石斛又名仙斛蘭韻、不死草、還魂草、紫縈仙株、吊蘭、林蘭、禁生等。藥用植物，性味甘淡微咸，益胃生津，滋陰清熱。用于陰傷津虧，口干煩渴，食少干嘔，病后虛熱，目暗不明。同時(shí)還具有抗白內(nèi)障、抗氧化、抗腫瘤、提高免疫力的作用。然而不同時(shí)間采集的石斛中氨基酸、微量元素等含量各不同，其對(duì)應(yīng)藥用價(jià)值、價(jià)格也不同。因此石斛等級(jí)的分類(lèi)研究具有重要意義。為快速鑒別不同價(jià)格、不同藥效的石斛，我們利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)結(jié)合分類(lèi)模型對(duì)石斛進(jìn)行了分類(lèi)分析研究。
近年來(lái)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、中藥材、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(guò)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(guò)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。
實(shí)驗(yàn)裝置我們采用EcoChem激光光譜元素分析系統(tǒng)。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-99%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz，脈寬<6n；光斑大小50-250μm連續(xù)可調(diào)；自動(dòng)雙光閘，穩(wěn)定控制激光能量和LIBS信號(hào)；檢測(cè)器譜寬190-1040nm，光譜精度±0.05nm，門(mén)延遲0.5ns-1ms，分辨率0.5ns；樣品自動(dòng)高度調(diào)整的功能；三維全自動(dòng)工作臺(tái)；樣品室可通入氦氣或氬氣。
取5種不同的石斛樣品，5種樣品分為5個(gè)等級(jí)，1-5分別為價(jià)格1000元/500克至300元/500克不等。經(jīng)過(guò)粉碎研磨，壓片，壓片模具直徑13毫米，壓力15噸，保壓時(shí)間5分鐘。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到了樣品主要組成元素的信息，見(jiàn)左下圖，信號(hào)及強(qiáng)度較明顯。通過(guò)主成分分析對(duì)5種樣品進(jìn)行初步分類(lèi)分析，樣品1、樣品4得到了很好的分類(lèi)結(jié)果，樣品2、3、5有部分重疊信息，見(jiàn)右下圖。我們需要進(jìn)一步優(yōu)化細(xì)分。
石斛樣品的主要元素譜圖
樣品1-5的主成分分類(lèi)結(jié)果
經(jīng)過(guò)參數(shù)優(yōu)化后，得到如下圖的分類(lèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，1-5種石斛樣品分類(lèi)結(jié)果明確。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，分類(lèi)識(shí)別率也達(dá)到了99%。
優(yōu)化后的分類(lèi)結(jié)果
識(shí)別率分析
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，它必將在中藥材分析研究領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
