補氣類中藥礦質(zhì)元素主成分分析和聚類分析研究

黃賽金，田　潤，歐　苗，龔　燈，尹愛武

(1. 湖南工程學院 化學化工學院， 湘潭 411104；2．湖南中醫(yī)藥高等?？茖W校，株洲 412012；3. 湖南科技學院 生化學院，永州 425199)

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補氣類中藥礦質(zhì)元素主成分分析和聚類分析研究

黃賽金1，田潤2，歐苗3，龔燈3，尹愛武3

(1. 湖南工程學院 化學化工學院， 湘潭 411104；2．湖南中醫(yī)藥高等?？茖W校，株洲 412012；3. 湖南科技學院 生化學院，永州 425199)

為了研究補氣類中藥礦質(zhì)元素的分布特征，以主成分分析和聚類分析法對其礦質(zhì)元素分布進行分析研究.主成分分析表明，第1 主成分F1與Ca、Mg、Fe、K、Al有較高正相關(guān)；第2主成分F2與Mg有較高正相關(guān)，與Fe、Al較高負相關(guān)；第3 主成分F3與Al有較高正相關(guān)，與Ca有較高負相關(guān)；第4主成分F4與K有較高負相關(guān).聚類分析表明，當補氣中藥分為3類時，西洋參為一類，白術(shù)為一類，山藥、大棗、生曬參、白扁豆、甘草、黨參及黃芪7味中藥歸為一類.中藥的補氣作用與礦質(zhì)元素分布有關(guān).

主成分分析；聚類分析；補氣；礦質(zhì)元素

中藥礦質(zhì)元素的含量與分布與中藥的品種密切相關(guān)，因此礦質(zhì)元素常被用于中藥的質(zhì)量控制和中藥藥理研究的依據(jù)[1].但中藥中礦質(zhì)元素的含量分布較離散，因此不能僅從礦質(zhì)元素的含量分布對中藥的相似性進行比較.生曬參、黨參、黃芪、白術(shù)、山藥、白扁豆、甘草、西洋參、大棗為常見的藥食同源類補氣中藥[2]，其各味補氣能力強弱與歸臟各不相同.主成分分析是將多個變量轉(zhuǎn)換為少數(shù)幾個不相關(guān)的綜合指標的多元統(tǒng)計分析方法，這些少數(shù)綜合指標能代表原變量的信息[3].聚類分析是依據(jù)觀察對象某些特征對其進行分類的一種“物以類聚”數(shù)理統(tǒng)計方法，其廣泛應用于生物學和醫(yī)學分類問題的研究中[4].本文擬對9味藥食同源補氣中藥進行主成分和系統(tǒng)聚類分析，找出礦質(zhì)元素成分分布特征，揭示補氣中藥的補氣功效與礦質(zhì)元素之間的關(guān)系，以期為補氣中藥的質(zhì)量控制及栽培提供理論支持.

1　儀器與藥材

ICPQ-1000型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(日本，島津公司)，Milli-Q型水純化系統(tǒng)(Millpore)，Sartorius 電子天平，硝酸、雙氧水均為優(yōu)級純，標準工作溶液由國家標準物質(zhì)研究中心購置的各種標準儲備液稀釋而成.

生曬參、黨參、黃芪、白術(shù)、山藥、白扁豆、甘草、西洋參、大棗購于廣州清平藥材大市場.

2　方法與結(jié)果

2.1測試樣品的制備

將藥材用蒸餾水洗凈，用去離子水沖洗 3 次，晾干，置60 ℃烘干至恒重，粉碎，過100目篩備用.精確稱取各備用藥材0.5 g，加入1 mL H2O2和6 mL HNO3，于消化器上消化完全，用去離子水轉(zhuǎn)移并定容至50 mL.空白采用同樣方法消解，每種藥材和試劑空白測定6次，實驗結(jié)果取6次平均值.

2.2樣品測定

礦質(zhì)元素的測定采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定，測試條件為，功率1200 W，輔助氣流量為0.5 L·min-1，積分時間90 s.

2.3中藥礦質(zhì)元素含量

用ICP-AES法，在選定的條件下測得各補氣類中藥礦質(zhì)元素含量見表1，由表1可知各補陽類中藥Ca、Mg、Fe、K、Al的含量相對較高，Zn、Mn、Cu、Pd、Ni的含量相對較低.

表1　補氣類中藥礦質(zhì)元素含量

2.4主成分分析

用SPSS 17.0 軟件對補陽類中藥礦質(zhì)元素10個變量進行主成分分析.礦質(zhì)元素10個變量的相關(guān)系數(shù)矩陣見表2；數(shù)據(jù)相關(guān)陣的特征值及特征值方差供獻率見表3；初始因子載荷矩陣見表4.

2.4.1相關(guān)系數(shù)矩陣

從表 2元素之間的相關(guān)系數(shù)可知，各元素兩兩之間有較大的相關(guān)性，因此可用主成分分析法來研究元素變量之間的關(guān)系.

表2　相關(guān)系數(shù)矩陣

2.4.2主成分的確定

從表3可知，第1、2、3、4 主成分的累計方差貢獻率達到84.551%>80%.故前4個主成分能代表補陽類中藥礦質(zhì)元素含量84.551%的信息.

