直觀推導式演進特征投影法輔助GC-MS 分析迷迭香揮發油

王方杰，劉 韶* ，袁干軍

1中南大學湘雅醫院藥劑科，長沙410008;2 中南大學湘雅藥學院，長沙410013;

3江西農業大學生物科學與工程學院，南昌330045

迷迭香(Rosmarinus officinalis L.)系唇形科常綠小灌木，原產于地中海地區，主產于西班牙、摩洛哥、前南斯拉夫、保加利亞和突尼斯。近年來，我國南方地區也廣為栽種。迷迭香葉中富含揮發油，已廣泛用于食用香料、食品、日用化工和醫藥產品等領域，在醫藥方面，迷迭香精油對神經衰弱、低血壓和肌肉疼痛有較好療效，具有一定的抗菌作用［1］和抗氧化活性［2］，還可能成為一種新的高效的抗癌藥物［3，4］。近年來國內外對迷迭香精油成分的研究較多，已有報道［5-7］用氣質聯用法測定迷迭香揮發性成分，并結合商業質譜庫鑒定了其中含量高的、能基線分離的化合物。但由于迷迭香精油中含有一些性質相近的組分，通過色譜條件優化后，仍存在重疊色譜峰，尤其是含量低的峰常常跟含量高的組分一起流出，難以準確鑒別和定量。在植物藥的篩選過程中，出現了許多含量低的化合物具有高生理活性或高毒性的實例，因而對迷迭香精油進行準確定性、定量分析有助于其開發利用。直觀推導式演進特征投影法(HELP)(Heuristic Evolving Latent Projections，HELP)［8］是一種對二維色譜/光譜矩陣數據進行解析的有效方法，已成功應用于對芫荽［9］、千斤拔［10］、桂花［11］、紅薯葉［12］等揮發油的分析。本實驗通過水蒸氣蒸餾法提取迷迭香中的揮發油成分，采用HELP 法解析GC-MS 二維數據，得到各組分的純色譜曲線和質譜，通過質譜庫檢索對分辨的組分進行定性，采用總體積積分法進行定量，準確定性的47個化合物占總含量的99.79%。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

7890A-5975C 氣相色譜質譜聯用儀，G3172A 質譜工作站，NIST08 質譜數據庫(美國安捷倫公司);正己烷(國藥集團化學試劑有限公司)、無水硫酸鈉均為分析純。

1.2 揮發油的提取

迷迭香葉(產于廣西西林縣)粉碎成粗粉，取2000 g 迷迭香粗粉，采用水蒸氣蒸餾提取，得油水混合物2000 mL，用分液漏斗進行油水分離，上層加入2 g 無水硫酸鈉用力振搖后，靜置脫水1 h，用移液槍吸取液體部分，得迷迭香精油23 mL，低溫保存，分析時用正己烷稀釋50 倍。

1.3 氣相色譜-質譜條件

色譜條件:HP-5MS 石英毛細管柱(30 m ×0.25 μm×0. 25 mm);載氣為高純氦氣;流速為1 mL/min;進樣口溫度270 ℃;程序升溫:初始柱溫50 ℃，保持1 min，以3 ℃/min 速率升至250 ℃，保持20 min;分流比為50∶1;溶劑延遲4 min;進樣量1 μL(以正己烷稀釋50 倍)。

質譜條件:標準EI 源;離子源溫度:230 ℃;四級桿溫度:150 ℃;電子能量:70 eV;輔助接口溫度:280 ℃;掃描范圍:20～500 amu。

1.4 數據分析

采用安捷倫質譜工作站，檢索NIST08 質譜庫，對各個色譜峰進行結構確定;對于部分未完全分離的色譜峰，則使用化學計量學分析方法-直觀推導式演進特征投影法(Heuristic Evolving Latent Projections，HELP)進行解析和比較分析，得到純色譜峰和純質譜峰后，再與質譜庫對照定性。采用總體積積分法和歸一法確定各化合物的相對含量。

