CN104297188A - 一种基于多元素多离子耦合技术的党参产地鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多元素多离子耦合技术的党参产地鉴别方法，按如下步骤进行，(1)提供用于判别是否为板桥党参的Fisher判别函数，所述Fisher判别函数由判别方程Ⅰ和判别方程Ⅱ构成，所述Fisher判别函数以3种特征阴离子和11种特征矿物元素的含量为变量；(2)检测未知样本中特征阴离子和矿物元素的含量，然后分别代入所述Fisher判别函数的判别方程Ⅰ和判别方程Ⅱ中计算Y_板桥党参和Y_{非板桥党参}的数值，根据Y值较大的一组判定是否为板桥党参。本发明开创性的探索并建立了以特征元素耦合特征阴离子为变量的板桥党参判别函数，该判别函数能有效的将非板桥党参鉴别出来，正判率可高达95％以上，实现板桥党参真伪的快速鉴别，适于推广普及。

Description

一种基于多元素多离子耦合技术的党参产地鉴别方法

技术领域

本发明涉及党参产地的判别技术，具体的说是一种基于多元素多离子耦合技术的党参产地鉴别方法。

背景技术

许多农产品的品质具有很强的地域特征，与产地的自然因素和人文因素关系密切，并且历史悠久，具有良好的口碑和知名度，潜藏着巨大的经济价值和文化价值。这些产品被称为地理标志产品，一直以来都被各个国家所重视，并通过多种形式的法规和协议加以保护。

板桥党参是中药材著名品种，产自湖北恩施市板桥镇，1981年7月被正式确定为中国板党，也称板桥党参。其有效成分含量高，品质优良，被列为中国四大名党参之首，具有补气血、养脾胃、润肺生津、治疗身体虚弱之功能。板桥党参的独特品质主要取决于其独特的产地环境。板桥镇位于恩施市西北边陲，均海拔高度1666.5米。春秋相连，冬季寒冷，年平均气温10℃左右，最适合党参生长。

由于地理标志产品独特的品质和品牌影响力，其价格远高于市场中同类普通产品。在经济利益的驱动下，假冒伪劣的地理标志产品广泛存在于市场中。例如市场中常出现产自贵州、甘肃、四川等地党参冒充板桥党参，极大损害了消费者的利益，干扰了正常的市场秩序，影响了知名品牌的声誉。因此，迫切需要发展地标产品的识别方法和食品产地的溯源技术，以增强相关法规条例的可执行性。国内外相关专家学者不断借鉴相关学科方面的知识，积极探索用于产地溯源的有效技术方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多元素多离子耦合技术的党参产地鉴别方法，以解决板桥党参鉴别困难的问题。

本发明的目的是按如下的技术方案实现的：

一种基于多元素多离子耦合技术的党参产地鉴别方法，按如下步骤进行，

(1)提供用于判别是否为板桥党参的Fisher判别函数，所述Fisher判别函数由判别方程Ⅰ和判别方程Ⅱ构成：

判别方程Ⅰ：

判别方程Ⅱ：

所述Fisher判别函数以C_Na、C_K、C_Ca、C_V、C_Cr、C_Mn、C_Fe、C_Cu、C_As、C_Ho和C_Tl为变量，其分别表示Br^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、Na、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Cu、As、Ho和Tl的含量；其中，C_Na、C_K和C_Ca的数值以mg/g为单位，C_V、C_Cr、C_Mn、C_Fe、C_Cu、C_As、C_Ho和C_Tl的数值以μg/g为单位；

(2)检测未知样本中Br^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、Na、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Cu、As、Ho和Tl的含量，然后分别代入所述Fisher判别函数的判别方程Ⅰ和判别方程Ⅱ中计算Y_板桥党参和Y_{非 板桥党参}的数值；若Y_板桥党参＞Y_{非板桥党参}，则该未知样本为板桥党参，若Y_板桥党参＜Y_{非板桥党参}，则该未知样本不是板桥党参。

本发明所述基于多元素多离子耦合技术的党参产地鉴别方法，所述Fisher判别函数的构建方法如下：

a、检测若干板桥党参样本和若干非板桥党参样本中K，Na，Ca、Mg、Li、Be、B、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Y、Mo、Ag、Sb、La、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tl、Pb、Hg、F^-、Cl^-、NO^2-、Br^-、NO^3-、SO₄ ^2-、C₂O₄ ^2-、I^-和PO₄ ^3-的含量，并将所得检测数据作为变量；所述非板桥党参包括原产地为甘肃省、四川省、山西省、吉林省、陕西省、河南省、贵州省、西藏自治区、湖北省和黑龙江共10个省份的党参；

b、在SPSS软件中，首先设定板桥党参样本的检测数据为第1组，非板桥党参样本的检测数据为第2组，利用Fisher判别方法获取判别函数，然后采用Mahalanobis检验法选择最合理变量，构建得到所述Fisher判别函数；

