不同产地野生赤芍无机元素分析及其质量评价研究

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点击次数:91 更新时间:2019年12月23日19:14:08 打印此页 关闭
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目的 分析不同产地野生赤芍无机元素含量差异, 并从无机元素角度评价不同产地野生赤芍药材的质量。方法 采用电感耦合等离子体发射光谱 (ICP-OES) 对不同产地的野生赤芍药材无机元素含量进行测定, 建立其无机元素指纹图谱, 并采用聚类分析和主成分分析法对赤芍质量进行评价。结果 赤芍药材中钙 (Ca) 元素含量最高, 含量8.70128.211g/kg;其次为钾 (K) , 含量2.3816.054 g/kg, 镁 (Mg) 、铝 (Al) 和磷 (P) 元素的含量也较高, P元素含量在不同的样品间差异较大;微量元素中铁 (Fe) 和锶 (Sr) 含量较高, 其次为钡 (Ba) 、锌 (Zn) 和锰 (Mn) ;大部分元素间存在显著相关性;聚类分析和主成分分析可以区分黑龙江和内蒙古两个产地的样品。结论 赤芍中主要含Ca、K、Mg、Al、P、Fe、Sr、Ba、Zn和Mn等元素;从无机元素角度分析, 黑龙江产的赤芍药材质量较好。


赤芍为毛茛科植物芍药Paeonialactiflora Pall.或川赤芍Paeoniaveitchii Lynch的干燥根, 具有清热凉血, 散瘀止痛的功效[1], 目前市场上赤芍药材的主要来源为野生芍药的干燥根。无机元素的种类和含量影响着中药材品质和疗效, 而目前关于赤芍的质量评价研究主要仍集中在化学成分及其指纹图谱等方面[2,3,4,5], 对赤芍中无机元素含量的相关研究较少[6,7,8]。部分文献研究了外界无机元素对赤芍质量的影响[9,10,11], 通过赤芍无机元素进行赤芍质量评价方面的研究笔者尚未见报道。本文通过采集目前赤芍主要产区内蒙古和黑龙江黑河市的赤芍样品, 对其无机元素进行测定分析, 为赤芍资源的质量评价提供依据。

1 仪器与材料

1.1 仪器与试剂Optima2100DV电感耦合等离子体-原子发射光谱仪 (美国Perkin Elmer公司) ;微波消解系统 (公司) ;电子分析天平 (XS205, 瑞士, Mettler Toledo) 。

元素标准溶液Al, Ba, Co, Cr, Mg, Mn, Ni, Ti, Sn, Zn, Fe, Ca, K, P, Sr, Be, Li均购自国家有色金属及电子材料分析测试中心;硝酸 (优级纯, 批号:08330229, 南京化学试剂有限公司) ;超纯水为实验室自制。

1.2 样品来源于2014年8月在内蒙古赤峰市和黑龙江黑河市两地采集和收集15批当地赤芍样品 (见表1) 。赤芍样品均由南京中医药大学吴德康教授鉴定为毛茛科植物芍药Paeonialactiflora Pall.的干燥根。赤芍样品经自然晒干后粉碎过4号筛, 用于无机元素含量的测定。

表1 赤芍样品来源与采集情况     下载原表

表1 赤芍样品来源与采集情况

2 方法与结果

2.1 供试品溶液的制备精密称取样品粉末0.2 g, 放入聚四氟乙烯消解罐中, 精确加入浓HNO32 ml, 加盖密封, 装入微波消解仪中, 消解程序:10 min升温至200℃, 在200 ℃保持20 min。消解完毕后, 冷却至室温, 取出消解罐, 冷却后转移至25 ml容量瓶中, 用去离子水定容至刻度, 即为供试品溶液。

2.2 标准曲线的制备根据试样中待测元素的水平配制对照品溶液。依次测定18种无机元素的系列浓度对照品溶液, 以对照品浓度C (μg·m L-1) 为横坐标, 对照品峰强I为纵坐标, 绘制标准曲线, 得各元素的回归方程、相关系数和线性范围。详见表2。

表2 18种无机元素的标准曲线和分析线     下载原表

表2 18种无机元素的标准曲线和分析线

2.3 测定条件功率1.3 k W, 冷却气流量1.5 L/min, 载气流速0.8 L/min, 辅助气流量:0.2 L/min, 样品提升量为1.5 m L/min。测量条件:积分时间:10 s;延迟时间:1 s;重复次数:2;测量方式:标准曲线法;读数方式:峰强。

