賴國銀, 王俐娟, 盧 鶴, 曾秋梅, 徐敦明*,王曉琴, 林立毅, 張志剛, 呂美玲
(1. 廈門出入境檢驗(yàn)檢疫局, 福建 廈門 361026; 2. 華僑大學(xué)化工學(xué)院華僑大學(xué)油脂及天然產(chǎn)物研究所,福建 廈門 361021; 3. 安捷倫科技(中國)有限公司, 北京 100102)
研究論文
超高效液相色譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜定性研究茶葉籽中的酚類化合物
賴國銀1, 王俐娟2, 盧 鶴2, 曾秋梅2, 徐敦明1*,王曉琴2, 林立毅1, 張志剛1, 呂美玲3
(1. 廈門出入境檢驗(yàn)檢疫局, 福建 廈門 361026; 2. 華僑大學(xué)化工學(xué)院華僑大學(xué)油脂及天然產(chǎn)物研究所,福建 廈門 361021; 3. 安捷倫科技(中國)有限公司, 北京 100102)
采用超高效液相色譜(UHPLC)-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜(Q-TOF/MS)技術(shù)定性分析茶葉籽中的酚類化合物。茶葉籽樣品經(jīng)乙醇水溶液提取后經(jīng)反相色譜分離,通過Q-TOF/MS進(jìn)行化合物的鑒定?;谏讲鑼偌跋嚓P(guān)植物化學(xué)組成的文獻(xiàn),建立了一個(gè)含有106種酚類化合物的數(shù)據(jù)庫。對UHPLC-Q-TOF/MS采集得到的一級質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫檢索,然后對檢索到的化合物色譜峰進(jìn)行二級質(zhì)譜掃描,根據(jù)得到的碎片離子推斷化合物的結(jié)構(gòu)。初步推斷出茶葉籽提取物中的24種酚類化合物,包括13種酚酸類、4種兒茶素類和7種黃酮類化合物,并通過與標(biāo)準(zhǔn)品比對,進(jìn)一步確證了這些化合物。結(jié)果表明UHPLC-Q-TOF/MS技術(shù)可以用于對茶葉籽中酚類化合物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、可靠的定性分析,促進(jìn)新化合物的發(fā)現(xiàn)與鑒別。
超高效液相色譜;四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜;酚類化合物;茶葉籽
茶樹(CamelliaSinensisO.Ktze)為山茶科山茶屬植物,起源于我國云貴高原[1]。茶樹葉子、果實(shí)等植物材料富含茶多酚[2]。酚類化合物是植物中一種重要的次生代謝產(chǎn)物,其分子結(jié)構(gòu)中含有若干個(gè)酚性羥基基團(tuán),一般分為酚酸類、黃酮類、單寧類、黃烷醇類和苷類等[3]。兒茶素類是山茶屬植物的特征酚物質(zhì),屬于黃烷醇類化合物,一般存在于該屬植物的花、莖、葉和果實(shí)中[4,5]。研究表明,植物酚類化合物是一種天然抗氧化劑,能清除人體內(nèi)的一氧化氮(NO)和活性氧(ROS)自由基[6],抑制氧化酶活性和激活抗氧化酶體系[7]。另有報(bào)道表明,酚類化合物能有效抑制細(xì)菌和真菌的生長[8,9],同時(shí)可以抑制癌細(xì)胞增殖,降低致癌誘變劑的活性[10]。
目前,國內(nèi)外對茶葉籽酚類化合物組成的研究報(bào)道不多,主要集中于對酚類物質(zhì)提取工藝的優(yōu)化和總酚含量的測定[11,12],其中應(yīng)用最為廣泛的分析技術(shù)為紫外分光光度法[13],而對酚類化合物組成的定性則采用超高效液相色譜(UHPLC)技術(shù)[14]。顯然,目前的分析方法依賴已知的標(biāo)準(zhǔn)品,具有一定的局限性;同時(shí),液相色譜技術(shù)靈敏度不高,難以用于微量物質(zhì)的鑒定。超高效液相色譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜(UHPLC-Q-TOF/MS)是目前酚類化合物研究中應(yīng)用較好的定性技術(shù),可以提高分析的特異性和準(zhǔn)確度。該技術(shù)能夠在無標(biāo)準(zhǔn)品的情況下對粗提液中微量物質(zhì)進(jìn)行初步組成和結(jié)構(gòu)分析,靈敏度和選擇性高,已廣泛應(yīng)用于橄欖油中多酚物質(zhì)的測定,大大推動(dòng)了橄欖油中微量活性物質(zhì)分析的進(jìn)展[15-17]。
