全二维气相色谱/ 飞行时间质谱用于莪术挥发油分离分析特性的研究
第32 卷
2004 年5 月
分析化学(FENXI HUAXUE) 研究报告
Chinese Journal of Analytical Chemistry
第5 期
582～586
全二维气相色谱/ 飞行时间质谱用于
莪术挥发油分离分析特性的研究
武建芳1 ,2 路 鑫1 唐婉莹2 孔宏伟1 周申范2 许国旺
3 1
1 (中国科学院大连化学物理研究所, 国家色谱研究分析中心,大连116011) 2 (南京理工大学, 南京210094)
摘 要 用全二维气相色谱/ 飞行时间质谱( GC ×GC/ TOFMS) 研究莪术挥发油。对GC ×GC 与GC 的分离
特性和GC ×GC/ TOFMS 与GC/ MS 的定性能力进行了比较。在相同条件下, GC 分离出87 个峰, GC ×GC
分出约500 个峰,GC/ MS 和GC ×GC/ TOFMS 鉴定出匹配度大于800 的组分分别为46 种和227 种。除此之
外,GC ×GC/ TOFMS 对每一个组分可给出三维定性信息,定性可靠性大大提高。研究结果显示与传统的分
析技术相比,GC ×GC/ TOFMS 在中药挥发油成分分析领域有很大的优势。
关键词 全二维气相色谱,飞行时间质谱, 挥发油, 莪术
2003205226 收稿;2003210225 接受
本文系国家自然科学基金(No. 20175028) 和中国科学院领域前沿创新基金(No. K2002A11) 资助项目
1 引 言
国内外研究发现,莪术具有抗肿瘤和提高肌体免疫力等功效1 。关于莪术挥发油成分的研究,过
去采用的主要分析手段是气相色谱/ 质谱联用法( GC/ MS) ,该方法分离出的组分不到100 种,鉴定出的
组分不超过70 种2 ～6 。
气相色谱( GC) 及GC/ MS 是药用挥发油的主要分析手段7 。由于中药挥发油组成复杂,且含量不
均匀,常规的GC 与GC/ MS 方法,由于分离能力不足,导致峰重叠严重,低含量组分定性定量不准确。
针对存在的问题,我们认为一个通用性强的中药分析方法应当是多维色谱、联用技术、化学计量学三部
分的有机结合8 ,即用多维色谱提高组分的分辨率,综合质谱等谱学信息对峰进行定性,用化学计量学
处理多维色谱和波谱产生的大量信息。
全二维气相色谱( GC ×GC) 9 ,10 是把分离机理不同而又相互独立的两根色谱柱以串联方式连接在
一起的二维系统。这两根色谱柱之间装有一个调制器,调制器起捕集再传送的作用,经第一柱分离的组
分由调制器聚焦后以脉冲方式进入第二柱进行进一步的分离,所有组分从第二根色谱柱进入检测器。
GC ×GC 与GC 相比具有高分辨率、高灵敏度、高峰容量等优点11 ,12 。
在优化的实验条件下,比较了GC ×GC 与GC 的分离能力、GC ×GC/ TOFMS 与GC/ MS 的定性能
力,研究了GC ×GC/ TOFMS 用于莪术挥发油的分离分析特性,证明了GC ×GC/ TOFMS 在中药挥发
油组成分析方面有明显的优势。
2 实验部分
2. 1 仪器与柱系统
GC ×GC 系统由HP6890 色谱仪(美国安捷伦公司) 色谱仪和冷喷调制器KT2001 (美国,ZEOX 公
司) 组成,使用FID 检测器。GC ×GC 与TOFMS(美国,L ECO 公司) 直接联机。谱图由Transform 和
Zeox 处理与定量。GC ×GC 与GC ×GC/ TOFMS 柱系统为:柱1 为SOL GELWAX (60 m ×0. 25 mm ×
0. 25μm) (澳大利亚SGE 公司) ;柱2 为Cyclodex2B (3 m ×0. 1 mm ×0. 1μm) (澳大利亚SGE 公司) 。
GC 为HP6890 色谱仪(美国安捷伦公司) ,使用FID 检测器。GC/ MS 为QP5000 (日本岛津公司) 。GC
与GC/ MS 柱系统为SOL GELWAX (60 m ×0. 25 mm ×0. 25μm) (澳大利亚,SGE 公司) 。
2. 2 GC与GC/ MS 实验条件
进样口温度250 ℃;检测器温度260 ℃;柱系统程序升温:70 ℃(3 min)
3 ℃/ min