表3　數(shù)據(jù)相關(guān)陣的特征值及方差

2.4.3主因子模型的建立

由表4初始因子載荷矩陣表，建立主因子模型為，F(xiàn)1=0.509X1+0.437X2+0.425X3+0.827X4+0.157X5+0.709X6+0.708X7+0.644X8+0.613X9+0.770X10；F2=0.051X1+0.788X2+0.711X3-0.459X4+0.275X5-0.117X6+0.048X7-0.513X8+0.558X9-0.387X10；F3=-0.783X1-0.011X2+0.229X3+0.198X4+0.383X5-0.571X6+0.190X7+0.454X8+0.068X9+0.024X10；F4=0.143X1+0.240X2-0.359X3+0.012X4+0.817X5+0.153X6-0.475X7+0.140X8-0.071X9+0.023X10.從主因子模型可知，補陽藥中藥的第1 主成分F1在各礦質(zhì)元素上有較高的正載荷，第1 主成分F1與Ca、Mg、Fe、K、Al元素有較高的正相關(guān)性；第2主成分F2在Mg、Zn、Pd元素上較高的正載荷，在Fe、Al元素上有較高的負載荷，第2主成分F2與Mg元素有較高的正相關(guān)性，F(xiàn)2與Fe、Al有較高的負相關(guān)性；第3主成分F3在Cu元素上較高的正載荷，在Ca元素上較高的負載荷，第3主成分F3與Cu元素有較高的正相關(guān)，F(xiàn)3與Ca元素有較高的負相關(guān)；第4主成分F4在Mn元素上較高的正載荷，在K元素上有較高的負載荷，第4主成分F4與K有較高的負相關(guān).

表4　因子載荷矩陣

2.4.4主因子和綜合主因子得分

由主因子模型，計算第l、2、3、4主成分分值；以特征值的貢獻率大小為分配系數(shù)[5]，計算綜合得分并排序，綜合得分F=37.262%F1+21.548%F2+14.249%F3+11.492%F4，結(jié)果見表5.

表5　主因子和綜合主因子得分

2.5聚類分析

對主成分分析篩選出特征值累計貢獻率為84.551%的 4個主成分，進行系統(tǒng)聚類分析.特征元素標準化處理后以歐氏距離平方為測量準則、以組間連結(jié)法為組群合并準則，用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行系統(tǒng)聚類分析，聚類分析樹狀圖見圖1.由樹狀圖可知，當補陽為中藥分為3類時，西洋參為一類，白術(shù)為一類，山藥、大棗、生曬參、白扁豆、甘草、黨參及黃芪7味中藥歸為一類.

3　討　論

分析結(jié)果表明，不同的補氣類中藥其礦質(zhì)元素的含量有一定的差異.結(jié)合主成分的特征值對方差的供獻率、各元素在每一主成分載苛的正負、礦質(zhì)元素在中藥中的含量及礦質(zhì)元素對人體健康的影響可以確定Mg含量與中藥的補氣作用最為密切.

[1] 范文秀, 馮晨．不同產(chǎn)地麥冬中鋅、銅、錳、鐵的比較研究[J]．廣東微量元素科學, 2006，13(11):56-59．

[2] 高學敏．中藥學[M]．北京: 中國中醫(yī)藥出版社, 2007．

[3] 許碌, 邵學廣. 化學計量學方法[M]. 北京: 科學出版社, 2006: 130-133.

[4] 何清波, 蘇炳華, 錢元．醫(yī)學統(tǒng)計學及其軟件包[ M]. 上?？茖W技術(shù)文獻出版社, 2003： 285.

[5] 辛仁軒. 等離子體發(fā)射光譜分析[ M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2005:155-156.

Study on Mineral Elements in Invigorating Qi of Chinese Tradition Medicine by Principal Component Analysis and Clustering Analysis

HUANG Sai-jin1,TIAN Run2,OU Miao3,GONG Deng3,YIN Ai-wu3

(1.College of Chemistry Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411104, China;2. Hunan Traditional Chinese Medical College, Zhuzhou 412012, China;3.Department of Chemistry and Biotechnology, Hunan University of Science and Engineering, Yongzhou 425199, China )

In order to study the distribution of mineral elements in invigoration qi of Chinese Tradition Medicine, principal components analysis and duster analysis are applied to its mineral elements distribution analysis. Principal components analysis indicate that the 1stprincipal factor(F1) has better positive correlation with the mineral elements of Ca, Mg, Fe, K and Al; the 2ndprincipal factor(F2) has better positive correlation with the mineral elements of Mg and negative correlation with the mineral elements of Fe and Al; the 3rdprincipal factor(F3) has better positive correlation with the mineral elements of Al and negative correlation with the mineral elements of Ca, and the 4thprincipal factor(F4) has better negative correlation with the mineral elements of K. It can be seen through analyzing dendrogram of clustering analysis that when the Chinese tradition medicines in invigorating qi are classified into 3 categories. American Ginseng and atractylodes are classified into 2 different categories; Chinese yam, Chinese date, White Ginseng, white hyacinth bean, glycyrrhiza, lanceolata and astragalus are classified into one category. The effect in invigorating qi of Chinese tradition medicine is related to the distribution of mineral elements.

principal component analysis; clustering analysis; invigorating qi; mineral elements

2016-03-28

湖南中醫(yī)藥管理局資助項目(2013FJ3004).

黃賽金(1982-)，女，碩士，講師，研究方向：天然資源的開發(fā)與利用.

R284.1

A

1671-119X(2016)03-0069-04