為了能夠深入了解茶葉籽中酚類化合物的組成,本實(shí)驗(yàn)采用UHPLC-Q-TOF/MS技術(shù),對茶葉籽乙醇提取物進(jìn)行研究分析。通過自建酚類化合物數(shù)據(jù)庫結(jié)合Mass Hunter Q-TOF/MS數(shù)據(jù)采集與定性軟件對茶葉籽提取物中的酚類物質(zhì)進(jìn)行初步檢索。檢索到的化合物進(jìn)一步進(jìn)行二級質(zhì)譜分析,根據(jù)碎片離子信息判斷化合物的可能結(jié)構(gòu),并利用標(biāo)準(zhǔn)品比對的方式確證化合物,為全面快速分析茶葉籽成分及其深度研發(fā)應(yīng)用提供參考。
1.1 材料與試劑
茶葉籽采自福建省泉州市安溪茶園。
乙腈、甲醇、甲酸(均為色譜純,美國Sigma-Aldrich公司);正己烷(色譜純,西隴化工股份有限公司);實(shí)驗(yàn)用水為自制超純水;苯甲酸、4-羥基苯甲酸、原兒茶酸、一水合沒食子酸、鄰苯二甲酸、4-羥基苯乙酸、香草酸、肉桂酸、對香豆酸、咖啡酸、阿魏酸、芥子酸、綠原酸、表兒茶素、芹菜素、山柰酚、木犀草素、槲皮素、楊梅素、柚皮素、二氫槲皮素(均為分析級標(biāo)準(zhǔn)品,阿拉丁試劑公司);兒茶素、表沒食子兒茶素、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(均為分析級標(biāo)準(zhǔn)品,美國Sigma公司); 0.2 μm有機(jī)濾膜(英國Whatman公司)。
1.2 儀器與設(shè)備
Agilent 1290系列超高效液相色譜儀(美國Agilent公司),配備在線脫氣系統(tǒng)、四元泵、自動(dòng)進(jìn)樣裝置、柱溫箱;Agilent 6540UHD高分辨飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(美國Agilent公司),配備鞘流雙電噴霧離子源(dual Jet Stream ESI), Mass Hunter Data Acquisition實(shí)時(shí)采集工作站,Qualitative Analysis離線分析軟件和Mass Hunter PCDL Manager個(gè)人化合物數(shù)據(jù)庫與譜圖庫創(chuàng)建軟件;BS2202S分析天平(德國Sartorious公司); QL-861漩渦混合器(海門其林貝爾儀器制造公司);離心機(jī)(湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司); R215旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(瑞士BUCHI公司),配備B491水浴鍋、V700真空泵;DLSB-10/20低溫冷卻液循環(huán)泵(鄭州長城科工貿(mào)公司)。
1.3 實(shí)驗(yàn)條件
1.3.1 色譜條件
色譜柱:Agilent Eclipse Plus-C18(100 mm×2.1 mm, 1.8 μm);流動(dòng)相:A為0.1%(v/v)甲酸水溶液,B為0.1%(v/v)甲酸乙腈溶液。梯度洗脫:0~5 min, 5%B~10%B; 5~7 min, 10%B~20%B; 7~9 min, 20%B; 9~10 min, 20%B~50%B; 10~12 min: 50%B; 12~13 min, 50%B~5%B; 13~15 min, 5%B。流速0.4 mL/min;柱溫30 ℃;進(jìn)樣量2.0 μL;平衡時(shí)間3 min。
1.3.2 質(zhì)譜條件
采用鞘流雙電噴霧離子源在負(fù)離子掃描方式下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,參比離子m/z為112.985 5和980.016 3。干燥氣為高純N2,毛細(xì)管電壓4 000 V,霧化氣壓力207 kPa,碎裂電壓140 V,干燥氣溫度190 ℃,干燥氣流速9 L/min,鞘氣溫度350 ℃,鞘氣流速10 L/min,離子掃描范圍m/z100~1 100。二級質(zhì)譜參數(shù)中碰撞能量設(shè)定為10~40 eV。每天采集運(yùn)行前,使用調(diào)諧液(含125 μmol/L三氟乙酸銨、5 μmol/L嘌呤和1.25 μmol/L六-(1-氫,2-氫,3-氫-全氟丙氧基)磷氮混合溶液(溶劑為乙腈-水,95∶5, v/v)進(jìn)行質(zhì)量軸校準(zhǔn)。
