顶空-气相色谱-离子迁移谱联用技术快速鉴别沉香

曹雅静，刘亚雄，黄国凯，罗卓雅

（广东省药品检验所，广州 510663）

沉香为瑞香科植物白木香Aquilaria sinensis(Lour.)Gilg 含有树脂的木材［1］，主要有行气止痛、温中止呕、纳气平喘的功效，是中医的常用中药材。白木香树是沉香唯一植物资源，属于国家二级保护植物，正品沉香价格昂贵，导致市面上以次充好、以假乱真的现象十分普遍，因此准确、快速鉴别沉香真伪十分必要。

目前鉴别沉香的方法主要有性状鉴别法［2］、薄层色谱法［3］、光谱法［4］、液相色谱-质谱联用法［5-6］、气相色谱-质谱联用法［7-9］等。性状鉴别方法主要以感官为主，需要经验辅助，主观意识强；薄层色谱法主要通过目标物斑点进行定性鉴别，其样品前处理复杂；光谱法容易受复杂基质干扰；色谱-质谱联用技术可建立特征指纹图谱，且定性能力强，但质谱仪设备昂贵，检测成本高。气味是中药重要的性状鉴别特征，其与药材所含化学成分直接相关，能直接反映药物整体内在本质［10］。沉香作为名贵药材具有独特的气味，李志远等［11］利用电子鼻技术获取沉香气味直接鉴别沉香，但传统电子鼻技术由于传感器数量的限制，分辨率还有待提高。顶空-气相色谱-离子迁移谱联用技术（HS-GC-IMS）作为一种新型的“超级电子鼻”技术，既具备了顶空-气相色谱无需样品前处理、分离效率高，又具备了离子迁移谱检测速度快、灵敏度高等优点，可以从分子水平快速检测样品中的气味物质，已在中药［12-13］、化妆品［14］、食品［15］等检测领域得到广泛应用。根据沉香含有大量挥发性组分，笔者采用HS-GC-IMS 检测沉香挥发性指纹信息，从而为沉香真伪的快速鉴别提供新技术。

1 实验部分

1.1 主要仪器

气相-离子迁移谱：Flavour Spec 型，配备全自动顶空进样器，德国G.A.S.公司。

电子天平：MS204S 型，感量为0.000 1 g，瑞士梅特勒-托利多公司。

1.2 实验方法

1.2.1 顶空进样条件

顶空温度：120 ℃；顶空时间：30 min；进样针温度：125 ℃；进样体积：0.5 mL。

1.2.2 色谱条件

色谱柱：MXT-WAX 色谱柱（15 m×0.53 mm，1.0 μm，美国Restek 公司）；柱温：80 ℃；载气流量见表1。

表1 载气流量

1.2.3 离子迁移谱参数

迁移管长度：98 mm；迁移管温度：80 ℃；迁移气体流量：150 mL／min；电离源：氚放射性电离源，平均辐射能量为5.68 keV；采集方式：正离子采集模式。

1.2.4 测定方法

取沉香样品0.2 g 于20 mL 顶空进样瓶中，每个样品平行测定2 次。

1.3 样品信息

沉香样品：市售，29 批沉香样品均经广东省药品检验所中药室，按照《中国药典》项下的规定，进行合格鉴定，符合规定即为合格样品，不符合规定即为不合格样品，样品详细信息见表2。

表2 沉香样品信息

1.4 数据分析

采用顶空-气相色谱-离子迁移谱仪器配套的分析软件实验室分析浏览器LAV（laboratory analytical viewer）及 其3 款 插 件Reporter（可 对参考样品与待测未知样品进行比对）、指纹图谱（GalleryPlot）、PCA 分析程序（Int Dynamic PCA）对样品离子迁移谱图进行分析。

