温里、解表类中药微量元素测定及主成分分析*

廖少华，宣梦仁，徐 帆，赖闻玲，薛 珺

(1.赣州市人民医院；2.赣南师范大学，江西 赣州 341000)

中药常根据功效分类，比如温里类中药指具有温里助阳、散寒通络、回阳救逆功效的药物；解表类中药具有发散表邪，解除表证作用。两类中药药理、功效不同，临床适用症也不同。中药成分非常复杂，其成分有糖类、氨基酸、蛋白质、脂类、酶、维生素、有机酸、鞣质、挥发油、生物碱、甙类及无机盐等，药效成分主要是有机物[1]，但研究表明中药中微量元素与药效有着内在联系[2-3]。陈和利报导了中草药的功效不但与微量元素的含量有关，还与微量元素含量比例有关[4]。现代医药对中药中微量元素的研究也日趋活跃[5-6]。

每一种中药中都含有多种微量元素，元素之间具有相互的联系，因而无法用单因子确定某种元素的作用[7]，多元数据统计方法如主成分分析法已广泛应用于中草药中微量元素的研究[8-10]。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)是元素含量分析的重要分析方法[11-13]。本文应用ICP-AES法对温里类中药高良姜、干姜、花椒、吴茱萸、胡椒、肉桂、八角茴香、附子和解表类中药麻黄、菊花、香薷、苏叶、柴胡、羌活、升麻、薄荷中的Mg、Ca、K、Cu、Fe、Zn、Mn等7种微量元素进行测定，并用主成分分析法分别对两类中药中的微量元素主成分进行分析比较，意在探讨这两类不同药效的中药微量元素主成分的区别和联系，更科学和客观的评价微量元素在中草药中的作用。

1 材料与方法

1.1仪器和试剂Prodigy XP型全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱(美国利曼公司)，H2O2(优级纯)，HNO3(优级纯)，所有玻璃器皿均在10%的硝酸中浸泡24 h以上，所用水为二次去离子水。

标准溶液：镁、钙、钾、铜、铁、锌、锰标准溶液(均为1 000 μg·mL-1，中国计量科学研究院)，将标准溶液逐级稀释配成所需浓度的混合标准溶液，见表1。

表1 混合标准溶液浓度/μg·mL-1

1.2试药所有药材均购自江西药都堂中药饮片有限公司，来源见表2，药材品种经中药师王琛鉴定确认。

1.3实验方法

1.3.1样品处理药材经清洗、烘干，玛瑙研钵研碎过筛，准确称取1 g左右以20 mL的浓硝酸常温下预消解24 h，再缓慢加入0.8 mL 30%的过氧化氢低温消解。待药品消解完全后，赶酸后转移至100 mL容量瓶，用超纯水定容。同时做空白实验。

表2 中草药材样品来源

1.3.2仪器工作条件ICP-AES工作条件：射频功率1.0 KW，冷却气18 L·min-1，辅助气0.5 L·min-1，载气压力34 Pa.s，样品提升量1.4 mL·min-1；Mn、Fe、Cu、Zn水平观测，积分时间20 s；K、Ca、Mg垂直观测，积分时间5 s。分析波长分别为：Mg 285.213 nm、Ca 315.887 nm、K 766.491 nm、Cu 324.754 nm、Fe 259.940 nm、Zn 213.856 nm、Mn 259.372 nm。

1.3.3回收率实验称取菊花样品，分别加入不同浓度的一定量Mg、Ca、K、Cu、Fe、Zn、Mn标准溶液，按实验方法测试并计算回收率。

1.3.4标准曲线与检出限在选定工作条件下对各标准溶液进行测试，绘制工作曲线。对空白溶液平行测试11次，取标准偏差对应的浓度值的3倍为各元素检出限。见表3。

1.3.5主成分分析及差异性分析以Mg、Ca、K、Cu、Fe、Zn、Mn 7个微量元素含量为因子，对原始数据标准化，再通过SPSS 23.0软件先计算标准化处理后数据的相关系数矩阵，然后计算相关矩阵的特征值、特征向量和方差的贡献率[14]。其中温里类和解表类各微量元素含量间的方差分析及差异性分析采用One-Way ANOVA进行。

表3 各元素标准曲线与方法检出限

2 结果与分析

2.1方法的可靠性在优化的试验条件下，测试各标准系列溶液，绘制各元素工作曲线，其线性相关系数在0.999 88～1.000 00之间。方法的加标平均回收率在92.3%～109.6%(表4)，相对标准偏差≤2.5%。

2.2中药中各微量元素的检测结果在试验条件下，用ICP-AES对样品进行测定。结果见表5。

表4 回收试验结果(n=6)