200 ℃(25min) ;柱前
压125 kPa , 恒压;离子源电压为70 V ;接口温度为210 ℃;质量扫描范围35AMU～400AMU ;进样量为
0. 3μL , 分流比为1∶120 。
2. 3 GC×GC与GC×GC/ TOFMS 实验条件
进样口温度250 ℃;检测器温度260 ℃;柱前压607 kPa , 恒压操作;柱系统程序升温:70 ℃(3 min)
3 ℃/ min
200 ℃(25 min) ;接口温度210 ℃;离子源温度240 ℃;质量扫描范围35 AMU～400AMU ;冷气
流量20 mL/ min , 热气加热电压为60 V ;进样量为0. 3μL , 分流比为1∶120 ;调制周期为5 s。
2. 4 样品来源和挥发油的制备
浙江莪术购自大连美罗大药房,按照中华人民共和国药典13 一部附录XD 挥发油测定法提取挥发油。
3 结果与讨论
3. 1 GC与GC×GC用于莪术挥发油分离特性的比较
研究发现,适合分析莪术挥发油的柱系统是:第一维为极性柱SOL GELWAX (60 m ×0. 25 mm ×
0125μm) ,第二维为手性柱Cyclodex2B (3 m ×0. 1 mm ×0. 1μm) 的柱系统。为了比较GC 与GC ×GC
的分离特性,GC 与GC ×GC 的第一维色谱柱使用相同的柱子SOL GELWAX (60 m ×0. 25 mm ×0. 25
μm) ,在相同操作条件下(相同的柱温、进样量、分流比和线速) 分别对莪术挥发油进行实验。GC 仅仅分
出87 个峰,而GC ×GC 分出大约500 个峰。由于在GC ×GC 中第二维色谱柱的极性与第一维色谱柱
不同,许多由第一根色谱柱流出的部分重叠或完全重叠的组分在第二维色谱柱上得以进一步的分离。
同时,经调制后的峰高比没有调制的峰高增强了10～30 倍(见图1A 和图2B) ,这使得原本GC 方法难
于检测的痕量组分被GC ×GC 检测到。
图1 GC 与GC ×GC 比较谱图
Fig. 1 Comparison of gas chromatogram ( GC) with GC ×GC
A. 传统GC 分离谱图(the traditional gas chromatogram) ; B. GC ×GC 谱图(the two dimensional
gas chromatogram , GC ×GC) 。
图2 是在GC 中重叠为一个峰而在GC ×GC 中分为4 个峰的例子。图2A 是图1A 的局部放大图,在GC 中分离检测为一个峰,该峰在GC ×GC 中经调制器调制后送入第二根色谱柱,在第二根色谱柱上
进一步分离为4 个峰(见图2B) 。图2C 为相应时间区域的GC ×GC 的二维轮廓图,4 个斑点清晰可见。
3. 2 GC/ MS 与GC×GC/ TOFMS 用于莪术挥发油定性能力的比较
与上述研究方法类似,在相同操作条件下比较了GC/ MS 与GC ×GC/ TOFMS 用于莪术挥发油的
定性能力。经研究发现,GC/ MS、GC ×GC/ TOFMS 鉴定出匹配度大于800 的组分分别为46 种和227
种, GC ×GC/ TOFMS 鉴定出质谱匹配较好的组分远多于GC/ MS。主要原因是对于中药挥发油这样
的复杂样品,GC/ MS 分离能力不够,导致许多组分部分重叠或者完全重叠,影响质谱定性结果;同时,传
统的GC/ MS 灵敏度不够,许多痕量组分难以检出。GC ×GC/ TOFMS 方法的高分辨率和高灵敏度使得
复杂样品组分的分离得到大大改善,同时鉴出更多痕量组分。
不仅如此,在GC ×GC 中,调制周期一般在4～10 s , 而第一维色谱峰的峰宽一般在0. 1～0. 5 min。
3 8 5 第5 期武建芳等:全二维气相色谱/ 飞行时间质谱用于莪术挥发油分离分析特性的研究
图2 一维与二维节选色谱谱图比较
Fig. 2 The comparison of GC with GC×GC
A. 节选于谱图1A (detail of GC chromatogram of Fig. 1A) ; B.
节选于谱图1B (detail of GC ×GC chromatogram of Fig. 1B) ; C.
