MassworksTM与气相色谱-质谱联用分析当归挥发油成分

周 围，雷春妮，张雅珩

（1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃出入境检验检疫局综合技术中心，甘肃兰州 730010）

MassworksTM与气相色谱-质谱联用分析当归挥发油成分

周 围1，2，雷春妮1，张雅珩2

（1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃出入境检验检疫局综合技术中心，甘肃兰州 730010）

首次采用气相色谱-四极杆质谱联用技术（GC－Q MS） 和气相色谱-离子阱质谱联用技术（GC-IT MS）对甘肃岷县当归油的挥发性成分进行了定性分析。综合运用MassworksTM质谱解析软件、气相色谱－离子阱质谱二级质谱数据分析以及谱库检索等解析手段鉴定出当归油中30种挥发性成分，主要为Z-蒿苯内酯、E-蒿苯内酯、β-罗勒烯、α-蒎烯、3-正丁烯基苯酞、γ-榄香烯等。结果表明，几种定性手段得到的结果相互验证，能够显著提高未知成分鉴别的准确性和可靠性。

气相色谱-离子阱质谱仪，MassworksTM软件，当归油，挥发性成分

当 归（Angelica sinensis（Oliv.）Diels）为 伞 形 科 植物当归的干燥根，性甘、辛、温，有补血活血、调经止血、润肠通便等功效[1]。当归挥发油为当归的主要活性成分，在治疗痛经、平喘解痉、中枢抑制、抗炎镇痛以及提高免疫力等方面有 广 泛 的药 理 活 性[2-4]，目 前国家药品标准的成方制剂中以当归挥发油入药的品种多达40余种[5]。然而，当归挥发油因当归产地的不同，使其挥发性组分及含量存在差异，进而影响当归挥发油的药效[6-7]。鉴于当归挥发油的药用价值和不同产地当归挥发油成分的复杂性，对岷县当归挥发油组分进行分析，一方面可为药理作用的研究提供依据，另一方面可为建立岷县当归化学指纹图谱奠定基础。

在气相色谱-质谱数据的处理中，常规方法主要依赖于谱图匹配度来定性。众所周知，单一谱库检索未知化合物，往往会出现同一色谱峰具有多个匹配度都很高的化合物与之对应，使其定性困难，甚至会导致定性错误。为提高质谱定性的准确性、可靠性，本研究首次采用气相色谱-四极杆质谱仪（GC-Q MS）和气相色谱-离子阱质谱仪（GC-IT MS）对甘肃岷县当归油的挥发性成分进行分析。依据GC-IT MS的多级质谱数据和MassworksTM质谱软件解析对检测出的挥发性成分进行多方面的定性鉴别，该方法简单、实用，弥补了常规GC-MS谱库检索的不足，且MassworksTM质谱解析软件能显著提高质谱定性的准确性，可广泛应用于复杂样品中挥发性成分的定性分析中。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

当归 购自甘肃岷县，经鉴定为当归Angelicasinensis（Oliv.） Diels的 干 燥 根 ，当 归 挥 发 油 由 常 压 水蒸气蒸馏法（NPSD）提取：取当归药材100g，粉碎，过3号筛，按2010版《中国药典》[8]，连续蒸馏8h收集挥发油，待分析。

Agilent 7890A/5975C气相色谱-四级杆质谱联用仪 美国安捷伦公司；Thermo Ttrace 1300/ITQ1100气相色谱-离子阱质谱联用仪 赛默飞世尔科技；MassworksTM质 谱 解 析 软 件 美 国 Cerno Bioscience公司。

1.2 GC-Q MS分析条件

1.2.1 色谱条件 色谱柱：HP-5MS毛细管柱（30m× 0.25mm×0.25μm）；升 温 程 序 ：初 始 温 度60℃ ，保 持1min，以2℃/min的 速 率 升 至 198℃ ；进 样 口 温 度 为250℃；载气：高纯氦气（纯度≥99.999%），分流比：100∶1，流速：1mL/min；进样量：0.4μL。

