红花中色素类化合物的电喷雾多级串联质谱研究

宗晓菲，张慧荣，李 博，李 丽

（长春师范学院中心实验室，吉林 长春 130032）

红花中色素类化合物的电喷雾多级串联质谱研究

宗晓菲，张慧荣，李 博，李 丽

（长春师范学院中心实验室，吉林 长春 130032）

利用电喷雾多级串联质谱技术研究了红花提取物中4种色素类成分，即红花红色素、羟基红花黄色素A、红花黄色素A和红花黄色素B。通过多级串联质谱技术，获得4种化合物的分子离子峰，并由此获得分子质量信息；根据一些特征中性碎片的丢失，提出了红花中4种色素类成分的质谱碎裂规律。根据得到的分子质量和碎片信息，并与文献中的已知化合物比较，建立了红花中色素类化合物的快速分析、质谱鉴定的方法。

红花；色素类化合物；电喷雾多级串联质谱（ESI-MSn）

红花为菊科双子叶植物红花（Carthamus tinctoriusL.）的干燥管状花，又名草红、刺红花、杜红花或金红花，我国主产于新疆、河南、湖北、四川、云南，浙江等地［1］。红花是多种活血化瘀方剂的君药，对妇科疾病有较好的疗效。红花活血的有效成分主要为红花色素。红花色素可分离成黄色素和红色素两大类，其中黄色素含量约为4%～10%，红色素约为0.2%～0.5%［2－4］。

近年来，针对红花中色素类成分的分析研究主 要为 高 效 液 相 色 谱 法［2－10］。 赵 明 波 等［5］采 用高效液相色谱法定量分析26种不同产地和购买地红花中羟基红花黄色素A的含量，结果表明不同来源的红花中羟基红花黄色素A的含量差异较大。大量研究证明［11－15］，电喷雾质谱技术是一种快速有效的分析、鉴定中药复杂体系化学成分的方法，但有关红花这4种色素类化合物电喷雾质谱的研究还未见报道。

本工作采用电喷雾质谱技术研究红花中4种色素类成分：红花红色素、羟基红花黄色素A、红花黄色素A和红花黄色素B，其结构式示于图1，并提出了4种成分在电喷雾负离子条件下可能的质谱碎裂规律，对进一步研究其药理药效有重要的意义。

图1 红花中4种色素类成分的结构式Fig.1 The structures of the pigments 1—4of the Carthamustinctorius L.

1 实验部分

1.1 仪器及实验条件

采用Finngan LCQ电喷雾离子阱质谱（MAT，San Jose，CA，USA）。质谱分析条件：质量扫描范围m/z50～2 000，实验前质量数经过校正；负离子模式；样品通过流动注射泵进样，流速5μL/min；喷雾电压4kV；毛细管温度200℃；鞘气为氮气；碰撞气为氦气；碰撞诱导解离（CID）的碰撞能量为20%～35%。

1.2 试剂与材料

所用试剂均为分析纯：北京化工厂产品；红花（CarthamustinctoriusL.）药材：购于北京同仁堂药店（长春汽车厂分店）。

1.3 样品制备

称取2g红花药材粉末，用50mL 75%乙醇于室温下超声提取3次，每次提取1h。将75%乙醇提取液过滤，合并滤液。减压蒸馏回收乙醇溶液，蒸干，再用50mL蒸馏水溶解（水溶液）。将水溶液部分用石油醚脱脂3次，每次50mL，弃去石油醚溶液，水溶液部分再用乙酸乙酯萃取5次，每次50mL，合并乙酸乙酯层，减压蒸馏回收至干（＜60℃），残渣用5mL 75%乙醇溶解，得样品溶液，待电喷雾质谱分析。

2 结果与讨论

红花中色素类成分在负离子条件下的丰度较大，主要出现［M－H］-离子峰，分子质量分别为m/z909，611，594，1 043。 通 过 文 献［2－4，16－17］对比，初步推断红花中4种色素类成分分别为红花红色素、羟基红花黄色素A、红花黄色素A以及红花黄色素B，且具有类似的结构式。

为了进一步验证这些化合物的分子结构，本研究进行了电喷雾质谱的多级串联实验，源内碰撞诱导解离（CID）碰撞能量为20%～35%，得到相应化合物的碎片信息，实验数据列于表1。采用Ma等［15－16］研究黄酮类化合物提出的命名规则，分别以i，jA和i，jB代表A环或B环的特征碎片离子，其中上角标i和j分别代表C环键断裂的位置，苯环上连接的六碳糖用i，j6X 代表［18］。

