BR  >> Vol. 7 No. 4 (July 2018)

    基于全二维气相色谱在线SPE技术分析沉香精油挥发性香气成分
    Analysis of Components in Agarwood Essential Oil by On-Line Solid Phase Extraction with Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography-Mass Spectrometry

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作者:  

皮立,谭亮,肖远灿,迟晓峰,董琦,陈涛,李玉林:中国科学院西北高原生物研究所,中国科学院藏药研究重点实验室,青海 西宁;
王正逊:西安睿德安电子科技有限公司,陕西 西安

关键词:
沉香精油全二维气相色谱挥发性成分在线固相萃取倍半萜化合物Agarwood Essential Oil Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography Volatile Components Online Solid Phase Extraction (Online SPE) Sesquiterpenes Compounds

摘要:

采用一维气相色谱–质谱法(1DGC-MS)和全二维气质联用在线SPE装置(GC-SPE-GC-MS)分析了沉香精油的组成情况,对部分常见物质进行了定性分析。结果表明,对于同一沉香精油样品,1DGC-MS只鉴定出样品中匹配度大于800的共45种化合物,分别为萜烯类7种、醇类17种、酯类4种、酮类6种、醛类4种、酸和其他杂环烃类7种;GC-SPE-GC-MS装置结合标准谱图辅助定性和手动扣除,定性出匹配度大于800的共95种化合物,分别为萜烯类10种、醇类27种、酯类12种、醛类6种、酮类14种、其他杂环和饱和长链长链烃类等26种。研究表明以苄基丙酮、香柏酮、愈创木醇、沉香呋喃、桉叶醇、沉香螺旋醇、苍术醇、白木香醛8种特性组分可以作为沉香精油的质量评价指标。

For analysis of composition of perfumery product, two detection technologies, one-dimensional gas chromatography-mass spectrometry (1DGC-MS) and On-line SPE with comprehensive two-dimensional gas chromatography-mass spectrometry (GC-SPE-GC-MS) were applied. Conven-tional components in perfumery product were identified and classified. Results showed that 1DGC-MS can identify 45 compounds with high matched results with MF > 800 when matched with dedicated standard library. Among these compounds, they are constituted of 7 terpenes, 17 alco-hols, 4 esters, 6 ketones, 4 aldehydes, 7 acids and other heterocyclic compounds. While by the help of automatic processing of software and manually deduct background, GC-SPE-GC -MS can identify 95 compounds with matched results MF > 800, and those compounds are classified 10 terpenes, 27 alcohols, 12 esters, 14 ketones, 6 aldehydes, 26 heterocyclic and alkane compounds. The inves-tigation showed that the eight characteristic components, including 4-phenyl-2-butanone, agaros-pirol, agarofuran, nootkatone, guaiol, eudesmol, hinesol and baimuxinal, could be used as the quality evaluation index of Agarwoods essential oil. 

1. 引言

沉香不仅药用保健价值高,也是广受欢迎的传统名贵香料,其独有的龙涎香与檀香混合的香味,为众香之首,目前无法人工合成,因而稀有珍贵 [1] 。沉香是瑞香科植物白木香[Aquilaria sinensis (Lour.) Gilg]含树脂的木材,为《中国药典》收载的品种;味辛、苦、温,归脾、胃、肾经,具有降气、温中、暖肾助阳的功能;主治胸腹胀闷疼痛、胃寒呕吐呃逆、肾虚气逆喘急等症 [2] 。白木香是中国沉香的惟一植物资源,主要分布于广东、海南、云南、福建等省,均称国产沉香,其主要芳香成分为倍半萜及其含氧衍生物、芳香族化合物、脂肪酸及其脂类和色原酮类 [3] 。沉香品质评价多集中在显微鉴别、萜类化合物的理化鉴别、薄层色谱鉴别、醇溶性浸出物含量测定、挥发性成分GC-MS分析、苄基丙酮等指标性成分的含量测定等 [4] [5] 。香气是沉香感官分析的重点,也是传统经验鉴别法主要依据。

(GC × GC)是20世纪90年代发展起来的一种新的分析方法 [6] [7] ,它克服了传统一维色谱峰容量低的局限性,通过一维色谱柱(1DGC)、二维色谱柱(2DGC)连续分离,达到了GC × GC分离能力,其具有高峰容量、高分辨率、高灵敏度、族分离和分析速度快等特点,与传统的一维色谱相比,在复杂组分的试样分析方面具有独特的优势,使之成为当前复杂混合物的最强分离分析技术之一 [8] 。目前,该分析方法已经在天然药物、兴奋剂、石油、烟草、白酒、烟用香精、中药挥发油和环境等领域用于分析复杂样品分析 [9] - [18] 。

