ESI-MS技术在中药分析中的应用及裂解规律

ESI-MS技术在中药分析中的应用及裂解规律S0820349成小兰S0820350弓贞S0820356魏焕莉S0820360李英S0820361马江S0820364杨华S0820370刘慧S0820374刘朋S0820383黄洁S0820386鲍泽浪S0820389马荣华S0820391王怀友摘要：近年来，电喷雾质谱（ESI-MS）因其离子化条件温和，谱图简单等特点，正被广泛应用于天然产物的分析研究。

本文介绍了它在中药成分的定性定量分析，体内代谢分析及中药配伍规律等方面的应用，并分析了其未来发展方向，同时针对不同化合物类型在ESI-MS下的裂解规律进行了总结。

关键词：电喷雾质谱，液质联用，串联质谱，碰撞诱导解离，应用，裂解规律中药是一个极其复杂的化学物质体系，其发挥作用的物质基础是其有效成分。

利用先进的科学技术阐明中药有效成分是中药质量控制的基础与核心，是中药材及其产品安全、有效和质量稳定、可控的保障，是中药走向现代化的关键。

但中药成分复杂，难于进行分析，一直是中药研究中的难点。

目前，质谱在对中药有效成分的简便、快速分析过程中起着越来越重要的作用。

早期的质谱主要为电子轰击质谱（EI-MS）和快原子轰击质谱（FAB-MS）。

随着软电离技术的出现，电喷雾质谱（ESI-MS）被广泛应用于天然产物的分析研究。

电喷雾质谱离子化条件温和，谱图简单，特别适用于极性和热不稳定天然化合物分析，其一级质谱主要产生准分子离子峰，而多级质谱能提供化合物的结构信息，是研究复杂体系的灵敏、快捷和有效的现代分析方法[1~4]。

ESI是一种离子化技术，它是在高静电梯度（约3kv/cm）下，使样品溶液发生静电喷雾，在干燥气流中，形成带电雾滴，随着溶剂的蒸发，通过离子蒸发等机制，生成气态离子，以进行质谱分析。

ESI使溶液离子化主要经历三个步骤：①在喷雾毛细管尖端产生带电雾滴；②通过溶剂蒸发和雾滴分裂使带电雾滴变小，这一过程反复进行，直至生成很小的带点雾滴；③由很小的带电雾滴产生气相离子。

与快原子轰击（FBA）和等离子解吸（PD）相比，ESI在相对比较低的温度下，逐步去溶剂化，是迄今最软的质谱离子化技术。

液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）是以高效液相色谱为分离手段，以质谱为鉴定工具的一种分离分析技术。

它将高效液相色谱对复杂样品的高分离能力与质谱具有的高选择性、高灵敏度以及能够提供分子量与结构信息的优点结合起来，成为一种强有力的分离分析工具。

自从20世纪80年代末ESI-MS商品化以来，LC/ESI-MS已经迅速成为应用最广泛的联用技术[5]。

本文综述了ESI-MS在中药成分的结构鉴定、定性定量分析、中药代谢产物鉴定以及中药配伍规律研究等方面的应用，并分析了其存在的问题及应用前景。

此外，在文章后半部分，还总结了几大类型化合物的ESI-MS裂解规律，对日后的化合物质谱解析有一定的指导意义。

一、ESI-MS在中药分析中的应用1.中药成分的定性定量分析研究待测样品经预处理后，可以在少量样品的条件下，采用LC-ESI-MS或者LC-ESI-MS n结合LC-DAD-UV技术进行分析，得到UV图谱、总离子流图及各个组分的各级质谱图，并与标准化合物的保留时间、紫外吸收光谱和质谱中的准分子离子峰[M+H]+，[M+Na]+及特征碎片峰等对比或直接参考文献，可以快速鉴定中药的化学成分，并进行定量分析。

皂苷类成分的分析方法有HPLC-UV和HPLC-ELSD法等，但该类化合物没有共轭结构，仅在低波长端有紫外吸收，易受杂质和溶剂背景吸收的影响；而ELSD 检测器虽然对皂苷类化合物有较好的响应，但是在分析成分复杂的中药体系时，只依靠保留时间作为定性指标，难以确证色谱峰的纯度，使定量结果存在误差。

