超高效液相串聯(lián)質(zhì)譜快速定性分析大薊

彭海博，吳 霞，張 宇，馮毅凡

(廣東藥學(xué)院 中心實驗室，廣東 廣州 510000)

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超高效液相串聯(lián)質(zhì)譜快速定性分析大薊

彭海博，吳 霞，張 宇，馮毅凡*

(廣東藥學(xué)院 中心實驗室，廣東 廣州 510000)

大薊是治療高血壓、各種出血和炎癥的一種中藥，但目前鮮有關(guān)于其有效成分的報道。通過UPLC/Q-TOF建立一種快速高效的方法對大薊所含成分進(jìn)行分析?；诰_分子量、計算分子成分，結(jié)合二級質(zhì)譜數(shù)據(jù)及相關(guān)文獻(xiàn)報道，發(fā)現(xiàn)并確定29種成分結(jié)構(gòu)，包括黃酮、黃酮糖苷、異黃酮、有機酸和蒽醌類化合物。其中斑鳩菊酸、叔丁基羥基茴香醚、二氫辣椒素、大黃蒽醌和紫杉葉素等為首次在大薊中發(fā)現(xiàn)并討論其ESI源中的二級質(zhì)譜裂解規(guī)律，黃酮在ESI源中脫去CO和H2O的二級裂解規(guī)律也初次被闡述。

大薊；二級質(zhì)譜碎片；超高效液相-Q-TOF-MS；快速分析

大薊是一種多年生草本植物，廣泛分布于中國、日本和朝鮮。在傳統(tǒng)中藥中，大薊因具有抗出血和利尿的作用而被廣泛應(yīng)用于外傷性出血、高血壓和炎癥的治療[1]。劉素君等[2-4]研究發(fā)現(xiàn)大薊具有抗腫瘤、抗氧化等作用，同時對糖尿病有一定治療作用。

超高效液相串聯(lián)Q-TOF技術(shù)(UPLC/Q-TOF-MS)是一種快速、靈敏、精確的非靶向分析方法，通過精確分子量和二級質(zhì)譜裂解確定分子式和分子結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)分析方法，如高效液相串聯(lián)低分辨率質(zhì)譜，UPLC/Q-TOF-MS具有更好的分離效果和更高的分辨率。因此，其更適用于中藥中未知成分的快速分析和結(jié)構(gòu)鑒定。近十年內(nèi)，大薊中已被鑒定的成分有33種，大薊甲醇提取物成分的快速分析研究尚未見報道。因此，有必要建立一種從大薊提取液中直接進(jìn)行成分分析的快速方法。

本研究建立了UPLC/Q-TOF法快速簡便分析大薊中的成分，共鑒定出29種成分。其中一些二級裂解規(guī)律為第一次在ESI源中被報道，首次在大薊甲醇提取液中發(fā)現(xiàn)的是斑鳩菊酸、叔丁基羥基茴香醚、二氫辣椒素、大黃蒽醌和紫杉葉素。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

乙腈(色譜純)和甲醇(色譜純)均購自Merck公司(德國，達(dá)姆施塔特)。甲酸(色譜純)購自DIMA(美國，弗吉尼亞州)。亮氨酸-腦啡肽購自Sigma公司(美國，密蘇里州)，大薊購自廣州至信藥材公司，全草經(jīng)過廣東藥學(xué)院劉基柱教授鑒定保存于本實驗室，編號：2001304081017。

1.2 樣品制備

取大薊全草1.0g切碎，加入甲醇-水(1∶1)10mL 60℃下水浴1h，超聲提取2次，每次1h。提取液經(jīng)10 000rpm高速離心2min，微孔濾膜(0.22μm)過濾，進(jìn)樣量為5μL。

1.3 色譜條件

超高效液相為Waters公司Acquity系統(tǒng)，配置2元泵，真空脫氣并自動進(jìn)樣。色譜柱為Waters公司BRH分析柱(50mm×2.1mm，1.7μm)，流速為0.3mL/min，柱溫為25℃，流動相為為乙腈(B)-0.1%甲酸水(A)[5]。梯度洗脫：0～4min，5%～20% B；4～10min，20%～30% B；10～11min，30%～45% B；11～16min，45%～65% B；16～17min，65%～100% B。

1.4 質(zhì)譜條件

毛細(xì)管電壓為3 000V，錐孔電壓為30V，源溫為100℃，脫溶劑溫度為350℃，錐孔氣流為50L/h，脫溶劑氣體為600L/h，碰撞氣體為氬氣，碰撞能量為25～45V，質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集范圍為m/z 50～1 000，采用亮氨酸-腦啡肽作為參考標(biāo)準(zhǔn)溶液(正離子模式下[M+H]+=556.2771，[M+H]-=554.2615)。

2 結(jié)果

2.1 UPLC/Q-TOF分析條件優(yōu)化

通過預(yù)實驗，將UPLC最佳流速設(shè)定為0.3mL/min[6]。通過對甲醇-水、乙腈-水、乙腈-異丙醇流動相體系進(jìn)行考察，同時考慮保留時間、加和離子和分離效果等因素，最終選擇乙腈-水(含0.1%乙酸)體系進(jìn)行梯度洗脫。由于不同離子模式對離子對有競爭性抑制作用，實驗結(jié)果顯示負(fù)離子模式靈敏度和信噪比均較高。

