紅外光譜結合聚類分析鑒別青海枸杞產地

多杰扎西　李仲　劉明地

摘要采用傅立葉變換紅外光譜（FTIR）對枸杞樣品產地模式進行鑒別。用常規預處理方法和小波變換法對紅外光譜原始數據進行了預處理，利用聚類分析對已預處理后的紅外光譜數據進行分析。聚類分析將 12份樣品聚為枸杞主產地和非主產地兩大類，取得了較滿意的分類效果。紅外光譜法結合聚類分析法可作為枸杞產域分類鑒別的一種新的適用方法。

關鍵詞枸杞；傅立葉變換紅外光譜；聚類分析

中圖分類號S567；R28215文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）12-03704-02

基金項目國家教育部春暉計劃（Z2012108）。

作者簡介多杰扎西（1964- ），男，藏族，青海化隆人，教授，從事分析化學教學與科研工作。

枸杞子為茄科植物寧夏枸杞（Lycium barbarum L.）和枸杞（L.Chinese）多年生落葉灌木的干燥成熟果實[1]，是名貴的中藥材和保健品。有研究指出，枸杞子有降低血糖、 抗脂肪肝作用，并能抗動脈粥樣硬化[2-3]。枸杞主產于寧夏，甘肅、青海、新疆等地也有分布。青海地區的枸杞，因得天獨厚的高原地理環境，具有低脂肪、高蛋白、高纖維、氨基酸組成合理、高多糖和高黃酮等特點，以優良的品質倡銷國內外市場[4]。目前，枸杞的開發利用已被列為青海重點發展產業，因而其產地質量鑒別十分重要。目前已有枸杞光譜學鑒定的相關報道[5-6]，但迄今為止，針對青海枸杞產地質量的紅外光譜鑒別未見報道。筆者依據不同產地枸杞紅外光譜數據，結合小波變換對紅外光譜數據進行消噪和壓縮，采用聚類分析對小波變換處理后的紅外光譜數據進行分析，成功地實現了對青海枸杞的產地鑒別。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1樣品來源與預處理。樣品來源：該研究中所用到的12個不同產地的枸杞采自青海主產地柴達木（海西地區）地區，為了比較，也包括寧夏的產品。經青海省農林科學院王占林教授鑒定為茄科植物寧夏枸杞（Lyciumbarbarum L.）和枸杞（L.Chinese）多年生落葉灌木的干燥成熟果實，即枸杞。具體產地見表1。

樣品預處理：采摘的鮮果曬干后，置于普通干燥箱內60 ℃干燥至恒重，取出用微型植物粉碎機粉碎裝袋，密封備用。

1.1.2儀器設備及藥品。儀器：島津公司出品的IRPrestge21型傅立葉變換紅外光譜儀，分辨率為0.5～1.0 cm，信噪比為40 000∶1；檢測器采用新型高靈敏度DLATGS檢測器，可實現FTIR分析的超高的靈敏度和良好的穩定性。

藥品：光譜純溴化鉀（KBr），購自天津天光光學儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1不同產地枸杞紅外光譜的測定。按編號依次取已烘干至恒重已粉碎的枸杞樣品過100目篩，并取1 mg過篩后的枸杞粉與100 mg光譜純的溴化鉀在研缽中混合均勻后壓片，置于IRPrestge21型傅立葉變換紅外光譜儀中掃描獲取紅外光譜。測定范圍4 000～400 cm-1，掃描信號累加16次，分辨率4 cm-1。為了降低誤差，譜圖基線采用儀器自帶軟件自動進行多點基線校正和平滑處理。每個樣品平行測定3次，取其平均值作為該樣品的原始光譜。

1.2.2不同產地枸杞紅外光譜數據的預處理。采用標準正態變換、多元散射校正、導數校正等常規紅外光譜的預處理方法[7]，對枸杞紅外光譜進行了預處理。但總體來說，變換后消噪并不好，效果有限，而改用小波變換，通過優選小波母函數、確定合適的分解層次和消噪的閾值，降噪效果很好[8]。而且成功地實現了光譜數據壓縮，數據長度由1 868壓縮為241，為原始數據的1/8。小波變換重構后的壓縮數據，消去了噪聲，但仍保留了原始光譜數據的信息，可以用于化學計量學聚類分析方法鑒別枸杞。

2結果與分析

2.1枸杞紅外光譜的系統聚類分析試驗得出不同產地枸杞的紅外光譜，見圖1。

以枸杞小波降噪和壓縮后的紅外光譜數據矩陣標準化

3結論

以12種不同產地的枸杞為研究對象，借助紅外光譜，采用小波變換技術，對紅外光譜進行了消噪和壓縮，結合化學計量學聚類分析，建立了系統聚類分析模型。模型經驗證，能夠快速地對青海不同產地的枸杞進行鑒別。紅外光譜作為光譜法，與色譜法相比，具有制樣簡單方便、測定快捷、譜圖準確、重現性好等優點，適合大量樣品的快速鑒別研究，有一定的可靠性和實用性，從而為枸杞分類鑒別、質量控制提供了新的適用方法。

參考文獻

[1] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典.一部[S].北京：化學工業出版社，2000：202.

[2] 李國梁，劉永軍，王洪倫，等.柴達木枸杞主要營養成分分析[J].分析測試技術與儀器，2009，15（2）：84-88.

[3] 周 晶，李光華.枸杞的化學成分與藥理作用研究綜述[J].遼寧中醫藥大學學報，2009，11（6）：93-95.

[4] 李梅蘭.不同產地枸杞質量綜合分析[J].安徽農業科學，2012，40（8）：4521-4522.

[5] 徐冬梅，張昊天.枸杞的光譜學鑒別[J].吉林醫藥學院學報，2008，29（6）：330-332.

[6] 孫素琴，王米渠，梁曦云，等.枸杞子四種原性狀的FTIR光譜法鑒別[J].光譜學與光譜分析，2001，21（6）：787-789.

[7] 尼珍，胡昌勤，馮芳.近紅外光譜分析中光譜預處理方法的作用及其發展[J].藥物分析雜志，2008，28（5）：824-829.

[8] 李丹婷，張長江，汪勁.基于小波變換的紅外光譜分析[J].光譜學與光譜分析，2006，26（11）：2024-2026.