侯皓然 周劲松 刘国伟 孔箭 马恩耀 罗文英

摘要：探讨了多元素分析对西洋参（Panax quinquefodius L.）产地鉴别的可行性，筛选鉴别西洋参产地的有效指标。试验收集产地为加拿大、美国、中国东北三省的西洋参样品共20批，用ICP-MS法测定其中Sc、Y、La、Ce、Pr，Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se、Cd、Sn、Hg、Pb共28种元素的含量，对其进行方差分析、聚类分析及判别分析。结果表明，不同地域西洋参样品中元素含量有其各自的特征。聚类分析将西洋参样品分成不同类别，与来源地基本一致。逐步判别分析筛选出Y、Fe和Ni可作为判别西洋参产地来源的指标，判别正确率均达100.0%，说明利用多元素分析技术对西洋参产地来源的判别是可行的。

关键词：西洋参（Panax quinquefodius L.）;多元素;聚类分析;判别分析;产地鉴别

中图分类号：R284.1 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）09-0151-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09.032

西洋参为五加科植物西洋参（Panax quinquefo-dius L.）的干燥根。味甘、微苦，性凉;归心、肺、肾经。具有补气养阴、清热生津的功能。用于气虚阴亏、虚热烦倦、咳喘痰血、内热消渴、口燥咽干[1]。西洋参产地较多，原产地及主产地均为美国及加拿大，以美国威斯康星州所产者最为著名。中国华北（北京、河北、河南、山东）、东北三省、陕西有大量栽培，湖北、湖南、江西、浙江、安徽、福建等地也有引种;已形成华北、东北、陕西几个主要产区，并销往全国仁2，。一般认为，从美国、加拿大进口的西洋参品质优于国产，所以价格上进口西洋参相对国产西洋参要贵。有部分不法商贩为了利益，常常用国产西洋参冒充进口西洋参。为了维护市场秩序、保障大众用药安全，有必要建立一种能有效鉴别西洋参产地的方法。近年已有一些文献对西洋参产地鉴别的方法进行了报道，所用方法有元素分析法[3]、稳定同位素比值法[3]、中红外光谱法[4，5]、近红外光谱法[6]、非线性化学指纹图谱法[7]、色差法[8]，其中，元素分析法具有独特优点。因为植源性农产品中元素的来源比较单一，主要来源于土壤，而土壤的地域特征比较明显，更容易利用元素的地域差异对植源性农产品进行产地判别[9，10]。本研究采用元素分析法对产地为加拿大、美国和中国东北三省的共20批西洋参样品进行了产地鉴别研究。研究首次将16种稀土元素（Se、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu）用于西洋参产地鉴别，利用ICP-MS法测定西洋参样品中包含上述稀土元素在内的共28种元素的含量，结合多元统计分析方法，探讨多元素指纹分析技术应用于西洋参产地溯源的可行性，建立不同产地西洋参的判别模型，旨在为鉴别与区分国产和进口西洋参提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

共收集20批西洋参样品，其中产地为加拿大的5批（编号：CAN1至CAN5）、产地为美国的7批（编号：USA1至USA7）、产地为辽宁省的3批（编号：LN1至LN3）、产地为吉林省的3批（编号：JL1至JL3）、产地为黑龙江省的2批（编号HLJ1至HLJ2）。经广州中医藥大学高明教授鉴定，均为五加科植物西洋参的干燥根。

1.2 试剂

Sc标准溶液（GSBG62013-90）、15种稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y）混合标准溶液（GSB04-1789-2004），Hg标准溶液（GSBG62069-90）、Pb标准溶液（GSBG62071-90）、As标准溶液（GSBG62027-90）、Cd标准溶液（GSBG62040-90）、Cu标准溶液（GSBG62023-90）、Cr标准溶液（GSBG62017-90）、Se标准溶液（GS-BG62029-90）、Ni标准溶液（GSBG62022-90）、Sn标准溶液（GSBG62042-90）、Zn标准溶液（GS-BG62025-90）、Mn标准溶液（GSBG62019-90）、Fe标准溶液（GSBG62020-90）、Ge标准溶液（GS-BG62073-90）、In标准溶液（GSBG62041-90）、Bi标准溶液（GSBG62072-90）、Au标准溶液（GS-BG62068-90），均购于钢研纳克检测技术股份有限公司。人参成分分析标准物质GBW10027（GSB-18），中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所。硝酸（TraceMetal Grade，Fisher Chemical），过氧化氢溶液（GR，aladdin），试验用水为去离子水。

1.3 仪器

MS204TS/02型电子天平，瑞士Mettler Toledo集团：Mill-Q Reference型超纯水系统，美国Millipore公司;ETHOS UP型微波消解系统，意大利Milestone公司;Agilent 7500cx型电感耦合等离子体质谱仪，美国Agilent集团。

1.4 方法

1.4.1 供试品溶液的制备 取西洋参样品，于60 ℃干燥2h，碎成粗粉，取约0.3g，置微波消解罐中，加入6mL消解液（硝酸：过氧化氢溶液=2：1），按表1条件进行消解。消解完全后自然冷却，将消解液转移至50mL容量瓶中，用少量水洗涤消解罐3次，洗液合并于容量瓶中，加入Au标准溶液（1μg/mL）200μL，用水稀释至刻度，摇匀，即得。

用同样的方法制备人参成分分析标准物质供试溶液。除不加An标准溶液外，同法制备试剂空白溶液。

1.4.2 测定方法用ICP-MS测定，仪器运行参数为射频功率1550W，载气流量0.83L/min，补偿气流量0.33L/min，蠕动泵速0.1r/s，雾化室温度2℃，反应气体为He，流量4.5L/min，扫描30次，重复3次。