1.4 樣品前處理
準(zhǔn)確稱取茶葉籽粉1.00 g于100 mL錐形瓶中,加入25 mL提取液(體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇水溶液)搖勻,于60 ℃下振蕩提取1 h后在4 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min,收集上層澄清液。繼續(xù)向剩余沉淀物中加入10 mL提取液清洗,離心收集上清液。重復(fù)提取3次,合并上清液,于35 ℃下旋蒸濃縮至干后用50%(v/v)甲醇水溶液定容至250 μL,溶解液經(jīng)0.2 μm有機(jī)濾膜過濾,密封冷藏待分析。
2.1 條件優(yōu)化
2.1.1 色譜條件的優(yōu)化
由于茶葉籽提取物化學(xué)成分復(fù)雜,因此本實(shí)驗(yàn)對色譜柱和流動(dòng)相體系及洗脫程序進(jìn)行了詳細(xì)的考察。分別考察了色譜柱Zorbax-RRHD-C18(100 mm×3.0 mm, 5 μm)、Zorbax-SB-C18(150 mm×4.6 mm, 5 μm)、Zorbax-SB-C18(100 mm×2.1 mm, 3.5 μm)、Extend-C18(250 mm×4.6 mm, 5 μm)、Zorbax Eclipse Plus-C18(100 mm×2.1 mm, 1.8 μm)(美國Agilent公司)和Spursil-C18(150 mm×2.1 mm, 2.1 μm,迪馬科技有限公司)。結(jié)果表明色譜柱Zorbax Eclipse Plus-C18(100 mm×2.1 mm, 1.8 μm)的分離效果最佳,能較全面地反映茶葉籽提取物的化學(xué)成分,因此采用此色譜柱進(jìn)行之后的分析。
流動(dòng)相體系的選擇直接影響各組分分離效果。首先考察了甲醇-水和乙腈-水流動(dòng)相體系,結(jié)果表明采用乙腈-水體系為流動(dòng)相時(shí)峰形更佳,響應(yīng)值更高。同時(shí)考察了流動(dòng)相中添加劑組成的影響,包括不使用添加劑、加入5 mmol/L醋酸銨和0.1%(v/v)甲酸。結(jié)果顯示流動(dòng)相中加入醋酸銨和不使用添加劑時(shí),峰形易產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象,物質(zhì)間分離度較低;而流動(dòng)相中加入0.1%(v/v)甲酸時(shí),能有效抑制拖尾,改善峰形,和文獻(xiàn)[16]中使用酸性流動(dòng)相時(shí)一致。因此,最終選擇乙腈-0.1%(v/v)甲酸水溶液作為流動(dòng)相。此外,分別考察了柱溫、流速和梯度洗脫程序?qū)M分分離的影響。最終,在1.3.1節(jié)所述條件下,所有組分得到較好的分離,總離子流圖見圖1。
2.1.2 質(zhì)譜條件的優(yōu)化
分別考察了正、負(fù)離子模式下的質(zhì)譜全掃描檢測,結(jié)果顯示大多酚類化合物在負(fù)離子模式下響應(yīng)較好,峰容量更大,而在正離子模式下響應(yīng)較弱。因此本實(shí)驗(yàn)最終采用負(fù)離子模式進(jìn)行檢測。此外,對質(zhì)譜參數(shù)中的毛細(xì)管電壓、干燥氣溫度和流速、霧化氣壓力、鞘氣溫度和流速、碎裂電壓等進(jìn)行優(yōu)化,最終確定1.3.2節(jié)的檢測條件。
2.2 茶葉籽提取物化學(xué)成分的鑒別分析
圖 1 通過UHPLC-Q-TOF/MS得到的茶葉籽提取液的(a)總離子流色譜圖及(b)可能的酚類化合物的重疊提取離子色譜圖Fig. 1 (a) Total ion chromatogram (TIC) and (b) overlaid extracted ion chromatograms (EIC) of the tentatively identified phenolic compounds from the tea seed extract using ultra-high performance liquid chromatography combined with quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UHPLC-Q-TOF/MS) Peak Nos. see Table 1.
