全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 47 卷 第 1 期 2016 年 1 月
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西洋参 UPLC-UV-ELSD 指纹图谱研究
王 欢 1, 2，曾凡琳 1，谢彩香 1*
1. 中国医学科学院 中国协和医科大学药用植物研究所，北京 100193
2. 哈尔滨商业大学药学院，黑龙江 哈尔滨 150076
摘 要：目的 采用 UPLC-UV-ELSD 法研究 6 个产地 28 个批次西洋参药材，对不同产地西洋参采用指纹图谱聚类分析、
主成分分析（PCA）及相似度评价等技术进行研究，为西洋参药材的品质评价及生产区划提供参考。方法 采用 Waters Acquity
UPLC 色谱系统，TUV 检测器，ELSD 检测器，色谱柱为 ACQUITY UPLCTM BEH C18（50 mm×2.1 mm，1.7 μm），以乙腈-水进
行二元梯度洗脱，检测波长 203 nm，柱温 30 ℃，漂移管温度为 50 ℃，喷雾器参数 50%，氮气压力为 275.8 kPa（40 psi）。
结果 建立了西洋参的 UPLC 特征指纹图谱共有模式，标定 12 个共有峰，采用 10 个对照品指认了 10 个共有峰，PCA 分析
结果显示，北京、吉林、黑龙江地区的西洋参中人参皂苷 Rg1、Re、Rc、Rb2、Rb3 等成分要区别于美国、山东、陕西地区
的西洋参；而美国、山东、陕西产区西洋参中人参皂苷 Rg2、Rb1、Rd 区别于北京、吉林、黑龙江地区。结论 所建立色谱
条件稳定性及重复性良好，可为西洋参药材的质量评价及质量控制提供依据。
关键词：西洋参；UPLC-UV-ELSD；指纹图谱；系统聚类分析；PCA；质量评价；人参皂苷
中图分类号：R286.6 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2016)01 - 0143 - 06
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2016.01.022
Study on UPLC-UV-ELSD fingerprint for roots of Panax quinquefolius
WANG Huan1, 2, ZENG Fan-lin1, XIE Cai-xiang1
1. Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing
100193, China
2. College of Pharmacy, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China
Abstract: Objective To establish a method of UPLC-UV-ELSD fingerprint and chemical pattern recognition which could provide a
reliable evidence for the scientific evaluation and quality control for the roots of Panax quinquefolius, based on clustering analysis,
principal component analysis, and similarity assessment techniques. Methods The chromatographic separation was achieved on
Waters Acquity UPLC system, TUV detector, and ELSD detector, performed on Acquity UPLCTM BEH C18 column (50 mm × 2.1 mm,
1.7 μm) and gradient eluted with acetonitrile-water, and the column temperature was maintained at 30 ℃; The detection wavelength
was set at 203 nm; The temperature of drift tube was maintained at 50 ℃, sprayer parameter was 50%, and nitrogen pressure was 275.8
kPa The common mode of UPLC fingerprint for the roots of P. quinquefolius was set up. There were 12 common peaks in the
fingerprints, with 10 reference substance identified ten common peaks, the PCA analysis showed that ginsenosides Rg1, Re, Rc, Rb2,
and Rb3 in the roots of P. quinquefolius in Beijing, Jilin, and Heilongjiang regions distinguish from the United States, Shandong and
Shaanxi, while ginsenosides Rg2, Rb1, and Rd conversely. Conclusion This method has the advantages of high reproducibility and
stability, and it can be used to control the quality of the roots in P. quinquefolius.