B 经软件转化后所形成的全二维气相色谱谱图( detail of GC ×
GC chromatogram contour plot) 。
因此,GC ×GC/ TOFMS 中的一个组分被多次调制进
入检测器,多次鉴定和确认。图3 就是一个组分(莰
烯) 被鉴定3 次的例子,1 ,2 ,3 是莰烯的3 个切片,B、C、D 分别为切片1 、2 、3 的质谱图,E 是莰烯在NIST
谱图库中的质谱图,质谱图B、C、D 与E 的匹配度分
别为933 、926 和915 , TOFMS 给出了相同的定性结
果,因此莰烯被确认了3 次。质谱定性信息加上第
一维保留时间和第二维保留时间,组成了正交的3
维定性信息。所以GC ×GC/ TOFMS 与GC/ MS 相
比,鉴定出的组分更多、更可靠,更能准确的给出中
药挥发油的化学物质组成。
3. 3 莪术挥发油GC×GC/ TOFMS 定性结果
在优化的色谱条件下,用GC ×GC/ TOFMS 对
浙江莪术挥发油进行了定性研究。在得到的质谱定
性结果中,匹配度大于800 的组分有227 种;匹配度
大于850 的组分有161 种;匹配度大于900 的组分有
81 种。表1 列出了匹配度大于800 的物质的分子式
以及具有相同分子式的异构体的个数。定量信息显
示,萜类化合物含量比较高。
图3 一个组分分3 次送入第二维,被GC ×GC/ TOFMS 鉴定了3 次
Fig. 3 One component is sent to 2nd dimension at 3 slices , and identified three times by GC ×
GC/ time2of2flight2mass spectrometry ( TOFMS)
A. 莪术挥发油的部分离子流谱图(the part ion chromatogram of zedoary volatile oil) ; 1 、2 、3. 莰烯的3 个切
片( the three slices of camphene ) ;B、C、D. 峰1 、2 、3 的质谱图(the deconvoluted mass spectrums of peaks 1 ,2 and 3 respectively) ; E. 莰烯在NIST 谱图库里的质谱图( the NIST library spectrum of camphene ) 。
4 结 论
中药挥发油组成十分复杂,且许多组分为痕量
组分。传统的一维色谱由于峰容量不足、灵敏度与分辨率较低,导致峰重叠严重,分离不理想。本实验
以莪术挥发油为分析对象,在相同条件下,比较了GC 与GC ×GC 方法的分离能力,两种方法分离出的
组分数分别为87 和500 。同样在相同条件下,比较了GC/ MS 与GC ×GC/ TOFMS 方法的定性能力,两
种方法鉴定出匹配度大于800 的组分分别为46 种和227 种。研究结果表明:与传统的分析技术相比,GC ×GC/ TOFMS 方法具有高灵敏度、高分辨率和高峰容量等优点,十分适合分析像中药挥发油这样的
复杂体系。
4 8 5 分析化学第32 卷
表1 莪术挥发油中匹配度大于800 的物质的分子式以及具有相同分子式的异构体的个数
Table 1 The formula of components of zedoary volatile oil whose similarity is over 800 and the number with same formula
