全二维气相色谱-飞行时间质谱法分析广藿香浸膏中挥发性有机物

全二维气相色谱-飞行时间质谱法分析广藿香浸膏中挥发性有
机物
邹西梅;金晶;万强;刘剑;杨靖
【摘要】应用全二维气相色谱-飞行时间质谱法(GC×GC-TOFMS)分析广藿香浸膏的挥发性有机物.采用超临界CO2流体萃取广藿香样品获得广藿香浸膏,浸膏经分
子蒸馏分离,所得的轻馏分经GC×GC-TOFMS分析.二维色谱由Rxi-5sil MS柱和Rtx-200柱串联而成,通过TOFMS软件结合质谱分析对化合物进行定性定量分析.
分析得到匹配度大于750的组分有323个,含量占总量的89.45％,其中酮类67个、醇类52个、烯类40个、酸类37个、烷类36个、酯类34个、醛类17个,其它
类40个.相对含量大于0.1％的组分69个,其中相对含量大于1％的组分11个,广
藿香酮和广藿香醇为主要成分,质量分数分别为21.75％和18.93％.
【期刊名称】《理化检验-化学分册》
【年(卷),期】2015(051)003
【总页数】5页(P312-316)
【关键词】全二维气相色谱-飞行时间质谱;挥发性有机物;广藿香;超临界流体萃取;
分子蒸馏
【作者】邹西梅;金晶;万强;刘剑;杨靖
【作者单位】贵州中烟工业有限责任公司技术中心,贵阳550009;贵州中烟工业有
限责任公司技术中心,贵阳550009;贵州中烟工业有限责任公司技术中心,贵阳
550009;贵州中烟工业有限责任公司技术中心,贵阳550009;郑州轻工业学院食品
与生物工程学院,郑州450001
【正文语种】中文
【中图分类】O657.63
广藿香全草含挥发油，可用作强刺激药与芳香料，是香水常见成分。

广藿香作为一种药用材料，其挥发油用于制备抗皮肤细菌、真菌的药物和皮肤卫生用品；同时广藿香作为比较名贵的天然香原料，具有木香、壤香和草药香，常用于香水、化妆品、香精中。

近年来，广藿香浸膏或挥发油中挥发性成分的分析已有不少报道［1－4］，前处理采用水蒸气蒸馏、索氏提取或超临界流体萃取技术，用气相色谱－质谱法（GC－MS）分析，结果只能检测鉴定出20～30种化合物，由于广藿香中的挥发性成分复杂，且有很多同分异构体存在，GC－MS在分析时受色谱柱分离能
力和柱容量的限制，对其中很多物质无法分离检测，限制了对其药用成分和香味成分的分析。

本工作采用高分辨的全二维气相色谱／飞行时间质谱（GC× GC－TOFMS）对其挥发性成分进行分析检测，GC× GC－TOFMS拥有高分辨率、高
灵敏度、高峰容量、族分离和瓦片效应等特点，近年来，得到了迅速的发展和应用［5－9］，GC×GC－TOFMS的二维色谱柱系统具有不同的极性，可使目标化合
物按官能团、极性、沸点等分离，大大增强了峰解析的准确度，本工作将GC×GC －TOFMS与超临界二氧化碳流体萃取、分子蒸馏技术结合，更全面地分离分析了广藿香中的挥发性成分。

为广藿香作为一种香原料在卷烟中的应用提供了理论支撑。

1．1 仪器与试剂
GC×GC－TOFMS Prgasus 4D分析系统，配Agilent 7890A型气相色谱分析仪；GERSTEL MPS 2L型自动进样器；Pegasus 4D飞行时间质谱仪；二维
GC×GC系统选用固定在气相色谱仪升温系统上的二阶四相喷射口和二次升温器。