而ESI-MS为化合物定性提供了快速准确的鉴定手段。

Lai等人[6]采用HPLC-ESI-MS/MS联用技术，通过保留时间、分子量和二级质谱的信息，对中药复方血塞通注射液中的27种皂苷成分进行了定性分析，同时还对其中的9种皂苷，包括三七皂苷R1，人参皂苷Rb1, Rb2，Rb3，Rc，Rd，Re，Rf 和Rg1进行了定量分析。

王铎等[7]应用高效液相色谱-电喷雾/飞行时间质谱联用技术(HPLC-ESI/TOF-MS)采用人参皂苷Rg1作为内标物,以目标化合物加钠离子[M+Na]+为检测离子,测定了步长脑心通中8种黄芪皂苷类成分的含量。

各黄芪皂苷的检测限为0.10～0.22 ng,定量限为0.22～0.52 ng；峰面积之比(As/ Ai)的日间精密度(RSD)和日内精密度(RSD)均小于2.86%，回收率大于94.9%。

李忠红等[8]采用HPLC-ESI-MS/MS对小续命汤抗脑缺血有效成分的醇溶性成分进行分析，鉴定了生物碱类、黄酮类和苷类成分，并探讨了它们的质谱裂解规律，研究发现在电喷雾离子化过程中生物碱类成分易质子化成为正离子，而黄酮和苷类易失去质子成为负离子。

宋越等[9]采用LC-ESI/TOF-MS技术分析了中药复方当归补血汤中的化学成分，确定了27个化合物的准确分子量，经文献检索或与标准品对照正确鉴定了15个化合物。

TOF-MS鉴定化合物的依据是测得的化合物准确分子量，以及由此计算得到的元素组成、不饱和度和同位素丰度比。

王颖等[10]采用LC-ESI-MS技术建立了中药复方三七注射液和三七药材、中间体的UV 指纹图谱和总离子流指纹图谱。

实验发现，峰浓度较低的成分在UV图谱中出峰较弱，但由于在电喷雾接口中有较高的离子化效率，因而产生较强的质谱信号。

由此可见，质谱检测器对于UV检测器是较好的补充，可提供更多化合物的信息，为三七药材、中间体和成品的鉴别提供更加全面可靠的依据。

Fang等[11]采用电喷雾串联质谱(ESI-MS n)技术对从白蒺藜中分离得到的两种甾体皂苷进行了研究，根据多级串联质谱实验数据,证实其中一种皂苷是tribulosin，并且推断了另一种未知的皂苷部分化学结构。

同时，观察到许多甾体皂苷的特征碎片离子峰，根据碎片离子峰的裂解规律发现了有关糖基连接位点的信息。

江英桥[12]采用高效液相色谱-电喷雾电离-质谱分析法（HPLC-ESI-MS）对蛇床子中香豆素类成分进行分析，鉴定了3个香豆素类化合物，包括佛手柑内酯，欧前胡素和蛇床子素，并推断了7个香豆素化合物可能的结构。

2.ESI-MS在中药体内代谢研究中的应用中药体内代谢研究是目前探讨体内过程和阐明效应物质基础及作用机制的前沿热点课题。

中药复杂的化学成分吸收进入体内后会发生一系列的生物转化。

由于代谢产物在体内含量低微，且受复杂基质干扰，使得认识药物在体内的代谢过程更为困难。

LC-ESI-MS技术结合液相色谱的高分离能力和质谱的高灵敏度和极强的定性专属性，为中药效应物质基础在体内的分布、转运以及体内代谢产物的定性定量分析等提供有效手段。

韦英杰等[13]采用HPLC-ESI-MS法鉴定了复方丹参方在家兔血浆、尿和粪便中的47个代谢产物，包括18个原形成分及29个转化成分；同法鉴定了复方丹参方在大鼠血浆、尿和粪便中的55个代谢产物，包括32个原形成分及23个转化成分。

