基于多元素含量測定與統(tǒng)計學方法的西洋參產(chǎn)地鑒別

侯皓然 周勁松 劉國偉 孔箭 馬恩耀 羅文英

摘要：探討了多元素分析對西洋參（Panax quinquefodius L.）產(chǎn)地鑒別的可行性，篩選鑒別西洋參產(chǎn)地的有效指標。試驗收集產(chǎn)地為加拿大、美國、中國東北三省的西洋參樣品共20批，用ICP-MS法測定其中Sc、Y、La、Ce、Pr，Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se、Cd、Sn、Hg、Pb共28種元素的含量，對其進行方差分析、聚類分析及判別分析。結(jié)果表明，不同地域西洋參樣品中元素含量有其各自的特征。聚類分析將西洋參樣品分成不同類別，與來源地基本一致。逐步判別分析篩選出Y、Fe和Ni可作為判別西洋參產(chǎn)地來源的指標，判別正確率均達100.0%，說明利用多元素分析技術(shù)對西洋參產(chǎn)地來源的判別是可行的。

關(guān)鍵詞：西洋參（Panax quinquefodius L.）;多元素;聚類分析;判別分析;產(chǎn)地鑒別

中圖分類號：R284.1 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）09-0151-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09.032

西洋參為五加科植物西洋參（Panax quinquefo-dius L.）的干燥根。味甘、微苦，性涼;歸心、肺、腎經(jīng)。具有補氣養(yǎng)陰、清熱生津的功能。用于氣虛陰虧、虛熱煩倦、咳喘痰血、內(nèi)熱消渴、口燥咽干[1]。西洋參產(chǎn)地較多，原產(chǎn)地及主產(chǎn)地均為美國及加拿大，以美國威斯康星州所產(chǎn)者最為著名。中國華北（北京、河北、河南、山東）、東北三省、陜西有大量栽培，湖北、湖南、江西、浙江、安徽、福建等地也有引種;已形成華北、東北、陜西幾個主要產(chǎn)區(qū)，并銷往全國仁2，。一般認為，從美國、加拿大進口的西洋參品質(zhì)優(yōu)于國產(chǎn)，所以價格上進口西洋參相對國產(chǎn)西洋參要貴。有部分不法商販為了利益，常常用國產(chǎn)西洋參冒充進口西洋參。為了維護市場秩序、保障大眾用藥安全，有必要建立一種能有效鑒別西洋參產(chǎn)地的方法。近年已有一些文獻對西洋參產(chǎn)地鑒別的方法進行了報道，所用方法有元素分析法[3]、穩(wěn)定同位素比值法[3]、中紅外光譜法[4，5]、近紅外光譜法[6]、非線性化學指紋圖譜法[7]、色差法[8]，其中，元素分析法具有獨特優(yōu)點。因為植源性農(nóng)產(chǎn)品中元素的來源比較單一，主要來源于土壤，而土壤的地域特征比較明顯，更容易利用元素的地域差異對植源性農(nóng)產(chǎn)品進行產(chǎn)地判別[9，10]。本研究采用元素分析法對產(chǎn)地為加拿大、美國和中國東北三省的共20批西洋參樣品進行了產(chǎn)地鑒別研究。研究首次將16種稀土元素（Se、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu）用于西洋參產(chǎn)地鑒別，利用ICP-MS法測定西洋參樣品中包含上述稀土元素在內(nèi)的共28種元素的含量，結(jié)合多元統(tǒng)計分析方法，探討多元素指紋分析技術(shù)應(yīng)用于西洋參產(chǎn)地溯源的可行性，建立不同產(chǎn)地西洋參的判別模型，旨在為鑒別與區(qū)分國產(chǎn)和進口西洋參提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

共收集20批西洋參樣品，其中產(chǎn)地為加拿大的5批（編號：CAN1至CAN5）、產(chǎn)地為美國的7批（編號：USA1至USA7）、產(chǎn)地為遼寧省的3批（編號：LN1至LN3）、產(chǎn)地為吉林省的3批（編號：JL1至JL3）、產(chǎn)地為黑龍江省的2批（編號HLJ1至HLJ2）。經(jīng)廣州中醫(yī)藥大學高明教授鑒定，均為五加科植物西洋參的干燥根。