應(yīng)用UHPLC-Q-TOF/MS在上述優(yōu)化的色譜和質(zhì)譜條件下對茶葉籽提取物進(jìn)行分析,得到負(fù)離子模式下測定該提取物的總離子流色譜圖(見圖1a)。為了從中提取有效的、與酚類相關(guān)的化合物信息,首先通過查閱專業(yè)數(shù)據(jù)庫(ChemSpider、Pubmed、Scifinder、中科院化學(xué)專業(yè)數(shù)據(jù)庫)和參考文獻(xiàn)[18-28]收集了106種山茶屬及相關(guān)植物中酚類化合物的名稱及分子式,并計(jì)算其精確相對分子質(zhì)量,利用MassHunter PCDL (Personal Compound Database and Library) Manager軟件建立含有這些酚類化合物的數(shù)據(jù)庫。通過MassHunter定性軟件結(jié)合自建的酚類化合物數(shù)據(jù)庫檢索UHPLC-Q-TOF/MS采集到的原始數(shù)據(jù),得到提取液中含有的與酚類化合物庫中精確相對分子質(zhì)量一致的色譜峰。這些色譜峰的提取離子色譜圖如圖1b所示。然后,利用Q-TOF/MS質(zhì)譜分析器的四極桿選擇這些色譜峰對應(yīng)的分子離子,在碰撞池中對其進(jìn)行碰撞誘導(dǎo)解離,裂解所得的碎片離子通過TOF掃描得到二級質(zhì)譜圖。然后根據(jù)離子的裂解情況并結(jié)合文獻(xiàn)進(jìn)一步比對,初步推斷出茶葉籽乙醇提取物中的24種酚類化合物,其中包括13種酚酸化合物、4種兒茶素類化合物和7種黃酮類化合物(見表1),其結(jié)構(gòu)式見圖2。
表 1 茶葉籽酚類化合物的UHPLC-Q-TOF/MS鑒定結(jié)果
2.2.1 酚酸類化合物
酚酸類化合物極性強(qiáng),保留時(shí)間較短。結(jié)合文獻(xiàn)[19]及專業(yè)數(shù)據(jù)庫,在茶葉籽乙醇提取物中共鑒定出13種酚酸類物質(zhì)。以化合物2為例,其精確質(zhì)量提取離子色譜圖見圖3a,對應(yīng)的二級質(zhì)譜圖見圖3b。母離子[M-H]-的m/z為153.019 7,對應(yīng)的最佳分子式為C7H6O4,經(jīng)參考文獻(xiàn)[19]及數(shù)據(jù)庫比對,發(fā)現(xiàn)其與原兒茶酸分子離子峰一致,故初步推測其為原兒茶酸。可能的裂解方式如圖3c所示,母離子[M-H]-丟失羧基上的一個(gè)-CO2基團(tuán),產(chǎn)生m/z109.029 5的碎片離子,進(jìn)一步脫水得到m/z91.018 9的碎片離子。該特征離子與實(shí)際采集到的二級碎片離子圖一致,結(jié)合文獻(xiàn)[19]報(bào)道,推斷該化合物為原兒茶酸。
圖 2 UHPLC-Q-TOF/MS鑒定到茶葉籽乙醇提取物中的24種化合物的結(jié)構(gòu)Fig. 2 Structures of the 24 compounds in tea seed extract identified by UHPLC-Q-TOF/MS Compound Nos. see Table 1.
