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        不同產(chǎn)地艾葉35種礦物元素的分析與評價

        2021-05-11 06:00:30崔占虎黃顯章張重義
        光譜學與光譜分析 2021年5期
        關鍵詞:差異

        李 超,崔占虎,黃顯章*,張重義

        1.南陽理工學院,河南 南陽 473000 2.福建農(nóng)林大學,福建 福州 350002

        引 言

        艾ArtemisaargyiLevl.et Vant.為北溫帶地區(qū)特有的菊科蒿屬植物,尤其在中國、日本、韓國等國家,艾葉作為藥用植物和食用植物的使用歷史悠久。在我國,艾葉作為一種常用的傳統(tǒng)中藥材,其性溫,味苦、辛,歸肝、脾、腎經(jīng),具有散寒止痛、溫經(jīng)止血、理氣安胎等功效[1-3]。艾葉既可外洗,也可內(nèi)服,以其為原料制成的艾絨是中醫(yī)臨床施灸的主要材料,理療效果顯著。歷代本草已明確提出的艾葉道地產(chǎn)地有“四明”、“復道”、“蘄州”、“祁州”等地,即現(xiàn)在的浙江寧波 “海艾”、河南安陽 “北艾”、湖北蘄春 “蘄艾”和河北安國 “祁艾”?,F(xiàn)如今,宛艾持續(xù)快速發(fā)展,產(chǎn)業(yè)規(guī)模居全國之首。因此,開展以上產(chǎn)區(qū)艾葉礦物元素的研究能夠涵蓋我國目前艾葉主產(chǎn)區(qū)的整體情況,具有重要的現(xiàn)實意義。

        目前,國內(nèi)、外學者對艾葉的研究主要集中在化學成分及藥理作用[4-7],而礦物元素方面的研究卻少有報道。現(xiàn)代研究表明,中藥材的品質(zhì)和療效不僅與有機成分有關,也與礦物元素的種類和含量有密切聯(lián)系[8-9],礦物元素對藥效發(fā)揮的協(xié)同作用不容忽視。本研究采用ICP-MS法和ICP-AES法對不同主產(chǎn)區(qū)艾葉中35種礦物元素進行測定,并采用多種計量學方法進行分析和評價,其結(jié)果可為艾葉品質(zhì)評價及資源的綜合開發(fā)利用提供科學依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

        1 實驗部分

        1.1 儀器與試劑

        ICAP-6300型ICP-AES儀(美國Thermo Electron公司);Thermo X Series-Ⅱ型ICP-MS儀(美國Thermo Fisher Scientific公司);Mars-5微波消解系統(tǒng)(美國CEM公司);多元素標準溶液(美國Spex公司);優(yōu)級純硝酸(德國 Merk 公司)。

        1.2 樣品處理

        艾葉樣品于2019年5月—6月在河南省南陽市和安陽市、湖北省黃岡市、浙江省寧波市以及河北省保定市等地采集,經(jīng)南陽理工學院黃顯章副教授鑒定為菊科蒿屬草本植物艾Artemisiaargyilevl.et Vant.。將不同產(chǎn)地的艾葉樣品去雜、挑選、干燥、剪碎并混勻后備用。

        1.3 儀器及參數(shù)

        ICP-MS主要工作參數(shù):RF功率為1 200 W,霧化器壓力為1.0 bar,輔助氣(氬氣)流量為0.7 L·min-1,等離子氣流量為13 L·min-1,蠕動泵轉(zhuǎn)速(r·min-1)為分析(30)+沖洗(70);ICP-AES主要工作參數(shù):RF功率為1 150 W,蠕動泵轉(zhuǎn)速為50 r·min-1,輔助氣流量為0.50 L·min-1,霧化器氣體流量為0.7 L·min-1。

        1.4 樣品消解及測定

        準確稱取預處理后的艾葉樣品約0.4 g于消解內(nèi)罐,加濃HNO35 mL浸泡過夜,160 ℃保持6 h,冷卻,加熱趕酸至近干,移入25 mL容量瓶中,合并洗液,用1% HNO3定容,混勻備用,同時做試劑空白試驗,上機測定。

        1.5 數(shù)據(jù)分析

        采用SPSS 19.0和SIMCA-p 12.0軟件對測定數(shù)據(jù)進行多元分析。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 工作曲線

