自动顶空进样-气相色谱-质谱法测定薰衣草中挥发性成分

李紫薇, 李 芳, 粟有志, 管永正,罗新泽, 韩凯乐, 张学超

(1.伊犁师范大学化学与环境科学学院，新疆伊宁 835000；2.伊宁海关技术中心，新疆伊宁 835000; 3.伊犁紫苏丽人生物科技有限公司，新疆伊宁 835000；4.伊犁州农业科学研究所，新疆伊宁 835000)

薰衣草(Lavandulapedunculata)是一种唇形科薰衣草属的植物。薰衣草中的芳香成分十分复杂，现代研究表明薰衣草及其精油中的芳香成分具有抗菌、抗焦虑、抗氧化、抗突变[1 - 5]等功效，其被广泛应用于食品、医药、化妆品等领域。目前，薰衣草中的芳香成分普遍采用气相色谱、气相色谱-质谱联用等技术进行分析[6，7]。与直接进样气相色谱法相比，顶空气相色谱法更具优势[8]。自动顶空进样-气相色谱(HS-GC-MS)技术是将顶空样品预处理系统和气相色谱相结合，通过加压加温使挥发性成分溢出，富集在顶空瓶上层气体中达到气-液或气-固两相平衡，自动定量取上层气体进样[9，10]。自动顶空进样-气相色谱技术具有简单、迅速、准确和自动化的特点，在食品、药品等检验中发挥重要作用[10 - 14]。目前，国内关于自动顶空进样结合气相色谱-质谱联用法直接测定薰衣草中挥发性成分的研究鲜有报道。

本研究采用自动顶空进样-气相色谱-质谱联用技术测定薰衣草中挥发性成分，以归一化法定量。实验考察了薰衣草花样品前处理方法、制备溶剂、水浴温度、盐效应、程序升温等因素对结果的影响。本方法操作简单，快速、高效、自动化程度高，为薰衣草的开发利用研究提供技术基础。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

7890A气相色谱-5975C质谱联用仪(美国，Agilent公司)；AutoHS©顶空自动进样器(成都科林公司)；HP-INNOWAX毛细色谱柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm；美国，HP公司)；氮气发生器、零空气发生器、氢气发生器(英国，Parker公司)；MAXQ7000水浴摇床，带冷却循环水装置(美国，Thermo公司)。

苧烯(≥95%)、1,8-桉叶素(≥99%)、3-辛酮(≥95%)、D-樟脑(≥97%)、芳樟醇(≥98%)、乙酸芳樟酯(≥95%)、4-松油醇(≥95%)、龙脑(≥98%)标准品，均购自上海士峰生物科技有限公司。丙酮(色谱纯，天津市化学试剂研究院)，NaCl(≥99.8%，天津市光复科技发展有限公司)。本实验所用的水均为一级水。

薰衣草样品由伊犁州农业科技研究所提供，共采集白花(A)、杂选(B)、70-1(C)、法国蓝(D)4个品种薰衣草花，采摘地点为新疆伊犁，采样时间为2018年6月。

1.2 样品前处理

称取0.5 g(精确至0.01 g)花样于研钵中，加入1.0 g NaCl，研磨充分，混合均匀后完全转移至20 mL顶空瓶中，加入10 mL水，立即钳紧顶空瓶，于100 ℃水浴10 min后，置于顶空自动进样器中。

1.3 顶空自动进样条件

自动顶空进样是在顶空自动进样器内自动加压加温使挥发性成分溢出，富集在顶空瓶上层气体中达到气-液或气-固两相平衡，自动定量取上层气体进行分析。本实验室中样品按1.2前处理后，立即钳紧顶空瓶，顶空自动进样器加压-置换时间2 min，为使薰衣草挥发性成分挥发达到平衡，平衡时间设为60 min，炉温80 ℃，为防止挥发成分冷凝，自动顶空进样器进样口传输线温度设置为105 ℃，进样针温105 ℃，载气压力120 kPa。

1.4 色谱-质谱条件

色谱条件：进样口220 ℃，检测器220 ℃，柱箱初始温度45 ℃，以2 ℃/min升温至180 ℃后再以5 ℃/min升温至200 ℃，分流比100∶1。

质谱条件：离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，传输线温度280 ℃，扫描范围m/z50～500。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

色谱柱作为分离待检样品的最关键部分，色谱柱的固定相、长度都会对检测具有一定的影响。本实验根据薰衣草中挥发性成分的极性，选择固定相为聚乙二醇(极性)的HP-INNOWAX毛细管色谱柱，实验比较了30 m和60 m的INNOWAX柱的分离效果。薰衣草挥发性组分复杂，相对分子质量相近，结构相似，分离较困难，实验选取色谱柱长度为60 m。