1.2.2 质谱条件 电子轰击（EI）离子源；电子能量：70eV；离子源温度：230℃；传输线温度250℃；采样模式：全扫描；质量扫描范围：m/z30~400。以全氟三丁胺（PFTBA）标准品为外标对质谱进行校正。

1.3 GC-IT MS分析条件

1.3.1 色谱条件 同1.2.1。

1.3.2 质 谱 条 件 电 子 轰 击 离 子 源 ； 电 子 能 量 ：70eV；离子源温度：200℃；传输线温度250℃；碰撞气：氦气，碰撞能量自动设定。一级采集模式：全扫描，质量扫描范围：m/z30~400；二级采集模式：全扫描，质量扫描范围：m/z40~220。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

将当归油样品分别在GC-IT MS和GC-Q MS上进行检测分析，得到相应的总离子流色谱图。由于GC-IT MS和GC-Q MS的色谱分离条件完全相同，两种总离子流图基本一致，图1为GC-IT MS总离子流图。

图1 当归油的GC-IT MS总离子流图Fig.1 GC-IT MS total ion chromatogram of essential oil from angelica sinensis

GC-Q MS谱图和GC-IT MS谱图分别利用NIST 08和NIST 11标准谱库检索对挥发性组分进行初步定性，然后用MassworksTM质谱解析软件对GC-Q MS谱图进行校正，测定各组分的模拟精准分子量，结合GCIT MS的多级质谱数据及相关文献[9-12]，对当归油挥发性组分进一步鉴定。综合三种分析方法的结果，最终得到当归油挥发性组分的定性结果，见表1。

由鉴定结果（表1）可知，岷县当归挥发油鉴定出30种化合物，主要为内酯类和萜烯类物质，相对峰面积之和为98.72%。其主要成分为藁本内酯，在挥发油中的相对峰面积为83.52%，也是赋予当归挥发油香味特征和主要活性的成分[13-14]。挥发油中相对含量较高的成分还有：β-罗勒烯、α-蒎烯、3-正丁烯基苯酞，与文献[10]报道一致。

2.2 质谱解析方法对当归挥发油组分鉴定的影响

2.2.1 MassworksTM质谱解析软件的应用 MassworksTM质谱解析软件利用同位素峰形校正检索技术（calibrated lineshape isotope profile，CLIPs），通 过 建立元素组成已知的一个或多个离子生成的校准函数，对样品质谱峰的精确质量数（质量准确度）和同位素峰形（谱图准确度）同时进行校正匹配，实现对未 知 化 合 物 分 子 式 的 识 别 ，其 MSIntegrityTM技 术 可使四极杆质谱仪质量精度提高100倍，精度达到ppm级[15-16]。MassworksTM质谱解析软件提供元素组成、模拟精准分子量等化合物信息，可以大大缩小谱库检索范围，增加谱库检索的针对性，便于区分经谱库检索得到的匹配度相近的化合物，以及辅助确定匹配度较低的化合物。如图1中的15号色谱峰，谱库检索结果环庚三烯酮（C7H6O）和1，4-环己二烯-1，2-二甲酸酐（C8H6O3），与此处峰的匹配度均很高（环庚三烯酮匹配度为93，1，4-环己二烯-1，2-二甲酸酐匹配度为91），显然仅根据谱库检索的匹配度定性很难确定此峰的归属。由MassworksTM质谱解析软件分析可知，15号峰对应的化合物分子式为C8H6O3，模拟精准分子量为150.0797u，而环庚三烯酮和1，4-环己二烯-1，2-二甲酸酐的理论分子量分别为106.0418u和150.0317u，经比较该模拟精确分子量与1，4-环己二烯-1，2-二甲酸酐的理论精准分子量仅相差0.0480u，由此可以确认该色谱峰所对应的成分应为1，4-环己二烯-1，2-二甲酸酐。同样，图1中的27号色谱峰，对乙基苯丙酮（C11H14O）和丁苯酞（C12H14O2）与此处峰的匹配度均较低（对乙基苯丙酮匹配度为83和丁苯酞 匹 配 度 为78），理 论 分 子 量 分 别 为162.1045u和190.0994u，经MassworksTM质谱解析软件拟合得该峰的精准分子量为190.0742u，由此确定该峰为丁苯酞。

