期刊论文-广东微量元素科学2008(12)4.马丽.康廷国.孟宪生.包永睿 基于无机元素特征的不同产地鳖甲药材质量分析期

30、刊论文-广东微量元素科学2011(7)5.马存花.代斌.徐彩霞.肖芙蓉.周娜.吴建宁 新疆甘草中无机元素的聚类分析及其指纹特征研究期刊论文-安徽农业科学 2010(14)6.房海灵.郭巧生.邵清松 野菊花中元素分布特征及相关性和主成分分析期刊论文-中国中药杂志 2010(18)7.李艳丽.王庚.沈秀静 微波消解-ICP-MS测定中药材中5种有害元素的研究期刊论文-分析试验室 2008(z1)8.严寒静.房志坚 不同产地何首乌无机元素的含量测定和主成分分析期刊论文-中国中药杂志 2008(4)9.李红娟.张卫强.刘勇强 应用隶属函数值及综合指数法对“蛇龙珠”葡萄新品系进行选种研究期刊论文-北方园

31、艺 2013(5)10.李丽华.张金生.韦琳骥 基于矿质元素含量的多元统计方法进行绿茶鉴别期刊论文-辽宁石油化工大学学报2013(3)11.张南.赵国巍.钟绍金.廖正根.梁新丽.王春柳.曹运朝 主成分分析和聚类分析法用于微晶纤维素分类期刊论文-中国实验方剂学杂志 2011(19)12.汪洪武.刘艳清.王谷.甘小新 原子吸收法测定不同产地三棱中16种微量元素的质量浓度期刊论文-精细化工2009(6)13.许良.胡建国.刘瑞平.王志民.娜仁花 微波消解-火焰原子吸收光度法分析蒙成药金属元素期刊论文-光谱学与光谱分析 2008(1)14.施丽飞.薛大方.徐恒瑰.刘辉.滕文锋 ICP-MS测定三种抗肿

32、瘤中成药中铅镉汞砷含量期刊论文-光谱学与光谱分析 2007(5)15.龚自明.王雪萍.高士伟.郑鹏程.叶飞.王红娟 湖北名优绿茶矿质元素含量研究期刊论文-湖北农业科学2010(11)16.姚艳红.李承范.张敬东 红景天水提液中微量元素的初级形态分析期刊论文-延边大学学报（自然科学版）2008(1)17.曾亚文.汪禄祥.普晓英.杜娟.杨树明.刘家富.邰丽梅 ICP-AES检测云南稻核心种质矿质元素含量的地带性特征期刊论文-光谱学与光谱分析 2009(6)18.杨在君.张利.杨瑞武.丁春邦.周永红.万德光 中药丹参及其近缘种中微量元素的主成分和聚类分析期刊论文-光谱学与光谱分析 2008(10)1

33、9.尹海波.张囡.罗宏.韩荣春.李国玉 不同产地牻牛儿苗无机元素的主成分分析和聚类分析期刊论文-中国中药杂志 2010(15)20.李文龙.荆淼.陈军辉.陈登云.王小如 微波消解-ICP-MS测定40种中药材中的5种有毒元素期刊论文-分析试验室 2008(2)21.乐粉鹏.郭亚丽.贺燕婷.孙海峰.杜淑芳 应用ICP-MS测定国际比对果汁样品中铅、镉和锡的含量期刊论文-现代科学仪器 2010(1)22.施玉峰.谢明勇.聂少平.荆淼.王小如 ICP-MS用于新疆紫草的无机元素初级形态分析及其溶出特性研究期刊论文-光谱学与光谱分析 2007(2)23.张妮 汉中西洋参中部分微量元素的原子吸收光谱法测定期刊论文-化学工程师 2011(11)24.王小刚.骆剑.尹绍武.朱晓平.胡静 点带石斑鱼的精子活力及超低温冷冻前后精子超微结构的比较期刊论文-海洋科学 2013(2)25.田广军 水中矿物油三维荧光谱的特征提取与光谱重构期刊论文-光谱学与光谱分析 2008(4)26.韩小丽.张小波.郭兰萍.黄璐琦.李明静.刘绣华.孙宇章.吕金嵘 中药材重金属污染现状的统计分析期刊论文-中国中药杂志 2008(18)本文链接：http:/