芳香植物精油中主要成分分析检测方案

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芳香植物精油分析的气相色谱技术 许鹏翔1.2 贾卫民 毕良武! 刘先章3 赵玉芬² 1福建厦门涌泉集团公司博士后科研工作站，福建厦门，361023 2 厦门大学化学系，福建厦门，361005 3 中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏南京，210042 Gas Chromatographic Technologies for Studyingon Essential Oil of Aromatic Plants Xu Pengxiang2 Jia WeiminBi Liangwul Liu Xianzhang’ Zhao Yufen² Postdoctoral Research Workstation of Yongquan Group Co. Ltd.， Xiamen， Fujian， 3610232The Department of Chemistry， Xiamen University， Xiamen， Fujian， 361005 3 Institute of Chemical Industry of Forestry， CAF， Nanjing， Jiangsu， 210042 摘要：介绍了分析研究芳香植物精油所采用的气相色谱技术的新发展，包括气相色谱固定相、联用技术和多维气相色谱法。 Abstract： This article introduced the developments of gas chromatographic technologies that used in the anal-ysis of essential oil. It includes the technologies of stationary phase， hyphenation and multidimensional gas chro-matography. 关键词： 气相色谱技术、精油 Key words： Gas Chromatographic Technologies Essential Oil 芳香植物是调味品、药物和天然香料的主要来源，与人们生活关系密切。精油是存在于植物体中的一类可随水蒸气蒸馏、且具有一定香味的挥发性油状液体的总称。由于芳香植物精油具特有的香味和对人体的疗效作用，因而被广泛应用于食品、日用品、化妆品、制药及烟草工业上2。精油的化学成份相当复杂，往往具有一定的生物活性，多为萜烯及其含氧的化合物例如醛、醇、酮、酚、单萜、倍半萜、双萜等，一般具有易挥发的特点。早期对芳香植物精油化学成份的研究仅限于几个含量较高的主要成份，随着气相色谱技术的应用和提高，对精油化学成份的研究越来越深入。 气相色谱法(GC) 是二十世纪六十年代以后飞跃发展起来的一种分离、分析复杂混合物的高效分析技术。GC具有分离效能高、分析速度快、样品用量少、易于实现自动化等特点，具有其它化学或物理分离分析法极难达到和不可比拟的优点。随着科学技术的发展， GC 已进人了与新检测技术以及计算机联用的新阶段，如 GC-IR3]、GC-MS41和 GC-IR-MS(5]的应用，使物质的定性、定量分析达到了一个新的水平。此外，高效能、高选择性的新型固定相的不断出现也使 GC 有了许多新的突破，大大提高了 GC 在定性定量分析中的准确性和灵敏度。GC 分析技术在分析化学方面的研究及其应用十分广泛，本文仅就 GC 技术在精油分析中的新的发展做一个简单的介绍。 一、精油分析的 GC 固定相 GC 固定相的研究通常是从以下几个方面进行：(1)寻求更具热稳定性和化学稳定性固定相，(2)研究固定相相化学，希望组分分离更具选择性，(3)通过薄层相或使用细口径柱子以提高柱效，(4)固定相的特殊添加成份比如手性选择剂，(5)不同技术的联用以获得高分离度。上述几点都是影响精油分析结果的重要因素。因精油分析大多不需要很高的柱度，有人就认为使用热稳定性好的柱子不是那么重要。其实，柱子稳定性的提高也意味着其长期使用的可靠性，这也更能保证分析结果的重现性。 