圖 3 化合物2的(a)提取離子色譜圖、(b)二級質(zhì)譜圖及(c)推斷的裂解方式Fig. 3 (a) EIC, (b) MS/MS spectrum and (c) the deducted fragmentation pathways of compound 2
圖 4 化合物4的(a)提取離子色譜圖、(b)二級質(zhì)譜圖及(c)推斷的裂解方式Fig. 4 (a) EIC, (b) MS/MS spectrum and (c) the deducted fragmentation pathways of compound 4
2.2.2 兒茶素類化合物
兒茶素類化合物容易發(fā)生丟失C2H2O碎片、C環(huán)的1,4鍵斷裂和丟失B環(huán)的裂解方式[20,29,30]?;衔?的精確相對分子質(zhì)量提取離子色譜圖及二級質(zhì)譜圖如圖4所示,其[M-H]-離子峰m/z為305.065 3,對應(yīng)的最佳分子式為C15H14O7。經(jīng)與參考文獻(xiàn)[20]比對,發(fā)現(xiàn)其與表沒食子兒茶素一致,故初步推測其為表沒食子兒茶素。C環(huán)的1,4鍵斷裂,可產(chǎn)生m/z125.024 4的碎片離子;而丟掉B環(huán)和部分A環(huán),可分別生成m/z為179.035 0和219.066 3的碎片離子;可能的碎裂方式如圖4c所示。除了碎片離子m/z219.066 3由于豐度偏低而實(shí)測值偏大,相對偏差為9.13×10-6(9.13 ppm)之外,母離子和其他兩個(gè)主要碎片離子的實(shí)測m/z值與理論值的相對偏差均在3 ppm以內(nèi),而且子離子碎片信息與文獻(xiàn)[20]報(bào)道一致。據(jù)此推斷,該化合物應(yīng)該為表沒食子兒茶素。
2.2.3 黃酮類化合物
黃酮類化合物的母體骨架特殊;在負(fù)離子模式下,不同的黃酮類化合物均有典型的裂解規(guī)律[26,31],如C環(huán)易發(fā)生逆Diels-Alder (RDA)裂解。依據(jù)其典型裂解方式,共初步鑒定出7種黃酮類成分:柚皮素、楊梅素、槲皮素、山柰酚、木犀草素、二氫槲皮素、芹菜素。如化合物18碎片離子峰的m/z為317.029 9,經(jīng)與參考文獻(xiàn)[21]及數(shù)據(jù)庫比對發(fā)現(xiàn)與楊梅素分子離子峰一致,初步推測其為楊梅素。楊梅素C環(huán)RDA裂解產(chǎn)生m/z151.003 7的碎片離子,丟失B環(huán)產(chǎn)生m/z178.999 1的碎片離子。在化合物18的碎片離子中發(fā)現(xiàn)m/z151.003 0和178.997 8的碎片離子,因此鑒定該化合物為楊梅素。
2.3 標(biāo)準(zhǔn)品確證
為進(jìn)一步確證,將已初步鑒定出的化合物與標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行保留時(shí)間和二級質(zhì)譜圖比對。在相同的色譜、質(zhì)譜條件下,得到混合標(biāo)準(zhǔn)品的總離子流色譜圖,經(jīng)精確質(zhì)量數(shù)提取,得到各標(biāo)準(zhǔn)化合物的保留時(shí)間和精確質(zhì)量,并采集各標(biāo)準(zhǔn)化合物的二級質(zhì)譜圖。將初步鑒定的茶葉籽酚類化合物與標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間進(jìn)行比較(見表1),所有24個(gè)化合物與對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間差異均在±0.1 min以內(nèi)。同時(shí),樣品中實(shí)際采集到的主要二級碎片離子與標(biāo)準(zhǔn)品中分子離子峰裂解的碎片離子偏差均在5 ppm以下。以原兒茶素(見圖5a)和表沒食子兒茶素(見圖5b)為例,茶葉籽實(shí)際樣品二級質(zhì)譜圖中主要特征離子的m/z與標(biāo)準(zhǔn)品的主要特征離子吻合得很好。
圖 5 (a)表沒食子兒茶素和(b)原兒茶酸在茶葉籽提取物及標(biāo)準(zhǔn)品中的質(zhì)譜圖比對Fig. 5 Comparison of the MS/MS spectra between the tea seed extract and the standard compounds for (a) (-)-epigallocatechin and (b) protocatechuate
采用超高效液相色譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)在負(fù)離子模式下對茶葉籽中的酚類化合物進(jìn)行分析,根據(jù)各個(gè)色譜峰的精確相對分子質(zhì)量、二級碎片離子信息,同時(shí)參考相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合自建的酚類化合物數(shù)據(jù)庫,共初步鑒定出24種主要酚類化合物,其中包括13種酚酸類、4種兒茶素類和7種黃酮類化合物。經(jīng)確證,這些化合物與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間及二級質(zhì)譜信息匹配良好。該方法快速、準(zhǔn)確,是一種相對較好的定性測定方法,可作為茶葉籽中酚類化合物的分析方法,為茶葉籽的進(jìn)一步深入分析和開發(fā)提供了參考。
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Qualitative analysis of phenolic compounds inCamelliaSinensisseeds by ultra-high performance liquid chromatography combined with quadrupole time-of-flight mass spectrometry