2.2 UPLC/O-TOF分析

本次實驗中共有29個成分被鑒定出來(見表1、表2)，包括黃酮、黃酮糖苷、異黃酮、有機酸、酚酸和蒽醌類化合物。本研究中鑒定的成分已經(jīng)通過Sci-finder數(shù)據(jù)庫確認(rèn)。

2.2.1 黃酮和黃酮糖苷裂解 黃酮類在一級質(zhì)譜中只有母離子存在，無法鑒定其分子結(jié)構(gòu)，但黃酮類的二級質(zhì)譜行為可確定B環(huán)和C環(huán)上的羥基數(shù)量和位置。因此，將黃酮類的一級質(zhì)譜與二級質(zhì)譜相結(jié)合可準(zhǔn)確鑒定出其分子結(jié)構(gòu)。

本實驗中，毛地黃酮在負(fù)離子模式下產(chǎn)生了m/z 199的特征峰，可能是由于A環(huán)和B環(huán)的作用，導(dǎo)致C2H2O和CO2基團(tuán)連續(xù)脫去[7]。負(fù)離子模式下C環(huán)脫去一個O原子，但是該現(xiàn)象并未在芹黃素和槲皮素中發(fā)現(xiàn)，可能是由于3-位沒有羥基取代，也可能是B環(huán)上羥基的供電子作用破壞了環(huán)上的共軛結(jié)構(gòu)，從而降低了C環(huán)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致m/z 269特征碎片離子的產(chǎn)生。在正離子模式下產(chǎn)生了m/z 241的特征峰，是由于C環(huán)脫去CO2，B環(huán)脫去一分子H2O[8]。此外，由于1，3B+裂解容易脫去1分子H2O，所以 1，3B+會產(chǎn)生m/z 117的碎片離子。

芹黃素的特征碎片是m/z 153和119。 C環(huán)由于失去一個CO基團(tuán)而緊縮，產(chǎn)生了m/z 243的碎片。m/z 243的碎片可進(jìn)一步裂解失去CO和H2O，產(chǎn)生新的碎片m/z 197。特征碎片m/z 153可通過脫去一分子H2O而產(chǎn)生新的特征碎片m/z 171。

槲皮素由于在3-位上有羥基取代，1，3A+和1，2A+都會產(chǎn)生特征例子m/z 179。1，2A+容易脫去CO基團(tuán)，故m/z 151是槲皮素的主要碎片診斷離子。同時，異黃酮類相對于黃酮類需要更高的碰撞能量才能得到特征碎片離子[9]。

B環(huán)上的羥基取代程度可影響黃酮糖苷的質(zhì)譜裂解行為。B環(huán)上羥基越多，在低能量撞擊下脫去糖苷鍵碎片的強度越高。毛地黃酮-7-O葡萄糖苷在B環(huán)上有一個羥基取代，比蒙花苷-7-O蕓香糖苷和芹黃素-7-O吡喃糖苷產(chǎn)生的脫糖苷碎片豐度更高。此外，糖苷鍵的取代位置對碎片也有影響，槲皮素-3-O蕓香糖苷在B環(huán)上有兩個羥基取代，但是相比于毛地黃酮-7-O葡萄糖苷則需要更高的碰撞能量才能得到黃酮碎片離子。羥基和O-糖苷鍵是供電子基團(tuán)，由于定位效應(yīng)和共軛效應(yīng)，B環(huán)上未被取代和3-位上有供電子基團(tuán)的結(jié)構(gòu)需要更高的碰撞能量。因此，當(dāng)毛細(xì)管電壓和錐孔電壓分別設(shè)定在3 000V和30V時，槲皮素-3-O蕓香糖苷的槲皮素殘基可在一級質(zhì)譜中被找到[10]

2.2.2 新分離成分結(jié)構(gòu)特征 首次在大薊甲醇提取液中發(fā)現(xiàn)的是斑鳩菊酸、叔丁基羥基茴香醚、二氫辣椒素、大黃蒽醌和紫杉葉素。由于存在離子對競爭性抑制，大黃素-甲醚、二氫辣椒素、叔丁基茴香基醚僅存在于正離子模式下，斑鳩菊酸、半夏酸、紫杉葉素僅存在于負(fù)離子模式下。

大黃素-甲醚的主要碎片離子為脫落了一個甲基基團(tuán)的m/z 270，其結(jié)構(gòu)是通過共軛作用保持穩(wěn)定性的。此外，由于3-位CO基團(tuán)的脫落，產(chǎn)生了m/z 242的碎片離子[11]。

二氫辣椒素的主要碎片離子m/z 290與文獻(xiàn)報道的主要碎片離子m/z 137并不一致[12]，碎片離子m/z 136進(jìn)一步失去一個CH2基團(tuán)，碎裂成為m/z 122的碎片離子，這個裂解是ESI源中沒有發(fā)現(xiàn)過的。二氫辣椒素的主要裂解途徑是通過N-C鍵的斷裂，其主要碎片離子(m/z 137)也是由于N-C鍵斷裂而產(chǎn)生的[12-13]，可能的機制見圖1。