对一些用EI电离没有得到分子离子峰的挥发性化合物，可通过MassworksTM质谱解析软件的CLIPs技术检索其特征碎片离子，获得其元素组成达到辅助定性的目的。如图1中的8号色谱峰，经NIST谱库检索，初步定性为α-罗勒烯。α-罗勒烯经EI源电离后产生的分子离子峰丰度很低，但有明显的m/z121特征碎片离子，利用MassworksTM质谱解析软件对该组分质谱图中的模拟精准分子量为121.0957u碎片离子进行CLIPs检索，得到元素组成为C9H13的碎片，在此碎片的基础上加-CH3，得到元素组成为C10H16的化合物，借助NIST谱库的反检索功能确定为α-罗勒烯，由此可见，经CLIPs检索[M-CH3]+碎片离子，可确定该峰对应的化合物是α-罗勒烯。

2.2.2 GC-IT MS多级质谱功能的应用 借助GC-ITMS的多级质谱功能，探索化合物的质谱裂解规律，可以辅助对同类型化合物进行判别定性。从表1可看出，当归油的挥发性成分主要为萜烯类化合物，且分子式多集中在C10H16和C15H24，分子量分别为136u和204u。对此类化合物进行GC-IT MS二级质谱检测，结果发现，尽管此类化合物结构存在差异，但具有共同的质谱裂解规律，分子离子经EI源电离后产生一系列丢失m/z14的离子碎片，应为CH2片段。如图2所示，α-蒎烯的二级碎片为m/z121、107、93、79；γ-榄香烯 的 二 级 碎 片 为 m/z189、175、161、147、133、119、105。此外，如图1中的13号色谱峰经谱库检索，二正戊基酮和6-十四酮的匹配度均很高（二正戊基酮匹配度为93，6-十四酮匹配度为91）。根据脂肪酮裂解规律，脂肪酮R-CO-R′可发生两个α断裂反应，分别产生RCO+离子和R′CO+离子，两者中以失去较大烷基的反应占优势，若R和R′均为正构烷基，则断裂的竞争力超过α断裂[17]。如果该峰对应的化合物是二正戊基酮，则分子离子的α断裂产物为m/z99离子，断裂产生m/z71离子，这两个离子是质谱图中的基峰和次强峰，这与该峰对应的质谱图（图3）相符，由此可以确认该色谱峰所对应的成分为二正戊基酮。上述表明，利用化合物的质谱裂解规律，可提高鉴定效率，增加判定的准确度。

表1 当归油的挥发性成分的定性结果Table 1 Volatile components of essential oil from angelica sinensis

图2 α-蒎烯和γ-榄香烯的二级质谱图Fig.2 MS/MS spectra of α-Pinene and γ-Elemene

图3 13号峰的质谱图Fig.3 MS spectra of peak No.13

3 结论

首次运用GC-Q MS和GC-IT MS方法测定了岷县当归油的挥发性成分。依据GC-Q MS谱库检索和GC-IT MS的二级质谱数据，结合MassworksTM质谱解析软件对当归油挥发性组分进行了定性鉴别。该定性手段克服了常规GC-MS谱库检索的不确定性，几种定性手段得到的结果相互验证、相互支撑，进一步提高了定性结果的准确性和可靠性；该定性思路也可应用于其他复杂样品挥发性成分的检测中，以提高定性鉴别的准确度和可信度。

[1] 赵煜，朱刚，于长青，等. 超临界CO2萃取当归油的工艺及当归多糖的提取[J]. 中国中医药信息杂志，2004，11（6）：512-513.

[2] 黄伟晖，宋纯清.当归的化学和药理学研究进展[J].中国中药杂志，2001，26（3）：147-151.