        用1% HNO3介質(zhì)配制不同濃度梯度的混標溶液,以標準品質(zhì)量濃度為橫坐標(X),離子數(shù)為縱坐標(Y),繪制標準曲線。結(jié)果表明,各待測元素線性關系良好,線性范圍及定量限均符合分析要求(見表1)。

        表1 35種元素的定量限及線性回歸方程Table 1 The LOQ and linear regression equations of 35 elements

        2.2 方法學考察

        精密度試驗中,取各標準溶液進樣6次并測定,RSD值顯示均小于2.28%,即精密度良好;穩(wěn)定性試驗中,取同一供試品溶液,每隔1 h測定(6次),RSD值顯示均小于2.72%,即6 h內(nèi)穩(wěn)定性良好;重復性試驗中,取同一供試品溶液6份,測定后RSD值顯示均小于3.06%,即重復性較好;加樣回收率試驗中,取已測定的樣品0.4 g(5份),測定后 RSD值顯示均值在98.66%~102.17%之間。

        2.3 不同產(chǎn)地艾葉礦物元素分析

        分別測定蘄艾、宛艾、海艾、祁艾及北艾中35種礦物元素的含量,并進行方差分析和多重比較,分析結(jié)果詳見表2。

        從表2可以看出,不同產(chǎn)地艾葉樣品中35種礦物元素均被有效檢出,且產(chǎn)地間元素含量差異顯著。元素質(zhì)量分數(shù)整體呈現(xiàn)出K>Ca>Mg>Al>Fe>Mn>Na>Zn>Cu>Ti>Ba>Sr>Cr>V>Pb>Ni>La>Zr>As>Y>Cd>Co>Mo>Ga>Sc>Sn>Nb>Bi>Be>Tl>Sb>Hg>Ge>Ag>Se的規(guī)律,數(shù)量級在10-6~102g·kg-1之間。方差分析和多重比較結(jié)果表明,蘄艾與宛艾在Mg,Sn和Hg等10種元素的含量差異上達到顯著水平(p<0.05);蘄艾與海艾在Ca,As和Al等21種元素的含量差異上達到顯著水平;蘄艾與祁艾在Na,F(xiàn)e和Ti等12種元素的含量差異上達到顯著水平;蘄艾與北艾在Bi,La和Ba等9種元素的含量差異上達到顯著水平;宛艾與海艾在Be,Co和Ni等14種元素的含量差異上達到顯著水平;宛艾與祁艾在V,Sc,Cr等16種元素的含量差異上達到顯著水平;宛艾與北艾在Ni,Sb和Sr 3種元素的含量差異上達到顯著水平;海艾與祁艾在Zn,Ge和Se等22種元素的含量差異上達到顯著水平;宛艾與北艾在Ni,Sb和Sr 3種元素的含量差異上達到顯著水平;海艾與北艾在Se,Ti和Zr等11種元素的含量差異上達到顯著水平;祁艾與北艾在Bi,Ga和Nb等18種元素的含量差異上達到顯著水平。由此可見,不同產(chǎn)地艾葉的礦物元素含量具有各自的特征,且產(chǎn)地間差異顯著。

        表2 測定結(jié)果及差異分析Table 2 Determination results and variance analysis

        Pb,Cd,Hg,Cu和As是重金屬及有害元素,當在體內(nèi)蓄積至一定量時可引起免疫系統(tǒng)障礙和多種生理功能損害,在2019國家藥典《藥材和飲片檢定通則公示稿》中明確限度檢查(Pb含量≤5 mg·kg-1,Cd含量≤1 mg·kg-1,As含量≤2 mg·kg-1,Hg含量≤0.2 mg·kg-1,Cu含量≤20 mg·kg-1)。本研究中不同產(chǎn)地艾葉Pb,Cd,Hg和As 4種元素的檢出最高值分別為3.912,0.787,0.055及1.594 mg·kg-1,說明以上4種有害元素的含量均在限度之內(nèi),而Cu元素的檢出最高值44.104 mg·kg-1,是限度的2倍以上,這可能與艾葉對Cu元素的富集能力較強有關,需要重視和關注。