Key words: Panax quinquefolius L.; UPLC-UV-ELSD; fingerprint; system clustering analysis; PCA; quality evaluation; ginsenosides
收稿日期：2015-09-13
基金项目：国家自然科学基金面上项目：人参药材中人参皂苷地理变异气候特征研究（81473304）；国家“十二五”科技支撑课题：毕节市喀
斯特山区中药材生态适宜性区划关键技术研究（2015BAI05B01）；吉林省科技成果转化计划：基于 GIS 的吉林省人参精细区划构
建及生产布局研究（20130305047YY）
作者简介：王 欢（1988—），女，硕士研究生在读，主要从事中药质量标准及产地适宜性方面的研究。
Tel: (010)57833198 E-mail: huan92j@126.com
*通信作者 谢彩香，女，博士，副研究员，硕士生导师，主要研究方向为药用植物空间分布及生态适宜性研究。
Tel: (010)57833198 E-mail: caixiangxie@163.com
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西洋参为五加科（Araliaceae）植物西洋参Panax
quinquefolius L. 的干燥根，味苦，性凉，具有补肺
阴、清火、养胃生津之功效[1]，主产于美国、加拿
大、法国，目前我国已引种栽培多年[2]，形成了吉
林、黑龙江、北京、山东、陕西等栽培区，皂苷类
成分是西洋参中主要活性物质，现代药理学研究表
明皂苷类成分具有抗动脉粥样硬化、抗疲劳、增强
记忆和提高学习能力的作用。综合文献报道发现，
人参皂苷 Rgl、Re、Ro、F11、Rh1、Rg2、Rbl、Rc、
Rb2、Rb3、Rd 为西洋参质量分数较高的 11 种皂苷，
其质量分数占总皂苷的 90%以上[3]。皂苷类成分为
紫外检测器的末端吸收成分，易出现基线漂移现象。
利用 HPLC-ELSD 检测西洋参中人参皂苷类成分有
一定报道[4-6]，但 UPLC 方法明显减少了分析时间及
溶剂使用量，提高了灵敏度和分离效率[7]。本实验
对不同产地 28 个批次的西洋参中 10 种人参皂苷的
量进行测定比较，并建立一种同时测定西洋参中人
参皂苷 Rgl、Re、Ro、F11、Rg2、Rbl、Rc、Rb2、
Rb3、Rd 的 UPLC 法，进一步采用相似度分析（SA）、
聚类分析（HCA）及主成分分析（PCA）等化学计
量学方法对指纹图谱的测定结果进行了深入分析。
结果显示，不同产地西洋参的皂苷类成分存在差异，
UPLC-UV-ELSD 指纹图谱结合化学计量学分析可
用于不同产地西洋参药材的质量评价。
1 仪器与材料
1.1 仪器
美国 Waters Acquity TM UPLC 色谱系统，包括二
元超高压泵系统（ACQUITY UPLC Binary Solvent
Manager）、样品管理器（ACQUITY UPLC Sample
Manager）、TUV 检测器（ACQUITY UPLC TUV
Detector）、ELSD 2420 蒸发光散射检测器（ACQUITY
UPLC ELS Detector）、柱温箱以及 WATERS Empower
2 色谱工作站、电子分析天平（梅特勒-托利多仪器上
海有限公司，AL204-IC）、高功率数控超声波清洗器
（昆山市超声仪器有限公司，KQ-400KDE）、高纯氮气
发生器（北京京高气体有限公司）。
1.2 材料
色谱乙腈（美国，MERCK 公司），色谱甲醇（美
国，Fisher 公司），超纯水（法国，Milli-Q Advantage A10
超纯水系统）；人参皂苷 Rg1（批号 110703-201128）、
人参皂苷Re（批号 110754-201324）、人参皂苷Rb1（批
号 110704-201223）、人参皂苷 Rc（批号 11021-14-0）、
