熱脫附－氣相色譜／質(zhì)譜聯(lián)用法分析生、炙乳香揮發(fā)性成分

吳岳華，周 圍，張雅珩，魏榮霞

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅出入境檢驗(yàn)檢疫局綜合技術(shù)中心，甘肅 蘭州 730010；3.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

乳香（Boswelliacarteri）為橄欖科植物卡氏乳香樹BoswelliacarteriiBirdw.及同屬植物鮑達(dá)乳香樹B.bhaw－dajianaBirdw.和野乳香樹B.neglectaMoore.樹皮滲出的樹脂。主產(chǎn)于索馬里和埃塞俄比亞，多呈小形乳頭狀顆粒，淡黃色、質(zhì)堅(jiān)脆、性溫和、氣芳香、味微苦，具有活血止痛、消腫生肌等功效，是一種常用的中藥材，其化學(xué)成分由樹脂（60%～70%）、樹膠（27%～35%）和揮發(fā)油（3%～8%）3部分組成［1］。關(guān)于乳香的研究，前期學(xué)者多集中在乳香揮發(fā)油的提取純化、成分分析和醫(yī)療功效等方面，但在提取揮發(fā)油的過程中，不可避免的引入了有機(jī)溶劑，并伴隨一些化合物的降解、異構(gòu)化等副反應(yīng)，使乳香揮發(fā)油的揮發(fā)性成分與天然乳香顆粒的揮發(fā)性成分有所不同。劉洪玲［2］使用揮發(fā)油提取器按常規(guī)回流10h從乳香中提取出揮發(fā)油，利用GC／MS聯(lián)用技術(shù)從提取出的揮發(fā)油中分離并鑒定出其中的47種化學(xué)成分；趙金鳳等［3］采用中國藥典2010年版一部附錄XD甲法從3批次乳香中提取出揮發(fā)油，利用GC／MS聯(lián)用技術(shù)從提取出的揮發(fā)油中共鑒定出100種化學(xué)成分；國外學(xué)者Sandrine等［5］采用固相微萃取－氣相色譜／質(zhì)譜（SPME－GC／MS）聯(lián)用技術(shù)，從乳香中分離并鑒定了其中的66種化學(xué)成分。目前尚未發(fā)現(xiàn)采用熱脫附和氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)直接對天然乳香揮發(fā)性成分進(jìn)行研究的報(bào)道。

熱脫附技術(shù)是集采樣、富集、濃縮、進(jìn)樣于一體的樣品預(yù)處理技術(shù)，靈敏度高、重現(xiàn)性好、樣品無需前處理，充分保留樣品的原狀，揮發(fā)性組分在高溫下從吸附劑或樣品本身中釋放出來直接進(jìn)入氣質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)進(jìn)行分離分析。該技術(shù)與GC／MS聯(lián)用為多種無法進(jìn)行液體萃取的基質(zhì)提供了分析解決方案，已在環(huán)境測試、食品分析、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有相關(guān)的應(yīng)用報(bào)道［6－7］。本實(shí)驗(yàn)采用熱解吸法將自然狀態(tài)下的乳香顆粒經(jīng)研磨后直接裝入采樣管進(jìn)行熱解吸，通過合理地設(shè)置解吸溫度，充分釋放揮發(fā)性物質(zhì)，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫（NIST 08s）檢索和 Mass WorksTM質(zhì)譜解析軟件等分析手段，對生、炙乳香的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品來源

市售生乳香、炙乳香。

1.2 樣品的制備

生乳香樣品：取2～3顆生乳香顆粒置于研缽中快速研成粉末，混勻后過60目篩，準(zhǔn)確稱取10mg置于內(nèi)徑為2mm的空心玻璃管中，兩頭用玻璃棉封堵，裝入不銹鋼采樣管中備用。

炙乳香樣品：炙乳香樣品的制備同1.2.1。

1.3 主要儀器

Agilent 7890A／5975C 氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國Agilent公司產(chǎn)品；AutoTD自動(dòng)熱脫附解吸儀、不銹鋼采樣管（90mm×6.4mm）：中國成都科林儀器公司產(chǎn)品；Mass WorksTM質(zhì)譜解析軟件：美國Cerno Bioscience公司產(chǎn)品。

1.4 實(shí)驗(yàn)條件

1.4.1 熱脫附條件 載氣：高純氦氣（純度≥99.999%）；載氣壓力：140kPa；一級(jí)解吸時(shí)間：5min，一級(jí)解吸溫度：180℃；二級(jí)解吸時(shí)間：5min，二級(jí)解吸溫度：200℃；冷阱吸附溫度：－30℃；進(jìn)樣時(shí)間：60s；傳 輸線／閥溫度：220℃。