表1 化合物1～4的电喷雾多级串联质谱数据Table 1 The ESI-MSn data in the negative ion mode（m/z values）of compounds 1-4

本实验首先对化合物1，m/z909离子进行多级串联质谱研究，其数据列于表1。在负离子条件下，化合物1的分子离子峰为［M－H］-（m/z909），因此可以确定化合物1的相对分子质量为910。通过与文献［19］对比，与红花红色素的相对分子质量一致。在二级串联质谱中，m/z909生成了8个离子，分别为m/z891，865，747，707，684，616，603和449，其碎裂路径推测示于图2。m/z909离子失去一个质量数为18的中性碎片（一分子水）后，生成［M－18－H］-（m/z891）的离子；m/z909离子失去一个质量数为44的中性碎片（CO2）后，生成［M－44－H］-（m/z865）的离子；m/z747是由分子离子峰m/z909丢失一分子葡萄糖形成的；m/z909同时丢失一分子六碳糖基（162）和一分子CO2（44）的中性碎片，生成m/z707碎片离子；m/z684是由母离子上的六碳糖发生0，36X ［M－90－H］- 和1，56X［M－134－2］-碎裂形成；m/z616是m/z909发生碎裂形成（［M－293－H］-）；m/z909丢失两分子的［B-ring］（93），伴随着六碳糖发生0，26X碎裂，产生了m/z603碎片离子（［M－93－93－120－H］-）；而m/z449则是m/z909发生单键断裂产生（［M－460－H］-）。选取基峰m/z891做进一步的串联质谱研究。在ESI-MS3谱，低能CID条件下，m/z891离子进一步发生碎裂产生m/z685和598等碎片离子峰。m/z891丢失中性碎片CO2（44）和一分子六碳糖（162），生成了碎片离子m/z685；m/z598是m/z891丢失碎片离子m/z293形成的。通过以上分析进一步确定化合物1为红花红色素。

图2 红花红色素碎裂路径推测Fig.2 Nomenclature adopted for various retro-cydization fragments observed in this study：Carthamus red

化合物2的分子离子峰为［M－H］-（m/z611），多级串联质谱数据列于表1。因此可以确定化合物2的相对分子质量为612，通过与文献［4，19］对比，与羟基红花黄色素 A 的相对分子质量一致。色谱峰2的准分子离子［M－H］-（m/z611）形成8个主要的分子离子峰，分别为m/z521，491，473，403，385，325，313 和 283。m/z611存在4种主要特征碎裂方式，即和0，3B。分子离子峰m/z611分别发生06，3X （［M－90－H］- ）和06，2X （［M－120－H］-）碎裂，形成了碎裂离子m/z521，491；m/z611 失去一分子水，同时发生06，2X 碎裂，形成碎片离子m/z473（［M－120－18－H］-）。m/z611发生06，3X 和0，3B断裂，同时丢失一个质量数为18的中性碎片（一分子水），生成m/z403（［M－90－118－H］-）离子。m/z385是因为m/z611丢失一分子水（质量数为18），和0，3B 而 生 成。m/z611 发 生碎裂，并丢失一个质量数为18的中性碎片（一分子水），生成m/z325离子。m/z611同时丢失两分子的06，3X和一分子的0，3B基团，生成m/z313碎片离子。m/z611发生，0，3B，和碎裂产生了m/z283（［M－90－118－120－H］-）离子。在三级串联质谱实验中，形成两个主要的分子离子峰，分别为m/z473和283。m/z491丢失一个质量数为18的中性碎片（一分子水）产生m/z473离子；发生06，3X 和0，3B碎裂产生m/z283［M－118－90－H］-碎片离子。在四级串联质谱实验中，可以观察到m/z455，413，364，353，341，323，305和235等8个主要的分子离子峰。此化合物有几个典型 碎 裂 方 式，即 六 碳 糖 的 0，3 （06，3X），0，2（），0，4（）等键，发生断 裂 会产生［M－H－90］-，［M－H－120］-和［M－H－60］-碎片离子。通过以上分析进一步确定化合物2为羟基红花黄色素A。

