MassWorksTM與氣相色譜-質譜聯用分析洋甘菊精油成分

李 斌,周 圍,2

(1.西北師范大學,地理與環境科學學院,甘肅蘭州 730070;2.甘肅出入境檢驗檢疫局中心實驗室,甘肅蘭州 730020)

MassWorksTM與氣相色譜-質譜聯用分析洋甘菊精油成分

李 斌1,周 圍1,2

(1.西北師范大學,地理與環境科學學院,甘肅蘭州 730070;2.甘肅出入境檢驗檢疫局中心實驗室,甘肅蘭州 730020)

采用氣相色譜-質譜聯用(GC/MS)技術,結合MassWorksTM質譜解析軟件,對產自甘肅省永登縣的洋甘菊(Chamomila recutitaL.)精油成分進行分析。對兩種不同極性的色譜柱進行分離比較實驗,確定了適合于洋甘菊精油分離分析的色譜條件和質譜條件,解析并確定出精油中的35種化合物。MassWorks軟件在低分辨率質譜上可對化合物分子質量實現精確測量,為低分辨四極桿質譜確定化合物的元素組成和解析化合物結構提供重要依據,同時也為植物精油的成分分析提供新的技術手段。

洋甘菊;氣相色譜-質譜聯用;MassWorksTM質譜解析;成分分析

洋甘菊(Matricaria recutita.L)又名母菊,系菊科母菊屬的花序或全草,一年生或兩年生草本植物,其花具有消炎、抑制真菌、解痙等作用[1],是一種重要的藥用植物和香料植物。關于洋甘菊精油的化學成分分析國內外已有報道:鄭漢臣等[2]利用氣相色譜-質譜(GC/MS)方法對洋甘菊精油成分進行了分析,鑒定出24種成分;劉國聲等[3]利用 GC/MS方法對黑龍江省尚志縣的洋甘菊精油成分進行分析,鑒定出26種成分;姚雷等[4]利用 GC/MS方法對德國洋甘菊和羅馬洋甘菊精油成分的差異進行分析;Sashidhara等[5]利用 GC、GC/MC方法對喜馬拉雅低山區的洋甘菊精油進行分析,鑒定出41種成分。

鑒別天然產物中的化合物主要是色譜分離后的質譜分析與檢索,但低分辨率的四極桿質譜無法精確測定化合物的質量。僅靠NIST質譜庫的計算機檢索對化合物的元素組成進行推斷還存在很大的不確定性。根據美國化學會志對文章作者的征稿通知“......分子質量低于1 000的物質,其測量的質量與計算質量的誤差應在5 ppm內”[6]的原則,對未知化合物的質譜解析,其質譜分子質量的測定應該達到小數點后4位。低分辨的四極桿質譜顯然是無法達到標準的。MassWorks質譜解析軟件則可以使低分辨率的四極桿質譜儀器提高100倍的質量精度,精度可達5 ppm,利用其同位素峰形校正檢索技術(CLIPs),可以實現對未知物分子式的識別[7],從而為推測未知物的元素組成提供方便,也為探究植物精油成分提供新的分析手段。

1 實驗部分

1.1 樣品來源

甘肅省永登縣2010年種植的洋甘菊花采摘后,經工廠生產水蒸氣蒸餾法蒸餾,油水分離得到精油,所得精油不經任何處理,直接進樣。

1.2 主要儀器

QP-2010 Plus氣相色譜-質譜聯用儀:日本島津公司產品,配有帶保留指數功能的質譜解析軟件;7890A/5975C氣相色譜-質譜聯用儀:美國Agilent公司產品,配有NIST 08質譜解析軟件;MassWorks質譜解析軟件:美國Cerno Bioscience公司產品。

1.3 實驗條件

1.3.1 QP-2010 Plus 色譜條件為Rxi-5ms色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25μm);程序升溫:50℃保持5 min,以3℃/min升至280℃,保持22 min;進樣口溫度 250 ℃;進樣量 0.2μL;不分流進樣;載氣(He)流速1 mL/min。

