不同產(chǎn)地郁金中微量元素的測(cè)定及其主成分分析

吳新新， 盛振華， 吳巧鳳

(浙江中醫(yī)藥大學(xué)，浙江 杭州310053)

郁金為姜科植物溫郁金Curcuma wenyujin Y. H. Chen et C. Ling、姜黃Curcuma longa L.、廣西莪術(shù)Curcuma kwangsiensis S. G. Lee et C. F. Liang 或蓬莪術(shù)Curcuma phaeocaulis Val. 的干燥塊根［1］。浙江瑞安產(chǎn)的郁金(溫郁金)為藥典收載的道地藥材，為著名“浙八味”之一。傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論認(rèn)為，郁金具有活血行氣止痛、清心解郁、利膽退黃、涼血止血之功［2］，常用于治療經(jīng)閉痛經(jīng)、胸腹脹痛、黃疸尿赤等癥。現(xiàn)代研究表明中藥郁金具抗腫瘤、抗炎、鎮(zhèn)痛解熱、保肝、抗氧化等藥理作用［3-4］，其所含微量元素Fe、Co、Zn、Mn等是近年來研究熱點(diǎn)。但由于不同產(chǎn)地，藥材所含微量元素具有一定的差異，本實(shí)驗(yàn)擬采用ICP-OES法測(cè)定浙江瑞安、浙江紹興、四川眉山、廣西玉林、廣西靈山、福建福清6 個(gè)不同產(chǎn)地郁金中微量元素的量，并進(jìn)一步利用主成分分析法對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行綜合分析，判斷和評(píng)價(jià)各個(gè)產(chǎn)地的質(zhì)量情況，為郁金資源的合理開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 儀器與試藥

1.1 儀器 BS110S 電子分析天平(北京賽多利斯天平有限公司);Milli-Q 超純水系統(tǒng)(Millipore，Bedford MA);IRIS/AP 型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國(guó)Thermo Jarrell Ash 公司)。

1.2 試藥 標(biāo)準(zhǔn)單元素(Co、Fe、Mn、Pb、Tl、Zn、Cd、Ni、Ag 和As)溶液質(zhì)量濃度均為100 μg/mL (購(gòu)于Merck 公司，批號(hào):HC825498)。所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水為超純水。實(shí)驗(yàn)藥材分別采自浙江瑞安、浙江紹興、四川、廣西玉林、廣西靈山、福建6 個(gè)不同產(chǎn)地，并經(jīng)浙江中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院陳孔榮教授鑒定，均為姜科植物溫郁金Curcuma wenyujin Y. H. Chen et C. Ling 的塊根。各產(chǎn)地郁金藥材，先用自來水洗凈，再用洗潔精清洗，大量水洗凈后用超純水反復(fù)沖洗5 ～6 次后，于60 ～70 ℃恒溫箱內(nèi)烘干，粉碎過80 目篩，烘至恒定質(zhì)量，置干燥器中備用。

2 方法與結(jié)果

2.1 溶液的制備

2.1.1 供試品溶液制備 稱取各藥材粉末3 份，每份0.5 g，置50 mL 凱氏燒瓶中，各加入8.0 mL消化液(VHNO3∶VHClO4=4 ∶1)，靜置過夜，加熱回流消化至無色透明，冷卻，轉(zhuǎn)移置50 mL 量瓶中，加超純水稀釋至刻度，搖勻，作為供試品溶液，備用。另取8 mL 的消化液，同法制作空白溶液。

2.1.2 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備 分別取Co、Fe、Mn、Pb 等標(biāo)準(zhǔn)單元素溶液適量，用2%硝酸溶液制成質(zhì)量濃度為100 μg/mL 的混合溶液，梯度稀釋，作為混合標(biāo)準(zhǔn)溶液備用。

2.2 微量元素的測(cè)定

2.2.1 儀器工作參數(shù) 使用IRIS/AP 型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)器CID低波段(＜265 nm);積分時(shí)間為15 s;高波段(＞265 nm);積分時(shí)間為5 s;進(jìn)樣蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為100 r/min;進(jìn)樣霧化器氬氣壓力為28 psi (1 psi=6.894 ×103Pa);輔助氣流量為1.0 L/min;高頻發(fā)生器功率為1500 W;樣品沖洗時(shí)間為5 s;測(cè)定波長(zhǎng)范圍為193.7 ～407.7 nm。

2.2.2 線性關(guān)系考察 依次將儀器的進(jìn)樣管插入各個(gè)不同質(zhì)量濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中，在相應(yīng)波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，每一質(zhì)量濃度測(cè)定3 次，以吸光度Y 為縱坐標(biāo)，相應(yīng)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度X(μg/mL)為橫坐標(biāo)，作標(biāo)準(zhǔn)曲線并確定其相關(guān)系數(shù)及線性范圍，結(jié)果見表1。

