全 文 ： 第 28卷 第 5期2007 年 10月 青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)Journal of Qingdao Univer sity o f Science and Techno lo gy(Natural Science Edition) Vol.28 No.5Oct.2007
文章编号:1672-6987(2007)05-0400-03
5种芸香科植物微量元素主成分分析
李吉锋 ,高锦红 ,祝宝林
(渭南师范学院 化学化工系 ,陕西渭南 714000)
摘 要:采用原子吸收分光光度法测定了 5种芸香科植物陈皮 、佛手 、川楝子 、木香 、香附
中铁 、锰 、铜 、锌 4种微量元素的含量。运用主成分分析法 ,对 5种芸香科植物微量元素含
量值进行了计算 ,获得了 2个主成分及相应的主成分方程 。
关键词:芸香科植物;微量元素;主成分分析;聚类分析
中图分类号:Q 948 文献标识码:A
Analysis of the Contents of Trace Elements
in Five Rutaceae Family Plants
LI Ji-feng , GAO Jin-hong , ZHU Bao-lin
(Departm en t of Chemist ry an d Chemical Engineering , Weinan Teachers University , Shanxi 714000 , China)
Abstract:The contents of trace elements Fe , Mn , Cu and Zn in five rutaceae family plants ,
tangerine peel , f inger citron , f ructus toosendan , banksian rose and nutagrass f latsedge rhi-
zome , were analyzed by atomic absorption spect ropho tometry.The content values of trace ele-
ments in the five rutaceae family plants were calculated using principal component analysis.
Two principal components and their equations were obtained.
Key words:rutaceae family plants;trace element;principal component analysis;class a-
naly sis
收稿日期:2006-10-30
基金项目:渭南师范学院专项科研基金项目(06YKZ011).
作者简介:李吉锋(1977～ ),男 ,讲师.
研究芸香科植物微量元素含量 ,建立微量元
素的主成分方程 ,找出影响植物微量元素的主导
成分及植物的元素类型 ,揭示植物间的亲疏关系 ,
为分析芸香科植物生态环境 ,保护环境资源等方
面提供信息 ,这对研究芸香科植物生态和地质学
有重要意义。但芸香科植物微量元素主成分分析
未见报道 。本工作用主成分分析方法对植物中的
微量元素含量进行计算 ,对植物按微量元素含量
分类 ,并与系统聚类分析结果作比较。
1 实验部分
1.1 材料和仪器
陈皮 、佛手 、川楝子 、木香 、香附 ,均购自渭南
市医药公司;硝酸和高氯酸 ,优级纯 。其余试剂为
分析纯。
WFX-120型原子吸收分光光度计 ,北京瑞利
公司 。仪器工作条件见表 1。
表 1 仪器的工作条件
Table 1 Working conditions of atomic absorption spect rophotometer
元素 火焰类型
波长
/ nm
灯电流
/mA
狭缝
/ nm
空气流量
/ L·min-1
乙炔流量
/ L·min-1
Fe Air- C2H2 248.3 10 0.2 5.0 1.2
M n Air- C2H2 279.5 7.5 0.4 5.0 1.2
Cu Air-C 2H 2 324.8 7.5 1.2 5.0 1.2
Zn Air- C2H2 213.9 10 1.2 5.0 1.2
第 5 期 李吉锋等:5 种芸香科植物微量元素主成分分析
1.2 实验方法
将样品洗净 、烘干 、粉碎 ,称取 1.000 0 g 硝
化(V(硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1)定容 ,用火焰原
子吸收法测定微量元素含量〔1〕 。
1.3 主成分分析
采用标准差法对测量值 xij(i=1 ,2 , …,4;j=
1 ,2 , …,5)进行标准化处理 ,计算出标准化含量值
xij
＊=(xij - x i)/si ,其中 x i为均值 , si为标准差。
将样品微量元素含量数据标准化后 ,求出元素间
相关系数矩阵 ,计算出元素相应的方差贡献率 ,按
贡献率大小选取主成分 ,方差贡献率最大者称为
第一主成分 ,居二者称为第二主成分 ,依次类推 ,
由大到小累计方差贡献率 ,累计值达 85%以上即
可建立主成分方程。主成分方程形式为
y j =a1 X1 +a2 X2 +a3X 3 +…+akX k
式中 ,ak为特征向量 , K 个主成分建立 K 个
主成分方程。根据各因子标准化值 X 计算主成
分的负荷量和各样品的主成分值 ,并从二维排序 ,
进行聚类分析 。上述统计分析用 Matlab统计软
件 ,计算过程在计算机上完成[ 2-5] 。
2 结果与讨论
2.1 植物中微量元素含量
植物中微量元素含量水平见表 2。结果表
明 ,不同植物中各元素含量不同 , 5种植物 Fe 的
含量相对较高 , Zn含量相对较低 ,含量差异反映
植物自身遗传的生物特征 。
表 2 样品中微量元素的测定结果