在线固相萃取(SPE)技术首先出现在液相色谱中,近年来发展很快,尤其在分离和分析复杂样品中崭露头角,和联用技术结合使其使用将更加广泛,是一种前景广阔的应用技术。它有以下优点:1) 简化了实验室工作流程,减少了手工操作,提高了工作效率;2) 最大限度地减少了操作人员误差,提高了结果的置信度;3) 加快了样品周转,提高了实验室效能;4) 节约人力和物力,为实验室节约资源。在气相色谱中的应用,仅见文献报道。本研究采用运用自行开发的基于全二维气相色谱技术的在线SPE装置分析沉香精油中的挥发性成分,揭示沉香香气的物质基础,以期为沉香精油感官品质评价提供科学依据,并且为沉香药材质量评价提供理论支持。

为其资源的研究与开发利用提供了科学的理论依据。

2. 材料与方法

2.1. 材料与试剂

沉香精油,品牌市售,样品精密称取约20 mg于2 mL量瓶中,用正己烷溶解并定容。正己烷,农残级,美国Fisher Scientific公司。

2.2. 仪器与设备

Agilent7890A/5975C GC-MS型气相色谱–质谱联用仪,(美国Agilent公司产品);全二维气相色谱技术在线SPE装置为自行研制;调制时间6 s (冷气持续冷喷,热喷气时间1 s);一维气相色谱使用DB-5 MS色谱柱(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm),全二维气相色谱中采用DB-1ms一维色谱柱(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)和DB-WAX二维色谱柱(2 m × 0.1 mm × 0.1 μm),美国Agilent公司,载气氦气,纯度为99.9999%。

全二维气相色谱技术的在线SPE装置如图1所示 [19] ,由柱温箱1、柱温箱2、冷阱控温箱和检测器组成。

2.3. 实验方法

色谱条件:一维柱DB-1ms,0.25 mm × 0.5 μm × 30 m;二维柱DB-WAX,0.10 mm × 0.10 μm × 2.0 m;一维流量1 mL/min;二维流量2 mL/min;调制周期6 s;分流比100:1;进样量0.5 μL。1维GC柱温箱的升温程序为初始温度35℃,保持5 min,以5℃∙min−1升温速率升至150℃;以2℃∙min−1升至200℃;再以10℃/min升至280℃ (保持9 min)。GC × GC的柱温箱升温程序为初始温度60℃,保持5 min,以5℃∙min−1升温速率升至100℃,以2℃∙min−1升温速率升至250℃保持10 min。离子源温度:230℃;传输线温度:280℃;进样口温度:280℃;扫描离子范围:m/Z 35-600。溶剂延迟300 s。

调制周期为6.0 s,热持续时间为1 s,热喷嘴温度为300℃,冷喷嘴氮气流速为6 L/min;NIST08质谱数据库鉴定各色谱峰的化学成分,面积归一化法测定各成分的相对含量。

3. 结果与讨论

3.1. 色谱柱和程序升温条件的选择

色谱柱的选择上,待测物在非极性的一维柱上按沸点规律分离,经在线SPE聚焦后以脉冲方式进入极性的二维柱按物质极性分离。本实验中沉香精油的组成成分具有差异但都不强,在比较了DB-1MS,

Figure 1. Schematic diagram of the apparatus for online solid-phase extraction of GC of comprehensive two-dimensional

图1. 全二维气相色谱在线固相萃取装置图

DB-5MS,DB-17,DB-WAX四根柱子的四种柱组合后,选择DB-1MS和DB-WAX的柱系统。

选择合适的柱温是实现沉香精油各种化学成分良好分离的关键。由于多数倍半萜类化合物在100℃之后分离,所以柱温达到100℃之后,再以较小的速率2℃∙min−1升温。程序升温条件:初始温度60℃,保持5 min,以5℃·min−1升温速率升至100℃,以2℃∙min−1升温速率升至250℃保持10 min。结果显示,色谱峰得到了较好的分离,虽然时间更长了,但分离效果有了较大的改善。

3.2. 1DGC-MS分离

采用1DGC-MS和全二维气质联用在线SPE装置分析同样一瓶沉香精油成分的目的在于评价自行开发的全二维气相色谱在线固相萃取装置的分离能力。使用非极性柱DB-5 MS分析该样品,分析时间90 min。经与谱库匹配并手动去除柱流失峰后,共定性出76个化合物,其中匹配度均大于800的共45种化合物,分别为萜烯类7种、醇类17种、酯类4种、醚类3种、酮类6种、醛类4种、酸和其他环烃类9种,其总离子流图见图2