        2.4 不同產(chǎn)地艾葉主成分分析

        主成分分析是利用降維的方式將原始多個變量擬合為少數(shù)的幾個主成分,且盡可能多地保留原始變量的信息。為進一步探索不同產(chǎn)地艾葉礦物元素間的關系,采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行主成分分析,分析結(jié)果詳見表3。

        表3 主成分的特征值及貢獻率Table 3 The eigenvalues and variance contribution of PCA

        從表3可以看出,不同產(chǎn)地艾葉35種礦物元素共提取7個主成分(特征值均大于1),累計貢獻率達82.75%,說明所提取的主成分因子能夠較為全面的反映艾葉產(chǎn)地間礦物元素的綜合信息。通過因子分析發(fā)現(xiàn),第一主成分中Ca,K,Mg,Na,F(xiàn)e,Be,As,Al,V,Sc,Cr,Co,Bi,Ga,La,Mo,Ag,Nb,Ge,Se,Sb,Y,Ti,Pb及Zr共25種元素具有較高的載荷值,說明第一主成分主要反映了這25種元素的信息,方差貢獻率占44.91%;同理,第二主成分中Sn,Mn,Hg,Zn,Tl,Cd及Ba共7種元素具有較高的載荷值,方差貢獻率占11.80%;第三主成分中Ni,Cu及Sr共3種元素具有較高的載荷值,方差貢獻率占9.72%;而第四、五、六、七主成分的元素載荷值分布不明顯,方差貢獻率分別為5.55%,4.25%,3.45%及3.07%。用方差貢獻率較大的第一、第二主成分繪制PC1/PC2散點圖(圖1),從圖1可以看出,雖有少部分樣品出現(xiàn)重疊和混亂,但大多數(shù)樣品的分布相對集中且獨立,說明本方法對不同產(chǎn)地艾葉的分類和評價具備可行性。

        圖1 不同產(chǎn)地艾葉主成分散點圖Fig.1 The scatter plots of A.argyi by PCA

        2.5 不同產(chǎn)地艾葉的綜合評價

        以各主成分因子得分與方差貢獻率乘積之和相加,得出不同產(chǎn)地艾葉綜合評價函數(shù)為F=0.449 1F1+0.118 0F2+0.097 2F3+0.055 5F4+0.042 5F5+0.034 5F6+0.030 7F7,并計算綜合得分。結(jié)果顯示,綜合評價函數(shù)加權值(n=15)高低順序為:河北安國的祁艾(6.44)>湖北蘄春的蘄艾(1.79)>河南南陽的宛艾(0.82)>河南安陽的北艾(-3.22)>浙江寧波的海艾(-5.82)。以上結(jié)果表明,從礦物元素角度考慮,河北安國的祁艾與湖北蘄春的蘄艾品質(zhì)較好,這可能與不同產(chǎn)地之間的氣候、土壤、水文等多種生態(tài)因子差異有關。

        3 結(jié) 論

        中藥材中礦物元素的種類和含量是決定中藥寒、熱、溫、涼四性的物質(zhì)基礎之一,與其質(zhì)量和療效密切相關。艾葉作為一種常用的中藥材,因其顯著的臨床療效及保健作用備受關注,但關于不同產(chǎn)地艾葉的礦質(zhì)元素研究卻尚未見報道。

        本研究以4個省份5個主產(chǎn)區(qū)的75份艾葉樣品為實驗材料,建立了ICP-MS法和ICP-AES法測定艾葉中35種礦物元素含量的方法,并進行分析與評價。結(jié)果表明,所建立的檢測方法線性關系、穩(wěn)定性及精密度均良好,回收率較高;通過主成分分析與因子分析構(gòu)建綜合因子評價函數(shù)并計算,其高低順序為:河北安國的祁艾>湖北蘄春的蘄艾>河南南陽的宛艾>河南安陽的北艾>浙江寧波的海艾,說明從礦物元素角度考慮,河北安國的祁艾與湖北蘄春的蘄艾品質(zhì)較好。本研究結(jié)果可為艾葉的質(zhì)量控制提供科學依據(jù),也可為制定元素限量標準提供有益參考,具有一定的現(xiàn)實意義。本研究還有一些不足之處,如應把礦質(zhì)元素與藥效成分相結(jié)合進行綜合評價,本課題組將進一步持續(xù)研究。

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