Tab le 2 Determinat ion result s of t race elements in th e samples
/μg· g -1
样品 Fe Mn Cu Zn
陈皮 46.95 11.56 3.28 7.99
佛手 100.08 6.70 4.30 7.78
川楝子 21.85 3.15 1.97 5.15
木香 471.00 39.85 13.47 36.52
香附 500.00 42.59 5.32 31.32
2.2 植物元素间相关分析
5种植物药中微量元素间相互关系用相关系
数 r 表示 , 相关系数见表 3。当 n=5 时 , r0.05 =
0.626 , r0.01 =0.760。 r>r0.05时 ,呈显著相关 ,当 r>
r0.01时 ,呈十分显著相关 。由表 3 可见 , 5种芸香
科植物中微量元素 Fe 、Mn 、Cu 、Zn 之间呈现显著
或十分显著的正相关 ,表明微量元素之间有相互
促进的作用 ,也说明它们在植物中有一定的共生
和组合作用〔4〕 。
表 3 微量元素之间相关系数
Table 3 T he correlation coef ficients among t race elemen ts
元素 相关系数 r
Fe Mn Cu Zn
Fe 1.000 0.638 0.979 0.767
M n 0.638 1.000 0.721 0.980
Cu 0.979 0.721 1.000 0.833
Zn 0.767 0.980 0.833 1.000
2.3 植物元素主成分分析
2.3.1 主成分方程
将所测微量元素含量数据进行统计分析 ,得
出元素 Fe 、Mn 、Cu 、 Zn 的特征值对应的方差贡
献为 0.001 ,4.964 5 , 0.011 8 , 0.000 3。元素 Fe、
Mn的累计贡献率为 89.26%,说明这些植物是以
Fe 、Mn为特征的 ,则选取 2个主成分建立主成分
方程 ,分别为
y1 =0.426X 1 +0.074X 2 +0.415X 3 +0.165X 4
y2 =-0.202X1 +0.337X2 -0.166X3 +0.230X4
从以上主成分方程可看出 ,各元素对主成分
的贡献 、影响大小都不同 。
在第一主成分方程中 ,所测元素对主成分的
负荷量均为正值 ,没有呈现出负向作用 。
在第二主成分方程中 ,除 Mn和 Zn以外 ,其
它元素对主成分的负荷量均为负值 ,呈现出负向
作用 。负向作用的强弱顺序为 Fe >Cu。
从主成分方程的系数看 , 在第 1 主成分中
Fe 、Mn的绝对值较大 ,在第 2 主成分中 , Zn 、Mn
的绝对值较大 ,这几种微量元素是这类植物药的
主要含量因子 。
2.3.2 系统聚类分析
运用 Matlab软件对 5 种植物药中微量元素
含量进行处理 ,根据主成分方程算出各植物样品
的主成分值(见表 4)。并以第一主成分值 F1为
横坐标 ,第二主成分值 F2为纵坐标作图 ,见图 1。
从图 1中明显看出 , 5种芸香科中的陈皮 、佛
手 、川楝子 3种植物聚为一类 ,说明其中所含微量
元素在同一科植物中相近 。木香和香附植物单独
聚为一类 ,说明这两种植物在同一科植物中有自
身的特点 ,其中所含微量元素 Fe、Mn 、Cu 、 Zn相
近。从二维图(图 1)能看出植物间的亲疏关系 ,
看出植物中微量元素含量“物以类聚”的结果 ,聚
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青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第 28 卷
类结果又反映植物间的区别 ,植物生长的差异 ,反
映不同类别植物生物学特征。
表 4 5种植物的主成分值
T ab le 4 Th e principal com pon ent valu es of fi ve plants
编号 植物 F1 F2
1 陈 皮 -0.51 -0.28
2 佛 手 -0.15 -1.08
3 川楝子 -0.76 -0.29
4 木 香 1.74 0.01
5 香 附 -0.33 1.64
图 1 主成分坐标图
Fig.1 Coordinate diag ram of prin cipal com ponen ts
为与主成分分类结果作对比 ,采用最短距离
法将 5种芸香科植物进行系统聚类分析 ,得到最
短距离聚类谱系图(图 2)。从图 2看出 ,1 、2 、3号
样品聚在一起 ,说明 1 、2 、3号植物在同一科植物
中所含微量元素Fe 、Mn 、Cu 、Zn相近 。而 4 、5号
样离 1 、2 、3号样较远 ,说明在同一科植物中 ,4 、5
号样与 1 、2 、3号样品所含微量元素差别校大 。
图 2 聚类谱系图
Fig.2 Diagram of class analysis
3 结 论
运用主成分分析法和 Matlab软件 ,对 5种芸
香科植物中微量元素含量进行分析和处理 ,初步
探讨了这类植物药中微量元素主要影响因子和相
互关系 ,铁 、锰 、铜 、锌是 5种芸香科植物药中的重
要影响因子。主成分分析用于植物药物中微量元
素含量分析 ,对中药植物按微量元素含量分类的
结果与系统聚类结果一致 ,说明主成分分析方法
能揭示分类的特点 ,是一种较好的分析方法 。
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(上接第 399页)
3 结 论
二维信息表征样本的各种聚类方法所得结果
比较稳定 ,特别是离差平方和法和夹角余弦法所
得结果好 ,样本类别归属明确 , 且与实际类别相
符 ,对未知样本的预测没有发生聚类错误 ,这也使
文献提出的方法得到进一步的证实 ,说明二维信
息数据表征指纹图谱时包含信息更加丰富 ,可以
从不同角度 、侧面反映指纹图谱样本的整体信息
和特异信息。
参 考 文 献
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