并对复方丹参方中三七皂苷类、丹参酚酸类和二萜醌类活性成分在大鼠体内的代谢机制进行推测比较。

陈怀侠等[14]给大鼠灌胃樟柳碱，收集粪样，经预处理后采用LC-MS n联用技术，选择ESI离子源，检测原药及其代谢产物。

通过和空白粪样及樟柳碱相比较，根据代谢物相对分子量变化及其多级质谱数据，鉴定并阐述了5种代谢产物的结构，分别为莨菪品、去甲基莨菪品、去甲基樟柳碱、羟基樟柳碱以及章柳酸。

Yu等[15]通过LC-ESI-MS联用技术，以四氢小檗碱为内标，对大鼠血浆中的5种原小檗碱类生物碱（小檗碱，巴马丁，黄连碱，表小檗碱，药根碱）进行了定性和定量分析。

结果5种分析物在0.31～20ng﹒mL-1间线性良好，日间日内精密度均小于15%，准确度在95%～105%范围内。

Zhang等[16]以ESI为离子源，采用HPLC-MS技术分析了注射丹参注射液后，小鼠血清中原儿茶酸、丹参素、紫草酸、丹参缩酚酸A、丹参缩酚酸B和丹参缩酚酸D等主要活性成分的含量变化过程，建立了丹参注射液的代谢指纹图谱。

同时，Zhang等还将HPLC-UV和HPLC-MS联用，建立了丹参注射液及药材的化学指纹图谱。

化学指纹图谱和代谢指纹图谱相结合，为中药的质量控制和作用机制的阐明提供了有效的方法。

3.ESI-MS应用于中药配伍规律的研究中药复方是中医临床用药的优势和特色。

将中药按君臣佐使原则并按一定比例进行配伍可以达到增效减毒的目的。

中药所含化学成分复杂，配伍后其在煎制过程中又发生一系列的物理化学变化，使得复方的物质基础更加复杂化。

这给复方效应物质基础及配伍规律研究带来很大的困难。

通过应用LC-ESI-MS可以对中药配伍前后的化学成分变化进行分离并鉴定，从而揭示中药配伍规律和作用关系。

张宪臣等人[17]采用HPLC-ESI-MS技术研究了红参与五味子配伍过程中人参皂苷类化合物的变化机制。

当红参与五味子质量比为5:2时，人参皂苷Rg1，Re，Rb1，Rc，Rb2，Rd全部消失，人参皂苷R0的量也有所减少，与此同时有少量次级人参皂苷F2出现。

随着五味子质量的进一步增加，人参皂苷R0的量进一步减少，而次级人参皂苷F2的量显著增加。

红参与五味子所产生的特殊药效可能与人参皂苷F2的量显著增加有关。

随着五味子质量的增加，合煎液的pH值呈下降趋势。

推测红参中的人参皂苷Rg1，Re，Rb1，Rc，Rb2，Rd的消失，是因为在酸性条件下水解生成了小分子皂苷，人参皂苷F2可能就是相对分子量较大的二醇型皂苷的水解产物。

王勇等[18]利用电喷雾质谱分析生附子及其复方中的生物碱类成分，从化学角度探讨附子配伍规律和禁忌原则。

甘草是与附子配伍的常用中药，生附子与甘草共煎后，双酯型生物碱进一步水解,次乌头碱等的相对含量明显减少。

半夏是与附子配伍禁忌的中药之一，半夏与生附子共煎，乌头碱、中乌头碱、次乌头碱等双酯型生物碱仍是共煎液中的主要生物碱，而苯甲酰中乌头原碱等水解产物对应的质谱峰丰度降低。

这说明半夏与生附子共煎液中双酯型生物碱的水解受到了抑制,为揭示中药配伍规律的科学性提供了化学依据和方法。

4.展望目前，由于ESI-MS技术具有高特异性、高灵敏度以及多级质谱（MS n）等特点，它与LC的联用技术（LC-ESI-MS）在中药有效成分分析中主要用于已知化合物的定性、定量分析或已知类型化合物如黄酮类、皂苷类等化合物的裂解规律研究，以及已知化合物的体内代谢产物鉴定等研究，对于未知成分尚不能有效地研究。

这主要有两方面的制约因素：⑴液质联用谱图解析困难，仅靠质谱解析不能准确鉴定未知成分；⑵由于谱图滞后，其谱图化学信息的解析需要对照品的对比或加入来确认，但目前中药研究极其缺乏对照品。