1.4.2 氣相色譜條件 色譜柱：DB－1701毛細(xì)管色譜柱（60m×0.25mm×0.25μm）；載氣：高純氦氣（純度≥99.999%）；程序升溫：初始溫度50℃，保持2min，以5℃／min的速率升至260℃，保持10min；進(jìn)樣口溫度：250℃；分流比：1∶1。

1.4.3 質(zhì)譜條件 EI源能量：70eV；MS接口溫度：250℃；離子源溫度：230℃；四極桿溫度：150℃；采樣模式：全掃描；EM 電壓：1 576V；質(zhì)量掃描范圍：m／z30～600。以全氟三丁胺（PFTBA）標(biāo)準(zhǔn)品為外標(biāo)對質(zhì)譜進(jìn)行校正。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照1.4中的實(shí)驗(yàn)條件對乳香中的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，得到生乳香、炙乳香的揮發(fā)性成分總離子流圖，示于圖1。

利用NIST 08標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索對乳香中的揮發(fā)性成分進(jìn)行初步定性，然后用Mass WorksTM質(zhì)譜解析軟件對質(zhì)譜圖進(jìn)行校正，模擬計(jì)算出組分的精確分子質(zhì)量，并得到組分的元素組成，綜合兩種分析方法的結(jié)果，最終得到生乳香、炙乳香的揮發(fā)性成分質(zhì)譜解析結(jié)果，并按照峰面積歸一化法計(jì)算出各組分的相對百分含量，詳細(xì)信息列于表1。

圖1 生乳香（a）和炙乳香（b）揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.1 Total ionic current chromatogram of the volatile components of fresh frankincense（a）and cooked frankincense（b）

2.2 乳香的揮發(fā)性成分組成

生乳香、炙乳香中的揮發(fā)性成分種類相同，主要由單萜、萜烯醇、醇及酯類物質(zhì)構(gòu)成，但含量有所不同。單萜類物質(zhì)主要有α－水芹烯、α－蒎烯、莰烯、香檜烯、β－蒎烯、羅勒烯、松油烯等，在生乳香、炙乳香中分別約占2.1%、5.3%；萜烯醇類物質(zhì)主要有芳樟醇、α－松油醇等，在生乳香、炙乳香中分別約占2.6%、3.6%；高級(jí)醇類物質(zhì)主要有1－辛醇、月桂醇等，在生乳香、炙乳香中分別約占20.1%、9.7%；酯類物質(zhì)主要有醋酸辛酯、乙酸龍腦酯、辛酸己酯，在生乳香、炙乳香中分別約占59.3%、54.9%，其中以醋酸辛酯含量最高，約占生、炙乳香揮發(fā)性成分的50%。因此認(rèn)為，醋酸辛酯、1－辛醇、芳樟醇、乙酸龍腦酯等是乳香中最主要的特征揮發(fā)性成分。

2.3 熱脫附方法的評價(jià)

目前芳香植物的揮發(fā)性成分分析主要以頂空、固相微萃取等與氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用分析為主［8］。熱解吸法是一種較為新穎的預(yù)處理方法，該法將天然乳香顆粒研磨后直接裝入樣品管在高溫下進(jìn)行解吸，使揮發(fā)性成分充分釋放，再經(jīng)冷阱短時(shí)聚焦，直接進(jìn)入氣相色譜－質(zhì)譜體系進(jìn)行分離分析，不使用吸附劑作為揮發(fā)性成分的載體，避免了固相微萃取技術(shù)由于不同極性的萃取頭對樣品中揮發(fā)性成分的選擇吸附性，且特有的冷阱聚焦功能彌補(bǔ)了頂空－氣相色譜法對揮發(fā)性成分進(jìn)行富集的不足，大大提高了靈敏度，改善了譜帶展寬的問題，同時(shí)克服了蒸餾法、萃取法等傳統(tǒng)揮發(fā)性成分分離技術(shù)，使組分損失多、易造成揮發(fā)性成分變化的缺點(diǎn)，并杜絕了溶劑帶來的污染［9－13］。所得揮發(fā)性成分接近人體嗅覺所感覺到的氣味，真實(shí)地反映了樣品揮發(fā)性成分的構(gòu)成。

表1 生、炙乳香主要揮發(fā)性成分分析Table 1 Identification of main volatile compositions in fresh frankincense and cooked frankincense

2.4 定性方法的特點(diǎn)

