基于PY-GC-MS技術(shù)對沉香揮發(fā)性成分的研究

陳福欣，張軍興，李立，張少利，張會寬，鄭超，賀詩華

（1.西安科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西西安 710054）（2.藥物合成與優(yōu)化湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 448001）（3.陜西華電榆橫煤化工有限公司，陜西榆林 719000）

沉香是瑞香科沉香屬（Aquilaria）植物中含有樹脂的木材，是香料和中藥的重要組成成分[1,2]。主要分布于我國的兩廣以及云南和福建等地[3]，此外，東亞國家以印度尼西亞、馬來西亞、新加坡均有沉香（新州香）。沉香具有強(qiáng)烈的抗菌效能、香氣入脾、清神理氣、補(bǔ)五臟、止咳化痰、暖胃溫脾、通氣定痛、能入藥[4,5]，是我國的傳統(tǒng)藥材；同時也是現(xiàn)代食品工業(yè)的新貴，北譽(yù)為食品的“類奢侈”化代表，如沉香榨菜等等[6]。由于高需求、低產(chǎn)量，大量假冒偽劣沉香迅速充斥市場，因此對于沉香化學(xué)成分的簡單、快速檢測技術(shù)一直都是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)[7]。

梅文莉等[8]采用乙醚浸提法提取了4種奇楠沉香樣品，通過GC-MS已經(jīng)鑒定了國產(chǎn)沉香的揮發(fā)油，得到主要由倍半萜、芳香族化合物和脂肪酸的組分。

楊德蘭等[9]采用類似的方法定量研究了4個樣品乙醚提取物的化學(xué)成分。袁觀富等[10]由93%乙醇低溫-動態(tài)-微波技術(shù)提取得兩種精油，采用GC-MS技術(shù)初步分析了不同萃取技術(shù)對產(chǎn)物的影響。

總之，提取或萃取技術(shù)將固體沉香進(jìn)行預(yù)處理，然后再進(jìn)行分析是該類物質(zhì)分析的常用方法，具有操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。

熱裂解-氣相色譜-質(zhì)譜（PY-GC-MS）采用熱裂解系統(tǒng)與氣相色譜-質(zhì)譜系統(tǒng)的結(jié)合技術(shù)，充分發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的分析技術(shù)[11]。熱裂解技術(shù)將沸點(diǎn)高、分子量大的有機(jī)物質(zhì)裂解或分解為較低分子量或低沸點(diǎn)的有機(jī)化合物，并結(jié)合氣相色譜的強(qiáng)大分離能力和質(zhì)譜系統(tǒng)便于定性和定量分析的優(yōu)點(diǎn)，在煤炭、生物質(zhì)、高分子聚合物、橡膠、石油化工等各個領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用[12]。

其中，低溫、快速的PY-GC-MS技術(shù)因溫度低、重現(xiàn)性好、成本低和環(huán)境友好等因素是目前該技術(shù)的主要發(fā)展方向[13]。當(dāng)熱裂解溫度降低至300 ℃以下時，熱裂解反應(yīng)較少，而熱分離過程顯著增加，因此可以應(yīng)用于沸點(diǎn)相對較低化合物的在線分離。相對于常規(guī)的萃取、提取方法[14～16]，該方法無需原料前處理，可直接進(jìn)樣，整個過程操作快速簡單，污染小、效率高。熱分離后揮發(fā)組分直接經(jīng)GC分離和MS的檢測，可以方便的定性和定量分析。本實(shí)驗(yàn)降低了熱裂解溫度、增加了熱分離過程，無需繁瑣的提取或萃取過程，可直接對對沉香的低沸點(diǎn)組分進(jìn)行分析，為沉香成分分析和質(zhì)量控制提供一種簡單、高效的新方法，同時揮發(fā)分中止咳和鎮(zhèn)痛等藥物作用，同時沉香具有明顯的抗癌作用，或可研制抗癌藥物，為后續(xù)的藥物提取和抗癌藥物的研制提供快速簡單的分析路徑。

1 材料與方法

1.1 材料

國產(chǎn)沉香（購于韶遠(yuǎn)試劑有限公司）。固體沉香或沉香粉末樣品，每樣1 mg±0.2 mg。

儀器：熱裂解爐為日本Frontier公司的PY-2020iS；GC/MS系統(tǒng)是美國Agilent 7890A-5975C。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 熱解條件