1.2 試劑

Sc標準溶液（GSBG62013-90）、15種稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y）混合標準溶液（GSB04-1789-2004），Hg標準溶液（GSBG62069-90）、Pb標準溶液（GSBG62071-90）、As標準溶液（GSBG62027-90）、Cd標準溶液（GSBG62040-90）、Cu標準溶液（GSBG62023-90）、Cr標準溶液（GSBG62017-90）、Se標準溶液（GS-BG62029-90）、Ni標準溶液（GSBG62022-90）、Sn標準溶液（GSBG62042-90）、Zn標準溶液（GS-BG62025-90）、Mn標準溶液（GSBG62019-90）、Fe標準溶液（GSBG62020-90）、Ge標準溶液（GS-BG62073-90）、In標準溶液（GSBG62041-90）、Bi標準溶液（GSBG62072-90）、Au標準溶液（GS-BG62068-90），均購于鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司。人參成分分析標準物質(zhì)GBW10027（GSB-18），中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所。硝酸（TraceMetal Grade，F(xiàn)isher Chemical），過氧化氫溶液（GR，aladdin），試驗用水為去離子水。

1.3 儀器

MS204TS/02型電子天平，瑞士Mettler Toledo集團：Mill-Q Reference型超純水系統(tǒng)，美國Millipore公司;ETHOS UP型微波消解系統(tǒng)，意大利Milestone公司;Agilent 7500cx型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國Agilent集團。

1.4 方法

1.4.1 供試品溶液的制備 取西洋參樣品，于60 ℃干燥2h，碎成粗粉，取約0.3g，置微波消解罐中，加入6mL消解液（硝酸：過氧化氫溶液=2：1），按表1條件進行消解。消解完全后自然冷卻，將消解液轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，用少量水洗滌消解罐3次，洗液合并于容量瓶中，加入Au標準溶液（1μg/mL）200μL，用水稀釋至刻度，搖勻，即得。

用同樣的方法制備人參成分分析標準物質(zhì)供試溶液。除不加An標準溶液外，同法制備試劑空白溶液。

1.4.2 測定方法用ICP-MS測定，儀器運行參數(shù)為射頻功率1550W，載氣流量0.83L/min，補償氣流量0.33L/min，蠕動泵速0.1r/s，霧化室溫度2℃，反應(yīng)氣體為He，流量4.5L/min，掃描30次，重復(fù)3次。

采用內(nèi)標校正定量分析方法。¹⁴⁵Sc、⁸⁹Y、¹³⁹La、¹⁴⁰Ce、¹⁴¹Pr、¹⁴⁶Nd、¹⁵²Sm、¹⁵³En、¹⁵⁶Gd、¹⁵⁹Tb、¹⁶³Dy、¹⁶⁵Ho、¹⁶⁶Er、¹⁶⁹Tm、¹⁷²Yb、¹⁷⁵Lu、¹¹⁴Cd、¹²⁰Sn以¹¹⁵In為內(nèi)標：⁵³Cr、⁵⁵Mn、⁵⁷Fe、⁵⁸Ni、⁶³Cu、⁶⁴Zn、⁷⁵As、⁸²Se以⁷⁴Ge為內(nèi)標：²⁰²Hg、²⁰⁸Pb以²⁰⁹Bi為內(nèi)標。

配制系列標準工作溶液，導入ICP-MS儀進行測定，以所測元素的濃度為橫坐標，以元素與對應(yīng)內(nèi)標元素的強度比為縱坐標分別繪制標準曲線和計算回歸方程。然后將供試品溶液、試劑空白溶液導入ICP-MS儀進行測定，以所測元素與內(nèi)標元素的強度比與標準曲線比較帶人方程式求出含量。

試驗采用人參成分分析標準物質(zhì)GBW10027（GSB-18）對方法準確度進行驗證，待測元素測定值在推薦值范圍內(nèi)，表明所用方法能滿足試驗要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 各批次元素含量測定結(jié)果

20批西洋參中28種元素含量的測定結(jié)果見表20由表2可知，所測定的20批西洋參樣品中，Eu、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Se 7種元素的含量均未檢出，故不納人統(tǒng)計分析。用SPSS 25.0軟件對其他21種元素的測定結(jié)果進行單因素方差分析、聚類分析及判別分析。

