不同产地郁金中微量元素的测定及其主成分分析

吴新新， 盛振华， 吴巧凤

(浙江中医药大学，浙江 杭州310053)

郁金为姜科植物温郁金Curcuma wenyujin Y. H. Chen et C. Ling、姜黄Curcuma longa L.、广西莪术Curcuma kwangsiensis S. G. Lee et C. F. Liang 或蓬莪术Curcuma phaeocaulis Val. 的干燥块根［1］。浙江瑞安产的郁金(温郁金)为药典收载的道地药材，为著名“浙八味”之一。传统中医药理论认为，郁金具有活血行气止痛、清心解郁、利胆退黄、凉血止血之功［2］，常用于治疗经闭痛经、胸腹胀痛、黄疸尿赤等症。现代研究表明中药郁金具抗肿瘤、抗炎、镇痛解热、保肝、抗氧化等药理作用［3-4］，其所含微量元素Fe、Co、Zn、Mn等是近年来研究热点。但由于不同产地，药材所含微量元素具有一定的差异，本实验拟采用ICP-OES法测定浙江瑞安、浙江绍兴、四川眉山、广西玉林、广西灵山、福建福清6 个不同产地郁金中微量元素的量，并进一步利用主成分分析法对测定结果进行综合分析，判断和评价各个产地的质量情况，为郁金资源的合理开发利用提供参考依据。

1 仪器与试药

1.1 仪器 BS110S 电子分析天平(北京赛多利斯天平有限公司);Milli-Q 超纯水系统(Millipore，Bedford MA);IRIS/AP 型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国Thermo Jarrell Ash 公司)。

1.2 试药 标准单元素(Co、Fe、Mn、Pb、Tl、Zn、Cd、Ni、Ag 和As)溶液质量浓度均为100 μg/mL (购于Merck 公司，批号:HC825498)。所用试剂均为优级纯，实验用水为超纯水。实验药材分别采自浙江瑞安、浙江绍兴、四川、广西玉林、广西灵山、福建6 个不同产地，并经浙江中医药大学药学院陈孔荣教授鉴定，均为姜科植物温郁金Curcuma wenyujin Y. H. Chen et C. Ling 的块根。各产地郁金药材，先用自来水洗净，再用洗洁精清洗，大量水洗净后用超纯水反复冲洗5 ～6 次后，于60 ～70 ℃恒温箱内烘干，粉碎过80 目筛，烘至恒定质量，置干燥器中备用。

2 方法与结果

2.1 溶液的制备

2.1.1 供试品溶液制备 称取各药材粉末3 份，每份0.5 g，置50 mL 凯氏烧瓶中，各加入8.0 mL消化液(VHNO3∶VHClO4=4 ∶1)，静置过夜，加热回流消化至无色透明，冷却，转移置50 mL 量瓶中，加超纯水稀释至刻度，摇匀，作为供试品溶液，备用。另取8 mL 的消化液，同法制作空白溶液。

2.1.2 混合标准溶液的制备 分别取Co、Fe、Mn、Pb 等标准单元素溶液适量，用2%硝酸溶液制成质量浓度为100 μg/mL 的混合溶液，梯度稀释，作为混合标准溶液备用。

2.2 微量元素的测定

2.2.1 仪器工作参数 使用IRIS/AP 型电感耦合等离子体原子发射光谱仪进行检测。检测器CID低波段(＜265 nm);积分时间为15 s;高波段(＞265 nm);积分时间为5 s;进样蠕动泵转速为100 r/min;进样雾化器氩气压力为28 psi (1 psi=6.894 ×103Pa);辅助气流量为1.0 L/min;高频发生器功率为1500 W;样品冲洗时间为5 s;测定波长范围为193.7 ～407.7 nm。

2.2.2 线性关系考察 依次将仪器的进样管插入各个不同质量浓度的混合标准溶液中，在相应波长下测定吸光度，每一质量浓度测定3 次，以吸光度Y 为纵坐标，相应元素标准溶液质量浓度X(μg/mL)为横坐标，作标准曲线并确定其相关系数及线性范围，结果见表1。

表1 各元素回归方程及线性范围(n=3)Tab.1 Linear regression equation for each element of the range (n=3)

2.2.3 微量元素的测定 按上述设定的仪器操作条件，测定各供试品溶液的吸光度，由各元素的回归方程，计算相应的浓度，扣除试剂的空白值，得出药材中各元素的量，测定结果见表2。

由表2 可知，6 个不同产地郁金均含有Co、Fe、Mn、Pb、Tl、Zn、Cd、Ni、Ag 和As 10 种微量元素，其中人体必需微量元素Fe、Mn 和Zn 的量均较高，Fe 元素含有量最高的产地为浙江瑞安;As、Pb、Cd 和Tl 等有害重金属含有量均较低，根据《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》规定:药用植物中As≤2.0 μg/g、Pb≤5.0 μg/g 和Cd≤0.3 μg/g，Tl 含有量没有规定，但文献［5］报道其成人的急性致毒量为6 μg/g，结果表明6 个不同产地郁金中微量元素As、Pb、Cd、Tl 均符合标准。

表2 不同产地郁金中微量元素的测定结果(n=3)Tab.2 Determination of trace elements in Curcumde Radix from different growing areas (n=3)