2 結果與分析

2.1 HELP 方法

2.2 迷迭香揮發油成分的定性分析

迷迭香揮發性化學成分的GC-MS 總離子流圖見圖1。GC 圖約有40 個色譜峰，盡管不斷優化色譜條件，仍有部分色譜峰發生重疊，一些看似純峰的色譜峰也是由混合組分重疊而成。若采用MS 庫直接檢索，定性結果就會不準確，或色譜峰中匹配度較低的峰無法鑒別。揮發油定性分析主要采用G3172A 質譜工作站檢索NIST08 質譜庫進行譜圖分析，對各個色譜峰進行結構確定;對于部分未完全分離的色譜峰，則使用HELP 法進行解析。

圖1 迷迭香揮發油的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatography of the essential oil of rosemary

以保留時間段16.20～16.65 min 的峰簇A 與時間段11.25～11.60 min 的峰簇B 為例加以說明。圖2 為峰簇A 與峰簇B 的總離子流圖，峰簇A 看似為2 個典型的純色譜峰。若直接從質譜庫中檢索，只能檢測到2 個組分，且該峰簇后半部分不同位置質譜變化很大，檢索結果與被測質譜相似度很低，不同位置檢索結果也不相同。其中一個為bicyclo［2.2. 1］heptan-2-ol-2，3，3-trimethyl-，相似度僅為64%。峰簇B 為兩組份的重疊峰，若直接從質譜庫中檢索發現前半部分質譜變化較大，檢索結果匹配度也較低。色譜峰的定性難以實現，同時由于色譜峰重疊，難以進行定量分析。

圖2 峰簇A 和峰簇B 的GC-MS 總離子流圖Fig.2 Total ion chromatography of peak cluster A and peak

首先用HELP［13，14］法解析峰簇A，先進行背景扣除，得到該峰的秩圖(見圖3)。秩圖是化學組分在保留時間方向上的一種組分分布信息圖，能清楚顯示組分隨保留時間的變化情況。從圖3 中可知，該色譜峰含有3 種成分，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別代表三個不同的組分;Ⅰ+Ⅱ、Ⅱ+Ⅲ分別代表組分1 和2、2 和3 的重疊區。再根據確定的組分數、各組分的選擇性區域和零組分區域進行分辨，即得到這三種組分的純色譜曲線和MS 唯一解，再在MS 庫中對組分進行相似性檢索，可知3 種組分分別是:樟腦，匹配度為98;5-甲基-2-異烯丙基環己醇，匹配度為95;2，3，3-三甲基二環［2.2.1］-2-庚醇，匹配度為94。HELP法解析出的色譜圖見圖4，其相應的MS 見圖5。

如上所示再用HELP 法解析峰簇B，背景扣除后得到該峰的秩圖(圖3)。從圖3 可知，該峰含有2種成分，Ⅰ、Ⅱ分別代表2 種不同的組分;Ⅰ+Ⅱ代表組分4 和5 的重疊區。進行分辨后得到這2 種組分的純色譜曲線和MS 唯一解，再在MS 庫中對組分進行相似性檢索，可知2 種組分分別是:1-甲基-5-(1-甲基乙烯基)-環己烯，匹配度為96;桉葉素，匹配度為95。HELP 法解析出的色譜圖見圖4，其相應的MS 見圖6。

最后采用同樣的方法對其它的峰簇進行解析，得到迷迭香揮發油的組分，結果見表1。

2.3 迷迭香揮發油成分的定量分析

采用總體積積分和歸一化法得到各組分的定量分析結果(見表1)，迷迭香定性組分占總含量的99.79%。

表1 迷迭香揮發油的成分及相對含量Table 1 the constituents and relative contents in the essential oil of rosemary