質譜條件為MS接口溫度250℃,離子源溫度200℃,溶劑延遲 3.75 min,質量掃描范圍m/z50～600,電子轟擊離子源(EI),電子能量70 eV,倍增電壓1.5 kV,以C7～C33正構烷烴系列為參照物,獲取保留指數。

1.3.2 7890A/5975C 色譜條件為CP-WAX 57CB色譜柱(25 m×0.25 mm×0.20μm);程序升溫:50℃保持5 min,以2℃/min升至220℃保持 20 min;進樣口溫度 250 ℃;進樣量1μL;分流比為 50∶1;載氣(He)流速 0.8 mL/min。

質譜條件為MS接口溫度200℃;離子源溫度230℃;四極桿溫度150℃;溶劑延遲3.75 min;采樣模式:原始掃描;EMV模式:增益系數;增益系數:8.00;EM電壓1 671 V;質量掃描范圍m/z50～600。以全氟三丁胺標準品為外標對質譜進行校正。

2 實驗結果

2.1 洋甘菊精油成分定性結果

在QP-2010 Plus上對洋甘菊精油進行 GC/MS分析,共檢出98個色譜組分,其總離子流圖示于圖1。在7890A/5975C上分析共檢出68個色譜組分,其總離子流圖示于圖2。利用譜庫檢索技術和保留指數對圖1中色譜組分進行定性分析,確定精油中的化學成分;利用MassWorks軟件對圖2進行定性分析,確定各個組分的相對分子質量和分子式,利用NIST 08質譜解析軟件檢索分子式確定化合物的結構;將圖1的定性結果和圖2的分析結果進行相互確證,最終確定了35種成分,分析結果列于表1。

圖1 GC/MS分析獲得的總離子流圖Fig.1 The total ion current chromatogram obtained by GC/MS

圖2 GC/MS分析獲得的總離子流圖Fig.2 The total ion current chromatogram obtained by GC/MS

表1 洋甘菊精油成分Table 1 Composition of the essential oils fromChamomila recutitaL.

續表

3 討論

3.1 色譜柱的選擇

從兩種色譜柱的分離情況來看,Rxi-5ms柱共分離出98種組分,而CP-WAX 57CB柱分離出68種組分。這兩種色譜柱的性質也不相同,Rxi-5ms柱為弱極性柱,CP-WAX 57CB柱為強極性柱。綜合這兩種色譜柱的特點以及分離譜圖,認為選取 Rxi-5ms柱作為洋甘菊精油的色譜分離柱為宜。

3.2 洋甘菊精油中化學成分的組成

由表1可知,洋甘菊精油的主要成分是倍半萜類及其含氧化合物,占總含量的87.41%,主要有反式-β-金合歡烯、大根香葉烯、雙葉環香烯、α-紅沒藥醇、α-氧化紅沒藥醇(A、B)、母菊薁等;還有少量的單萜類及其含氧化合物,約占3.6%,主要有β-羅勒烯、γ-松油烯、蒿酮、艾醇等;其次為一些含量極低的脂肪族化合物,如2-甲基丁酸乙酯、二十一烷、二十三烷、二十五烷等。

母菊薁(Chamzulene)是洋甘菊精油的特征成分,是蒸餾過程中母菊素(Matricin)的次生產物,具有消炎、增強細胞再生、減輕過敏反應等作用 ;α-紅沒藥醇、α-氧化紅沒藥醇(A、B)為洋甘菊精油中的重要成分,含這幾種成分高的精油常作為抗炎、解痙劑;另外 ,反式-β-金合歡烯、大根香葉烯、雙環香葉烯、α-金合歡烯、β-羅勒烯等高含量組分是構成天然香料的重要香氣成分,也是香料工業中重要的萜烯類化合物。