2.3 主成分分析 主成分分析法是一种多元统计分析方法，是在不丢掉原来主要信息的前提下，从多个数值变量之间的相互关系入手，利用降维的思想，将原来多个指标组合成少数综合指标的统计方法［6］。目的是提取特征指标，用少数几个指标来描述整个样品的信息。主成分分析的主要步骤包括原始数据的提取和处理、计算相关系数矩阵、特征值和主成分累积贡献率、主成分载荷等［7］，现代采用SPSS 软件快速且方便地得出相关数据。

进行主成分分析第一步先将表2 所示原始数据标准化，得X1～X10所有标准化变量结果见表3。

表3 郁金原始变量标准化(X1 ～X10标准化变量)Tab.3 Curcuma primitive variable standard (X1-X10 standard variable)

2.3.1 主成分个数的确定 应用SPSS 19.0 软件对表2 中数据进行主成分分析，结果见表4 和表5。

表4 因子分析初始解对原有变量总体描述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对原有变量的总体描述情况，表4 为因子载荷矩阵的结果。由表4 可知总方差95.66%的贡献率来自前4个主成分，且前四个主成分特征根均大于1，故保留前4 个主成分。由表3 可计算各个主成分的特征向量，从而求得各个主成分的表达式。

2.3.2 主成分得分的计算 由表3 计算得各个主成分的特征向量及各个主成分的表达式。将原始数据标准化后代入各个主成分的表达式中，求得各主成分得分，进一步计算综合得分，以此得分大小排序，由此排序可对样品的质量情况进行推断和评价。

表5 主成分矩阵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、综合得分值及排序Tab.7 Principal components scores and sort results of the samples

由表5 得各个主成分表达式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为表3 标准化变量)。由此可以得出第1 主成分Z1主要反映来自元素Fe (X2)、Tl (X5)、As(X10)的信息，第2 主成分Z2主要反映来自元素Zn (X6)、Cd (X7)、Ag (X9)的信息，第3 主成分Z3主要反映来自元素Mn (X3)的信息，第4主成分Z4主要反映来自元素Zn (X6)、Cd (X7)的信息。

将表3 中数据代入主成分表达式，即得6 个不同产地郁金各个主成分得分值，按以下公式计算综合得分:F = (λ1/∑λj)F1+(λ2/∑λj)F2+… +(λm/∑λj)Fm

结果见表6、表7，从产地分析，浙江瑞安产郁金质量最好，产于福建福清郁金药材质量尚可，对郁金不同产地的综合质量评价还应进一步进行系统研究。

3 讨论

3.1 本实验采用ICP-OES 法测定了浙江瑞安、浙江绍兴、四川眉山、广西玉林、广西灵山、福建福清等6 个不同产地郁金中微量元素的量，并利用主成分分析法对实验数据进行系统分析，根据主成分的特征值及贡献率计算得主成分特征向量及各表达式，进一步计算综合得分。结果表明:6 个不同产地郁 金 均 含 有Co、Fe、Mn、Pb、Tl、Zn、Cd、Ni、Ag 和As 这10 种微量元素;主成分分析结果表明浙江瑞安产郁金质量最优，其次是福建福清产郁金，其他产地得分率均较低。初步得出6 个不同产地郁金的质量优劣，浙江瑞安产郁金质量优于其他5 个产地，本实验仅对不同产地郁金中微量元素的量进行测定，对其不同产地郁金的质量评价还应从化学成分及药理学指标进行综合判断。

3.2 人体必需微量元素共有8 种，分别为I、Zn、Se、Cu、Mo、Cr、Fe 和Co，实验表明郁金含有Co、Fe 和Zn，这些微量元素在人体中含有量少，但与体内物质、能量代谢、生殖发育、遗传、免疫及神经活动等生理过程［8-9］密切相关。微量元素Co是维生素B12的组成成分，参与核酸、胆碱、蛋氨酸的合成及造血有关物质的代谢，能够治疗多种贫血，对高血色素巨细胞贫血疗效显著［10］;微量元素Fe 在体内参与氧的贮存和运输，是组成血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素酶、过氧化酶的成分，在组织呼吸、生物氧化过程中起重要作用［11］;微量元素Zn 与体内300 多种酶的活性相关，参与体内DNA 代谢，RNA 代谢，糖脂类代谢等，影响动物体神经发育、生长发育，生殖机能和创伤愈合等过程［12］。实验表明各产地郁金均含较高的Co、Fe 和Zn，其中浙江瑞安产郁金(道地药材)Co 和Fe 元素的含有量最高，实验结果可为浙江瑞安产郁金作为其道地药材的合理性提供参考依据。

3.3 近年来化学计量学［13］在分析庞大数据方面具有显著优势，其中主成分分析法已被广泛应用于化学、环境和药物等领域［14-15］。主成分分析法是在不丢掉原来主要信息的前提下，从多个数值变量间的相互关系入手，利用降维的思想，将原来多个指标组合成少数几个互不相关的综合指标的统计方法，具有简化数据处理、提高系统分析效率和特征性指标选择性强等优点［16］。本实验利用主成分分析法对实验数据进行系统分析，根据主成分的特征值及贡献率选择主成分个数，进一步求得各个主成分表达式及其综合得分，对6 个不同产地郁金质量状况进行评价和判断。从本实验方法的科学性、客观性和中药研究的角度来说，主成分分析法作为一种较为合理、客观和可靠的统计方法，用于不同产地中药质量评价的选择，具有实际的应用价值。

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