人参皂苷 Rb2（批号 111715-201203）、人参皂苷 Rb3
（ 批 号 11686-201203 ）、 人 参 皂 苷 Rd （ 批 号
111818-201302）对照品购自中国食品药品检定研究院；
对照品人参皂苷Ro（批号 131102）、人参皂苷 F11（批
号 131125）、人参皂苷Rg2（批号 131115）购自成都普
菲德生物技术有限公司，质量分数大于 98%。
西洋参样品材料于 2012 年 9 月至 2013 年 10 月
间根据主产区及近年新增种植区，直接从产地采集共
计 28 批西洋参药材（表 1），经中国医学科学院药用
植物研究所谢彩香教授鉴定，所有生药样品凭证标本
存于中国医学科学院药用植物研究所标本室。
表 1 西洋参药材样品来源
Table 1 Origins of P. quinquefolius roots
编号 来源 编号 来源
S1 北京杨宋 1 S15 黑龙江宁安 3
S2 北京杨宋 2 S16 黑龙江逊克
S3 北京杨宋 3 S17 美国威斯康星州 1
S4 北京杨宋 4 S18 美国威斯康星州 2
S5 吉林安图 1 S19 美国威斯康星州 3
S6 吉林珲春 1 S20 美国威斯康星州 4
S7 吉林汪清 S21 山东文登 1
S8 吉林长白 1 S22 山东文登 2
S9 吉林长白 2 S23 山东文登 3
S10 吉林珲春 2 S24 山东文登 4
S11 吉林安图 2 S25 陕西留坝 1
S12 吉林抚松 S26 陕西留坝 2
S13 黑龙江宁安 1 S27 陕西留坝 3
S14 黑龙江宁安 2 S28 陕西留坝 4
2 方法与结果
2.1 色谱条件
色谱柱 ACQUITY UPLC® BEH C18（50 mm×
2.1 mm，1.7 μm），柱温 30 ℃。ACQ-TUV 检测波
长 203 nm，ACQ-ELSD 检测器：增益 100，喷雾器
为加热模式，动力级别 50%，漂移管温度 50 ℃，
气体压力 275.8 kPa（40 psi）。进样量 5 μL，样品温
度 30 ℃。流动相为乙腈和水，梯度洗脱条件见表 2。
每一进样针结束后均以弱洗（乙腈-水 2∶8）600 μL、
强洗（乙腈-水 8∶2）200 μL 清洗进样针。
2.2 混合对照品制备
精密称定人参皂苷 Rg1、Re、Ro、F11、Rg2、Rb1、
Rc、Rb2、Rb3、Rd 共计 10 种对照品适量，置于 5 mL
量瓶中，用色谱纯甲醇溶解后稀释定容至刻度，摇匀，
作为对照品溶液，2 ℃冰箱贮存备用。
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表 2 流动相梯度洗脱条件
Table 2 Gradient elution of mobile phase
时间/min 体积流量/(mL·min−1) 乙腈/% 水/%
0.0 0.4 18.0 82.0
3.0 0.4 18.0 82.0
6.0 0.4 19.0 81.0
8.0 0.4 21.0 79.0
8.5 0.3 27.0 73.0
8.8 0.3 28.0 72.0
9.0 0.3 28.5 71.5
13.0 0.3 28.6 71.4
14.0 0.3 28.8 71.2
15.0 0.3 28.9 71.1
16.0 0.3 29.0 71.0
17.0 0.3 29.9 70.1
18.0 0.3 30.0 70.0
19.0 0.3 31.0 69.0
20.0 0.3 32.0 68.0
21.0 0.3 32.0 68.0
23.0 0.3 43.0 57.0
24.0 0.3 60.0 40.0
25.0 0.3 80.0 20.0
26.0 0.3 100.0 0.0
2.3 供试品溶液的制备
精密称取西洋参样品粉末（过四号筛）1 g，
置具塞的三角瓶中，精密加入甲醇 25 mL，密塞并
称质量，浸泡 4 h，超声提取 30 min，放置至室温
后，重新称质量，用甲醇补足损失的质量，滤过，
取续滤液并用 0.22 μm 微孔滤膜滤过，滤液作为供
