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【技術(shù)應(yīng)用】主成分結(jié)合聚類分析對(duì)不同產(chǎn)地黃芪的快速鑒別

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公司名稱北京澳作生態(tài)儀器有限公司
品牌
型號(hào)
所在地北京市
廠商性質(zhì)其他
更新時(shí)間2022/9/27 10:19:25
訪問次數(shù)326

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作為一個(gè)以“生態(tài)儀器”命名的專業(yè)儀器公司，從成立之初，澳作生態(tài)儀器有限公司就致力于引進(jìn)、推廣的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器設(shè)備，并根據(jù)國(guó)內(nèi)的科研需求研發(fā)、定制生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)施和儀器。時(shí)至今日，已經(jīng)走過二十年的歷程。公司具有一支由實(shí)力雄厚的科研技術(shù)人員組成的團(tuán)隊(duì)，85% 以上具有本科或本科以上學(xué)歷，其中一半人員具備碩士以上學(xué)歷。公司總部位于中關(guān)村翠湖科技園云中心，在廣州，南京、成都、鄭州、泰安、新疆設(shè)立了營(yíng)銷、技術(shù)服務(wù)中心，網(wǎng)絡(luò)化辦公上給予客戶周到便利的咨訊和服務(wù)。澳作公司全體同仁秉承“協(xié)作開拓共同發(fā)展”的經(jīng)營(yíng)理念，積極為國(guó)內(nèi)用戶提供生態(tài)儀器技術(shù)咨詢、方案設(shè)計(jì)、客戶化系統(tǒng)集成、儀器設(shè)備調(diào)試安裝等各類優(yōu)質(zhì)服務(wù)。公司先后為“雙”學(xué)科建設(shè)、中科院修購(gòu)項(xiàng)目、“985”工程、中科院“中國(guó)生態(tài)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）”、中國(guó)森林生態(tài)研究網(wǎng)絡(luò)（CFERN）、知識(shí)創(chuàng)新工程、國(guó)家“948”項(xiàng)目、“973”項(xiàng)目、“863”項(xiàng)目、高?！?11”工程、重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)、中地共建、新疆建設(shè)兵團(tuán)等提供儀器設(shè)備、技術(shù)方案集成和咨詢，同時(shí)成功通過ISO9001 質(zhì)量管理體系國(guó)際認(rèn)證。此外公司還協(xié)助完成了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外重大科研項(xiàng)目和課題。其中森林生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期定位觀測(cè)方法的土壤、水文監(jiān)測(cè)等儀器技術(shù)被列為2011 年中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。澳作公司還積極和國(guó)內(nèi)科研人員一起研發(fā)，改造了歐盟第三代蒸滲技術(shù)使之更適合國(guó)內(nèi)的科研要求，測(cè)量精度達(dá)到水平，取得了多項(xiàng)。公司自主研發(fā)的根系觀測(cè)系統(tǒng)、模擬降雨器等設(shè)施國(guó)外儀器的功能空白。展望未來，澳作公司將利用中關(guān)村翠湖科技園區(qū)的政策優(yōu)勢(shì)，在國(guó)家自主創(chuàng)新政策的扶持下，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，深化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)施及儀器設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、集成、數(shù)據(jù)服務(wù)等業(yè)務(wù)，為中國(guó)的生態(tài)環(huán)境改善和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

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【技術(shù)應(yīng)用】主成分結(jié)合聚類分析對(duì)不同產(chǎn)地黃芪的快速鑒別產(chǎn)品信息

黃芪為豆科黃芪屬植物。具有健脾補(bǔ)中，益衛(wèi)固表，利尿，托毒生肌的功效。主治脾氣虛證，氣虛自汗證，氣血虧虛，潰久難斂等。黃芪的主要產(chǎn)地分布于山西、內(nèi)蒙古、東北和甘肅等地。黃芪的品質(zhì)好壞與品種、產(chǎn)地和微量元素的含量多少以及其內(nèi)部元素組分的構(gòu)成有一定的關(guān)系。山西的黃芪比較綿軟，東北的黃芪比較粗壯，內(nèi)蒙古的黃芪品質(zhì)較好。