人们一般采用更具选择性的固定相来解决组分的峰重叠问题，但这常常会为了两个组分而影响到其其组分的分离效果，因此，更好的方法应是利用柱子的极性来解决。非极性柱子大多基于组分的沸点来进行分离。对于一个精油样品，如果含有的碳氢化合物组分包括氧化物很多，那么组分色谱峰将集中在很窄的保留时间范围内，使得峰重叠的可能性加大。若使用极性稍强的柱子，则极性组分的保留时间增长，样品色谱峰的保留时间范围将变宽，就可以获得好的分离效果。 对于精油的GC分析，单单通过改变有限的柱子长度和口径来实现柱效的提高是不够的。商业化的柱子一般是25~50m长，内径0.2~0.5mm， 固定相粒径0.25pm。分析者有时认为用细口径柱子和选择长柱来分析精油可以大大提高柱效的想法是不确切的，因不可能无限延长柱的长度，长度愈长则使使时进样口需要愈高的压力。固定相粒径较小的柱子对极性组分的分离能力会易随使用时间的增长而下降，引起组分峰的重叠。近年来，采用特定固定相化学如手性的 GC 开始吸引人们的目光。虽然尚未得到广泛应用，但已在精油化学成份分析鉴定中起着重要作用。 GC中手性固定相的出现，使得人们可以对萜类化合物中的异构体组分和大量其它化合物进行更详细的研究L6.7]。最近十年，为作为精油化学成份分析研究的工具做出了重要的贡献。这可以从不同固定相中添加手性选择成份的各种形式的手性 GC 柱在精油分析中的应用看出，比如咖啡花中环氧香叶醇的研究[8，，一些精油中薄荷酮I9]、龙脑10]、香茅醇11]和松油醇12J的研究，迷迭香油中马鞭草烯酮[13的研究和罗勒油中芳樟醇[14]的研究。另外也有人开展了其它研究工作，如各种植物精油中的芳樟醇和乙酸芳樟酯L15]的分析，香叶油[16]、橙花油[17]和玫瑰油18]等中的萜类化合物的分析。萜类化合物生物合成机制的研究[19]和精油生源的研究L20]，精油中许多具有手性碳的化合物的分析均属于手性分析的应用范畴。但所有的这些研究工作也仅仅反映了手性 GC 众多功能中的一小部分。 多维 GC 也被采用来分离分析精油组分，操作时组分先通过一根柱子进行一般性分离，然后感兴趣的组分会进入手性柱进行再分离。因商业化的手性柱对于人们感兴趣的许多单单萜合物甚至一些倍半化合物均具有足够的分离能力，有的精油研究中使用一根手性柱子也就够了[21]。 二、精油分析中的联用技术和多维GC 联用是指为了优化分离操作或提高分析数据质量而结合光谱检测方法或其其特效检测技术术进行的色谱分析。它应该包括 GC 分析前的预分离、多柱分离的 GC 和 GC分离后的形态鉴定。 高效液相色谱(HPLC) 和 GC的分离机制各不相同，它们的联用有着很好的优越性。、-一般是 HPLC对样品进行预分离，再把分离出的组分导入GC系统，根据沸点和/或极性不同进行进一步的高效分离。选择何种 HPLC 技术决定着预定的分离效果能否取得。Mondello等L22曾在这方面开展了工作，让经 HPLC预分离的目标组分段进入手性 GC柱，测出了精油样品中芳樟醇等异构体的含量比例。另外，有人发表了“自动HPLC-HR (高分辨) GC在精油分析上的强有力方法”系列文章，利用 HPLC-HRGC-MS分析了柠檬油[23]和其它的一系列精油L24J的化学成份。作者指出，该方法的分离效果好，减少了重叠峰的干扰，所得精油的分析结果更为准确。作者也认为该方法将成为柑橘类植物精油定性分析的好帮手。 Yarita 等125]分析柑橘油时发展了在线的 SFE-GC系统，精油经过填有硅胶的SFE 系统时组分因极性不同而分离，再把流出来的三个组分段(烃，醛和酯，醇)分别导人GC系统。很明显的，这些预分离步骤都是为了简化随后的 GC分 析，以克服其在精油分析中分离效率不足的短处。 精油的化学成份是如此复杂，因此，多维气相色谱法(MDGC) 被应用于精油分析是很自然的现象，并且很快被人们所接受。 Schomburg 等[26]于1975年采用双柱色谱方法，它的间接捕获进样法大大改善了分析操作。他们在恒温条件下分析了一个芳香精油样品，并分别用两根柱子对保留指数进行计算。其创新之处在于从第二个进样口引入烷烃标准到冷捕组分，从而简化了保留指数的计算。