表5 样品中微量元素的含量/μg·g-1

特征值表示每一个因子描述了原有变量总方差中的量，各因子变量的方差贡献率,也是衡量因子重要程度的指标。因子变量的累计方差贡献率，表示前m个因子描述的总方差占原有变量的总方差的比例。由表4主因子的特征值和方差贡献率可知，前三个因子的方差累计贡献率为84.084%，大于80%。也就是说前三个因子提供了84.084%的温里类中药微量元素的原始信息。由表5主因子的特征值和方差贡献率可知，前三个因子的方差累计贡献率为81.330%，大于80%。即前三个因子提供了81.330%的解表类中药微量元素的原始信息，所以两类中药的微量元素都可以利用前三个因子进行主成分分析。

2.3微量元素含量主成分分析首先对原始数据标准化，以消除量纲不同的影响，再通过SPSS 23.0软件计算标准化处理后数据的相关系数矩阵及相关矩阵的特征值、特征向量和方差的贡献率，温里类和解表类中药7个特征值和方差贡献率及累计方差贡献率计算结果分别见表6、表7。

表6 温里类中药相关系数特征值和方差贡献率

表7 解表类中药特征值和方差贡献率

运用SPSS 23.0软件分别计算温里类和解表类中草药中微量元素之间的相关关系矩阵、载荷矩阵(见表8、表9)并建立主因子模型。从主因子模型可以直观反映各个原始变量与主成分的相关程度，同时也反映了变量的重要程度及作用。

2.4两类药材微量元素含量差异性分析微量元素含量分析显示，两类药材中Mg、Ca、K、Mn的含量差异性不显著，而Cu、Fe、Zn含量存在显著差异，这3个元素含量解表类均显著高于温里类(P=0.017、0.003、0.000)。

表8 温里类中药主成分载荷矩阵

注:温里类中草药微量元素主因子模型如下:

F1=-0.183ZMg-0.698ZCa-0.055ZK-0.757ZCu+0.842ZFe+0.337ZZn+0.794ZMn;

F2=0.896ZMg-0.485ZCa-0.177ZK-0.109ZCu-0.369ZFe+0.840ZZn-0.299ZMn;

F3= 0.097ZMg-0.401ZCa+0.960ZK+0.460ZCu+0.035ZFe-0.008ZZn+0.140ZMn。

表9 解表类中药主成分载荷矩阵

注:解表类中草药微量元素主因子模型如下:

F1= -0.085ZMg-0.537ZCa+0.682ZK+0.776ZCu-0.637ZFe+0.892ZZn+0.568ZMn;

F2=0.680ZMg-0.250ZCa+0.485ZK+0.454ZCu+0.221ZFe-0.196ZZn-0.783 ZMn;

F3=-0.642ZMg-0.251ZCa+0.246ZK-0.007ZCu+0.717ZFe+0.237ZZn-0.186 ZMn。

3 讨 论

对中药材微量元素含量的分析研究主要集中于个别药材少数元素的分析[15]，少有对功效相近的药材进行类别分析，其中有对解表类7种药材的微量元素进行测定，本研究中菊花、薄荷、升麻、紫苏叶、柴胡、羌活中各微量元素含量与文献[16]中结果不同，可能与产地、品质等有关[9]。

本研究中两类中药的微量元素都可以利用前三个因子进行主成分分析。根据主因子模型，温里类第一主成分与Fe、Mn关系密切，第二主成分与Mg、Zn关系密切，第三主成分与K关系密切；而解表类第一主成分与Zn、Cu关系密切，第二主成分与Mn关系密切，第三主成分与Fe关系密切。以往的研究[9]中显示解表类药材中Cu和Mg在主成分1中起主要作用，Zn和Fe在主成分2中起主要作用，主成分3与Ca、Cu关系密切，这些结果都显示解表类药材中Zn、Cu、Fe是主要的特征成分。

各微量元素在人体生理中所起的作用已有详尽的研究，联系中药的功效，有研究[4]显示具有平肝熄风、收涩、 清热、活血、补肾壮阳作用的中药中Zn的含量较高，具有芳香化湿、温里及滋阴药中Mn的含量较高。另外Cu、Fe等对人体内生理功能具有重要的影响。研究发现植物类中药中微量元素的含量显著， 且植物种类不同，元素含量差异很大[6]，可以依据微量元素含量对其进行药性分类。本研究中按传统药性分类的温里类和解表类药材中Cu、Fe、Zn含量存在显著差异，且Cu、Fe、Zn是解表类药材的主要的特征成分，在进行药性分类和功效研究时可以以Cu、Fe、Zn含量作为特征成分。