接口溫度230 ℃，熱解溫度：150 ℃、170 ℃、190 ℃、220 ℃、260 ℃、300 ℃、400 ℃和 500 ℃，熱解時間0.2 min。

1.2.2 色譜條件

①色譜柱：HP-5MS 5% Phenyl Methyl Silox(30 m×250 μm×0.25 μm)彈性石英毛細(xì)管柱；②升溫程序：初始溫度40 ℃，保持3 min，以4 ℃/min升至180 ℃，再以10 ℃/min升至280 ℃，最后以10 ℃/min升至310 ℃；③載氣為高純He氣，流速1.0 mL/min，壓力5.1 kPa，進(jìn)樣量1.0 μL；④分流比100:1，運(yùn)行時間57 min。

1.2.3 質(zhì)譜條件

電子轟擊(EI)離子源；電子能量70 eV；全掃描采集模式；溶劑延遲1.2 min；EMV模式：增益系數(shù)；增益系數(shù)1.00；結(jié)果EM電壓1412 V；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；檢測離子質(zhì)量范圍：m/z 20～400 u。

1.3 數(shù)據(jù)分析及處理

利用GC-MS分析，通過化學(xué)工作站ChemStation的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，利用NIST 08標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫檢索鑒定成分（匹配度>85%），按面積歸一化法進(jìn)行定量分析，測得其相對含量，結(jié)果如表1所示。

表1 熱解溫度220 ℃熱解產(chǎn)物Table 1 Pyrolysis products of Aquilaria agallocha at 220 oC

注：§表示酚；※表示醇；+表示酮；*表示酸；&表示酯；△表示醛；$表示烴；#表示其他。

2 結(jié)果與討論

圖1 220 ℃沉香熱解揮發(fā)組分總離子流圖Fig.1 Total ion chromatograms of the volatile components of Aquilaria agallocha at 220 oC

應(yīng)用PY-GC-MS技術(shù)對熱解時間0.2 min不同熱解溫度的沉香揮發(fā)組分進(jìn)行熱分離，并對其組成成分和含量進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低溫沉香熱解產(chǎn)物較少，高溫?zé)峤猱a(chǎn)物明顯增多，這可能因?yàn)榈蜏貤l件下沉香熱解不充分揮發(fā)組分少，而高溫時沉香中的纖維素和木質(zhì)素?zé)峤鈱?dǎo)致的。通過比較不同熱解溫度下檢測到的組分，發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)條件下沉香的最佳熱解溫度為220 ℃，熱解組分分析結(jié)果見表1。主要熱解產(chǎn)物有醛和酮，揮發(fā)組分含量最高的是3,5-二甲氧基-4-羥基肉桂醛和可待因。

比較8個熱解溫度下的產(chǎn)物我們發(fā)現(xiàn)：150 ℃熱解溫度下，沉香熱解產(chǎn)物中檢測到少量的咖啡因、左旋海松酸和脫氫香酸；170 ℃檢測到微量1,2,3,5,6,7,8,8a-八氫-1,8a-二甲基-7-(1-甲基乙烯基),[1R-(1.alpha.,7.beta.,8a.alpha.)]-萘、咖啡因、左旋海松酸、海松酸、脫氫香酸和松香酸；190 ℃熱解溫度下檢測到 1,2,3,5,6,7,8,8a-八氫-1,8a-二甲基-7-(1-甲基乙烯基),[1R-(1.alpha.,7.beta.,8a.alpha.)]-萘、4-羥基-2-甲氧基肉桂醛、咖啡因、左旋海松酸、3,5-二甲氧基-4-羥基肉桂醛、脫氫松香酸、松香酸、和 5-羥基-6,7,8-三甲基-2,3-二甲基色酮，其中脫氫香酸的相對含量最高，達(dá)到40.39%；220 ℃熱解溫度下可待因相對含量最高，達(dá)到19.62%。

260 ℃和 300 ℃熱解溫度下檢測到(E)-2-甲氧基-4-(1-丙烯基)苯酚、2,6-二甲氧基-4-(2-丙烯基)苯酚、4-羥基-3,5-二甲基苯甲醛、3,4,5-三甲氧基芐基甲基醚、4-羥基-2-甲氧基肉桂、去甲綿馬酚和 3,5-二甲氧基-4-羥基肉桂醛等組分，既有沉香熱解成分也有纖維素?zé)峤獬煞郑渲?60 ℃熱解溫度下3,5-二甲氧基-4-羥基肉桂醛相對含量最高，達(dá)到19.90%，300 ℃熱解溫度下 2H-1-苯并吡喃-3,4-二醇,2-(3,4-二甲氧基苯基)-3,4-二氫-6-甲基-,(2π3π4π-)相對含量最高，達(dá)到19.61%；