分子式
Formula
个数
Quantity
分子式
Formula
个数
Quantity
分子式
Formula
个数
Quantity
分子式
Formula
个数
Quantity
C8H14 1 C3H6O 1 C8H16O 2 C15H26O 21
C9H14 1 C3H6O2 1 C8H16O2 1 CH3NO 1
C11H10 4 C3H6O3 1 C8H18O 2 CH4N2O 1
C12H12 5 C3H8O2 3 C8H18O3 1 CH6N2O2 1
C12H18 1 C4H4O4 1 C8H8O 1 C5H13NO 1
C13H10 1 C4H6O4 1 C9H10O2 1 C4H8O2S 1
C13H12 3 C4H6O5 1 C9H14O 2 C2H7ON 1
C13H14 5 C4H8O 1 C9H18O 1 C2H5N3O2 1
C10H8 2 C4H8O3 1 C9H18O2 1 C2H6N2O2 1
C10H12 1 C5H12O 1 C9H20O 1 C2H4N2O2 1
C10H14 3 C5H4O2 1 C9H8O3 1 C2H4N2O4 1
C10H16 17 C6H12O 2 C10H12O 1 C12H8O4S 1
C15H22 6 C6H12O2 1 C10H14O 7 C2H3F 1
C15H24 28 C6H12O3 1 C10H16O 15 C2H7N 1
C15H26 1 C6H14O 2 C10H18O 16 C7H5NS 1
CH2O2 1 C6H6O 1 C10H20O 1 C8H12N2 1
C2H2O4 1 C7H14O 2 C10H18O2 2 C8H6S 1
C2H4O2 1 C7H16O 2 C10H20O2 1 C8H7N 1
C2H6O 2 C7H6O 1 C15H20O 1
C2H6O2 1 C8H14O 1 C15H22O 4
C3H4O3 1 C8H14O2 2 C15H24O 13
References
1 Fu Naiwu(傅乃武) . Chin. Med. B ull . (中药通报) , 1984 , 9 (2) : 35～38
2 Zhou Xin(周 欣) , Liang Guangyi (梁光义) , Shen Wanyan (沈万雁) , Chai Li (柴 立) . West China J . Pharm. Sin.
(华西药学杂志) , 2002 , 17 (3) : 201～203
3 Shen Shijie (沈世杰) , Han Jiuman (韩纠缦) . Chin. Tradit . Herb Drug (中草药) , 1997 , 28 (1) : 10～13
4 Li Aiqun (李爱群) , Hu Xuejun (胡学军) , Deng Yuanhui (邓远辉) , Yao Chongshun(姚崇舜) ,Wang Shujun (王淑君) ,Chen Jimin(陈济民) . Chin. Tradit . Herb Drug (中草药) , 2001 , 32 (9) : 782～783
5 Wang Xuefeng (王雪峰) , Yao Chuan (姚 川) , Hu Chang (胡 昌) . J . Chin. Med. Mater. (中药材) , 1991 , 14
(10) : 35～37
6 Tang Minyan (汤敏燕) , Sun Lingfeng (孙凌峰) , Wang Hongwu (汪洪武) . Chem. Indus. Forest Prod. (林产化学
与工业) , 2000 , 20 (3) : 65 ～ 69
7 Zhang Li (张 莉) , Fang Hongju (方洪钜) . Chin. J . Pharm. A nal . (药物分析杂志) , 1994 , 14 (3) : 52～60
8 Ruan C H , Xu G W , Lu X , Hua R X , Kong H W , Xiao K, Yang Q. Chromatographia , 2003 , 57 : 1～6
9 Liu Z , Phillips J B. J . Chromatogr. Sci . , 1991 , 29 : 227～231
10 Venkatramani C J , Xu J , Phillips J B. A nal . Chem. , 1996 , 68 : 1486～1492
11 Frysinger G S , Gaines R B. J . High Resol . Chromatogr. , 1999 , 22 (4) : 195～200
12 Xu Guowang (许国旺) , Ye Fen (叶 芬) , Kong Hongwei (孔宏伟) , Lu Xin (路 鑫) , Zhao Xinjie (赵新捷) . Chi2
nese J . Chromatogr . (色谱) , 2001 , 19 (2) :132～136
13 Editorial Committee of The Pharmacopoeia of People′s Republic of China(中华人民共和国药典委员会) . The Pharma2
copoeia of People′s Republic of China (中华人民共和国药典) . Beijing (北京) :Chemical Industry Press (化学工业出版
社) , 1995 , Appendix(附录)
5 8 5 第5 期武建芳等:全二维气相色谱/ 飞行时间质谱用于莪术挥发油分离分析特性的研究
Analytical Characteristics of Zedoary Volatile Oil by
Comprehensive Two2dimensional Gas Chromatography/
Time2of2Fl ight Mass Spectrometry
Wu Jianfang1 ,2 , Lu Xin1 , Tang Wanying2 , Kong Hongwei1 , Zhou Shenfan2 , Xu Guowang
3 1
1 ( National Chromatographic Research & A nalysis Center , Dalian Institute of Chemical Physics ,Chinese Academy of Sciences , Dalian 116011)
2 ( Nanjing University of Science and Technology , Nanjing 210094)
Abstract The comprehensive two2dimensional gas chromatography/ time2of2flight mass spect romet ry ( GC
×GC/ TOFMS) was applied to investigate zedoary volatile oil. The separation power of GC ×GC and GC ,and identification power of GC ×GC/ TOFMS and GC/ MS were compared under the same conditions. 87
peaks were achieved with GC , while about 500 peaks were resolved with GC ×GC. In the meantime , GC
×GC/ TOFMS not only identified 227 peaks (much more than the peaks of 46 in GC) , but also provided 3
kinds of orthogonal identification information that makes the result more reliable. All of these show that GC
×GC/ TOFMS is a powerful inst rument in the analysis of volatile oil of t raditional Chinese medicines.