试品溶液。
2.4 方法学考察
2.4.1 精密度试验 取样品（S4）供试品溶液连续
进样 6 次，按样品分析条件项 UPLC 色谱条件测定，
计算各主要色谱峰的相对峰面积和保留时间。结果
相对峰面积的 RSD 均小于 5%，相对保留时间的
RSD 均小于 0.5%，符合指纹图谱要求。
2.4.2 稳定性试验 将样品（S4）供试品溶液分别
在 0、4、8、12、16、20、24 h 进样分析，计算各
主要色谱峰的相对峰面积和相对保留时间。结果相
对峰面积的 RSD 均小于 5%，相对保留时间的 RSD
均小于 0.6%，说明西洋参样品溶液在 24 h 内稳定。
2.4.3 重复性试验 取样品（S4）共 6 份，按供试品
溶液制备方法制备供试品溶液，分别进行UPLC 测定，
计算各主要色谱峰的相对峰面积和保留时间。结果相
对峰面积的RSD 均小于 5%，相对保留时间的RSD 均
小于 1.5%，说明重复性良好，符合指纹图谱要求。
2.5 指纹图谱的建立及共有指纹峰的确定
通过对 28 批样品的测定，应用“中药色谱指
纹图谱特征图谱相似度评价系统（2004 版）”建立
西洋参药材皂苷类成分 UPLC-UV-ELSD 特征图
谱，各主要色谱峰的出峰时间基本一致，分别确定
了 UV 和 ELSD 检测条件下峰面积较大的 12 个峰，
其中 11 个峰为其共有色谱峰，西洋参药材皂苷类
成分 UPLC-ELSD 和 UPLC-UV 特征色谱图见图 1。
在相同的色谱条件下，测定人参皂苷 Rg1、Re、Ro、
F11、Rg2、Rb1、Rc、Rb2、Rb3、Rd 对照品混合溶
液，并与样品指纹图谱中相应色谱峰进行比较，确
定样品指纹图谱中的 1～10 号峰分别为人参皂苷
Rg1、Re、Ro、F11、Rg2、Rb1、Rc、Rb2、Rb3、
Rd 色谱峰。
1-人参皂苷 Rg1 2-人参皂苷 Re 3-人参皂苷 Ro 4-人参皂苷 F11
5-人参皂苷 Rg2 6-人参皂苷 Rb1 7-人参皂苷 Rc 8-人参皂苷 Rb2
9-人参皂苷 Rb3 10-人参皂苷 Rd 11-未知成分 1 12-未知成分 2
1-ginsenoside Rg1 2-ginsenoside Re 3-ginsenoside Ro 4-ginsenoside F11
5-ginsenoside Rg2 6-ginsenoside Rb1 7-ginsenoside Rc 8-ginsenoside
Rb2 9-ginsenoside Rb3 10-ginsenoside Rd 11-unknown ingredient 1
12-unknown ingredient 2
图 1 UPLC-ELSD 检测对照品 (A) 、样品 (B) 和
UPLC-UV 检测对照品 (C)、样品 (D) 色谱图
Fig. 1 UPLC-ELSD chromatogram of reference substances
(A) and sample 25 (B), and UPLC-UV chromatogram of
reference substances (C) and sample (D)
1 2 3
4
5
6 7 8 9 10
1 2 3
4
5
6
7 8 9 10 11 12
1 2 3
4
5
6
7 8 9 10
1 2 3
5
6
7 8 9 10 1112
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
t/min
A
B
C
D
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2.6 相似度分析
本研究利用“中药色谱指纹图谱相似度评价系
统（2004 版）”对 28 批样品进行相似度评价，以
S21 批西洋参药材色谱图作为参照图谱，基于中位
数法，时间窗设置为 0.1 min，通过多点校正生成对
照图谱（R），计算多个批次西洋参药材共有色谱峰
的相似度。由相似度评价结果可知，S5～S12 批次