[3] 杜俊蓉，白波，余彦，等. 当归挥发油研究进展[J]. 中国中药杂志，2005，30（18）：1400-1406.

[4] 项妤，张贵君，甘德全.HPLC测定CO2超临界萃取的当归油药效组分[J]. 中国实验方剂学杂志，2012，18（8）：64-65.

[5] 李桂生，李八方.GC法测定当归油中Z-藁本内酯[J]. 中草药，2005，36（12）：1816-1818.

[6]张金渝，王元忠，赵振玲，等.气相色谱-质谱联用分析不同产地云当归挥发油化学成分[J]. 安徽农业科学，2009，37（26）：1538-1540.

[7]杨连菊，钟凤林，胡世林，等.当归与日本当归挥发油种化学组分的比较[J]. 中草药，2004，35（10）：1093-1095.

[8]国家药典委员会. 中华人民共和国药典（2010年版一部）[M].北京：中国医药科技出版社，附录63.

[9] 朱巍，陈子勇，黄龙，等. 超临界CO2萃取当归挥发油及其在烟草中的应用研究[J].氨基酸和生物资源，2010，32（1）：67-70.

[10] 董岩，魏 兴国 ，崔 庆 新，等. 当归挥 发 油 化学成 分 分 析[J].山东中医杂志，2004，23（1）：43-45.

[11]樊秦，李应东，赵磊，等.岷当归挥发油提取方法及其化学成分研究[J]. 中国现代应用药学，2012，29（4）：333-336.

[12]王冬梅，贾正平，马志刚.气相色谱-质谱联用分析甘肃岷当归挥发油成分[J]. 兰州医学院学报，2002，28（3）：44-45.

[13] 胡长鹰.当归挥发油的提取与成 分分析[J]. 食品与 机械 ，2006，22（2）：24-26.

[14]Lin L Z，He X G，Lian L Z，et al.Liquid chromatorgaphicelectrospray mass spectrometric study of the phthalides of Angelica sinensis and chemical changes of Z-ligustilide[J]. Chromatogr A，1998，810：71-79.

[15]李卫健，袁有荣，欧阳伟民，等.MassWorksTM分子式识别技术在质谱中的应用[J]. 现代仪器，2010，16（5）：11-14.

[16]Erve J L，Gu M，Wang Y D，et al.Spectral Accuracy of Molecular Ions in an LTQ/Orbitrap Mass Spectrometer and Implications for Elemental Composition Determination[J].Journal of the American Society for Mass Spectrometry，2009，20（11）：2058-2069.

[17] 王光辉，熊少祥. 有机质 谱解析[M]. 北京：化学工业 出 版社，2005：91-94.

Analysis of essential oils from angelica sinensis by MassworksTMand gas chromatography-mass spectrometry

ZHOU Wei1，2，LEI Chun-ni1，ZHANG Ya-heng2
（1.College of Food Science and Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China；2.Central Laboratory of Technical Center of Gansu Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Lanzhou 730010，China）

The volatile components in angelica sinensis oil from Minxian were analyzed for the first time by gas chromatography-quadrupole mass spectrometry （ GC-Q MS ） and gas chromatography-ion trap mass spectrometry （GC-IT MS）.Total of thirty compounds were identified by MassworksTMsoftware analysis，MS/MS qualitative analysis approach of GC-IT MS and library search.The major volatile components of essential oil from angelica sinensis were Z-ligustilide ， E-ligustilide ， β -Ocimene ， α -Pinene ， 3-Butylidene phthalide and γ -Elemene.Results showed that the results obtained by three kinds of qualitative methods which were MassworksTMsoftware analysis，MS/MS qualitative analysis approach of GC-IT MS and library search mutual authentication could improve the accuracy and reliability of identification of unknown composition.

GC-IT MS；MassworksTMsoftware；angelica sinensis oil；volatile component

TS201.1

A

1002-0306（2014）22-0069-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.22.006

2014－02－26

周围（1953-），男，研究员，主要从事食品营养及食品安全分析方面的研究。