26 14.99 小茴香醇Fenchol，exo- C10H18O 154 0.076 91 27 15.34 (1α，2β，5α)-2-甲基-5-(1-甲乙基)-二環［3.1.0］-2-己醇Bicyclo［3.1.0］hexan-2-ol，2-methyl-5-(1-methylethyl)-(1α，2β，5α) C10H18O 154 0.044 90 28 15.51 2，6-二甲基-3，5-庚二烯-2-醇3，5-Heptadien-2-ol-2，6-dimethyl- C9H16O 140 0.036 96 29 15.56 6-莰烯酮Camphenol，6- C10H16O 152 0.015 94 30 16.32 樟腦Camphor C10H16O 152 7.608 95 31 16.43 5-甲基-2-異烯丙基環己醇Cyclohexanol，5-methyl-2-(1-methylethyl)- C10H18O 154 0.237 96 32 16.52 2，3，3-三甲基-二環［2.2.1］-2-庚醇Bicyclo［2.2.1］heptan-2-ol-2，3，3-trimethyl- C10H18O 154 0.065 94 33 16.89 1R-(1α，2β，5α)-5-甲基-2-異烯丙基環己醇Cyclohexanol，5-methyl-2-(1-methylethyl)-，1R-(1α，2β，5α)- C10H18O 154 0.080 96 34 17.07 2，6，6-三甲基-二環［3.1.1］-3-庚酮Bicyclo［3.1.1］heptan-3-one，2，6，6-trimethyl- C10H16O 152 0.049 97 35 17.18 2(10)-蒎烯-3-酮2(10)-Pinen-3-one C10H14O 150 0.019 91 36 17.31 龍腦Borneol C10H18O 154 2.431 97 37 17.40 α-萜品醇p-Menth-1-en-8-ol C10H18O 154 0.216 90 38 17.68 (1α，2α，5α)-2，6，6-三甲基-二環［3.1.1］3-庚酮Bicyclo［3.1.1］heptan-3-one，2，6，6-trimethyl-，(1α，2α，5α)- C10H16O 152 0.041 95 39 17.84 4-甲基-1-(1-甲乙基)-3-環己烯-1-醇3-Cyclohexen-1-ol，4-methyl-1-(1-methylethyl)- C10H18O 154 0.804 97 40 18.21 1a，2a-4-三甲基苯甲醇Benzenemethanol，1α，2α，4-trimethyl- C10H14O 150 0.036 95 41 18.25 隱品酮2-Cyclohexen-1-one，4-(1-methylethyl)- C9H14O 138 0.053 91 42 18.46 1α，2α，4-三甲基-3-環己烯-1-甲醇3-Cyclohexene-1-methanol，1α，2α，4-trimethyl- C10H18O 154 1.117 91 43 18.73 桃金娘醇(-)-Myrtenol C10H16O 152 0.052 90 44 18.96 4-亞甲基-1-(1-甲乙基)二環［3.1.0］-3-乙酸己酯Bicyclo［3.1.0］hexan-3-ol，4-methylene-1-(1-methylethyl)-acetate C12H17O2 194 0.013 97 45 19.06 氯化龍腦Bornyl chloride C10H17CL 172 0.032 91 46 19.26 馬鞭草烯酮D-Verbenone C10H14O 150 1.621 93 47 21.94 未知Unknown 0.066 48 22.71 乙酸龍腦酯Bornyl acetate C12H19O2 196 2.011 98 49 28.38 丁香烯Caryophyllene C15H24 204 1.426 99 50 29.78 α-丁香烯α-Caryophyllene C15H24 204 0.962 97 51 34.88 石竹烯氧化物Caryophillene oxide C15H24O 220 0.039 90 52 35.89 未知Unknown 0.023

3 討論

迷迭香揮發油的總離子流圖約有40 個色譜峰，部分色譜峰發生重疊，用MS 直接檢索可鑒別出匹配度＞90 的化學成分34 個，其他化學成分相似度降低，無法鑒別。HELP 法對不能鑒別出的重疊色譜峰進行逐個解析，共鑒定出47 個化學成分。迷迭香精油中主要成分為α-蒎烯(44. 19%)、樟腦萜(13.80%)、樟腦(7.61%)、1-甲基-5-(1-甲基乙烯基)-環己烯(3.61%)、乙酸龍腦酯(2.01%)、龍腦(2.43%)，其相對含量之和達到73. 65%，其中蒎烯、樟腦、龍腦、乙酸龍腦酯等具有消炎鎮痛、解熱、抗菌的功效。實驗結果表明化學計量法輔助GCMS 聯用技術解析復雜體系如揮發油等二維數據中的重疊峰，是一種方便準確的方法，比單獨使用GCMS 法更真實、全面地反映迷迭香中的揮發油成分。

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