3.3. 全二维气质联用在线SPE装置分离

图3为GC × GC-MS分离沉香精油的总离子流图,谱库匹配并手动去除柱流失峰和杂质后,共定性出268种化合物,分析时间 110 min。在这些化合物中,鉴定出峰面积相对百分比0.01%以上的95种,匹配度大于800的有萜烯类10种、醇类27种、酯类12种、酮类14种、醛类6种、其他杂环和饱和长链烃类等19种,经过对沉香精油中部分常见组分进行定性后,这些组分的定性结果见表1表2 (见下文)。

Table 1. Analysis result of eaglewood essential oil by one-dimensional GC-MS

表1. 一维气质联用分析沉香精油鉴定结果

Table 2. Analysis result of eaglewood essential oil by on-line SPE with two-dimensional GC-MS

表2. 全二维气质联用在线SPE装置分析沉香精油鉴定结果

Figure 2. TIC of eaglewood essential oil analyzed of by 1DGC-MS

图2. 1DGC-MS分析沉香精油成分的总离子流图

Figure 3. TIC of eaglewood essential oil analyzed by on-line SPE device for two-dimensional gas chromatography

图3. 全二维气质联用在线SPE装置分析沉香精油成分的总离子流图

3.4. 1DGC-MS与全二维气质联用在线SPE装置分离结果的比较

通过一维GC-MS与全二维气质联用在线SPE装置分析同一沉香精油样品比较可知,前者定性出化合物共76种,后者则能分析出268种;在分析时间上,二维分析时间只比一维多出20 min左右,其柱容量、分辨率和灵敏度却大大得到了提高。由于全二维气质联用在线SPE装置使用的第二根色谱柱为极性柱,由第一维柱中共流出化合物或部分重叠组分被调制多次后,在二维极性柱中则按照极性的不同得到了有效分离。全二维气质联用在线SPE装置分离的组分更多和具有很强大的分离能力。同时在线SPE装置由于具有捕集和聚焦的作用,相当于对组分进行浓缩进样,因此各组分的灵敏度也都得到了很大程度的提高,故一些一维GC-MS未分析出的痕量组分在全二维气质联用在线SPE装置上也得到了一定的响应,因此分析的目标物组分从一维GC-MS的45种化合物到全二维气质联用在线SPE的268种。

用一维GC-MS与全二维气质联用在线SPE分析沉香精油均含有苄基丙酮、香柏酮、愈创木醇、沉香呋喃、桉叶醇、沉香螺旋醇、苍术醇、白木香醛,这些化合物都是沉香挥发性成分中的特征成分 [20] ,可以作为评价沉香精油品质的评价指标。其中苄基丙酮有止咳功效;沉香螺旋醇具有氯丙嗪样的安定作用;苍术醇具有抗胃溃疡作用;沉香呋喃具有催眠活性与中枢镇静作用 [21] [22] 。沉香所具有的行气止痛、温中止呕、纳气平喘的药用功效与共有成分中的苄基丙酮、沉香呋喃、沉香螺旋醇、苍术醇、白木香醛相关。

4. 结论

分别采用1DGC-MS和全二维气质联用在线SPE装置分析了沉香精油的组成,在定性上,匹配度大于800,1DGC-MS只鉴定出45种成分,而全二维气质联用在线SPE装置则定性出268种,分析时间上,全二维气质联用在线SPE只比1DGC-MS多出20 min左右,但柱容量和分辨率等都得到了极大提高。通过1DGC-MS与全二维气质联用在线SPE装置分析能力和灵敏度的比较得知,全二维气质联用在线SPE装置具有高分离能力、高分辨率和高灵敏度等特点,表明全二维气质联用在线SPE装置对复杂成分具有强大的分离能力。

基金项目

青海省重点研发项目(2017-NK-153);兰州区域中心2016年度仪器功能开发项目:基于全二维气相色谱技术在线SPE装置的开发(No. 2018gI13)。

参考文献

NOTES

*通讯作者。

文章引用:
皮立, 王正逊, 谭亮, 肖远灿, 迟晓峰, 董琦, 陈涛, 李玉林. 基于全二维气相色谱在线SPE技术分析沉香精油挥发性香气成分[J]. 植物学研究, 2018, 7(4): 386-397. https://doi.org/10.12677/BR.2018.74047

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