場電離技術(shù)在果香菊GC－TOF－MS聯(lián)用分析中的應(yīng)用

李 忠，黃 靜，蘆燕玲，馮 文，郭生云

（云南煙草科學(xué)研究院，昆明 云南650106）

果香菊（Chamaemelumnobile（L.）All.）又稱白花春黃菊、匈牙利春黃菊［1］、羅馬甘菊［2］，是菊科春黃菊屬芳香草本植物，主產(chǎn)于匈牙利、比利時、英國等，近年我國多地已栽培［3］。果香菊植株、精油及浸提浸膏具有多種實(shí)用價值［4－8］。已有文獻(xiàn)報(bào)道［3，9］采用水蒸氣蒸餾－氣相質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析果香菊揮發(fā)性成分，結(jié)果表明，母菊奧、紅沒藥醇氧化物、紅沒藥醇、金合歡烯等是其主要的揮發(fā)性成分。

質(zhì)譜的場電離FI（field ionisation）是指分子在強(qiáng)電場下，失去一個電子，而成為帶正電荷的分子離子。GCT與FI相互結(jié)合補(bǔ)充，提供了一個穩(wěn)定的、易用的軟電離技術(shù)，產(chǎn)生簡單的分子離子光譜峰，碎片峰非常少，結(jié)合飛行時間質(zhì)譜精確質(zhì)量測定，F(xiàn)I的質(zhì)譜圖很容易解析分子的元素組成，主要用于熱不穩(wěn)定化合物的分析。FI不使用反應(yīng)氣，因而很少有副反應(yīng)，儀器易維護(hù)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。FI離子源包括專門設(shè)計(jì)的外源和可移動的帶FI發(fā)射絲桿，發(fā)射絲是生長有碳樹枝狀的鎢絲，保持在12kV高電勢的電極旁邊，使得碳樹枝狀的頂尖上有強(qiáng)電場，樣品分子在靠近碳樹枝狀頂尖的強(qiáng)電場作用下，其分子價電子發(fā)生量子隧道效應(yīng)失去一個電子而產(chǎn)生離子自由基，這一電離過程非?！败洝保瑤缀鯖]有碎片產(chǎn)生［10－11］。

氣相色譜－場電離－飛行時間高分辨質(zhì)譜（GC－FI－TOF HRMS）技術(shù)分析樣品過程中，采用單同位素相對分子質(zhì)量為201.960 9的五氟氯苯進(jìn)行質(zhì)量鎖定。該技術(shù)因?yàn)槟軌蛲瑫r測定飽和烴和芳烴，能區(qū)分同系化合物等優(yōu)點(diǎn)而在煤、石油分析行業(yè)廣泛使用［12－20］，用來對某一類高分子化合物的熱解行為進(jìn)行追蹤研究［21－26］。本工作采用氣相色譜－電子轟擊－飛行時間高分辨質(zhì)譜（GC－EI－TOF HRMS）結(jié)合 GC－FI－TOF HRMS技術(shù)對果香菊揮發(fā)性成分進(jìn)行分析研究，以探討該技術(shù)在芳香植物揮發(fā)性成分分析中的適用性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

安捷倫7890N氣相色譜：美國Agilent公司產(chǎn)品；GCT PremierTM臺式正交加速飛行時間（oa－TOF）質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國 Waters公司產(chǎn)品，配有 MassLynx V4.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，Nist2008標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜檢索庫；Explorer48－72－96微波萃取儀：美國CEM公司產(chǎn)品。

果香菊（Chamaemelumnobile（L.）All.）樣品：于2011年采于西雙版納，花期，經(jīng)云南省熱帶作物科學(xué)研究所劉昌芬研究員鑒定，標(biāo)本憑證存放于該研究所。

1.2 分析條件

1.2.1 氣相色譜條件 DB－5ms色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm）；起始柱溫50℃，保持10min后，以10℃／min速率升至250℃，保持10min；進(jìn)樣口溫度250℃；載氣為高純度He氣，流速1.5mL／min；進(jìn)樣量1.0μL，分流比為50∶1。

1.2.2 質(zhì)譜條件 接口溫度250℃，離子源溫度200℃，質(zhì)量掃描范圍m／z40～400，溶劑延遲3min；EI模式，電子能量70eV，F(xiàn)I電場電極電壓12kV，發(fā)射電流0mA，閃爍電流4mA。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

移取1g果香菊，10mL 95%乙醇，用50 W，80℃，1 724kPa微波萃取5min，取2mL萃取液于進(jìn)樣瓶，按1.2條件進(jìn)行進(jìn)樣分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 成分鑒定