表1 各元素回歸方程及線性范圍(n=3)Tab.1 Linear regression equation for each element of the range (n=3)

2.2.3 微量元素的測(cè)定 按上述設(shè)定的儀器操作條件，測(cè)定各供試品溶液的吸光度，由各元素的回歸方程，計(jì)算相應(yīng)的濃度，扣除試劑的空白值，得出藥材中各元素的量，測(cè)定結(jié)果見表2。

由表2 可知，6 個(gè)不同產(chǎn)地郁金均含有Co、Fe、Mn、Pb、Tl、Zn、Cd、Ni、Ag 和As 10 種微量元素，其中人體必需微量元素Fe、Mn 和Zn 的量均較高，F(xiàn)e 元素含有量最高的產(chǎn)地為浙江瑞安;As、Pb、Cd 和Tl 等有害重金屬含有量均較低，根據(jù)《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:藥用植物中As≤2.0 μg/g、Pb≤5.0 μg/g 和Cd≤0.3 μg/g，Tl 含有量沒有規(guī)定，但文獻(xiàn)［5］報(bào)道其成人的急性致毒量為6 μg/g，結(jié)果表明6 個(gè)不同產(chǎn)地郁金中微量元素As、Pb、Cd、Tl 均符合標(biāo)準(zhǔn)。

表2 不同產(chǎn)地郁金中微量元素的測(cè)定結(jié)果(n=3)Tab.2 Determination of trace elements in Curcumde Radix from different growing areas (n=3)

2.3 主成分分析 主成分分析法是一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，是在不丟掉原來主要信息的前提下，從多個(gè)數(shù)值變量之間的相互關(guān)系入手，利用降維的思想，將原來多個(gè)指標(biāo)組合成少數(shù)綜合指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方法［6］。目的是提取特征指標(biāo)，用少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)來描述整個(gè)樣品的信息。主成分分析的主要步驟包括原始數(shù)據(jù)的提取和處理、計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值和主成分累積貢獻(xiàn)率、主成分載荷等［7］，現(xiàn)代采用SPSS 軟件快速且方便地得出相關(guān)數(shù)據(jù)。

進(jìn)行主成分分析第一步先將表2 所示原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，得X1～X10所有標(biāo)準(zhǔn)化變量結(jié)果見表3。

表3 郁金原始變量標(biāo)準(zhǔn)化(X1 ～X10標(biāo)準(zhǔn)化變量)Tab.3 Curcuma primitive variable standard (X1-X10 standard variable)

2.3.1 主成分個(gè)數(shù)的確定 應(yīng)用SPSS 19.0 軟件對(duì)表2 中數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表4 和表5。

表4 因子分析初始解對(duì)原有變量總體描述Tab.4 Factor analysis initial solution for a general description of the original variables

表3 表明主成分分析中主成分分析初始解對(duì)原有變量的總體描述情況，表4 為因子載荷矩陣的結(jié)果。由表4 可知總方差95.66%的貢獻(xiàn)率來自前4個(gè)主成分，且前四個(gè)主成分特征根均大于1，故保留前4 個(gè)主成分。由表3 可計(jì)算各個(gè)主成分的特征向量，從而求得各個(gè)主成分的表達(dá)式。

2.3.2 主成分得分的計(jì)算 由表3 計(jì)算得各個(gè)主成分的特征向量及各個(gè)主成分的表達(dá)式。將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后代入各個(gè)主成分的表達(dá)式中，求得各主成分得分，進(jìn)一步計(jì)算綜合得分，以此得分大小排序，由此排序可對(duì)樣品的質(zhì)量情況進(jìn)行推斷和評(píng)價(jià)。

表5 主成分矩陣Tab.5 Principal components matrix

表6 主成分的特征向量Tab.6 Principal components feature vector

表7 主成分得分值、綜合得分值及排序Tab.7 Principal components scores and sort results of the samples

由表5 得各個(gè)主成分表達(dá)式Z1=0.382X1+0.428X2+0.388X3+0.296X4+0.455X5+0.112X6+0.120X7+0.075 5X8-0.106X9+0.426X10;Z2=-0.011 8X1-0.076 2X2+0.088 6X3+0.333X4-0.126X5+0.402X6+0.432X7+0.319X8+0.543X9-0.252X10;Z3= - 0.528X1- 0.413X2+ 0.503X3-0.191X4+0.302X5-0.222X6+0.140X7+0.128X8+0.119X9+0.266X10;Z4= -0.013 2X1+0.077 1X2-0.007 89X3- 0.452X4+ 0.069 2X5+ 0.406X6+0.523X7-0.586X8+0.028 9X9+0.038 6X10(X1～X10為表3 標(biāo)準(zhǔn)化變量)。由此可以得出第1 主成分Z1主要反映來自元素Fe (X2)、Tl (X5)、As(X10)的信息，第2 主成分Z2主要反映來自元素Zn (X6)、Cd (X7)、Ag (X9)的信息，第3 主成分Z3主要反映來自元素Mn (X3)的信息，第4主成分Z4主要反映來自元素Zn (X6)、Cd (X7)的信息。