261 400 ℃和500 ℃熱解溫度下主要檢測到纖維素?zé)峤饨M分，醋酸、2-呋喃甲醇、苯酚、1,2,4-三甲氧基苯、2,6-二甲氧基-4-(2-丙烯基)苯酚和1-(4-羥基-3,5-二甲氧基苯基)-乙酮等物質(zhì)，除此之外還檢測到少量沉香熱解組分：丁香醛、4-羥基-2-甲氧基肉桂醛等物質(zhì)。這說明不同熱解溫度不僅對揮發(fā)組分的種類有影響，而且對揮發(fā)組分的含量也有影響。

通過熱解溫度揮發(fā)產(chǎn)物的對比，在 150 ℃和170 ℃、190 ℃時揮發(fā)物的含量和組成慢慢增加，而到220 ℃時組分達(dá)到了23種，且3,5-二甲氧基-4-羥基肉桂醛和可待因含量都高達(dá)19%以上。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，260 ℃和300 ℃組分增加且可以檢測出纖維素的熱解產(chǎn)物，表明沉香在此時已經(jīng)發(fā)生了熱解反應(yīng)，繼續(xù)升溫?zé)峤夥磻?yīng)進(jìn)一步增加，揮發(fā)性組分也增加。

圖1是220 ℃沉香熱解揮發(fā)組分總離子流圖，從圖中可以看出保留時間20 min后開始出峰，30～45 min之間檢測到的物質(zhì)較多，本實(shí)驗(yàn)檢測到一些重要的化合物，化合物5：丁香醛；化合物13：3,5-二甲氧基-4-羥基肉桂醛；化合物 19：5-羥基-6,7,8-三甲基-2,3-二甲基色酮；化合物21：可待因。其中相對較高兩個峰42.89 min和48.011 min，分別是3,5-二甲氧基-4-羥基肉桂醛和可待因檢測到的出峰時間，前者是多數(shù)藥用植物的含量，后者有止咳和鎮(zhèn)痛等藥物作用。檢測到的咖啡因也是一種中樞神經(jīng)興奮劑，這也許與沉香藥用價值有關(guān)。

相對于常規(guī)的萃取、提取方法[11～13]，該方法無需原料前處理，可直接進(jìn)樣，整個過程操作快速簡單，污染小、效率高。熱分離后揮發(fā)組分直接經(jīng)GC分離和MS的檢測，可以方便的定性和定量分析。

3 結(jié)論

3.1 本文研究不同熱解溫度下沉香的揮發(fā)組分，基于PY-GC-MS對揮發(fā)組分進(jìn)行熱分離，最終得到當(dāng)溫度低于 190 ℃時沉香熱解揮發(fā)組分較少，溫度高于300 ℃時沉香熱解揮發(fā)組分明顯增多，這可能因?yàn)榈蜏貤l件下沉香熱解不充分揮發(fā)組分少，溫度超過300 ℃時沉香中的纖維素和木質(zhì)素?zé)峤鈱?dǎo)致的。

3.2 對熱解溫度220 ℃的揮發(fā)組分進(jìn)行分析，共鑒定出 23種物質(zhì)，主要組分有醛、酸和酮，其中1,2,3,5,6,7,8,8a-八氫-1,8a二甲基-7-(1-甲基乙烯基),[1R-(1.alpha,7.beta,8a.alpha.)]-萘、丁香醛、2,6-二甲氧基苯酚、2,6-二甲氧基-4-(2-丙烯基)苯酚、脫氫松香酸與之前文獻(xiàn)報道的研究一致。除此之外基于PY-GC-MS快速檢測到咖啡因、5-羥基-6,7,8-三甲基-2,3-二甲基色酮、可待因、3,5-二甲氧基-4-羥基肉桂醛、2,6-二甲氧基-4-(2-丙烯基)苯酚等物質(zhì)，不乏有藥理作用的組分和沉香中特有的色酮類化合物，沉香揮發(fā)油含量較高，具有濃郁的香氣，是沉香揮發(fā)性藥效的主要成分，其揮發(fā)油的含量直接與藥材的質(zhì)量有關(guān)。比單純的對沉香萃取后檢測到的物質(zhì)更快更清晰，為沉香的指紋圖譜的構(gòu)建提供寶貴的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

3.3 由于沉香熱解揮發(fā)組分極為復(fù)雜，不同的熱解溫度對熱解組分有一定的影響，目前有關(guān)沉香熱組分的研究還不是很多。沉香的藥用和使用價值一直是該領(lǐng)域研究的動力和方向，找到一種簡單高效、方便快捷的檢測、判斷市售沉香真?zhèn)蔚姆椒ㄊ欠浅Ｖ匾陀幸饬x的。

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