Keywords Comprehensive two2dimensional gas chromatography , time2of2flight mass spect romet ry ,volatile oil , zedoary
(Received 26 May 2003 ; accepted 25 October 2003)
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(武长白、莫京)
6 8 5 分析化学第32 卷, http://www.100md.com(武建芳1 ,2 路 鑫1 唐婉莹2 孔宏伟1 周申范2 许国旺1)
2004 年5 月
分析化学(FENXI HUAXUE) 研究报告
Chinese Journal of Analytical Chemistry
第5 期
582～586
全二维气相色谱/ 飞行时间质谱用于
莪术挥发油分离分析特性的研究
武建芳1 ,2 路 鑫1 唐婉莹2 孔宏伟1 周申范2 许国旺
3 1
1 (中国科学院大连化学物理研究所, 国家色谱研究分析中心,大连116011) 2 (南京理工大学, 南京210094)
摘 要 用全二维气相色谱/ 飞行时间质谱( GC ×GC/ TOFMS) 研究莪术挥发油。对GC ×GC 与GC 的分离
特性和GC ×GC/ TOFMS 与GC/ MS 的定性能力进行了比较。在相同条件下, GC 分离出87 个峰, GC ×GC
分出约500 个峰,GC/ MS 和GC ×GC/ TOFMS 鉴定出匹配度大于800 的组分分别为46 种和227 种。除此之
外,GC ×GC/ TOFMS 对每一个组分可给出三维定性信息,定性可靠性大大提高。研究结果显示与传统的分
析技术相比,GC ×GC/ TOFMS 在中药挥发油成分分析领域有很大的优势。
关键词 全二维气相色谱,飞行时间质谱, 挥发油, 莪术
2003205226 收稿;2003210225 接受
本文系国家自然科学基金(No. 20175028) 和中国科学院领域前沿创新基金(No. K2002A11) 资助项目
1 引 言
国内外研究发现,莪术具有抗肿瘤和提高肌体免疫力等功效1 。关于莪术挥发油成分的研究,过
去采用的主要分析手段是气相色谱/ 质谱联用法( GC/ MS) ,该方法分离出的组分不到100 种,鉴定出的
组分不超过70 种2 ～6 。
气相色谱( GC) 及GC/ MS 是药用挥发油的主要分析手段7 。由于中药挥发油组成复杂,且含量不
均匀,常规的GC 与GC/ MS 方法,由于分离能力不足,导致峰重叠严重,低含量组分定性定量不准确。
针对存在的问题,我们认为一个通用性强的中药分析方法应当是多维色谱、联用技术、化学计量学三部
分的有机结合8 ,即用多维色谱提高组分的分辨率,综合质谱等谱学信息对峰进行定性,用化学计量学
处理多维色谱和波谱产生的大量信息。
全二维气相色谱( GC ×GC) 9 ,10 是把分离机理不同而又相互独立的两根色谱柱以串联方式连接在
一起的二维系统。这两根色谱柱之间装有一个调制器,调制器起捕集再传送的作用,经第一柱分离的组
分由调制器聚焦后以脉冲方式进入第二柱进行进一步的分离,所有组分从第二根色谱柱进入检测器。
GC ×GC 与GC 相比具有高分辨率、高灵敏度、高峰容量等优点11 ,12 。
在优化的实验条件下,比较了GC ×GC 与GC 的分离能力、GC ×GC/ TOFMS 与GC/ MS 的定性能
力,研究了GC ×GC/ TOFMS 用于莪术挥发油的分离分析特性,证明了GC ×GC/ TOFMS 在中药挥发
油组成分析方面有明显的优势。
2 实验部分
2. 1 仪器与柱系统