但当时第二根柱子前的冷捕器是不准加热的。后来，人们对它进行了改进，允许冷捕器受热。这样，通过选用不同选择性的柱子，使得在第一根柱子中不能分离而重叠的组分能通过第二根柱子来解决。随后也出现了双柱箱的 MDGC 系统，第二根柱子在分析迁移来的组分时可独立控制。MDGC解决了单柱 GC分析的一些无法克服的分离难题，它的突出表现还在手性分析中的应用。手性分析时使用的第一根柱子通常是传统柱，第二根则为手二柱。Bernreuther等27使用 SE-54 预柱和 Lipodex B手性柱分离了各种水果萃取物中的y-内酯。Mollenbeck 等128]采用 GC、GC-MS 和 MDGC研究精油，对样品中的大量组分均获得了预期的分离效果，其中包括手性物质的分离，并报道了五种化合物(柠檬烯、芳樟醇、松油烯、α-松油醇和香茅醇)的异构体的定量。Mondello 等也采用MDGC 技术分析了一系列的精油，并且也是使用了手性GC。他们研究了柑橘油!29]和柠檬油L30]中单萜萜氢化合物和醇的异构体分布，也研究了香柠檬油1311中单萜碳氢化合物、醇和乙酸芳樟酯的异构体分布。 精油GC分析后形态鉴定方面的研究也有了很大的进展。GC-O(嗅觉器)检测可认为是色谱柱分离后组分鉴定的一种生物传感器法。它可利用特定的香味来校正谱峰以获得组分的精确保留时间， GC-FID的结果则可以指示组分的相对丰度。Nishimural32]采用离线 MDGC 系统，它含有与第二套 GC 相连的可选择性捕获流出物的管子，分析了姜油中有气味物质的碳氢氧化物部分，同时也研究了影响嗅觉器效率的操作因素。 GC-MS对色谱所起的作用与色谱对质谱的作用同样重要。虽然质谱分析精油时所给出的组分质谱图在很多情况下并不是唯一的，比如分子式一样的异构体有着不同的结构式存在，但是，质谱仍能为常规分析提供非常有价值的信息。采用单柱式 GC-MS分析芳香精油的报道还是频频见于报。张占旺等33]利用 GC-MS联用技术，从花椒精油中分离出多种组分，研究并确定了12种单萜异构体，其中5种属同种植物精油的首次报道。廖超林134J对泰国蒌叶精油的化学成份进行了研究分析，用质谱鉴定了色谱分离出的64种成份中的58种，其主要成份为乙酸丁香酚酯和反式-异丁香酚。桂新等L35]更是采用 GC-MS 联用的方法，对国产野生薄荷挥发油成份进行了分析，并根据其主要成成份百分含量，将它们归纳为6个化学型。王兴国等13用气相色谱-红外-质谱 (GC-IR-MS)三联仪研究永登玫瑰精油化学成份，共分离鉴定了93个化合物，其中28个组分为首次鉴定报道，36个化合物 MS 谱得到 IR 谱的验证。 Wilkins36]发展了基于分光检测(IR 和MS)的 MDGC 技术，通过改变载流所到达的一系列平行冷捕获器，使仪器能按要求收集第一根柱子的流出物，并用来分析了桉油的化学成份。 最新提出的关于分析复杂的混合物，特别是为了消除重叠质谱峰的方法是飞行时间质谱 (GC-TOF-MS)。该方法能够产生即时谱，不存在离子源丰度和扫描速度之间的不匹配问题。使用 GC-TOF-MS分析精油的研究工作也已经有了报道137]，但尚未能推广应用。 三、结 语 在精油分析中，采用 GC 技术对芳香植物精油化学成份进行分析研究是一种相当有效的途径。随着芳香植物精油研究的日益深入，人们对 GC 技术的要求也将越来越高。GC 新技术的发展也将对芳香植物精油的研究起着巨大的推动作用，它将为寻找新的天然香料资源和选育优良芳香植物提供可靠的科学依据，为香料产业的发展作出新的贡献。 ( 参考文献 ) ( 1.董玉山等，植物精油研究进展，河南林业科技，1999 (4)：23 ) ( 2.吕洪飞，药用芳香植物资源的开发和研究，中草药，2000(9)：711 ) 3.安承熙等，香芸火绒草精油化学成学研究，分析测试技术与仪器，1995(4)：40 4.甄昭世等，检测掺假香叶油技术方法的探讨，香料香精化妆品，2001(1)：9 5.王兴国等，CGC/IR/MS方法对玫瑰精油化学成成的分析，兰州大学学报(自然科学版)，1996(1)：79 6. 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