进行所述最合理变量的选择时，变量保留或剔除所依据的准则是F值：当变量的F值大于2.0时，该变量保留，当变量的F值小于0.5时，该变量剔除。

具体的，所述Fisher判别函数构建过程中，板桥党参的样本数量为32个，非板桥党参的样本数量为64个。

具体的，本发明的方法中，构建所述Fisher判别函数时：

板桥党参样本和非板桥党参样本中K，Na，Ca、Mg、Li、Be、B、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Y、Mo、Ag、Sb、La、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tl、Pb、Hg、F^-、Cl^-、NO^2-、Br^-、NO^3-、SO₄ ^2-、C₂O₄ ^2-、I^-和PO₄ ^3-的含量按如下方法检测：

①样本消解：党参粉碎后在40℃的烘箱中烘干10小时，然后称取约0.5g党参于聚四氟乙烯罐中，加入4mLMOS级硝酸试剂和2mLMOS级过氧化氢试剂，摇匀后静置2h，然后放入微波消解仪中消解65min，冷却后转移至50mL容量瓶中定容。同时做试剂空白实验。

②元素及离子含量测定：用原子吸收分光光度计测定K，Na，Ca和Mg元素含量；采用电感耦合等离子体质谱方法测定Li、Be、B、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Y、Mo、Ag、Sb、La、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tl和Pb元素含量；采用意大利MILESTONEDMA-80全自动测汞仪测量Hg元素的含量；采用戴安3000高效离子色谱仪分析测定F^-、Cl^-、NO^2-、Br^-、NO^3-、SO₄ ^2-、C₂O₄ ^2-、I^-和PO₄ ^3-的含量。

本发明独特的发现，党参中无机阴离子的含量及分布对其品质有较大影响，特别是从毒理学的角度来看，阴离子分布是重要的质量指标，具有与矿物元素同样稳定的特性，也是非常有效的产地标识指标。本发明开创性的探索并建立了以特征元素耦合特征阴离子为变量的板桥党参判别函数，该判别函数能有效的将非板桥党参鉴别出来，正判率可高达95％以上，实现板桥党参真伪的快速鉴别，适于推广普及。

说明书附图

图1是采用本发明方法对未知样本进行判别的流程图。

具体实施方式

(一)构建Fisher判别函数

a、样本采集：

地理标志产品板桥党参(共计32个样本)是在湖北省恩施市质量技术监督局协助下采集得到，非原产地样本分布采集于甘肃省、四川省、山西省、吉林省、陕西省、河南省、贵州省、西藏自治区、湖北省和黑龙江共10个省份45个产地(共计64个样本)。

b、矿物元素含量及阴离子含量测定

①矿物元素含量测定：

党参粉碎后在40℃的烘箱(DHG-9140A，上海中国)中烘干10小时，使水分尽可能地一致。准确称取约0.5g党参于聚四氟乙烯罐中，加入4mLMOS级硝酸试剂和2mLMOS级过氧化氢试剂，摇匀后静置2h。然后放入微波消解仪(MARS 5，CEM美国)中消解65min，消解条件见表1。冷却后转移至50mL容量瓶中定容。同时做试剂空白实验。

表1微波消解条件

K，Na，Ca和Mg的测定用原子吸收分光光度计(TAS-990，普析通用，北京，中国)，火焰原子化器，乙炔和空气为燃气和助燃气。钾、钠、钙和镁的检测波长分别为232nm、292nm、312nm和231nm。

Li、Be、B、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Y、Mo、Ag、Sb、La、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tl和Pb元素含量的测定用电感耦合等离子体质谱(Elan DRC-eICP-MS，美国赛默飞世尔Scientifie)。样品的分析操作条件如下：射频功率1200W，等离子气体流速1.12升/分，辅助气体流速0.5升/分，喷雾室温度2℃，0.45％的氧化物指数，和双电流指标为1.01％。用内标法保证仪器的稳定性，Ge和In是所选择的内标，当内标元素的RSD＞5％，重新测定样品。