GC ×GC 系统由HP6890 色谱仪(美国安捷伦公司) 色谱仪和冷喷调制器KT2001 (美国,ZEOX 公
司) 组成,使用FID 检测器。GC ×GC 与TOFMS(美国,L ECO 公司) 直接联机。谱图由Transform 和
Zeox 处理与定量。GC ×GC 与GC ×GC/ TOFMS 柱系统为:柱1 为SOL GELWAX (60 m ×0. 25 mm ×
0. 25μm) (澳大利亚SGE 公司) ;柱2 为Cyclodex2B (3 m ×0. 1 mm ×0. 1μm) (澳大利亚SGE 公司) 。
GC 为HP6890 色谱仪(美国安捷伦公司) ,使用FID 检测器。GC/ MS 为QP5000 (日本岛津公司) 。GC
与GC/ MS 柱系统为SOL GELWAX (60 m ×0. 25 mm ×0. 25μm) (澳大利亚,SGE 公司) 。
2. 2 GC与GC/ MS 实验条件
进样口温度250 ℃;检测器温度260 ℃;柱系统程序升温:70 ℃(3 min)
3 ℃/ min
200 ℃(25min) ;柱前
压125 kPa , 恒压;离子源电压为70 V ;接口温度为210 ℃;质量扫描范围35AMU～400AMU ;进样量为
0. 3μL , 分流比为1∶120 。
2. 3 GC×GC与GC×GC/ TOFMS 实验条件
进样口温度250 ℃;检测器温度260 ℃;柱前压607 kPa , 恒压操作;柱系统程序升温:70 ℃(3 min)
3 ℃/ min
200 ℃(25 min) ;接口温度210 ℃;离子源温度240 ℃;质量扫描范围35 AMU～400AMU ;冷气
流量20 mL/ min , 热气加热电压为60 V ;进样量为0. 3μL , 分流比为1∶120 ;调制周期为5 s。
2. 4 样品来源和挥发油的制备
浙江莪术购自大连美罗大药房,按照中华人民共和国药典13 一部附录XD 挥发油测定法提取挥发油。
3 结果与讨论
3. 1 GC与GC×GC用于莪术挥发油分离特性的比较
研究发现,适合分析莪术挥发油的柱系统是:第一维为极性柱SOL GELWAX (60 m ×0. 25 mm ×
0125μm) ,第二维为手性柱Cyclodex2B (3 m ×0. 1 mm ×0. 1μm) 的柱系统。为了比较GC 与GC ×GC
的分离特性,GC 与GC ×GC 的第一维色谱柱使用相同的柱子SOL GELWAX (60 m ×0. 25 mm ×0. 25
μm) ,在相同操作条件下(相同的柱温、进样量、分流比和线速) 分别对莪术挥发油进行实验。GC 仅仅分
出87 个峰,而GC ×GC 分出大约500 个峰。由于在GC ×GC 中第二维色谱柱的极性与第一维色谱柱
不同,许多由第一根色谱柱流出的部分重叠或完全重叠的组分在第二维色谱柱上得以进一步的分离。
同时,经调制后的峰高比没有调制的峰高增强了10～30 倍(见图1A 和图2B) ,这使得原本GC 方法难
于检测的痕量组分被GC ×GC 检测到。
图1 GC 与GC ×GC 比较谱图
Fig. 1 Comparison of gas chromatogram ( GC) with GC ×GC
A. 传统GC 分离谱图(the traditional gas chromatogram) ; B. GC ×GC 谱图(the two dimensional
gas chromatogram , GC ×GC) 。
图2 是在GC 中重叠为一个峰而在GC ×GC 中分为4 个峰的例子。图2A 是图1A 的局部放大图,在GC 中分离检测为一个峰,该峰在GC ×GC 中经调制器调制后送入第二根色谱柱,在第二根色谱柱上