的西洋参样品相似度较差，其他批次西洋参药材的
相似度为 0.766～0.904，表明吉林产区西洋参药材
具有多样化特点，内在质量存在着一定差异。
2.7 系统聚类分析
将 28 批西洋参药材皂苷类成分的 UPLC 指纹
图谱各色谱峰的峰面积相对药材称样量之比，即
单位质量药材峰面积进行量化，得到的原始数据
矩阵，运用“SPSS 16.0”软件对其进行系统聚类
分析，采用组间联接，欧式距离平方法，聚类分
析结果将 28 批西洋参样品分为 2 类，其中 ELSD
分析结果显示吉林地区聚为一大支，陕西、山东、
美国样品聚为一小支，北京、黑龙江样品聚为一
小支，并聚为一大支；UV 聚类分析结果显示，陕
西、北京、黑龙江聚为一大支，美国、山东、吉
林聚为一大支（图 2）。
2.8 28 批西洋参药材特征图谱的 PCA 分析
从UPLC-ELSD特征图谱和UPLC-UV特征图谱
中选取峰面积较大的皂苷类成分（人参皂苷 Rg1、Re、
Ro、F11、Rg2、Rb1、Rc、Rb2、Rb3、Rd、未知 1、
未知 2）进行主成分分析（图 3），28 批西洋参样品
中 ELSD 峰面积 PCA 分析载荷图结果中，第一主成
分中人参皂苷 Rg1、Re、Rc、F11、Rb3贡献值最大，
为 ELSD 检测法主要特征性成分；UV 峰面积 PCA
分析载荷图结果中，第 1 主成分中人参皂苷 Rg1、Re、
Rc、Rb2、Rb3贡献值最大，为 UV 检测法主要特征
性成分。结合 PCA 载荷图及 PCA 散点图（图 4）结
果显示，人参皂苷 Rg1、Re、Rc、Rb2、Rb3 的贡献
值最大，北京、吉林、黑龙江地区的西洋参中 Rg1、
Re、Rc、Rb2、Rb3 等皂苷类成分要区别于美国和山
东、陕西地区的西洋参；而人参皂苷 Rg2、Rb1、Rd
则对美国和山东、陕西产区的贡献值大，表明美国
和山东、陕西产区人参皂苷 Rg2、Rb1、Rd 要区别北
京、吉林、黑龙江地区，正是这种皂苷成分的差异，
呈现不同的品质分型。
2.9 西洋参药材皂苷类成分标准指纹图谱的建立
经上述模式识别研究，选取药材质量比较稳定
图 2 ELSD (A) 和 UV (B) 检测皂苷类成分聚类分析图
Fig. 2 Cluster analysis of ingredients saponin by ELSD (A)
and UV (B)
的 24 批西洋参样品建立西洋参药材皂苷类成分
的标准指纹图谱（图 5），24 批西洋参批号为 S1～
S6、S11～S28。将 24 批样品数据导入“中药色
谱指纹图谱相似度评价系统”（2004 版），以 S21
色谱图作为参照图谱，基于中位数法，时间窗为
0.1 min，多点校正生成对照图谱（R），所得 24
批西洋参样品相似度均在 0.90 以上，符合指纹图
谱要求。
0 5 10 15 20 25
27
28
25
26
19
20
17
18
23
24
21
22
15
16
13
14
3
4
1
2
11
12
5
6
7
8
9
10
0 5 10 15 20 25
27
28
25
26
3
4
1
2
15
16
13
14
7
8
9
6
5
19
20
17
18
23
24
21
22
10
11
12
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图3 不同产地西洋参皂苷成分ELSD-PCA (A) 和UV-PCA
(B) 载荷图
Fig. 3 Loading diagram of saponins in P. quinquefolius by
ELSD-PCA (A) and UV-PCA (B)
图 4 不同产地西洋参皂苷成分 ELSD (A) 和 UV (B) 散点图
Fig. 4 Scatter plot of saponins in P. quinquefolius from
different habitats by ELSD (A) and UV (B)
