J200激光光譜元素分析儀在中藥材分析和鑒別中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù)：5912　發(fā)布日期：2015-7-7　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

前言

中藥材中微量元素的組成、重金屬元素的含量，對評價(jià)中藥材質(zhì)量、判別中藥材真?zhèn)魏蛠碓从兄匾饬x[1,4,6,9,12]。然而常規(guī)分析方法，如紫外分光光度法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等存在樣品預(yù)處理復(fù)雜，分析速度慢，或者不能多元素同時(shí)分析等諸多弊端。近年來，基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的激光光譜元素分析儀因其樣品處理簡單、分析速度快和多元素同時(shí)分析的特點(diǎn)，受到化學(xué)分析研究人員的關(guān)注，而且獲取的樣品光譜圖可做樣品鑒別的指紋圖譜。此技術(shù)能夠?yàn)橹兴幉钠焚|(zhì)鑒定、快速分類鑒別、藥品真?zhèn)闻袛�、藥物及包裝中有害元素是否超標(biāo)測定、藥用植物種質(zhì)資源和質(zhì)量評價(jià)等提供前沿的檢測手段[5,8,11]。

材料和方法

材料：一、采自不同地方的兩大類七種丹參和生黃芪中草藥樣品，分別是H0 山西北芪、H1安徽丹參、H2 四川紅丹參、H3 安徽丹參、H4 甘肅北芪、H5 內(nèi)蒙北芪、H6 四川紫丹參。如圖1所示。

圖1 七種丹參和生黃芪樣品圖片

二、四物湯、六物湯和十物湯三種中草藥制劑，以定量水燒開后，分別取其前、中及最后殘留之湯劑，滴于空白濾紙上進(jìn)行激光光譜元素分析，以空白濾紙作為對照樣，如圖2 所示。對應(yīng)編號分別為：H0-10-1、H1-10-2、H2-10-3，H3-4-1、H4-4-2、H5-4-3，H6-6-1、H7-6-2、H8-6-3，H9-blank。

圖2 四物湯、六物湯、十物湯待分析濾紙

采用美國ASI 公司J200 激光光譜元素分析儀對以上樣品進(jìn)行元素成分分析，激光波長為266nm和532nm，取樣面積為1cm 見方，每個(gè)丹參和生黃芪樣品取樣25 個(gè)點(diǎn)，每個(gè)中草藥湯劑濾紙取樣36 個(gè)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過程中，丹參、生黃芪、濾紙樣品無需研磨和消解，直接放入實(shí)驗(yàn)設(shè)備的樣品室。

激光光譜元素分析儀基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)，其工作原理是采用高能激光脈沖直接擊中樣品表面，產(chǎn)生高溫等離子體(溫度可達(dá)104K 以上)將取樣點(diǎn)樣品中幾乎全部元素氣化并激發(fā)至高能態(tài)，當(dāng)它們躍遷回到基態(tài)時(shí)發(fā)出各自的特征光譜，利用光譜儀對此光譜進(jìn)行檢測，即可同時(shí)獲取樣品中元素的種類及含量信息。

激光光譜元素分析儀

針對中草藥湯劑的半定量研究，采用美國ASI 公司J200-LA-ICP-MS 激光剝蝕電感耦合等離子體分析系統(tǒng)，紫外激光波長343nm。每個(gè)樣品取樣面積1cm 見方，取樣時(shí)間1 分鐘左右。

結(jié)果與分析

1 丹參和生黃芪樣品的元素成分

分析激光元素分布分析技術(shù)是微創(chuàng)無損分析，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶有的高倍光學(xué)放大鏡，對樣品分析前后取圖進(jìn)行了對比（圖4）。

圖4 樣品分析前后對比

特征譜線顯示，鉀（K）、鈉（Na）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、碳（C）、氫（H）、鍶（Sr）元素是丹參和生黃芪樣品的主要元素組成。其中鈣元素檢測出了多條靈敏譜線，鎂元素也檢出了4 條靈敏譜線；鈉元素、碳元素、氫元素則是檢出了最靈敏譜線。丹參和生黃芪的譜線強(qiáng)度對比可以看出，丹參中鈉、鈣、鎂3 種元素的含量明顯高于生黃芪，而兩類樣品中碳、氫、鉀、鍶4 種元素的含量處于同一水平。（圖5）

圖5 丹參和生黃芪主要組成元素特征譜線

通過系統(tǒng)軟件對測量結(jié)果進(jìn)行主成分分析(PCA) 。H1 和H3 樣本的相似度明顯高于其他樣本（圖6）。通過比對可知，H1 和H3 樣本均是來自同一區(qū)域的安徽丹參。

為了檢驗(yàn)激光元素分析結(jié)果的可靠性，將上述7 個(gè)丹參和生黃芪樣品的測量結(jié)果建立小型中草藥數(shù)據(jù)庫，再取對應(yīng)的同樣一份7 個(gè)丹參和生黃芪樣品，在不進(jìn)行標(biāo)注的情況下完成各自的激光光譜元素分析。然后通過軟件進(jìn)行偏最小二乘法判別分析（PLS-DA），將之與新建的小型中草藥數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，最終準(zhǔn)確無誤地鑒別了7 個(gè)丹參和生黃芪對應(yīng)樣品，準(zhǔn)確率100%，如圖7。

圖6 丹參和生黃芪樣品PCA 分析

圖7 誕生和生黃芪樣品PLS-DA 分析

2 中草藥湯劑樣品的元素成分分析

將三種湯劑分取前、中、后三分之一段滴于濾紙上嗎，然后作激光光譜元素（LIBS）測試，由于四物湯、六物湯和十物湯的配方類似，所以結(jié)果顯示3 個(gè)湯劑中的主要組成元素是一致的，都是碳、氫、氧、鉀、鈣、鎂元素（圖8）。對元素信號強(qiáng)度的進(jìn)一步分析可知，三種湯劑中鉀、鈣、鎂3 種主要元素有不同濃度（圖9）

圖8 四物湯、六物湯和十物湯3 個(gè)湯劑中主要組成元素特征譜線

圖9 四物湯、六物湯和十物湯3 個(gè)湯劑和空白樣中鉀鈣鎂元素譜線強(qiáng)度對比

針對四物湯、六物湯和十物湯的前、中、后3 段湯劑濾紙樣品和空白共計(jì)10 個(gè)樣品，PCA分析結(jié)果顯示，空白樣與其他9 個(gè)樣品差異比較明顯（圖10）；PLS-DA 分析結(jié)果顯示，空白樣H9 和四物湯前三分之一樣品H3 的鑒別正確性為100%，十物湯中間三分之一樣品H1 的鑒別正確性最低為80.56%（圖11）。將所有樣品的鑒別率綜合在一起考慮，可得出樣品整體鑒別的正確率為96.11%（圖12）。