在1.2條件下進(jìn)樣分析，分別用FI和EI電離模式采集果香菊揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖，示于圖1，其中，紅沒藥醇氧化物B在FI和EI電離模式下的質(zhì)譜圖示于圖2，結(jié)合NIST2008譜圖庫和相關(guān)文獻(xiàn)檢索出了其主要化學(xué)成分，列于表1。

結(jié)合GC／MS分析結(jié)果對比圖1與圖2可知，采用EI和FI模式分析果香菊揮發(fā)性成分時，分離檢測到的化合物基本一致，主要為順、反式烯炔雙環(huán)醚和紅沒藥醇氧化物等，與文獻(xiàn)報(bào)道相似［3，9］，差別之處可能是因?yàn)闃悠飞L地理環(huán)境不同而導(dǎo)致的。

2.2 討論

采用GC－EI－MS分離處理樣品后，鑒定各個化合物主要是采取與標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫或文獻(xiàn)進(jìn)行匹配對比，以相似度或匹配度對未知化合物進(jìn)行定性。但與譜圖庫匹配或與文獻(xiàn)值對比時，由于其碎片峰多且碎片峰的豐度較大使得其干擾多。例如，圖2中紅沒藥醇氧化物B的鑒定，EI源進(jìn)樣處理時碎片峰多，且豐度大，分子離子峰不明顯。而在FI圖中，可以得到以238.196 4為主的分子離子峰質(zhì)譜圖，經(jīng)iFit軟件匹配得到其元素組成為C15H26O2，與理論值誤差為3.1mu。

圖1 FI和EI電離模式下果香菊揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.1 Total ions flow chromatogram of volatile components in Chamaemelum nobile （L.）All.by FI and EI mode

圖2 FI和EI模式中紅沒藥醇氧化物A分子離子峰及碎片峰Fig.2 Molecular ion peak and fragment ions of bisabolol oxide A obtained by FI and EI mode

另外，同系物的鑒定過程往往會產(chǎn)生同一個化合物重復(fù)出現(xiàn)且匹配度很高的情況，這是因?yàn)橥滴锏乃槠x子峰基本相同，且質(zhì)量差較小，其匹配度高，從而導(dǎo)致錯誤的檢索結(jié)果，因此需要分子離子峰的驗(yàn)證。GC－FI－HRMS技術(shù)作為一種輔助手段，可以對上述不足進(jìn)行驗(yàn)證或補(bǔ)充。因?yàn)镕I場電離為軟電離技術(shù)，分子丟失1個電子形成分子離子峰的過程迫使分子斷裂的可能性小，碎片離子峰甚少，且其豐度極低，如圖2所示，其分子離子峰尤為明顯，彌補(bǔ)了GCEI－MS方法的不足。

但FI也有一定缺陷，從TIC的計(jì)數(shù)上可以看出，其同樣條件的響應(yīng)值比EI低1～2個數(shù)量級。從表1可以看出，紅沒藥醇氧化物C由于含量較小，無法得到其分子離子峰。分析其原因是，在FI場中分子擴(kuò)散導(dǎo)致離子化效率較EI低。由于FI場電離在12kV強(qiáng)電場下的工作特性，GC毛細(xì)管柱出口不能過分靠近碳樹枝狀的頂尖，否則易引發(fā)高壓放電，損壞離子源，所以其距離控制在8mm。而EI離子源中，毛細(xì)管柱出口到中心線的距離是5mm，分子在流出毛細(xì)管口移動過程中的位移較長就會產(chǎn)生較大的擴(kuò)散。另外EI源的離子盒能在空間上“束縛”被電離的分子，而FI在強(qiáng)電場下，不能有物理的“圍墻”來束縛被電離的分子，從而導(dǎo)致較大的擴(kuò)散，使含量較小的化合物電離出的信號很小，以至于不能被檢測出來。另外，擴(kuò)散還會造成保留時間相近的化合物峰重疊，如圖2中，保留時間為28.19min的峰為3個化合物的重疊峰。

FI的質(zhì)量數(shù)校正采用包括全氟三丁胺、甲基三嗪、全氟三甲基環(huán)己烷、六氟苯、五氟苯、五氟氯苯、丙酮、二甲苯8個化合物的混合物直接引入離子源來校正，其質(zhì)量數(shù)覆蓋范圍為58～502u。

表1 果香菊的部分揮發(fā)性成分Table 1 The part of volatile compositions in Chamaemelum nobile（L.）All.

3 結(jié)論

氣相－場電離－飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)作為一種輔助手段應(yīng)用于香原料揮發(fā)性成分定性定量分析領(lǐng)域具有一定的適用性，該方法能提高鑒定精確度、減少錯誤的出現(xiàn)，可以補(bǔ)充GC－EITOF MS聯(lián)用技術(shù)中定性的化合物信息。

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