2.4 测定结果将各赤芍样品按照上述样品处理方法, 制备相应供试品溶液, 采用标准曲线法测定各样品中无机元素含量, 结果见表3。

测定结果显示, 赤芍样品中Ca的含量最高, 其次为K, 然后是Mg和P。不同样品间K的含量变异系数最小为21.58%, P的含量差异较大, RSD值达76.85%。以上表明K元素在赤芍中的含量较为稳定;不同样品的P元素的含量差异均较大, 两个产地的赤芍样品均表现出该特点, RSD值分别为58.96%和110.65%, 提示P元素的含量对药材质量的影响较小或需要较大的含量变化才能引起赤芍质量变化。微量元素中Fe的含量最高, 含量为145.3~659.3 mg/kg, 其次为Sr, 含量为90.79~148.1 mg/kg, Ba, Zn和Mn元素的含量也均大于20 mg/kg。

表4 赤芍样品中无机元素的相关性     下载原表

表4 赤芍样品中无机元素的相关性

注:“*”显著相关 (P≤0.05) , “**”极显著相关 (P≤0.01)

表5 赤芍无机元素指纹图谱的相似度分析     下载原表

表5 赤芍无机元素指纹图谱的相似度分析

2.5 赤芍中无机元素的相关性分析采用SPSS 16.0软件进行各元素间相关性分析, 因大多数变量服从正态分布, 故采用Pearson等级相关系数法, 统计结果见表4。16对元素极显著正相关 (P<0.01) :Al-P, Al-Mn, Al-Fe, Al-Ti, Al-Li, P-K, P-Mn, P-Fe, P-Li, BaMn, Ba-Cd, Ni-Cd, Mn-Fe, Mn-Li, Fe-Ti, Ti-Li; 1对元素极显著负相关 (P<0.01) :Ca-Be;22对元素显著正相关 (P<0.05) :K-Mg, K-Al, K-Mn, K-Fe, KTi, K-Li, Mn-Sr, Mg-Ti, Al-Zn, Al-Sr, P-Ti, BaNi, Ba-Sr, Fe-Sr, Cd-Sr, Cr-Cu, Zn-Mn, Zn-Fe, Zn-Li, Ni-Cu, Mn-Ti。元素呈正相关说明赤芍在生长过程中对这些元素的吸收利用存在联系, 元素呈负相关说明赤芍在生长过程中对这些元素的吸收利用相反, 这为研究哪些元素有利于赤芍的生长和提高药材质量提供参考。

2.6 赤芍无机元素指纹图谱的建立根据各元素检测结果, 筛除不同的样品中含量差异较大元素P, 筛选出16种共有无机元素 (Ca, K, Mg, Al, Ba, Sn, Zn, Ni, Mn, Fe, Cr, Be, Ti, Sr, Li, Cu) 建立赤芍的无机元素特征指纹图谱, 结果见图1、图2。赤芍药材中各种无机元素含量虽有差异, 可以根据元素的特征曲线谱图的走势来进行鉴别。

图1 15批赤芍样品无机元素叠加图

图1 15批赤芍样品无机元素叠加图   下载原图

图2 赤芍样品无机元素对照特征图

图2 赤芍样品无机元素对照特征图   下载原图

相似度计算结果显示, 赤芍样品的均值相关系数、中位数相关系数、均值夹角余弦值、中位数夹角余弦值除S140815的中位数相关系数在0.87外, 其他样品均大于0.90, 说明赤芍无机元素指纹特征图谱的相似度较良好。2.7 内蒙古和黑龙江黑河市赤芍无机元素的比较通过无机元素对采集到的15批赤芍样品进行聚类分析, 结果见图3。结果显示所有赤芍样品聚为两类, 除样品S140815和S140820外, 内蒙古和黑龙江黑河市两个产地的赤芍样品各聚为一类, 表明两地赤芍样品的无机元素种类与含量存在地域性差异。无机元素聚类分析可以将不同产地的赤芍样品区分开来。

