场电离技术在果香菊GC－TOF－MS联用分析中的应用

李 忠，黄 静，芦燕玲，冯 文，郭生云

（云南烟草科学研究院，昆明 云南650106）

果香菊（Chamaemelumnobile（L.）All.）又称白花春黄菊、匈牙利春黄菊［1］、罗马甘菊［2］，是菊科春黄菊属芳香草本植物，主产于匈牙利、比利时、英国等，近年我国多地已栽培［3］。果香菊植株、精油及浸提浸膏具有多种实用价值［4－8］。已有文献报道［3，9］采用水蒸气蒸馏－气相质谱联用技术分析果香菊挥发性成分，结果表明，母菊奥、红没药醇氧化物、红没药醇、金合欢烯等是其主要的挥发性成分。

质谱的场电离FI（field ionisation）是指分子在强电场下，失去一个电子，而成为带正电荷的分子离子。GCT与FI相互结合补充，提供了一个稳定的、易用的软电离技术，产生简单的分子离子光谱峰，碎片峰非常少，结合飞行时间质谱精确质量测定，FI的质谱图很容易解析分子的元素组成，主要用于热不稳定化合物的分析。FI不使用反应气，因而很少有副反应，仪器易维护，经济实用。FI离子源包括专门设计的外源和可移动的带FI发射丝杆，发射丝是生长有碳树枝状的钨丝，保持在12kV高电势的电极旁边，使得碳树枝状的顶尖上有强电场，样品分子在靠近碳树枝状顶尖的强电场作用下，其分子价电子发生量子隧道效应失去一个电子而产生离子自由基，这一电离过程非常“软”，几乎没有碎片产生［10－11］。

气相色谱－场电离－飞行时间高分辨质谱（GC－FI－TOF HRMS）技术分析样品过程中，采用单同位素相对分子质量为201.960 9的五氟氯苯进行质量锁定。该技术因为能够同时测定饱和烃和芳烃，能区分同系化合物等优点而在煤、石油分析行业广泛使用［12－20］，用来对某一类高分子化合物的热解行为进行追踪研究［21－26］。本工作采用气相色谱－电子轰击－飞行时间高分辨质谱（GC－EI－TOF HRMS）结合 GC－FI－TOF HRMS技术对果香菊挥发性成分进行分析研究，以探讨该技术在芳香植物挥发性成分分析中的适用性。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

安捷伦7890N气相色谱：美国Agilent公司产品；GCT PremierTM台式正交加速飞行时间（oa－TOF）质谱联用仪：美国 Waters公司产品，配有 MassLynx V4.1数据处理系统，Nist2008标准质谱检索库；Explorer48－72－96微波萃取仪：美国CEM公司产品。

果香菊（Chamaemelumnobile（L.）All.）样品：于2011年采于西双版纳，花期，经云南省热带作物科学研究所刘昌芬研究员鉴定，标本凭证存放于该研究所。

1.2 分析条件

1.2.1 气相色谱条件 DB－5ms色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm）；起始柱温50℃，保持10min后，以10℃／min速率升至250℃，保持10min；进样口温度250℃；载气为高纯度He气，流速1.5mL／min；进样量1.0μL，分流比为50∶1。

1.2.2 质谱条件 接口温度250℃，离子源温度200℃，质量扫描范围m／z40～400，溶剂延迟3min；EI模式，电子能量70eV，FI电场电极电压12kV，发射电流0mA，闪烁电流4mA。

1.3 实验方法

移取1g果香菊，10mL 95%乙醇，用50 W，80℃，1 724kPa微波萃取5min，取2mL萃取液于进样瓶，按1.2条件进行进样分析。

2 结果与讨论

2.1 成分鉴定

在1.2条件下进样分析，分别用FI和EI电离模式采集果香菊挥发性成分的总离子流色谱图，示于图1，其中，红没药醇氧化物B在FI和EI电离模式下的质谱图示于图2，结合NIST2008谱图库和相关文献检索出了其主要化学成分，列于表1。

结合GC／MS分析结果对比图1与图2可知，采用EI和FI模式分析果香菊挥发性成分时，分离检测到的化合物基本一致，主要为顺、反式烯炔双环醚和红没药醇氧化物等，与文献报道相似［3，9］，差别之处可能是因为样品生长地理环境不同而导致的。

2.2 讨论

采用GC－EI－MS分离处理样品后，鉴定各个化合物主要是采取与标准谱图库或文献进行匹配对比，以相似度或匹配度对未知化合物进行定性。但与谱图库匹配或与文献值对比时，由于其碎片峰多且碎片峰的丰度较大使得其干扰多。例如，图2中红没药醇氧化物B的鉴定，EI源进样处理时碎片峰多，且丰度大，分子离子峰不明显。而在FI图中，可以得到以238.196 4为主的分子离子峰质谱图，经iFit软件匹配得到其元素组成为C15H26O2，与理论值误差为3.1mu。

图1 FI和EI电离模式下果香菊挥发性成分的总离子流图Fig.1 Total ions flow chromatogram of volatile components in Chamaemelum nobile （L.）All.by FI and EI mode

图2 FI和EI模式中红没药醇氧化物A分子离子峰及碎片峰Fig.2 Molecular ion peak and fragment ions of bisabolol oxide A obtained by FI and EI mode

另外，同系物的鉴定过程往往会产生同一个化合物重复出现且匹配度很高的情况，这是因为同系物的碎片离子峰基本相同，且质量差较小，其匹配度高，从而导致错误的检索结果，因此需要分子离子峰的验证。GC－FI－HRMS技术作为一种辅助手段，可以对上述不足进行验证或补充。因为FI场电离为软电离技术，分子丢失1个电子形成分子离子峰的过程迫使分子断裂的可能性小，碎片离子峰甚少，且其丰度极低，如图2所示，其分子离子峰尤为明显，弥补了GCEI－MS方法的不足。

但FI也有一定缺陷，从TIC的计数上可以看出，其同样条件的响应值比EI低1～2个数量级。从表1可以看出，红没药醇氧化物C由于含量较小，无法得到其分子离子峰。分析其原因是，在FI场中分子扩散导致离子化效率较EI低。由于FI场电离在12kV强电场下的工作特性，GC毛细管柱出口不能过分靠近碳树枝状的顶尖，否则易引发高压放电，损坏离子源，所以其距离控制在8mm。而EI离子源中，毛细管柱出口到中心线的距离是5mm，分子在流出毛细管口移动过程中的位移较长就会产生较大的扩散。另外EI源的离子盒能在空间上“束缚”被电离的分子，而FI在强电场下，不能有物理的“围墙”来束缚被电离的分子，从而导致较大的扩散，使含量较小的化合物电离出的信号很小，以至于不能被检测出来。另外，扩散还会造成保留时间相近的化合物峰重叠，如图2中，保留时间为28.19min的峰为3个化合物的重叠峰。

FI的质量数校正采用包括全氟三丁胺、甲基三嗪、全氟三甲基环己烷、六氟苯、五氟苯、五氟氯苯、丙酮、二甲苯8个化合物的混合物直接引入离子源来校正，其质量数覆盖范围为58～502u。

表1 果香菊的部分挥发性成分Table 1 The part of volatile compositions in Chamaemelum nobile（L.）All.

3 结论

气相－场电离－飞行时间质谱联用技术作为一种辅助手段应用于香原料挥发性成分定性定量分析领域具有一定的适用性，该方法能提高鉴定精确度、减少错误的出现，可以补充GC－EITOF MS联用技术中定性的化合物信息。

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