Hg元素含量分析采用意大利MILESTONE DMA-80全自动测汞仪进行。

每个样本测定3次，使用外标法定量计算。中国地质科学院地球物理地球化学勘探研究所提供的标准物质人参(GSB-18)和大米(GBW10043)用于方法的校准，所有元素的相对标准偏差低于10％。

②阴离子含量测定：

党参粉碎后在40℃的烘箱(DHG-9140A，上海中国)中烘干10小时，使水分尽可能地一致。准确称取约1.0g党参于锥形瓶中，加入50mL超纯水(Human Corporation，NEX UP 1000型超纯水仪提供)，在Made in Korea Human Corporation型数控超声波仪中超声1h，然后转移至高速离心机中离心10分钟，转速为10000转/分钟。取离心后上清液2mL过水系滤膜(0.22μm)后离子色谱分析。

样本中阴离子(F^-、Cl^-、NO^2-、Br^-、NO^3-、SO₄ ^2-、C₂O₄ ^2-、I^-和PO₄ ^3-)含量采用戴安3000高效离子色谱仪分析。色谱分析条件为：IonPac As19色谱柱；20mmol/L氢氧化钾为流动相；流速1mL/min；电导检测器检测器；进样量：25μL。

c、特征元素、特征阴离子筛选及判别函数的建立

采用逐步判别的方法来确定对板桥党参鉴别最有利的元素种类和阴离子种类，整个过程的数据处理通过SPSS19.0软件实现。

在这部分工作中，96个样本的44种元素和9种阴离子含量数据作为变量，用于建立SPSS数据文件，选择逐步判别分析模式，设定板桥党参的样本为第1组，非板桥党参样本为第2组，先利用Fisher判别方法获取判别函数，从而表达“性质最相近”，然后进行最合理变量的筛选。在最合理变量的选择中，采用Mahalanobis检验方法，变量保留或者删除的准则依据F值：当变量的F值大于2.0时，该变量就会进入模型；当变量的F值小于0.5时，该变量将被剔除出模型。

依据上述原则对数据处理后得到板桥党参的特征因子(即特征元素和特征阴离子)和以该特征因子的含量为变量的Fisher判别函数。该特征因子分别是Br^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、Na、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、As、Cu、Ho和Tl，以该特征因子的含量为变量的Fisher判别函数由判别方程Ⅰ和判别方程Ⅱ组成，表达式为：

判别方程Ⅰ：

判别方程Ⅱ：

该Fisher判别函数以C_Na、C_K、C_Ca、C_V、C_Cr、C_Mn、C_Fe、C_Cu、C_As、C_Ho和C_Tl为变量，其分别表示Br^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、Na、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Cu、As、Ho和Tl的含量；其中，C_Na、C_K和C_Ca的数值以mg/g为单位，C_V、C_Cr、C_Mn、C_Fe、C_Cu、C_As、C_Ho和C_Tl的数值以μg/g为单位；板桥党参的Fisher判别函数值记为Y_板桥党参，非板桥党参的Fisher判别函数值记为Y_{非板桥党参}。

(二)利用所建立的Fisher判别函数对产地未知的党参进行鉴定

判别过程如图1所给流程图所示，具体如下：

a、采集地理标志产品板桥党参(10个样本)和非地理标志产品板桥党参(10个样本)作为待测样本，具体样本信息见表2。

表2：待测样本信息

b、特征因子含量测定

①特征矿物元素含量测定：党参粉碎后在40℃的烘箱(DHG-9140A，上海中国)中烘干10小时，使水分尽可能地一致。准确称取约0.5g党参于聚四氟乙烯罐中，加入4mLMOS级硝酸试剂和2mLMOS级过氧化氢试剂，摇匀后静置2h。然后放入微波消解仪(MARS 5，CEM美国)中消解65min，消解条件见表1。冷却后转移至50mL容量瓶中定容。同时做试剂空白实验。

K，Na和Ca的测定用原子吸收分光光度计(TAS-990，普析通用，北京，中国)，火焰原子化器，乙炔和空气为燃气和助燃气。钾、钠和钙的检测波长分别为232nm、292nm和312nm。

V、Cr、Mn、Fe、Cu、As、Ho和Tl元素含量的测定用电感耦合等离子体质谱(Elan DRC-eICP-MS，美国赛默飞世尔Scientifie)。样品的分析操作条件如下：射频功率1200W，等离子气体流速1.12升/分，辅助气体流速0.5升/分，喷雾室温度2℃，0.45％的氧化物指数，和双电流指标为1.01％。用内标法保证仪器的稳定性，Ge和In是所选择的内标，当内标元素的RSD＞5％，重新测定样品。