將表3 中數(shù)據(jù)代入主成分表達(dá)式，即得6 個(gè)不同產(chǎn)地郁金各個(gè)主成分得分值，按以下公式計(jì)算綜合得分:F = (λ1/∑λj)F1+(λ2/∑λj)F2+… +(λm/∑λj)Fm

結(jié)果見表6、表7，從產(chǎn)地分析，浙江瑞安產(chǎn)郁金質(zhì)量最好，產(chǎn)于福建福清郁金藥材質(zhì)量尚可，對(duì)郁金不同產(chǎn)地的綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)還應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)研究。

3 討論

3.1 本實(shí)驗(yàn)采用ICP-OES 法測(cè)定了浙江瑞安、浙江紹興、四川眉山、廣西玉林、廣西靈山、福建福清等6 個(gè)不同產(chǎn)地郁金中微量元素的量，并利用主成分分析法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，根據(jù)主成分的特征值及貢獻(xiàn)率計(jì)算得主成分特征向量及各表達(dá)式，進(jìn)一步計(jì)算綜合得分。結(jié)果表明:6 個(gè)不同產(chǎn)地郁 金 均 含 有Co、Fe、Mn、Pb、Tl、Zn、Cd、Ni、Ag 和As 這10 種微量元素;主成分分析結(jié)果表明浙江瑞安產(chǎn)郁金質(zhì)量最優(yōu)，其次是福建福清產(chǎn)郁金，其他產(chǎn)地得分率均較低。初步得出6 個(gè)不同產(chǎn)地郁金的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，浙江瑞安產(chǎn)郁金質(zhì)量?jī)?yōu)于其他5 個(gè)產(chǎn)地，本實(shí)驗(yàn)僅對(duì)不同產(chǎn)地郁金中微量元素的量進(jìn)行測(cè)定，對(duì)其不同產(chǎn)地郁金的質(zhì)量評(píng)價(jià)還應(yīng)從化學(xué)成分及藥理學(xué)指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷。

3.2 人體必需微量元素共有8 種，分別為I、Zn、Se、Cu、Mo、Cr、Fe 和Co，實(shí)驗(yàn)表明郁金含有Co、Fe 和Zn，這些微量元素在人體中含有量少，但與體內(nèi)物質(zhì)、能量代謝、生殖發(fā)育、遺傳、免疫及神經(jīng)活動(dòng)等生理過程［8-9］密切相關(guān)。微量元素Co是維生素B12的組成成分，參與核酸、膽堿、蛋氨酸的合成及造血有關(guān)物質(zhì)的代謝，能夠治療多種貧血，對(duì)高血色素巨細(xì)胞貧血療效顯著［10］;微量元素Fe 在體內(nèi)參與氧的貯存和運(yùn)輸，是組成血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)胞色素酶、過氧化酶的成分，在組織呼吸、生物氧化過程中起重要作用［11］;微量元素Zn 與體內(nèi)300 多種酶的活性相關(guān)，參與體內(nèi)DNA 代謝，RNA 代謝，糖脂類代謝等，影響動(dòng)物體神經(jīng)發(fā)育、生長(zhǎng)發(fā)育，生殖機(jī)能和創(chuàng)傷愈合等過程［12］。實(shí)驗(yàn)表明各產(chǎn)地郁金均含較高的Co、Fe 和Zn，其中浙江瑞安產(chǎn)郁金(道地藥材)Co 和Fe 元素的含有量最高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為浙江瑞安產(chǎn)郁金作為其道地藥材的合理性提供參考依據(jù)。

3.3 近年來化學(xué)計(jì)量學(xué)［13］在分析龐大數(shù)據(jù)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，其中主成分分析法已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、環(huán)境和藥物等領(lǐng)域［14-15］。主成分分析法是在不丟掉原來主要信息的前提下，從多個(gè)數(shù)值變量間的相互關(guān)系入手，利用降維的思想，將原來多個(gè)指標(biāo)組合成少數(shù)幾個(gè)互不相關(guān)的綜合指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方法，具有簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理、提高系統(tǒng)分析效率和特征性指標(biāo)選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［16］。本實(shí)驗(yàn)利用主成分分析法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，根據(jù)主成分的特征值及貢獻(xiàn)率選擇主成分個(gè)數(shù)，進(jìn)一步求得各個(gè)主成分表達(dá)式及其綜合得分，對(duì)6 個(gè)不同產(chǎn)地郁金質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)和判斷。從本實(shí)驗(yàn)方法的科學(xué)性、客觀性和中藥研究的角度來說，主成分分析法作為一種較為合理、客觀和可靠的統(tǒng)計(jì)方法，用于不同產(chǎn)地中藥質(zhì)量評(píng)價(jià)的選擇，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

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