泰斯特FZ102型微型植物试样粉碎机；HL－（5＋1）L／50－III BQ型超临界流
体（二氧化碳）萃取装置；KD－L5型分子蒸馏装置。

乙醇（纯度为95%）为分析纯，试验用水为蒸馏水。

1．2 仪器工作条件
1）GC×GC分析条件第一维色谱柱为Rxi－5sil MS（30m×0．25mm，
0．25μm）（置于主炉箱中），第二维色谱柱为Rtx－200（1．6m×0．18mm，0．2μm）（置于小炉箱中），两根色谱柱用毛细管柱连接器串联连接；载气为氦气（纯度大于99．999 5%）；柱流量为1．0mL·min－1；不分流进样，进样
量为1μL；进样口温度250℃；主炉箱升温程序：初始温度60℃，保持0．2min；以3℃· min－1速率升至200℃；再以10℃·min－1速率升至280℃，保持
5min。

小炉箱升温程序：初始温度75℃，保持0．2min；以3℃·min－1速率升至215℃；再以10℃·min－1速率升至295℃，保持5min；调制器补偿温度30℃；调制周期4．0s。

2）TOFMS分析条件传输线温度为250℃，离子源温度为220℃，检测器电压
为1 420V，电子轰击电离源电压为70eV，采集质量数范围为40～550amu，
采集频率为100条·s－1。

1．3 试验方法
1．3．1 广藿香浸膏的制备
采用超临界二氧化碳流体萃取制备浸膏。

广藿香茎于40℃下干燥2h后粉碎，过0．841mm（20目）筛，称取样品180g于1L萃取釜中，萃取条件为：萃取压
力20MPa、温度为50℃，萃取时间2h，二氧化碳流量6L·h－1，以500mL 95%的乙醇作夹带剂，得约400mL广藿香浸膏萃取液。

1．3．2 分子蒸馏
移取广藿香浸膏萃取液200mL，进样速率2．5～3mL·min－1，真空度1Pa，转
子速率200r· min－1，加热温度40℃进行分子蒸馏，收集轻馏分，浓缩至约
10mL，在仪器工作条件下进行测定。

2．1 样品前处理条件的选择
试验对比了超临界二氧化碳流体萃取和分子蒸馏分离、同时蒸馏萃取法的情况。

结果表明：前处理选用超临界二氧化碳流体萃取和分子蒸馏分离，是因为前者具有较高的提取效率，后者具有较强的分离能力，且两者都可在接近常温下工作，不易氧化破坏目标物［10－11］。

超临界二氧化碳流体萃取工艺简单，无污染，在最佳
的工艺条件下，能将萃取的成分几乎完全提取出，可提高产品的收率和资源的利用率。

以广藿香酮和广藿香醇的质量分数作为评价指标，优化了萃取温度、萃取压力、萃取时间及二氧化碳流体的流量。

二氧化碳流体对于烃类和弱极性物质的溶解性较强，对强极性化合物溶解性较差［10］，广藿香挥发性成分中含有较多中等极性
的组分，为提高中等极性化合物的萃取效率，试验选取95%的乙醇作夹带剂。

广
藿香粉末在优化好的条件下，经萃取后，残渣基本呈无色无味状态。

分子蒸馏属高真空蒸馏技术，与普通蒸馏相比，分子蒸馏温度低，受热时间短，待分离组分可在远低于常压沸点温度下分离。

以广藿香酮和广藿香醇的质量分数作为评价指标，优化单因素条件对分离效果的影响，优化了进料速率、真空度、转子速率对目标成分的分离效果。

进料速率2．5～3mL·min－1、真空度1Pa、转子速
率200r·min－1、加热温度40℃时，通过分子蒸馏的分离富集，广藿香酮和广藿
香醇的含量相对较高，面积百分含量分别达21．75%，18．94%，得到匹配度大于750的组分323个。

同时蒸馏萃取法是一种高温萃取法，它集蒸馏、提取和萃取分离于一身，使用的溶剂少；称取广藿香粉末50g于1L圆底烧瓶中，加水500mL，再加氯化钠适量，
充分摇匀使样品完全浸泡于水中，接上同时蒸馏萃取装置，加入二氯甲烷80mL，于60℃水浴加热，样品端用电热套加热至水溶液持续沸腾，蒸馏萃取3h，蒸馏液
二氯甲烷除水后用旋转蒸发仪浓缩，得含广藿香挥发油成分的溶液约5mL，用GC×GC－TOFMS分析，得到匹配度大于750的组分184个。