采用内标校正定量分析方法。¹⁴⁵Sc、⁸⁹Y、¹³⁹La、¹⁴⁰Ce、¹⁴¹Pr、¹⁴⁶Nd、¹⁵²Sm、¹⁵³En、¹⁵⁶Gd、¹⁵⁹Tb、¹⁶³Dy、¹⁶⁵Ho、¹⁶⁶Er、¹⁶⁹Tm、¹⁷²Yb、¹⁷⁵Lu、¹¹⁴Cd、¹²⁰Sn以¹¹⁵In为内标：⁵³Cr、⁵⁵Mn、⁵⁷Fe、⁵⁸Ni、⁶³Cu、⁶⁴Zn、⁷⁵As、⁸²Se以⁷⁴Ge为内标：²⁰²Hg、²⁰⁸Pb以²⁰⁹Bi为内标。

配制系列标准工作溶液，导入ICP-MS仪进行测定，以所测元素的浓度为横坐标，以元素与对应内标元素的强度比为纵坐标分别绘制标准曲线和计算回归方程。然后将供试品溶液、试剂空白溶液导入ICP-MS仪进行测定，以所测元素与内标元素的强度比与标准曲线比较帶人方程式求出含量。

试验采用人参成分分析标准物质GBW10027（GSB-18）对方法准确度进行验证，待测元素测定值在推荐值范围内，表明所用方法能满足试验要求。

2 结果与分析

2.1 各批次元素含量测定结果

20批西洋参中28种元素含量的测定结果见表20由表2可知，所测定的20批西洋参样品中，Eu、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Se 7种元素的含量均未检出，故不纳人统计分析。用SPSS 25.0软件对其他21种元素的测定结果进行单因素方差分析、聚类分析及判别分析。

2.2 单因素方差分析

单因素方差分析结果显示，加拿大、美国、中国东北这三个地域的西洋参样品Sc、Cr、Fe、Ni、As等元素含量存在极显著差异，Mn、Cu、cd等元素含量存在显著差异。多重比较的结果显示，不同地域西洋参样品的元素含量有其各自的特征。加拿大的样品中，Y、Zn、As等元素含量较高，其中As含量极显著高于美国和中国东北三省。美国的样品中，Sc、Ce、Pr、Nd、Cr、Fe、Cd等元素含量较高，其中Cr、Fe的含量均极显著高于加拿大和中国东北三省，Sc含量显著高于加拿大、极显著高于中国东北三省;Cd含量极显著高于加拿大、显著高于中国东北三省。中国东北三省的样品中，La、Mn、Ni等元素含量较高，其中Mn含量极显著高于加拿大、显著高于美国;Ni含量均极显著高于加拿大和美国。美国和中国东北三省样品的Cu含量相近，均极显著高于加拿大。

2.3 聚类分析

采用系统聚类，聚类方法采用组间连接，聚类距离采用欧氏距离系统。聚类树状见图1。从聚类距离为10处将树型图切断，西洋参样品被分为5类，第1类全部为中国东北三省样品，包括辽宁的2个样品、吉林和黑龙江的各1个样品;第2类包括4个加拿大样品和1个吉林样品;第3类亦全部为中国东北三省样品，辽宁、吉林、黑龙江各1个;第4类包括4个美国样品和1个加拿大样品;第5类全部为美国样品，有3个。从聚类分析结果来看，利用多元素信息对西洋参样品的地域来源分类具有一定价值。

2.4 判别分析

采用逐步判别分析，函数系数选择Fishers、未标准化，方法选择WilksLambda，先验概率选择根据组大小计算。经逐步判别分析，筛选出的鉴别不同地域西洋参的有效指标为Y、Fe、Ni。从典型区别函数（图2）可看出，加拿大、美国、中国东北三省这3个地域的西洋参样品得到了很好区分。建立的判别模型如下。

类别1（加拿大）= -208.476X₁（Y）+0.396X₂（Fe）-2.724X₃（Ni）-8.92

类别2（美国）= -973.289X₁（Y）+1.135X₂（Fe）-4.871X₃（Ni）-39.438

类别3（中国东北三省）=143.113X₁（Y）-0.044X₂（Fe）+9.927X₃（Ni）-16.178

表3给出了判别模型对不同地域西洋参样品的原始分类和交叉验证结果，二者的准确率都达到了100.0%。

3 讨论

基于ICP-MS分析不同产地西洋参样品中28种元素的含量，结合多元统计分析方法进行数据分析，探讨多元素指纹分析技术应用于西洋参产地溯源的可行性。在扣除7种在所有样品中均未检出的元素后，对其他21种元素进行系统聚类分析和逐步判别分析。聚类分析结果中，加拿大、美国、中国东北三省3个地域的样品有所混杂，聚类效果一般。造成此结果的原因可能是样本量偏少，数据不足，且中国东北的西洋参来源于3个省份，元素含量有一定的差异。逐步判别分析筛选出Y、Fe、Ni 3个有效指标，原始分类和交叉验证结果的准确率都达到了100.0%，表明所建立的产地判别模型良好，能够有效区别这3个地域的样品。

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收稿日期：2019-02-18

基金项目：国家重点研发计划重点专项（2018YFC1707100）;工业和信息化部2018年工业转型升级资金（部门预算）项目（0714-EMTC-02-00576）;广药集团科技项目

作者简介：侯皓然（1991-），男，河南商丘人，硕士，主要从事中药资源开发与利用研究，（电话）17724002924（电子信箱）hhr7759@163.com;通信作者，刘国伟（1973-），男，广西来宾人，主管药师，主要从事中药物质基础及其质量标准研究，（电话）13802933828（电子信箱）13802933828@139.com。