进一步分离为4 个峰(见图2B) 。图2C 为相应时间区域的GC ×GC 的二维轮廓图,4 个斑点清晰可见。
3. 2 GC/ MS 与GC×GC/ TOFMS 用于莪术挥发油定性能力的比较
与上述研究方法类似,在相同操作条件下比较了GC/ MS 与GC ×GC/ TOFMS 用于莪术挥发油的
定性能力。经研究发现,GC/ MS、GC ×GC/ TOFMS 鉴定出匹配度大于800 的组分分别为46 种和227
种, GC ×GC/ TOFMS 鉴定出质谱匹配较好的组分远多于GC/ MS。主要原因是对于中药挥发油这样
的复杂样品,GC/ MS 分离能力不够,导致许多组分部分重叠或者完全重叠,影响质谱定性结果;同时,传
统的GC/ MS 灵敏度不够,许多痕量组分难以检出。GC ×GC/ TOFMS 方法的高分辨率和高灵敏度使得
复杂样品组分的分离得到大大改善,同时鉴出更多痕量组分。
不仅如此,在GC ×GC 中,调制周期一般在4～10 s , 而第一维色谱峰的峰宽一般在0. 1～0. 5 min。
3 8 5 第5 期武建芳等:全二维气相色谱/ 飞行时间质谱用于莪术挥发油分离分析特性的研究
图2 一维与二维节选色谱谱图比较
Fig. 2 The comparison of GC with GC×GC
A. 节选于谱图1A (detail of GC chromatogram of Fig. 1A) ; B.
节选于谱图1B (detail of GC ×GC chromatogram of Fig. 1B) ; C.
B 经软件转化后所形成的全二维气相色谱谱图( detail of GC ×
GC chromatogram contour plot) 。
因此,GC ×GC/ TOFMS 中的一个组分被多次调制进
入检测器,多次鉴定和确认。图3 就是一个组分(莰
烯) 被鉴定3 次的例子,1 ,2 ,3 是莰烯的3 个切片,B、C、D 分别为切片1 、2 、3 的质谱图,E 是莰烯在NIST
谱图库中的质谱图,质谱图B、C、D 与E 的匹配度分
别为933 、926 和915 , TOFMS 给出了相同的定性结
果,因此莰烯被确认了3 次。质谱定性信息加上第
一维保留时间和第二维保留时间,组成了正交的3
维定性信息。所以GC ×GC/ TOFMS 与GC/ MS 相
比,鉴定出的组分更多、更可靠,更能准确的给出中
药挥发油的化学物质组成。
3. 3 莪术挥发油GC×GC/ TOFMS 定性结果
在优化的色谱条件下,用GC ×GC/ TOFMS 对
浙江莪术挥发油进行了定性研究。在得到的质谱定
性结果中,匹配度大于800 的组分有227 种;匹配度
大于850 的组分有161 种;匹配度大于900 的组分有
81 种。表1 列出了匹配度大于800 的物质的分子式
以及具有相同分子式的异构体的个数。定量信息显
示,萜类化合物含量比较高。
图3 一个组分分3 次送入第二维,被GC ×GC/ TOFMS 鉴定了3 次
Fig. 3 One component is sent to 2nd dimension at 3 slices , and identified three times by GC ×
GC/ time2of2flight2mass spectrometry ( TOFMS)
A. 莪术挥发油的部分离子流谱图(the part ion chromatogram of zedoary volatile oil) ; 1 、2 、3. 莰烯的3 个切
片( the three slices of camphene ) ;B、C、D. 峰1 、2 、3 的质谱图(the deconvoluted mass spectrums of peaks 1 ,2 and 3 respectively) ; E. 莰烯在NIST 谱图库里的质谱图( the NIST library spectrum of camphene ) 。
4 结 论
中药挥发油组成十分复杂,且许多组分为痕量
组分。传统的一维色谱由于峰容量不足、灵敏度与分辨率较低,导致峰重叠严重,分离不理想。本实验
以莪术挥发油为分析对象,在相同条件下,比较了GC 与GC ×GC 方法的分离能力,两种方法分离出的
组分数分别为87 和500 。同样在相同条件下,比较了GC/ MS 与GC ×GC/ TOFMS 方法的定性能力,两
种方法鉴定出匹配度大于800 的组分分别为46 种和227 种。研究结果表明:与传统的分析技术相比,GC ×GC/ TOFMS 方法具有高灵敏度、高分辨率和高峰容量等优点,十分适合分析像中药挥发油这样的
复杂体系。
4 8 5 分析化学第32 卷
表1 莪术挥发油中匹配度大于800 的物质的分子式以及具有相同分子式的异构体的个数
Table 1 The formula of components of zedoary volatile oil whose similarity is over 800 and the number with same formula
分子式
Formula
个数
Quantity
分子式
Formula
个数
Quantity
分子式
Formula
个数
Quantity
分子式
Formula
个数
Quantity
C8H14 1 C3H6O 1 C8H16O 2 C15H26O 21
C9H14 1 C3H6O2 1 C8H16O2 1 CH3NO 1
C11H10 4 C3H6O3 1 C8H18O 2 CH4N2O 1
C12H12 5 C3H8O2 3 C8H18O3 1 CH6N2O2 1
C12H18 1 C4H4O4 1 C8H8O 1 C5H13NO 1
C13H10 1 C4H6O4 1 C9H10O2 1 C4H8O2S 1
C13H12 3 C4H6O5 1 C9H14O 2 C2H7ON 1
