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【技术应用】通过元素组分信息研究中药材石斛的分类

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石斛又名仙斛兰韵、不死草、还魂草、紫萦仙株、吊兰、林兰、禁生等。药用植物,性味甘淡微咸,益胃生津,滋阴清热。用于阴伤津亏,口干烦渴,食少干呕,病后虚热,目暗不明。同时还具有抗白内障、抗氧化、抗肿瘤、提高免疫力的作用。然而不同时间采集的石斛中氨基酸、微量元素等含量各不同,其对应药用价值、价格也不同。因此石斛等级的分类研究具有重要意义。为快速鉴别不同价格、不同药效的石斛,我们利用激光诱导击穿光谱技术结合分类模型对石斛进行了分类分析研究。

近年来激光诱导击穿光谱(LIBS)技术作为一种新兴的元素检测和分析技术已经广泛的应用于生态样品测量、种质资源鉴定、中药材、珠宝、地质及工业等诸多领域。当激光作用于样品表面时,在极短的时间内诱导产生含有样品物质信息的等离子体。通过对等离子体发出的光谱进行收集分析,建立光谱与元素一一对应的关系。由此可以检测出元素周期表中的大部分元素,检测限可达ppm级。通过标准物质定标后可以进一步得到元素的含量信息。

实验装置我们采用EcoChem激光光谱元素分析系统。激光能量200mJ@1064nm,能量输出0-100%可调;重现率20Hz,脉宽<6n;光斑大小50-250μm连续可调;自动双光闸,稳定控制激光能量和LIBS信号;检测器谱宽190-1040nm,光谱精度±0.05nm,门延迟0.5ns-1ms,分辨率0.5ns;样品自动高度调整的功能;三维全自动工作台;样品室可通入氦气或氩气。


取5种不同的石斛样品,5种样品分为5个等级,1-5分别为价格1000元/500克至300元/500克不等。经过粉碎研磨,压片,压片模具直径13毫米,压力15吨,保压时间5分钟。经过实验,得到了样品主要组成元素的信息,见左下图,信号及强度较明显。通过主成分分析对5种样品进行初步分类分析,样品1、样品4得到了很好的分类结果,样品2、3、5有部分重叠信息,见右下图。我们需要进一步优化细分。

石斛样品的主要元素谱图


样品1-5的主成分分类结果

               

经过参数优化后,得到如下图的分类实验结果,1-5种石斛样品分类结果明确。经过验证,分类识别率也达到了100%。


优化后的分类结果



识别率分析


激光诱导击穿光谱技术作为一种新兴的、快速的、微损的微区化学分析技术,有着传统仪器所不具备的更多功能。随着这一技术的发展,它必将在中药材分析研究领域发挥越来越重要的作用。

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