2.2 單因素方差分析

單因素方差分析結(jié)果顯示，加拿大、美國、中國東北這三個地域的西洋參樣品Sc、Cr、Fe、Ni、As等元素含量存在極顯著差異，Mn、Cu、cd等元素含量存在顯著差異。多重比較的結(jié)果顯示，不同地域西洋參樣品的元素含量有其各自的特征。加拿大的樣品中，Y、Zn、As等元素含量較高，其中As含量極顯著高于美國和中國東北三省。美國的樣品中，Sc、Ce、Pr、Nd、Cr、Fe、Cd等元素含量較高，其中Cr、Fe的含量均極顯著高于加拿大和中國東北三省，Sc含量顯著高于加拿大、極顯著高于中國東北三省;Cd含量極顯著高于加拿大、顯著高于中國東北三省。中國東北三省的樣品中，La、Mn、Ni等元素含量較高，其中Mn含量極顯著高于加拿大、顯著高于美國;Ni含量均極顯著高于加拿大和美國。美國和中國東北三省樣品的Cu含量相近，均極顯著高于加拿大。

2.3 聚類分析

采用系統(tǒng)聚類，聚類方法采用組間連接，聚類距離采用歐氏距離系統(tǒng)。聚類樹狀見圖1。從聚類距離為10處將樹型圖切斷，西洋參樣品被分為5類，第1類全部為中國東北三省樣品，包括遼寧的2個樣品、吉林和黑龍江的各1個樣品;第2類包括4個加拿大樣品和1個吉林樣品;第3類亦全部為中國東北三省樣品，遼寧、吉林、黑龍江各1個;第4類包括4個美國樣品和1個加拿大樣品;第5類全部為美國樣品，有3個。從聚類分析結(jié)果來看，利用多元素信息對西洋參樣品的地域來源分類具有一定價值。

2.4 判別分析

采用逐步判別分析，函數(shù)系數(shù)選擇Fishers、未標準化，方法選擇WilksLambda，先驗概率選擇根據(jù)組大小計算。經(jīng)逐步判別分析，篩選出的鑒別不同地域西洋參的有效指標為Y、Fe、Ni。從典型區(qū)別函數(shù)（圖2）可看出，加拿大、美國、中國東北三省這3個地域的西洋參樣品得到了很好區(qū)分。建立的判別模型如下。

類別1（加拿大）= -208.476X₁（Y）+0.396X₂（Fe）-2.724X₃（Ni）-8.92

類別2（美國）= -973.289X₁（Y）+1.135X₂（Fe）-4.871X₃（Ni）-39.438

類別3（中國東北三省）=143.113X₁（Y）-0.044X₂（Fe）+9.927X₃（Ni）-16.178

表3給出了判別模型對不同地域西洋參樣品的原始分類和交叉驗證結(jié)果，二者的準確率都達到了100.0%。

3 討論

基于ICP-MS分析不同產(chǎn)地西洋參樣品中28種元素的含量，結(jié)合多元統(tǒng)計分析方法進行數(shù)據(jù)分析，探討多元素指紋分析技術(shù)應(yīng)用于西洋參產(chǎn)地溯源的可行性。在扣除7種在所有樣品中均未檢出的元素后，對其他21種元素進行系統(tǒng)聚類分析和逐步判別分析。聚類分析結(jié)果中，加拿大、美國、中國東北三省3個地域的樣品有所混雜，聚類效果一般。造成此結(jié)果的原因可能是樣本量偏少，數(shù)據(jù)不足，且中國東北的西洋參來源于3個省份，元素含量有一定的差異。逐步判別分析篩選出Y、Fe、Ni 3個有效指標，原始分類和交叉驗證結(jié)果的準確率都達到了100.0%，表明所建立的產(chǎn)地判別模型良好，能夠有效區(qū)別這3個地域的樣品。

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收稿日期：2019-02-18

基金項目：國家重點研發(fā)計劃重點專項（2018YFC1707100）;工業(yè)和信息化部2018年工業(yè)轉(zhuǎn)型升級資金（部門預(yù)算）項目（0714-EMTC-02-00576）;廣藥集團科技項目

作者簡介：侯皓然（1991-），男，河南商丘人，碩士，主要從事中藥資源開發(fā)與利用研究，（電話）17724002924（電子信箱）hhr7759@163.com;通信作者，劉國偉（1973-），男，廣西來賓人，主管藥師，主要從事中藥物質(zhì)基礎(chǔ)及其質(zhì)量標準研究，（電話）13802933828（電子信箱）13802933828@139.com。