图3 赤芍无机元素聚类分析

图3 赤芍无机元素聚类分析   下载原图

对内蒙古和黑龙江黑河市两个产地样品的无机元素含量的进行比较, 采用SPPS 16.0统计分析软件分析处理, 2组之间的比较用t检验。结果显示两大产地的赤芍样品中Ca, Mg, Al, P和Fe等5种元素的含量存在显著性差异 (P≤0.05) , Be, Li和Ti元素的含量存在极显著性差异 (P≤0.01) 。元素差异可能是影响两地赤芍样品质量的原因之一。

2.8 无机元素主成分分析评价赤芍质量选择赤芍药材中共有的17种无机元素进行分析, 应用SPSS 16.0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。

主成分的特征根及贡献率是选择主成分的依据, 见表6。从表中可知前5个特征值均大于1, 主成分的累积贡献率达到86.018%>85%, 能较客观地反应禹余粮的内在质量, 故选前5个主成分进行分析。选择前3个主成分对赤芍样品进行分类, 可以大致将15批次赤芍样品按产地分为两类, 与聚类分析结果基本一致。

图2 赤芍样品无机元素对照特征图

图2 赤芍样品无机元素对照特征图   下载原图

对各主成分因子的特征值及因子载荷矩阵采用了方差最大化正交旋转, 结果见表7。结果显示, Al和Fe与主成分1呈显著正相关;Ca与主成分2呈显著正相关, 而Be与主成分2呈显著负相关;Ni和Sr与主成分3呈显著正相关;Sn和主成分4呈显著正相关;Cr、Cu和主成分5呈显著正相关。以各主成分因子得分与方差贡献率乘积之和相加, 得出各个赤芍样品的无机元素总因子得分, 按综合评价函数计算出的不同样品的综合得分 (F) , F=0.43558F1+0.16909F2+0.10951F3+0.07669F4+0.06932F5, 综合得分及排名见表8。

表6 特征值和贡献率     下载原表

表6 特征值和贡献率

表7 旋转变换后的主成分因子矩阵     下载原表

表7 旋转变换后的主成分因子矩阵

表8 主成分因子值及综合主成分值     下载原表

表8 主成分因子值及综合主成分值

从无机元素的角度, 综合主成分值排序靠前的赤芍样品质量较好。排在前三的样品S140815、S14081和S140818均为黑龙江产, 从无机元素角度分析, 黑龙江产的赤芍药材质量较好。

3 讨论

赤芍中主要含Ca、K、Mg、Al、P、Fe、Sr、Ba、Z和Mn等元素。赤芍中Ca元素含量最高, 可能与赤芍含有较多的草酸钙簇晶有关。俞敬波[12]等研究指出野生和栽培赤芍的草酸钙簇晶和淀粉粒数目存在明显差异, 提示簇晶的数量与赤芍质量相关。和野生品相比, 赤芍栽培品的淀粉粒数量较多, 草酸钙簇晶较少[12]。样品S140811为仿野生栽培品, 其Ca元素含量远低于其他野生样品。由此推测, 赤芍中Ca元素含量主要与草酸钙簇晶的数量有关。微量元素中Fe含量最高, 平均含量364.6 mg/kg, Sr次之, 平均含量117.9 mg/kg。赤芍各样品中Sr含量较为稳定, RSD为18.39%仅大于Li, 且受产地影响较小。锶与心血管疾病密切相关。90Sr处理后的冠脉支架用于预防术后再狭窄, 获得满意疗效[13]。相关研究[14]表明饮用水中锶水平与高血压性心脏病及其病死率呈显著负相关。刘汉林[15]等研究发现冠心病患者血液中锶水平显著低于对照组。内蒙古和黑龙江两大产地赤芍无机元素的含量呈现相似的无机元素谱图, 但两地赤芍样品中Ca、Mg、Al、P和Fe等5种元素的绝对含量存在显著性差异 (P≤0.05) , Be, Li和Ti元素的含量存在极显著性差异 (P≤0.01) , 由此看出, 赤芍的无机元素含量表现出地域性差别。由此推测, 环境因素对赤芍中这几种元素的含量起到一定作用, 从而可能对赤芍的质量产生影响。本研究从无机元素含量角度对赤芍质量进行分析, 探索建立赤芍无机元素特征谱应用于赤芍质量的评价, 并通过无机元素进行聚类和主成分分析区分不同产地赤芍, 为赤芍质量评价提供科学依据。可进一步研究无机元素在赤芍生长过程中的动态积累以及无机元素和其他化学成分的相关性, 有利于完善赤芍质量评价体系。

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