基于气相色谱飞行时间质谱的滁菊挥发性成分分析

基于气相色谱飞行时间质谱的滁菊挥发性成分分析

目前，相位色谱法（tc）和气质联合使用法（tc-ms）已成为分析植物生长发育的主要方法。但是,常规的一维GC和GC-MS方法由于其分辨率和灵敏度较低、分离效果不佳等缺点,已不能对复杂的挥发性成分的组成进行准确的定性分析。而多维色谱在提高系统的分辨率与灵敏度的基础上,同时与质谱联用可以对复杂组分进行准确的定性分析。全二维气相色谱(comprehensivetwodimensionalgaschromatography,GC×GC)与飞行时间质谱(time-of-flightmassspectrometry,TOFMS)联用,具有高分辨率、高灵敏度、高峰容量等优点,已被广泛应用于石油、植物精油与烟气成分分析等领域。滁菊(ChrysanthemummorifoliumRamat)主要产于安徽滁州,是药茶两用佳品。其味甘、性微寒,气味清香,既可入药,又可用于制作清凉饮料,具有清热解毒、舒筋活血、护肝明目,增强人体免疫功能的作用。研究表明,滁菊中的挥发油成分和黄酮类物质是滁菊发挥药效的有效成分,而过去采用GC-MS研究滁菊挥发油,仅能从187个色谱峰中鉴定出50种化合物。本实验使用同时蒸馏萃取装置提取滁菊中的挥发油,应用GC×GC/TOFMS分析其化学成分,为滁菊的研究开发提供参考依据。1材料和方法1.1材料和试剂滁菊滁州滁菊研究所;无水硫酸钠(分析纯)上海润捷化学试剂有限公司;二氯甲烷(分析纯)天津市光复精细化工研究所。1.2仪器和仪器全二维气相色谱/飞行时间质谱系统、7890A气相色谱美国安捷伦科技公司;Pegasus4D飞行时间质谱美国力可公司;KT-2001型冷喷调制解调器美国Zoex公司;Rxi-5MS色谱柱和Rxi-17色谱柱美国瑞斯泰克公司;同时蒸馏萃取仪;HH-S2数显恒温水浴锅常州普天仪器制造有限公司;调温电热器上海联营通州市申通电热器厂;PL204.IC电子天平梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;RE2000B旋转蒸发仪上海亚荣生化仪器厂。1.3方法1.3.1萃取沸石的制备将滁菊于40℃条件下干燥2h,粉碎,粉末备用。准确量取35g滁菊粉末,放入同时蒸馏萃取装置一端的1000mL圆底烧瓶中,加入600mL蒸馏水和少许沸石,用电热套加热,装置另一端为盛有50mLCH2Cl2的250mL圆底烧瓶,在60℃条件下水浴加热,同时蒸馏萃取2h。收集CH2Cl2层,加入适量无水硫酸钠去除水分后,旋转蒸发浓缩至1mL,装入色谱瓶,待进样。1.3.2仪器和检测条件柱系统由两根色谱柱组成:柱①:Rxi-5MS(30m×0.25mm,0.25μm),柱②:Rxi-17(1.75m×0.1mm,0.1μm)。两根柱子通过毛细管柱连接器连接。载气为氦气,流速为1.0mL/min。操作条件:柱①:从50℃(保持0.2s)开始,以3℃/min的速率升至250℃(保持5min);柱②:从60℃(保持0.2s)开始,以3℃/min的速率升至260℃(保持5min)。进样口采用分流模式,进样分流比为50:1,进样量为1.0μL。电子电离离子源(electronionization,EI);电子能量70eV;检测器电压1500V;离子源温度240℃;传输线温度250℃;采集频率100Hz,质量扫描范围m/z35～400。调制周期6s,溶剂延迟360s。1.3.3色谱峰的识别数据处理采用力可公司的ChromaTOF软件(V4.32),识别信噪比大于100的色谱峰。软件自行完成峰的采集、去卷积以及NIST谱库检索,所有定性结果自动生成“峰表”。2结果与分析2.1色谱柱的选择全二维气相色谱系统是通过一个调制解调器把分离机理不同而又相互独立的两根色谱柱以串联的方式连接在一起的二维系统。调制解调器起到捕集再传送的作用,从第一根色谱柱分离出来的每一个馏分,均先进入调制器,再以脉冲方式送到第二根色谱柱作进一步分离。系统中的冷喷调制器由两股冷气和热气的喷口组成,工作时热气和冷气周期性交替,喷到毛细柱上,实现聚焦和脱吸附再进样作用。与传统的一维气相色谱技术类似,影响GC×GC分离的因素主要有操作条件(温度、线速度、进样量等)、色谱柱固定相和柱参数等。