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灵芝红外光谱规律及灵芝微量元素含量的研究

陈灶鑫  
【摘要】:用红外光谱对中药进行鉴定和质量评价时,常用的有测定原始药材粉末红外光谱和药材提取物粉末红外光谱这两种方法。作者分别测定了四类物质(即原始灵芝和灵芝水提物、95%乙醇提取物和石油醚提取物)的红外光谱,由于三种溶剂极性的差异,故各溶剂中提取物的组分也不同,水提物富含极性较大的物质,石油醚提取物中脂溶性物质较多,乙醇提取物中含有较多极性较小的物质,红外光谱能较好地揭示这一变化规律,依3416~3279、1541和723cm-1三处吸收峰面积与2935-2852cm-1处吸收峰面积之比可将四者区分开来。依19个样在1800~800cm-1特征波数段的红外光谱,用欧氏距离法分别计算了四类物质样本集的信息熵,原始灵芝样本集的信息熵为8.1116bit,石油醚提取物的为6.3803bit,95%乙醇提取物的为4.4113bit,水提物的为4.0354bit,发现原始灵芝红外光谱的信息、熵最大,即承载的化学信息最丰富,信息熵大的样本集有利于模式识别。以19号原始灵芝红外光谱做参照谱,作者进一步计算了19个样品中四类物质的相似谱,对相似谱集做谱系聚类分析,结果发现,原始灵芝红外光谱相似谱集能将黑芝、青芝、黄芝和赤芝分类,提取物相似谱集聚类结果较为混乱。这一聚类结果表明,原始灵芝红外光谱包含了较多灵芝组分的信息,信息熵大,而提取物有组分的丢失,信息熵小,用红外光谱法对灵芝药材进行分类和真伪鉴别时,以原始灵芝的红外光谱为最佳。本研究着重在以下几个方面归纳了灵芝红外光谱的变化规律,这对如何较好地用红外光谱法进行中药质量监控具有指导作用,而对中药界究竟是选择原始药材还是药材提取物来做药材真伪鉴别这一问题的解答,也具有一定的启发作用。 一、用红外光谱法全面系统地对灵芝提取物的组分进行了分析。采用不同极性的溶剂对灵芝进行提取时,提取物的组成不尽相同。依相似相溶原理,极性溶剂提出的主要是极性较强的物质,非极性溶剂提出的主要是极性较小的物质,但相互之间没有明显的界线,各提取物中各组分会按极性的大小呈一分布状态。 二、对红外光谱图中的部分特征谱峰进行了指认,并找出了这些谱峰与提取物组成之间的关系。灵芝及灵芝提取物的特点之一就是极性与非极性物所含的比例不同,极性强,3416-3279cm-1处吸收峰的峰面积就大;非极性强,2935~2852cm-1处的吸收峰的峰面积就大;原始灵芝在1541cm-1处有一相对较大的吸收峰;石油醚提取物在723cm-1处有一明显的小尖峰。抓住这4个特征峰峰面积的比例关系,可实现对四类物质的判定。作者还利用多分类支持向量机的方法对四类物质的样本集本进行预测分类,用80个样本做为训练样本集,47个样本做为预测样本集,该方法也能对四类物质进行分类,且准确率为100%。 三、对各样本与参照样之间的欧氏距离进行信息熵计算,用该方法计算的信息熵,能反映样本集承载的化学信息量,信息量大的样本集,有利于模式识别。这一结果对红外光谱模式识别研究中特征参数的提取以及样本集的构建具有指导作用,即可用信息、熵来评价样本集的优劣。 四、用1800-800cm-1波数段相似谱样本集,基于MATLAB对四类物质进行了谱系聚类分析。在对原始数据进行归一化处理后,再用最短欧氏距离法绘制谱系聚类图,在图中发现,原始灵芝样本集的谱系聚类图对四类灵芝有较好的聚类作用。这一分析结果,支持信息、熵判断的结果,也支持国内部分专家坚持要用原始药材红外光谱来进行药材质量监控的观点。值得指出的是,对不同目的的聚类分析,要选择不同的特征波数段,波数段的选择,亦可用信息熵对其评价。 五、对粤北灵芝Zn、Cr、Cu、Mn、Fe、Ca、Mg和Pb等8种微量元素含量进行分析,结果表明,钙含量最多,铅含量最少,各元素含量大小为CaMgFeMnZnCrCuPb;五类灵芝中,Ca、Mg、Fe的含量普遍较高,Zn与Mn的含量比较接近,而Cr和Cu的含量也比较接近。其中Zn在灰色类平盖灵芝中的含最高,而Cr、Fe、Mg在灰色类平盖灵芝中的含量均最低。探讨不同品种灵芝之间微量元素含量的差异,可为灵芝的生产收购、质量评价以及资源的合理利用提供参考。


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