C13H14 5 C4H8O 1 C9H18O 1 C2H5N3O2 1
C10H8 2 C4H8O3 1 C9H18O2 1 C2H6N2O2 1
C10H12 1 C5H12O 1 C9H20O 1 C2H4N2O2 1
C10H14 3 C5H4O2 1 C9H8O3 1 C2H4N2O4 1
C10H16 17 C6H12O 2 C10H12O 1 C12H8O4S 1
C15H22 6 C6H12O2 1 C10H14O 7 C2H3F 1
C15H24 28 C6H12O3 1 C10H16O 15 C2H7N 1
C15H26 1 C6H14O 2 C10H18O 16 C7H5NS 1
CH2O2 1 C6H6O 1 C10H20O 1 C8H12N2 1
C2H2O4 1 C7H14O 2 C10H18O2 2 C8H6S 1
C2H4O2 1 C7H16O 2 C10H20O2 1 C8H7N 1
C2H6O 2 C7H6O 1 C15H20O 1
C2H6O2 1 C8H14O 1 C15H22O 4
C3H4O3 1 C8H14O2 2 C15H24O 13
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13 Editorial Committee of The Pharmacopoeia of People′s Republic of China(中华人民共和国药典委员会) . The Pharma2
copoeia of People′s Republic of China (中华人民共和国药典) . Beijing (北京) :Chemical Industry Press (化学工业出版
社) , 1995 , Appendix(附录)
5 8 5 第5 期武建芳等:全二维气相色谱/ 飞行时间质谱用于莪术挥发油分离分析特性的研究
Analytical Characteristics of Zedoary Volatile Oil by
Comprehensive Two2dimensional Gas Chromatography/
Time2of2Fl ight Mass Spectrometry
Wu Jianfang1 ,2 , Lu Xin1 , Tang Wanying2 , Kong Hongwei1 , Zhou Shenfan2 , Xu Guowang
3 1
1 ( National Chromatographic Research & A nalysis Center , Dalian Institute of Chemical Physics ,Chinese Academy of Sciences , Dalian 116011)
2 ( Nanjing University of Science and Technology , Nanjing 210094)
Abstract The comprehensive two2dimensional gas chromatography/ time2of2flight mass spect romet ry ( GC
×GC/ TOFMS) was applied to investigate zedoary volatile oil. The separation power of GC ×GC and GC ,and identification power of GC ×GC/ TOFMS and GC/ MS were compared under the same conditions. 87
peaks were achieved with GC , while about 500 peaks were resolved with GC ×GC. In the meantime , GC
×GC/ TOFMS not only identified 227 peaks (much more than the peaks of 46 in GC) , but also provided 3
kinds of orthogonal identification information that makes the result more reliable. All of these show that GC
×GC/ TOFMS is a powerful inst rument in the analysis of volatile oil of t raditional Chinese medicines.
Keywords Comprehensive two2dimensional gas chromatography , time2of2flight mass spect romet ry ,volatile oil , zedoary
(Received 26 May 2003 ; accepted 25 October 2003)
科技论文写作高级研修班即将开办
由国家自然科学基金委员会科学基金杂志部主办, 中国科学院上海生命科学信息中心协办的“第二期科技论文写
作高级研修班”定于2004 年7 月12～17 日在北京和上海举行。
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员会的管理专家等, 涉及的主题有科技论文写作的理论与实践、投稿注意事项、科技编辑技巧,以及如何撰写科学基金
项目申请书等。
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(武长白、莫京)
6 8 5 分析化学第32 卷, http://www.100md.com(武建芳1 ,2 路 鑫1 唐婉莹2 孔宏伟1 周申范2 许国旺1)