圖1 正離子模式下二氫辣椒素裂解途徑

峰號保留時間電離模式質(zhì)荷比(m/z)計算值(m/z)濃度(ppm)分子式MS/MS(m/z)分子名稱14.50[M+H]+463.0880463.08770.6C21H18O12287,153,135Luteolin7-O-glucuronide25.24[M+H]+447.0929447.09270.4C21H19O11271,153,1194H-1-Benzopyran-4-one,3-(β-D-glucopyranosyloxy)-5,7-dihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-35.68[M+H]+275.0923311.0933275.0925311.0919-0.74.5C15H14O5C18H14O5257,239,183,171,143,128147,166,178,187,190,233,266epi-Afzelechin6-Desoxyjacareubin47.20[M+H]+287.0557287.0556-0.3C15H10O6241,153,135,117Luteolin57.35[M+H]+593.1823593.1870-7.9C28H32O14285Linarin-7-O-rutinoside68.72[M+H]+308.2230308.22261.3C18H29N1O3290,262,206,192,179,136,122Dihydrocapsaicin78.86[M+H]+271.0609271.06061.1C15H10O5243,225,171,153,119Apigenin810.02[M+H]+181.1206181.122912.7C11H16O2137,105ButylatedHydroxyanisole911.19[M+H]+259.0975259.09701.9C15H14O4243,225,211,143,131O-Desmethylangolensin1011.88[M+H]+403.2070403.20802.5C18H30N2O8224,152,117,105Tyrosine1112.03[M+H]+285.0768285.07631.8C16H12O5270,242,153,133Physcion

表2 負(fù)離子模式下成分鑒定

叔丁基茴香基醚的質(zhì)譜信息可通過Wiley數(shù)據(jù)庫進(jìn)行鑒定，m/z 137是其主要的碎片離子，但仍可以進(jìn)一步失去一個CH4O基團(tuán)，碎裂為m/z 105形成另一個主要碎片離子。

斑鳩菊酸是第一次在ESI-MS中被報道，其主要碎片為m/z 277(M-H2O-H-)和m/z 195 (M-C6H12O-H-)。半夏酸的裂解方式和斑鳩菊酸類似。

紫杉葉素的母離子相繼脫去一個二苯基基團(tuán)和一個C3O3H5基團(tuán)，產(chǎn)生了m/z 241和m/z 151碎片離子。

3 結(jié)論

應(yīng)用UPLC/Q-TOF-MS 技術(shù)對大薊甲醇-水提取物進(jìn)行快速分析，在17min內(nèi)成功鑒定出29種成分，其中5種化學(xué)成分為首次在大薊中發(fā)現(xiàn)。本文闡明了電噴霧質(zhì)譜中大薊各成分的裂解規(guī)律，并總結(jié)了大薊中各類成分的主要碎片離子和異黃酮類中[1，2A+-CO+H]+可作為3-位上是否有羥基取代的診斷離子。綜上所述，UPLC/Q-TOF-MS技術(shù)可應(yīng)用于大薊成分的快速分析和結(jié)構(gòu)鑒定。

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A Rapid Ultraperformance Liquid Chromatography-tandem Mass Spectrometric Method for Qualitative Analysis of Cirsium japonicum

Peng Haibo, Wu Xia, Zhang Yu, Feng Yifan*

(Central Lab of Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510000,China)

Cirsium japonicum is a perennial medicinal plant. A better understanding of this herb requires the detection of new potentially useful compounds and analysis of their application. A rapid and sensitive method for identification of the constituents of C. japonicum was developed, which employed ultraperformance liquid chromatography coupled with electrospray ionization-tandem quadrupole high resolution time-of-flight mass spectrometry (UPLC/Q-TOF-MS). Using this approach, 29 compounds were identified and tentatively characterized, in a period of 17min. These compounds included flavonoids, flavone glycosides, isoflavonoids, organic acids, phenolic acids, and anthraquinones. Among them, vernolic acid, butylated hydroxyanisole, physcion, and taxifolin have been reported for C. japonicum for the first time, and their fragmentation behavior upon electrospray ionization has been discussed. Unusual H2O and CO loss in flavonoids was characterized here for the first time and a new diagnostic ion and new fragmentation pattern were proposed for dihydrocapsaicin. The results indicated that UPLC/Q-TOF-MS was a powerful complementary tool for structural characterization by ESI-MS/MS.

Cirsium japonicum; Fragment; UPLC/Q-TOF-MS; Rapid Identification

2014-09-09

國家自然科學(xué)基金項目(1035102201000000)；教育部廣東工業(yè)大學(xué)合作研究項目(2009B090300349，2011B090400379)

彭海博(1990-)，男，廣東藥學(xué)院碩士研究生，研究方向為中藥質(zhì)量控制。

馮毅凡，廣東藥學(xué)院教授，研究方向為藥物分析。E-mail：tfengyf@163.com.

R284.1

A

1673-2197(2015)02-0016-03

10.11954/ytctyy.201502007