傳統(tǒng)黃芪的鑒定方法多靠人工篩選和有機(jī)成分的測(cè)定。現(xiàn)在我們還可以利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)對(duì)黃芪進(jìn)行內(nèi)部元素信息和組分進(jìn)行測(cè)定，以達(dá)到不同產(chǎn)地，不同品種黃芪的快速鑒定和品種鑒別等。

近年來激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)作為一種新興的元素檢測(cè)和分析技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于生態(tài)樣品測(cè)量、種質(zhì)資源鑒定、珠寶、地質(zhì)及工業(yè)等諸多領(lǐng)域。當(dāng)激光作用于樣品表面時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)信息的等離子體。通過對(duì)等離子體發(fā)出的光譜進(jìn)行收集分析，建立光譜與元素一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。由此可以檢測(cè)出元素周期表中的大部分元素，檢測(cè)限可達(dá)ppm級(jí)。通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定標(biāo)后可以進(jìn)一步得到元素的含量信息。

取內(nèi)蒙古、山西、甘肅和東北的黃芪樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，樣品無需前處理。實(shí)驗(yàn)時(shí)為了得到更好的信號(hào)，我們采用0.4μs為延遲時(shí)間，99%能量輸出，光斑100μm，10次脈沖的信號(hào)累加。元素的光譜信息如下圖所示，主要組成元素信息明顯，識(shí)別率較高。

為了進(jìn)行分類實(shí)驗(yàn)，我們?cè)跇悠飞线x取實(shí)驗(yàn)區(qū)域后，取4x4格點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，99%能量輸出，光斑100μm，10次脈沖的信號(hào)累加。通過系統(tǒng)內(nèi)置的PCA主成分分析模型我們能夠快速得到黃芪樣品的分類信息，如上圖所示?？梢钥闯?，不同產(chǎn)地的黃芪組分有一定的差異，其中內(nèi)蒙古黃芪與東北黃芪，以及山西和甘肅黃芪均有一定的差異。山西和甘肅黃芪組分信息較接近，性狀也較類似。

在此基礎(chǔ)上我們同時(shí)通過系統(tǒng)內(nèi)置的HCA聚類分類模型進(jìn)一步進(jìn)行了分類分析，如上圖所示。結(jié)論與上述PCA分析模型分析的結(jié)果一致。通過第三方模型的驗(yàn)證，分類結(jié)果的區(qū)分度可達(dá)99%。通過掃描法測(cè)得的黃芪水溶性浸出物含量、醇溶性浸出物的含量、總黃酮含量和總皂苷的含量關(guān)系為內(nèi)蒙古>山西>甘肅>東北。這與我們分類實(shí)驗(yàn)的結(jié)果結(jié)合可以建立黃芪樣品分類與黃芪質(zhì)量的關(guān)聯(lián)關(guān)系，我們的分類圖譜也是內(nèi)蒙古>山西>甘肅>東北。由此，針對(duì)黃芪除了傳統(tǒng)的鑒定方法，我們還可以結(jié)合多元素和多組分的評(píng)價(jià)指標(biāo)，更科學(xué)、更全面、更快速地評(píng)價(jià)黃芪分類和品質(zhì)質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)裝置我們采用EcoChem 激光光譜元素分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LIBS技術(shù)。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-99%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小20-200μm連續(xù)可調(diào)；檢測(cè)器譜寬190-1040nm；三維全自動(dòng)工作臺(tái)；樣品室可通入氦氣或氬氣。

通過實(shí)驗(yàn)，我們將不同產(chǎn)地的黃芪進(jìn)行了元素識(shí)別分析及快速分類，為黃芪的真?zhèn)舞b別、分級(jí)分類以及品質(zhì)優(yōu)劣評(píng)價(jià)建立了新的方法。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)作為一種新興的、快速的、微損的微區(qū)化學(xué)分析技術(shù)，有著傳統(tǒng)儀器所不具備的更多功能。隨著這一技術(shù)的發(fā)展，它必將在中藥材元素分析領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。