LAI Guoyin1, WANG Lijuan2, LU He2, ZENG Qiumei2, XU Dunming1*,WANG Xiaoqin2, LIN Liyi1, ZHANG Zhigang1, Lü Meiling3
(1.XiamenEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Xiamen361026,China; 2.CollegeofChemicalEngineering,InstituteofOilandNaturalProduct,HuaqiaoUniversity,Xiamen361021,China;3.AgilentTechnologies(China)Co.Ltd,Beijing100102,China)
Phenol compounds from some plants are considered as the natural anti-oxidants and have been demonstrated with the beneficial biological activities. In this work, the ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) combined with quadrupole time-of-flight mass spectrometry (Q-TOF/MS) was applied to qualitatively determine the phenolic compounds inCamelliaSinensisseeds. The seed sample was extracted using ethanol aqueous solution and further subjected to the UHPLC separation with the reversed phase C18 column as the stationary phase and the acidified acetonitrile/water as the binary mobile phases. The eluent from the column was directed to Q-TOF/MS for compound identification. Based on a number of reports on the chemical components inCamelliaSinensisand the related plants, a customized compound database was initially created including the name and formula of the previously reported 106 phenol compounds. The acquired MS scan data were searched against the customized phenol compound database. The retrieved compounds were then subjected to MS/MS scan, and the obtained fragment ions were applied to further determine the possible structures. A total of 24 phenolic compounds were tentatively identified, including 13 phenolic acids, 4 catechins, and 7 flavonoids, which were characteristic in the ethanol extract according to the available references and the relevant structural information of the molecular and fragment ions. These compounds were further confirmed by matching against the standard compounds in retention times and fragment ions. The results demonstrated that the UHPLC-Q-TOF/MS with the high mass accuracy and the high resolution is a reliable technology for rapid qualitative identification of the phenolic compounds inCamelliaSinensisseeds, promoting the discovery and identification of the new compounds.
ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC); quadrupole time-of-flight mass spectrometry (Q-TOF-MS); phenolic compounds;CamelliaSinensisseed
10.3724/SP.J.1123.2016.11010
2016-11-12
福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2016J05045);國家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目(2016IK186).
Foundation item: Natural Science Foundation of Fujian Province (No. 2016J05045); Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine (AQSIQ) Project (No. 2016IK186).
O658
A
1000-8713(2017)05-0502-07
* 通訊聯(lián)系人.Tel:(0592)3269937,E-mail:xudm@xmciq.gov.cn.