其提取效率较超临界二氧化碳流体萃取和分子蒸馏有所逊色，综合比较，试验选用超临界二氧化碳流体萃取和分子蒸馏分离作为前处理方法。

2．2 GC×GC－TOFMS的建立
与传统的一维GC－MS相比，GC×GC－TOFMS集成了气相色谱和飞行时间质谱的优点，高柱容量、高分离能力的全二维气相色谱技术及高分辨率、高采集速率的飞行时间质谱技术联用，对复杂样品及未知物样品定性能力有了大大的提高，一般用GC ×GC可看到比一维GC多3～6倍的峰数目［8］。

GC×GC－TOFMS系统选用非极性柱作为第一维柱，组分按沸点分离，以中等极性柱作为第二维柱，组分按极性分离，在一维保留时间上分不开的组分可在二维上得到有效分离，对不能分开共流出的化合物利用软件自带的保真解卷积功能，可分离保留时间相差0．01s 的色谱峰。

优化了以下参数：进样量、载气流量、色谱程序升温、二维补偿温度、调制周期。

GC×GC要求第一维柱产生一个比第二维柱相对较宽的峰，因此升温速率不能太快，以免降低第一维柱的分辨率，试验选择升温速率为3℃·min－1，化合物都集中在前段和中段时间出峰，为节约分析时间，后段选择较快的升温速率10℃·min－1。

二维补偿温度的设定不能过低，过低时可能会使化合物在下一个周期流出，给强极性化合物保留时间的确定带来困难［12］，经优化，二维补偿温度选择30℃。

调制周期选择4s，因中药挥发性成分主要是萜烯及其含氧衍生物，族组成比较简单，第一维柱分离很重要，在满足第二维分离的前提下，周期应尽量短，以减少第一维柱的柱效和分辩率损失。

广藿香经不同前处理后挥发性成分的GC×GC－TOFMS总离子流色谱三维立体图见图1（a）和图1（b）。

2．3 广藿香挥发性组分及其相对含量
超临界二氧化碳流体萃取和分子蒸馏处理后的广藿香轻馏分经GC×GC－TOFMS
分析后，采用TOFMS谱库检索对照，结合全二维包含结构信息的二维谱图，通过族分离和结构谱图鉴定，以及文献对照。

共得到组分806个，匹配度大于750的
组分有323个，相对含量占总量的89．16%，其中酮类67个，醇类52个，烯
类40个，酸类37个，烷类36个，酯类34个，醛类17个，其它类40个，结
果见表1。

相对含量大于0．1%的组分共69个，其中相对含量大于1%的组分11个，以广藿香酮含量最高，为21．75%，其次是广藿香醇，相对含量为18．93%。

表2为广藿香挥发性成分GC×GCTOFMS的鉴定结果，相似度大于750且峰面积相对含量大于0．1%的有69种组分。

相对含量大于1%的组分还有绿叶醇、异冰片醇、α－松油醇、γ－榄香烯、α－愈创木烯、癸酸乙酯、γ－古云烯、5－羟甲基糠醛、2－茨酮。

广藿香中富含倍半萜烯和氧化的倍半萜烯化合物，分析发现分子式为C15H24的倍半萜烯有26种，如α－愈创木烯、广藿香烯、β－石竹烯、香橙烯、α－古芸烯、γ－榄香烯、西车烯、异愈创木烯等；分子式为C15H24O的倍半萜烯氧化物有氧化石竹烯、反式－Z－α－没药烯环氧化物、环氧化蛇麻烯、长叶烯氧化物、香橙烯氧化物等。

文献［2
－4］报道的广藿香挥发性化合物基本有检出，同时，文献未报道的化合物亦有发现，通过谱库检索和质谱图解析确定，有广藿香烷、L－樟脑、异冰片醇等。

本工作开展了广藿香中挥发性成分的GC× GC－TOFMS的分析研究。

样品前处理采用超临界二氧化碳流体萃取和分子蒸馏分离，两者均具有操作温度低、不破坏原料中的有效成分，且提取分离效率高，结合GC×GC－TOFMS高柱容量、高分辨率和高灵敏度，能较全面地分离分析广藿香浸膏中的挥发性成分，为广藿香作为一种香原料在卷烟中的应用提供理论支撑。

【相关文献】
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