2 结果与讨论

2.1 离子迁移谱参数选择

离子迁移谱是基于不同离子在电场中迁移速率的差异对物质进行分离表征的技术，迁移管温度影响离子迁移速率，升高温度会加大分子间的碰撞，促使团簇离子中结合的水分子减少，不仅有利于不同离子的分离，而且可提高检测灵敏度［16-17］。对迁移管温度分别为40、50、60、70、80 ℃进行考察。结果表明，在不同温度下，大部分目标物的分离效果无明显差别，但灵敏度随着温度增高而增高。反应离子峰（RIP）的强度直接影响检测挥发性成分的灵敏度，为了避免记忆效应，可将迁移管气体保持较高且恒定的流量［17］。考虑到该仪器迁移管最高设置温度为80 ℃，因此选择迁移管温度为80 ℃，迁移管气体流量设为150 mL／min。

2.2 色谱柱的选择

分别考察弱极性MXT-5 色谱柱（15 m×0.53 mm，1.0 μm，美国Restek 公司）和强极性MXTWAX 色谱柱（15 m×0.53 mm，1.0 μm，美国Restek公司），两种色谱柱鉴别沉香的典型谱图见图1 所示。由图1 可知，两种色谱柱均能检测出沉香挥发性成分。

分别采用弱极性MXT-5 色谱柱和强极性MXT-WAX 色谱柱鉴别沉香的主成分分析（PCA）图见图2 所示。由图2 可知，合格沉香与不合格沉香主成分分析结果表明，采用MXT-5 色谱柱检测其主成分1 与主成分2 之和为73%，MXT-WAX 色谱柱检测其主成分1 与主成分2 之和为90%，表明强极性MXT-WAX 色谱柱能更好区分合格沉香与不合格沉香。因此，采用强极性MXT-WAX 色谱柱进行实验。

图2 两种色谱柱鉴别29 批沉香的主成分分析

2.3 顶空温度优化

称取样品0.2 g，分别于80、90、100、110、120 ℃顶空30 min，考察不同顶空温度对沉香挥发性特征峰数量的影响。结果表明，挥发性特征峰数量随着温度的升高而增加，但考虑温度过高可能造成挥发性物质的降解，因此采用顶空温度为120 ℃。

2.4 顶空时间选择

称取样品0.2 g，固定顶空温度为120 ℃，顶空时间分别为10、20、30、60 min，考察各顶空时间对沉香挥发性特征峰的影响。结果表明，挥发性特征峰数量随着顶空时间的增加而增加，30 min 后出现峰的个数增加不明显，因此顶空时间选择为30 min。

2.5 取样量选择

分别称取0.1、0.2、0.3 g 样品，于120 ℃顶空30 min，考察各取样量对沉香挥发性特征峰的影响。结果表明，出峰个数随着称样量增多而增多，但是峰强度也会随之增加，导致峰与峰之间分离度减小，拖尾增大，不利于特征峰的建立，因此称样量选为0.2 g。

2.6 29 批沉香的指纹图谱

采用所建方法对29 批沉香真伪进行鉴别，29批沉香样品的指纹图谱（特征峰Gallery Plot 图）见图3 所示。由图3 可知，合格沉香含有特征峰1 和特征峰2，且含量高；不合格沉香特征峰1 和特征峰2 含量较低，甚至缺失；另外，有浸泡痕迹的沉香还出现特征峰3，此特征峰3 为鉴别沉香是否有浸泡过程。对表2 和图3 数据进行比较，结果发现，采用HS-GC-IMS 对29 批沉香真伪鉴定的准确率为100%，其PCA 总占比为90%。

图3 29 批沉香样品的指纹图谱

3 结语

采用顶空-气相色谱-离子迁移谱联用技术建立沉香特征峰指纹图谱，并提取区分合格沉香与不合格沉香的特征峰，同时通过特征峰鉴定有浸泡痕迹的沉香伪品。该方法可以从分子水平上快速检测待测样品中的挥发性物质，保留样品真实的挥发性组成，且具有无需样品前处理、样品耗损少的优点，为沉香药材的鉴别提供了快速、简便、有效的新方法，具有较高的应用价值。