由于全二维气相色谱使用两根色谱柱,色谱柱的选择对实现正交分离有重要影响。色谱柱固定相的匹配是实现正交分离的关键;柱温是实现正交分离的最容易调节的参数之一。本实验选择了非极性柱作为第一维柱,组分按沸点高低进行分离;以中等极性柱作为第二维柱,结合程序升温,实现正交分离。由于滁菊挥发性成分种类较多,沸程较宽,实验选取了较低的初始温度(50℃)和较慢的的升温速率(3/min)。2.2类物质中挥发性成分---5-1-甲基甲基-1,3,4,4,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,10,7,8,7,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8-四氢-3,10-四氢-3,10-四氢-3,10-四氢-3,10-四氢-3,10-四氟-3,10-四氢-3,10-四氢-3,10-四氢-3,10-四氢-3,10-四氢-3,10-四氢-10-三参数见表1采用上述GC×GC分离方法,结合飞行时间质谱的定性方法,鉴定出滁菊挥发性成分中相似度和反相似度大于700的物质有349种,占到总峰面积的88.49%;相似度和反相似度在850以上的物质有156种,占到总峰面积的51.79%。表1中列出了相似度和反相似度在850以上的各化合物名称、分子式、一维和二维保留时间、相似度、反相似度、CAS号和相对含量。从表1可知,滁菊挥发性成分中烃类55种、醛类22种、酮类13种、醇类21种、酸类18种、酯类11种、杂环类8种、酚类5种和其他类3种。其中烃类和醇类的相对含量较高,分别是27.95%和9.01%;其次为酮类(4.89%)、酸类(4.69%)和醛类(2.81%)。相对含量较高(>1.0%)的成分有:9,12,15-十八碳三烯醛(7.05%)、二十八烷(6.28%)、α-布藜烯(4.48%)、龙脑(3.47%)、(1S)-(-)-樟脑(3.46%)、(1S,4S,4aR,8aS)-1,6-二甲基-4-(1-甲基乙基)-1,2,3,4,4α,7,8,8α-八氢萘-1-醇(2.25%)、二十四烷(1.92%)、(-)-α-桉叶烯(1.84%)、棕榈酸(1.60%)、3,7,7-三甲基-1,3,5-环庚三烯(1.25%)、苯乙醛(1.04%)和双环乙基-丙二腈(1.04%)。滁菊挥发性成分中的α-蒎烯、莰烯、桉叶油醇、罗勒烯、樟脑、龙脑、桃金娘烯醇、乙酸冰片酯、β-金合欢烯、姜烯和桉叶醇等在杭白菊、黄山野菊花和贡菊的挥发油中也有检出。另外,通过GC×GC/TOFMS方法还鉴定出糠醛、甲基庚烯酮、2-乙基呋喃、苯乙醛、苯乙醇和苯甲酸苄酯等成分。这些成分在其他菊花中未检测到,其原因可能是其研究所用的GC-MS方法灵敏度较低,分辨率较差。滁菊具有菊花独特的清香,这与其中的挥发性成分有很大关系。如龙脑、樟脑、β-桉叶醇、桉叶油醇、乙酸冰片酯、甲酸异龙脑酯和莰烯等具有樟脑样香气的化合物,赋予了滁菊清凉的草药香味。其他一些相对含量较高(>0.1%)、且具有特殊气味的物质对滁菊的香气也有贡献。如α-蒎烯(0.42%)和α-松油醇(0.45%)具有有松木的气息;(-)-柠檬烯(0.10%)有类似柠檬的香味;β-金合欢烯(0.81%)有花香、青香和香脂香气;糠醛(0.55%)有似焦糖、谷物烘烤气息,果香和面包香;2-乙酰基呋喃(0.12%)有香脂、甜香、烤马铃薯香味和面包香味;苯乙醛(1.04%)有强烈的风信子香气和绿叶似的青香香气;甲基庚烯酮(0.56%)有强烈的油脂气息,持有新鲜的青香,伴有柑橘香韵等。此外,有些挥发性成分还具有一定的生理活性,如桉叶油醇、龙脑、樟脑具有抗菌消炎的功效,金合欢烯具有消炎、止咳、平喘、祛痰的功效,柠檬烯具有良好的镇咳、祛痰、抑菌作用等,这些具有生理功能的成分被认为是滁菊清热解毒、增强人体免疫功能的基础之一。3挥发性成分的组成特点天然植物挥发油组成十分复杂,传统的一维色谱的分辨率和灵敏度较低,分离效果不理想,鉴定出的成分较少。全二维气相色谱/飞行时间质谱技术具有高分辨率和高灵敏度的特点,使得定性结果的可靠性大大加强,并可鉴定出更多的挥发性成分。通过GC×GC/TOF