GC／MS利用保留時(shí)間和NIST譜庫檢索對化合物進(jìn)行定性是目前應(yīng)用最為廣泛的一種定性手段。但由于低分辨率的四極桿質(zhì)譜只能給出化合物的整數(shù)質(zhì)量，對未知物的定性分析往往依靠譜庫檢索結(jié)果匹配度的高低而定，譜庫檢索結(jié)果的匹配度又嚴(yán)重依賴于GC的分離效果，色譜分離不佳會(huì)使匹配結(jié)果不準(zhǔn)或難以匹配，尤其是含量較低和未得到徹底分離的組分，其定性分析易受干擾。此外，異構(gòu)體、同系物和結(jié)構(gòu)特征相似的化合物譜圖往往非常相似，譜庫檢索會(huì)給出幾個(gè)匹配度相近的候選物，給未知物的準(zhǔn)確鑒定帶來很大困難［14］。因此，僅靠譜庫檢索給未知化合物定性存在很大的不確定性。MassWorksTM質(zhì)譜解析軟件利用同位素峰形校正檢 索 技 術(shù) （calibrated lineshape isotope profile，CLIPs），通過建立元素組成已知的一個(gè)或多個(gè)離子生成的校準(zhǔn)函數(shù)，對樣品質(zhì)譜峰的精確質(zhì)量數(shù)（質(zhì)量準(zhǔn)確度）和同位素峰形（譜圖準(zhǔn)確度）同時(shí)進(jìn)行校正匹配［15－16］，實(shí)現(xiàn)對未知化合物分子式的識(shí)別，大大提高了低分辨質(zhì)譜定性的準(zhǔn)確度［17－21］。在使用 MassWorksTM質(zhì)譜解析軟件時(shí)，根據(jù)從重原則和氮規(guī)則，對質(zhì)譜圖最右側(cè)的質(zhì)荷比為偶數(shù)的碎片離子進(jìn)行CLIPs檢索，若該碎片是分子離子，則直接得到該化合物的元素組成和精確分子質(zhì)量，并借助NIST譜庫的反檢索功能獲得該化合物的結(jié)構(gòu)以及化合物名稱，若該碎片不是分子離子，則無法直接推斷該化合物的元素組成和精確分子質(zhì)量，但結(jié)合不同物質(zhì)的質(zhì)譜裂解一般規(guī)律，可以對特征碎片進(jìn)行CLIPs檢索，再反推分子離子。如伯醇類物質(zhì)經(jīng)EI源電離后不產(chǎn)生分子離子，會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的CH2＝O＋H（m／z31）碎片離子和［M＋.－H2O］奇電子離子［22］。觀察峰號(hào)為12（1－辛醇）、13（芳樟醇）、16（α－松油醇）、19（月桂醇）的質(zhì)譜圖，均有明顯的m／z31特征碎片離子，經(jīng)NIST譜庫檢索，依次初步定性為1－辛醇、芳樟醇、α－松油醇和月桂醇，但匹配率均不高。利用MassWorksTM軟件分別對該4種物質(zhì)的質(zhì)譜圖靠右側(cè)的碎片離子進(jìn)行CLIPs檢索，得到元素組成為C8H16、C10H16、C10H16、C12H24，依次在每個(gè)碎片的基礎(chǔ)上加H2O，得到元素組成為C8H18O、C10H18O、C10H18O和C10H26O的化合物，借助NIST譜庫的反檢索功能依次確定為1－辛醇、芳樟醇、α－松油醇、月桂醇，由此可見，經(jīng)CLIPs檢索的碎片離子為［M＋.－H2O］離子，符合伯醇裂解的一般規(guī)律。經(jīng)NIST譜庫檢索和MassWorksTM質(zhì)譜解析軟件雙重定性，大大提高了定性的可靠性。

3 小結(jié)

熱脫附技術(shù)采用固體樣品直接進(jìn)樣，消除了萃取溶劑產(chǎn)生的干擾，通過兩級(jí)解吸充分捕集揮發(fā)性成分，更真實(shí)和直接地反映了乳香揮發(fā)性成分的構(gòu)成，并綜合標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫（NIST 08s）檢索和Mass WorksTM質(zhì)譜解析軟件的分析結(jié)果，在低分辨的四極桿質(zhì)譜上實(shí)現(xiàn)了對精確質(zhì)量數(shù)的測定，大大提高了低分辨質(zhì)譜定性的可靠性，同時(shí)熱脫附與GC和GC／MS的聯(lián)用大大拓展了GC和GC／MS的分析范圍，為固體揮發(fā)性成分分析提供了新思路。

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