主成分結(jié)合聚類(lèi)分析對(duì)不同產(chǎn)地黃芪的快速鑒別

黃芪為豆科黃芪屬植物。具有健脾補(bǔ)中，益衛(wèi)固表，利尿，托毒生肌的功效。主治脾氣虛證，氣虛自汗證，氣血虧虛，潰久難斂等。 黃芪的主要產(chǎn)地分布于山西、內(nèi)蒙古、東北和甘肅等地。黃芪的品質(zhì)好壞與品種、產(chǎn)地和微量元素的含量多少以及其內(nèi)部元素組分的構(gòu)成有一定的關(guān)系。山西的黃芪比較綿軟，東北的黃芪比較粗壯，內(nèi)蒙古的黃芪品質(zhì)較好。
 

 傳統(tǒng)黃芪的鑒定方法多靠人工篩選和有機(jī)成分的測(cè)定。現(xiàn)在我們還可以利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)對(duì)黃芪進(jìn)行內(nèi)部元素信息和組分進(jìn)行測(cè)定，以達(dá)到不同產(chǎn)地，不同品種黃芪的快速鑒定和品種鑒別等。
 

 近年來(lái)激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)作為一種新興的元素檢測(cè)和分析技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于生態(tài)樣品測(cè)量、種質(zhì)資源鑒定、珠寶、地質(zhì)及工業(yè)等諸多領(lǐng)域。當(dāng)激光作用于樣品表面時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)信息的等離子體。通過(guò)對(duì)等離子體發(fā)出的光譜進(jìn)行收集分析，建立光譜與元素一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。由此可以檢測(cè)出元素周期表中的大部分元素，檢測(cè)限可達(dá)ppm級(jí)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定標(biāo)后可以進(jìn)一步得到元素的含量信息。
 

 取內(nèi)蒙古、山西、甘肅和東北的黃芪樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，樣品無(wú)需前處理。實(shí)驗(yàn)時(shí)為了得到更好的信號(hào)，我們采用0.4μs為延遲時(shí)間，100%能量輸出，光斑100μm，10次脈沖的信號(hào)累加。元素的光譜信息如下圖所示，主要組成元素信息明顯，識(shí)別率較高。
 

為了進(jìn)行分類(lèi)實(shí)驗(yàn)，我們?cè)跇悠飞线x取實(shí)驗(yàn)區(qū)域后，取4x4格點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，100%能量輸出，光斑100μm，10次脈沖的信號(hào)累加。通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置的PCA主成分分析模型我們能夠快速得到黃芪樣品的分類(lèi)信息，如上圖所示。可以看出，不同產(chǎn)地的黃芪組分有一定的差異，其中內(nèi)蒙古黃芪與東北黃芪，以及山西和甘肅黃芪均有一定的差異。山西和甘肅黃芪組分信息較接近，性狀也較類(lèi)似。

​在此基礎(chǔ)上我們同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置的HCA聚類(lèi)分類(lèi)模型進(jìn)一步進(jìn)行了分類(lèi)分析，如上圖所示。結(jié)論與上述PCA分析模型分析的結(jié)果一致。通過(guò)第三方模型的驗(yàn)證，分類(lèi)結(jié)果的區(qū)分度可達(dá)100%。通過(guò)掃描法測(cè)得的黃芪水溶性浸出物含量、醇溶性浸出物的含量、總黃酮含量和總皂苷的含量關(guān)系為內(nèi)蒙古>山西>甘肅>東北。這與我們分類(lèi)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果結(jié)合可以建立黃芪樣品分類(lèi)與黃芪質(zhì)量的關(guān)聯(lián)關(guān)系，我們的分類(lèi)圖譜也是內(nèi)蒙古>山西>甘肅>東北。由此，針對(duì)黃芪除了傳統(tǒng)的鑒定方法，我們還可以結(jié)合多元素和多組分的評(píng)價(jià)指標(biāo)，更科學(xué)、更全面、更快速地評(píng)價(jià)黃芪分類(lèi)和品質(zhì)質(zhì)量。
 

 實(shí)驗(yàn)裝置我們采用EcoChem 激光光譜元素分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LIBS技術(shù)。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-100%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小20-200μm連續(xù)可調(diào)；檢測(cè)器譜寬190-1040nm；三維全自動(dòng)工作臺(tái)；樣品室可通入氦氣或氬氣。
 

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們將不同產(chǎn)地的黃芪進(jìn)行了元素識(shí)別分析及快速分類(lèi)，為黃芪的真?zhèn)舞b別、分級(jí)分類(lèi)以及品質(zhì)優(yōu)劣評(píng)價(jià)建立了新的方法。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)作為一種新興的、快速的、微損的微區(qū)化學(xué)分析技術(shù)，有著傳統(tǒng)儀器所不具備的更多功能。隨著這一技術(shù)的發(fā)展，它必將在中藥材元素分析領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。