3.3 定性方法評價

GC/MS技術在食品安全、香精香料、環境等領域中得到了廣泛的應用[8]。該技術利用保留時間和NIST譜庫檢索對目標物進行定性,但在譜庫檢索時往往會出現匹配度不高或幾個待選物的匹配度相似等情況,此時通過譜庫檢索定性會產生很大的不確定性,若能獲得化合物的精確質量信息,將大大提高 GC/MS定性能力,但低分辨率的四極桿質譜無法測定化合物的精確質量數。MassWorks質譜解析軟件采用美國Cerno專利的 MSIntegrityTM校正技術,通過對質譜峰形的校正提高儀器的質量測量精度[9],利用其同位素峰形校正檢索技術(CLIPs),能在質譜上實現對未知化合物分子式的識別[10-11]。利用MassWorks軟件的優勢,將其運用到 GC/MS分析中,可大大提高定性的準確度。例如,圖1中保留時間為41.398 min的色譜峰,質譜檢索結果表明,檀香醇(Stantalol,C15H24O)和α-紅沒藥醇 (α-Bisabolol,C15H26O)的匹配度最高,均為75%,通過質譜匹配度很難確定該化合物;圖2中保留時間為49.157 min的色譜峰經MassWorks分析確定該化合物的相對分子質量為222.198 4,通過 Mass Works的 CLIPs檢索功能確定分子式為C15H26O,利用NIST 08質譜解析軟件檢索分子式確定為α-紅沒藥醇;對比2張色譜圖,可以確定這2個色譜峰均為重要的特征峰,而α-紅沒藥醇在兩張總離子流圖的其他位置均未出現,因而很容易確定該化合物為α-紅沒藥醇。同時資料[4-5]表明,α-紅沒藥醇為洋甘菊精油的主要特征成分。

從實驗結果來看,本研究確定的洋甘菊精油的化合物成分與文獻[2-5]的報道基本一致,這說明結合 GC/MS和MassWorks質譜解析軟件定性分析植物精油中的化學成分是可行的。

4 結論

結合 GC/MS技術和MassWorksTM質譜解析軟件對產自甘肅省永登縣的洋甘菊精油中的化學成分進行定性分析,成功地分離并確定了35種化合物。MassWorks軟件對化合物相對分子質量的精確測定及對化合物分子式的準確識別功能,能為低分辨率四極桿質譜確定化合物的元素組成和解析化合物結構提供重要依據,并能提高 GC/MS定性的可靠性,同時也為植物精油的成分分析提供新的技術手段。

[1]《四川中藥志》協作編寫組.四川中藥志第一卷[M].成都:四川人民出版社,1980:177-178.

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[4]姚 雷,黃 健,遲 強.兩種甘菊生長習性及精油成分差異性分析[C].北京:2004年中國香料香精學術研討會,2004:61-69.

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[6]FU P K L,TURRO C.Energy transfer from nucleic acids to Tb(III):Selective emission enhancement by single DNA mismatches[J].Journal of the American chemical society,1999,121 (1):1-7.

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Analysis of Essential Oils fromChamomila recutitaL.by MassWorksTMand G as Chromatography-Mass Spectrometry

LI Bin1,ZHOU Wei1,2
(1.College of Geography and Environmental Science,Northwest Normal University,L anzhou730070,China;2.Gansu Entry-Exit Inspection&Quarantine B ureau,L anzhou730020,China)

The constituents of theMatricaria recutitaL.essential oil from Yongdeng of Gansu were analyzed by GC/MS and MassWorksTMsoftware.The suitable chromatography and mass spectrometry conditions for the analysis of chamomile essential oil were determined by comparing the separation results in two different polarity columns.35 kinds of compounds were identified.MassWorks can determine the accurate molecular weight of compounds and provide important basis for the low-resolution quadrupole mass spectrometer to identifying the elemental compositions and the structure of compound,as well as provide a new technical means for the component analysis of the essential oils.

Matricaria recutitaL.;GC/MS;MassWorksTM;component analysis

周 圍(1953～),男(漢族),研究員,從事食品營養及食品安全分析研究。E-mail:zhouwei845@163.com

O 657.63

A

1004-2997(2011)04-0241-05

2010-10-23;

2011-01-11

李 斌(1987～),男(漢族),碩士研究生,環境科學專業。E-mail:libincheng223@163.com