每个样本测定3次，使用外标法定量计算。中国地质科学院地球物理地球化学勘探研究所提供的标准物质人参(GSB-18)和大米(GBW10043)用于方法的校准，所有元素的相对标准偏差低于10％。

②特征阴离子含量测定：党参粉碎后在40℃的烘箱(DHG-9140A，上海中国)中烘干10小时，使水分尽可能地一致。准确称取约1.0g党参于锥形瓶中，加入50mL超纯水(HumanCorporation，NEX UP 1000型超纯水仪提供)，在Made in Korea Human Corporation型数控超声波仪中超声1h，然后转移至高速离心机中离心10分钟，转速为10000转/分钟。取离心后上清液2mL过水系滤膜(0.22μm)后离子色谱分析。

样本中阴离子(Br^-、SO₄ ^2-和PO₄ ^3-)含量采用戴安3000高效离子色谱仪分析。色谱分析条件为：IonPac As19色谱柱；20mmol/L氢氧化钾为流动相；流速1mL/min；电导检测器检测器；进样量：25μL。

20个未知样本的特征元素和特征阴离子含量检测结果见表3-1和表3-2。

表3-1：

表3-2：

表3-1和表3-2中，Br^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、Na、K和Ca的单位为mg/g，V、Cr、Mn、Fe、Cu、As、Ho和Tl的单位为μg/g。

c、板桥党参的判别

将表3-1和表3-2中的数值带入所建立的Fisher判别函数中，分别计算Y_板桥党参和Y_{非板 桥党参}的数值(结果见表4)，待测样本属于Y值较大的一组。

表4：Y值计算及判别结果

由表4中的统计结果可以看出，采用本发明所构建的Fisher判别函数方法对20个未知样本进行判别，样本中19个样本判别正确，判别正确率高达95％，进一步的，该判别模型对非板桥党参的判别正确率高达100％，能够非常有效的对未知样本进行判别，具有实用价值。

Claims (2)

1.一种基于多元素多离子耦合技术的党参产地鉴别方法，其特征是，

(1)提供用于判别是否为板桥党参的Fisher判别函数，所述Fisher判别函数由判别方程Ⅰ和判别方程Ⅱ构成：

判别方程Ⅰ：

判别方程Ⅱ：

所述Fisher判别函数以C_Na、C_K、C_Ca、C_V、C_Cr、C_Mn、C_Fe、C_Cu、C_As、C_Ho和C_Tl为变量，其分别表示Br^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、Na、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Cu、As、Ho和Tl的含量；其中，C_Na、C_K和C_Ca的数值以mg/g为单位，C_V、C_Cr、C_Mn、C_Fe、C_Cu、C_As、C_Ho和C_Tl的数值以μg/g为单位；

(2)检测未知样本中Br^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、Na、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Cu、As、Ho和Tl的含量，然后分别代入所述Fisher判别函数的判别方程Ⅰ和判别方程Ⅱ中计算Y_板桥党参和Y_{非 板桥党参}的数值；若Y_板桥党参＞Y_{非板桥党参}，则该未知样本为板桥党参，若Y_板桥党参＜Y_{非板桥党参}，则该未知样本不是板桥党参。

2.根据权利要求1所述基于多元素多离子耦合技术的党参产地鉴别方法，其特征是，所述Fisher判别函数的构建方法如下：

a、检测若干板桥党参样本和若干非板桥党参样本中K，Na，Ca、Mg、Li、Be、B、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Y、Mo、Ag、Sb、La、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tl、Pb、Hg、F^-、Cl^-、NO^2-、Br^-、NO^3-、SO₄ ^2-、C₂O₄ ^2-、I-和PO₄ ^3-的含量，并将所得检测数据作为变量；所述非板桥党参包括原产地为甘肃省、四川省、山西省、吉林省、陕西省、河南省、贵州省、西藏自治区、湖北省和黑龙江省共10个省份的党参；

b、在SPSS软件中，首先设定板桥党参样本的检测数据为第1组，非板桥党参样本的检测数据为第2组，先利用Fisher判别方法获取判别函数，然后采用Mahalanobis检验法选择最合理变量，构建得到所述Fisher判别函数；

进行所述最合理变量的选择时，变量保留或剔除所依据的准则是F值：当变量的F值大于2.0时，该变量保留，当变量的F值小于0.5时，该变量剔除。