图 5 不同产地西洋参 ELSD (A) 和 UV (B) 指纹图谱
Fig. 5 Fingerprints of P. quinquefolius from different
habitats by ELSD (A) and UV (B)
3 讨论
首次将 UPLC-UV-ELSD 方法应用于西洋参药
材皂苷类成分的指纹图谱研究，方法学各项考察结
果均符合指纹图谱研究的技术要求，可见 UPLC 色
谱在全面控制西洋参药材的质量方面有着非常广阔
的前景。
采用 UV-ELSD 串联检测器对西洋参药材皂苷
类成分指纹图谱进行了紫外及ELSD 2种检测方法，
结果显示，紫外检测器在 203 nm 条件下皂苷类成
分整体峰形、分离度良好，且出峰数多，选择该波
长作为检测波长，ELSD 检测器在增益 100，喷雾器
为加热模式，动力级别 50%，漂移管温度 50 ℃，
气体压力 275.8 kPa（40 psi）条件下灵敏度较高。
ELSD 检测器为质量通用型检测器，拟人参皂
苷 F11 类成分无紫外吸收，可采用 UPLC-ELSD 法
进行检测，该方法不依赖于样品的光学特性，不受
官能团的影响，分离度及重复性好且结果准确，故
适用于拟人参皂苷 F11 的测定，而紫外检测器灵敏
度较好，样品人参皂苷 Rg2、Rb2、Rb3 由于量较低
在蒸发光上检测灵敏度较差，响应值较小，用紫外
进行定量测定结果较为准确，故测定 10 种皂苷类成
R
S28
S11
S6
S1
R
S28
S11
S6
S1
0 5.07 10.14 15.22 20.29 25.36 30.43 35.51
t/min
A
B
A
B
A
B
1.0
0.5
0
−0.5
−1.0
−1.0 −0.5 0 0.5 1.0
−1.0 −0.5 0 0.5 1.0
1.0
0.5
0
−0.5
−1.0
成分
成
分
成分
成
分
−2.0 −1.0 0 1.0 2.0
3.0
2.0
1.0
0
−1.0
−2.0
2.0
1.0
0
−1.0
−2.0
−2.0 −1.0 0 1.0 2.0
t[2
]
t[2
]
t[1]
t[1]
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分时串联使用 2 种检测器。紫外检测器基线易漂移，
蒸发光散射检测器基线平稳但出峰不多；对 2 种检
测器均有响应的皂苷类成分，出峰时间基本一致，
蒸发光散射检测器下所得色谱峰峰面积明显高于紫
外检测器。
本实验应用系统聚类分析和主成分分析 2 种化
学计量学方法，对西洋参 UPLC 指纹图谱的色谱积
分数据进行了模式识别的研究。聚类分析选择组间
联接、欧氏距离平方法作为测度，这种聚类方法在
指纹图谱研究中比较常用[8-12]，其中北京怀柔及黑
龙江样品聚为一类，山东和美国样品聚为一类，吉
林地区西洋参样品多样性显著，我国引种的西洋参
种子主要来自美国及加拿大的不同地区，多为天然
混杂品种，非单一纯合种，种源与种质资源混杂及
栽培地生态环境多样化，可能为吉林地区西洋参个
体之间差异较大的原因[13]。
PCA 法研究结果显示，28 个批次西洋参样品中
ELSD 检测器所检测皂苷类成分峰面积值均较大，
不同皂苷类成分结果变异度较大，故多个皂苷类成
分贡献值较高，而 UV 检测器灵敏度及稳定性较好，
对于在 ELSD 检测器上灵敏度较差的 Rb2、Rb3类成
分均有较好的响应，故在 PCA 散点图结果中，不同
地区散点图在 2 种检测器的结果存在差异性。总体
分析结果显示，在北京、吉林、黑龙江地区的西洋
参中人参皂苷 Rg1、Re、Rc、Rb2、Rb3 等皂苷类成
分要区别于美国、陕西、山东地区的西洋参；而美
国、陕西、山东地区的西洋参中 Rg2、Rb1、Rd 类
成分要区别北京、吉林、黑龙江地区，说明各西洋
参样品之间不同产地的西洋参中存在相应的特征性
成分，有待进一步深入研究。
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