化合物3的分子离子峰为［M－H］-（m/z593），多级串联质谱数据列于表1。化合物3的串联质谱图示于图3。因此可以确定化合物3的相对分子质量为594，通过与文献［19］对比，与红花黄色素A的相对分子质量一致。在二级串联质谱中，母离子峰m/z593丢失2个六碳糖后产生一个碎片离子m/z285。在三级串联质谱，低能CID条件下，m/z891离子进一步发生碎裂产生m/z267，257，239，229，213，197，195和163等碎片离子峰。m/z285丢失中性碎片一分子水或一分子CO，分别形成m/z267，257离子；而同时丢失一分子水和一分子CO，则形成m/z239离子；同时丢失一分子CO2和一分子CO，形成m/z213离子；同时丢失两分子的CO2，形成m/z197碎片离子；同时丢失一分子CO2，CO和 H2O，则形成m/z195碎片离子；m/z163是由m/z285发生0，2B断裂生成。在低能CID条件下，m/z257离子进一步发生碎裂产生m/z213，229等碎片离子峰，m/z257丢失质量数为44的中性碎片（CO2）或质量数为28的中性碎片（CO），分别生成m/z213和229的碎片离子峰。通过以上分析进一步确定化合物3为红花黄色素A。

图3 化合物3（m/z 593）串联质谱图Fig.3 The full scan ESI mass spectrum and ESI-MSn of compound 3（m/z 593）in the negative mode

在负离子模式下，化合物4的分子离子峰为m/z1 043，因此可以确定化合物4的相对分子质量为1 044，通过与文献［20］对比，与脱水红花黄色素B的相对分子质量一致，它是由红花黄色素B脱去一分子水得到［4］，多级串联质谱数据列于表1。色谱峰4的准分子离子［M－H］-（m/z1 043）形成5个主要的分子离子峰，分别为m/z1 025，923，853，593和449。m/z1 025是由m/z1 043丢失一个质量数为18的中性碎片（一分子水）形成的碎片离子；m/z1 043发生碎裂形成了m/z923离子；m/z1 043同时丢失一分子CO（28）和一分子六碳糖（162）生成了m/z853离子；当连接在六碳糖端位碳上的基团C21H22O11断裂后，形成m/z593离子；连接在六碳糖端位碳上的另一个基团C27H32O16断裂后，形成m/z 449碎片离子。选取基峰m/z 1 025做进一步的串联质谱研究。在ESI-MS3谱中，低能CID条件下，m/z 1 025离子进一步发生碎裂产生 m/z 1 007，905，863，773和617等碎片离子峰。m/z1 025丢失质量数为18的中性碎片（一分子水）生成了m/z 1 077碎片离子；六碳糖0位与2位键发生断裂（），生成了m/z905碎片离子；丢失质量数为162的中性碎片（一分子六碳糖），生成m/z 863碎片离子；丢失碎片，生成m/z 773碎片离子；同时发生碎片，丢失一个质量数为162中性碎片（一分子六碳糖）及两分子水，形成了m/z617碎片离子。该断裂规律符合脱水红花黄色素B的结构特点，进一步确定化合物4为脱水红花黄色素B。

实验结果表明：通过电喷雾多级串联质谱技术，可以获得红花粗提物中相应化合物的相对分子质量信息，结合源内CID技术，通过一些中性碎片的丢失，以及一些典型碎裂路径，推断出化合物的结构。虽然不是化合物结构的最终确定，但却是植物粗提物化合物结构快速分析的简单有效方法。

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Study on Pigments in Plant Extracts from Carthamus tinctorius L.by ESI-MSn

ZONG Xiao-fei，ZHANG Hui-rong，LI Bo，LI Li
（The Central Laboratory，Changchun Normal University，Changchun130032，China）

The structures of four pigments in plant extract ofCarthamustinctoriusL.were analyzed and identified by electro-spray ionization multistage mass spectrometry（ESI-MSn）in the negative mode.The identification of the pigments in plant extract ofC.tinctoriuswas based on the comparison of molecular ions and the fragment ions obtained by ESI-MSnexperiments with the data was reported in the literatures.The characteristic ESI-MSnfragmentation pattern of the four pigments was discussed，and found to be a specific and useful tool for the structural identification of pigments from this plant.

CarthamustinctoriusL.；pigment；electro-spray ionization multistage mass spectrometry（ESI-MSn）

O 657.63

A

1004-2997（2012）06-0357-06

2012-07-06；

2012-10-08

国家自然科学基金（30970299），吉林省科技厅项目（200905109，20090936），吉林省教育厅项目（2011-187）资助

宗晓菲（1988～），女，吉林洮南人，从事天然产物化学研究。E-mail：zongxiaofei＠hotmail.com

李 丽（1969～），女，吉林公主岭人，教授，从事天然产物化学研究。