2.2 程序升温的优化

实验以50 ℃为起始温度，分别考察了以2 ℃/min升温至180 ℃保持2 min；及以1 ℃/min升温至90 ℃保持1 min后，再以5 ℃/min升温至150 ℃两种程序升温，薰衣草挥发性成分集中于0～10 min，温度范围在50～60 ℃。综合各方面因素，实验降低初始温度，考察程序升温速率对实验结果的影响，提高最终温度至200 ℃。即起始温度45 ℃，保持1 min，以2 ℃/min升温至180 ℃，再以5 ℃/min升温至200 ℃保留5 min，响应值有明显提高，分离效果较好。

2.3 溶剂的选择

将0.5 g薰衣草白花干花和10 mL制备溶剂，置于20 mL顶空瓶中，25 ℃水浴恒温10 min。顶空进样条件见1.3，色谱条件按国家标准(GB/T 12653-2008)，分别考察了水、丙酮、乙醇作为溶剂对薰衣草花挥发性成分分离效果的影响。结果如图1，水为提取溶剂时，薰衣草花挥发性成分分离效果最佳，添加适量的水促进分析物从基质向顶空空间转移，这可能是由于水作为溶剂比其他两种有机溶剂高，挥发性组分更容易挥发到顶空上层气体部分，图1b、1c主要是溶剂峰。

图1 溶剂对分离的影响Fig.1 Effect of solvent on seperationa： Water；b：Acetone；c：Ethanol.

2.4 温度的选择

保持其他条件不变，讨论了提取温度分别为25、50、70、90、100 ℃对薰衣草花样品前处理的影响。结果表明，温度升高，分析物的数目明显增多，响应值也显著提高。这是由于温度升高，加速了传质，有助于分析物从样品溶液扩散至气相，挥发组分蒸气压升高，响应随之提高。但100 ℃时，大量水蒸汽在顶空部分从而进入色谱柱，影响色谱柱使用寿命，故实验选择提取温度为90 ℃。

2.5 样品前处理方法的选择

在0.5 g薰衣草白花干花中加入10 mL水，比较了超声(10 min)、均质、研磨等样品前处理方式对实验结果的影响。结果显示，保留时间在10～30 min处，由均质和研磨方式处理样品较超声法出现的色谱峰多、峰信号强，尤其是研磨处理样品峰信号变化更明显。实验采用研磨方法处理样品。

2.6 盐效应

研究了加入不同质量NaCl(0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 g)时的盐效应对白花干花中的亚甲基环丁烷(No.1)、1,8-桉叶素(No.15)、辛烯-1-乙酸乙酯(No.25)、顺式氧化芳樟醇(No.27)、反式氧化芳樟醇(No.29)、芳樟醇(No.31)、4-松油醇(No.36)的影响。如图2所示，加入固体NaCl研磨后，色谱峰的响应值均有明显提高。这是由于在样品中加入NaCl固体，可降低目标物与基质的亲和力，加速“逸出”。但当使用NaCl量过高时，分析物在水中溶解度减小，与基质之间的亲和力增加，不利于扩散。综合考虑，实验选择加入1.0 g NaCl。

图2 盐效应对挥发性成分影响Fig.2 Effect of salt effect on volatile components

2.7 样品分析

采用7890A气相色谱-5975C质谱联用仪，按1.4实验方法测定白花(A)、杂选(B)、70-1(C)、法国蓝(D)4种薰衣草花中的挥发性成分。通过NIST质谱数据库检索对薰衣草花中的挥发成分进行定性分析，如图3所示。采用面积归一化法定量，其相对标准偏差为0.2%～1.9%(n=6)，花中挥发性成分的相对含量见表1。

图3 白花中挥发性成分的总离子流(TIC)色谱图Fig.3 TIC chromatogram of volatile components of white flowersNote：Number of components are identical to table 1.

表1 薰衣草花中挥发性成分的GC-MS分析结果(n=6)

(续表1)

3 结论

研究了自动顶空进样-气相色谱-质谱法测定薰衣草花中挥发性成分的新方法，考察了样品预处理方法和盐效应的影响，优化了程序升温。采用新建方法测定白花、杂选、70-1、法国蓝4个品种薰衣草花中的40种挥发性成分，其相对标准偏差为0.2%～1.9%(n=6)。自动顶空进样-气相色谱-质谱法用于薰衣草花中挥发性成分分析，操作过程简单，分析效果好，适合批量花香气成分分析，研究结果可为薰衣草的综合开发利用提供技术依据。