精油中挥发性成分联合分析.pdf

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1、第25卷,第10期 光谱学与光谱分析Vol125,No110,pp1599216022 0 0 5年1 0月 Spectroscopy and Spectral AnalysisOctober,2005精油中挥发性成分GC/FTIR与GC/MS联合分析蔡继宝1,林 平2,桑文强2,李 军2,苏庆德1311 中国科学技术大学化学系,安徽 合肥 23002621 华宝香化科技发展(上海)有限公司,上海 201821摘 要 采用同时蒸馏萃取(SDE)法获得了香紫苏(Salvia sclarea L1)精油,利用气相色谱/傅里叶变换红外光谱联用(GC/FTIR)和气相色谱/质谱联用(GC/MS)相结合

2、的手段,对其挥发成分进行了定性和定量分析,着重讨论了GC/FTIR在精油分析中的应用研究。通过不同波数官能团(Gram2Schmidt)重建红外光谱图、红外光谱差谱技术及质谱等相互验证的方法,大大提高了香紫苏油挥发成分的定性分析准确性。主题词 气相色谱/傅里叶变换红外光谱联用(GC/FTIR);气相色谱/质谱联用(GC/MS);香紫苏(Salviasclarea L1)油;精油分析中图分类号:O65716;TQ654+12 文献标识码:A 文章编号:100020593(2005)1021599204收稿日期:2004203218,修订日期:2004205228 基金项目:国家自然科学基金(20

3、405013)资助项目 作者简介:蔡继宝,1973年生,中国科学技术大学讲师,博士 3 通讯联系人引 言 香紫苏油是香紫苏(Salvia sclarea L1)类植物的水蒸气或水中蒸馏花序叶片等的产物,呈无色至浅黄色或浅橄榄色,具有清甜柔和草香、鲜果酯香、龙涎香、琥珀香、干木底香等,被广泛应用为香水、葡萄酒和烟草等的香原料1。定性分析是气相色谱分析的重要工作,常用方法有保留值定性、柱前或柱后衍生化配合气相色谱定性和气相色谱与其他技术联用(如:GC/MS,GC/MS/MS等)进行定性2。随着计算机技术和GC/MS发展,质谱谱库容量的扩充,目前GC/MS是混合物分离鉴定最常用的手段,但质谱鉴定仍对

4、许多化合物存在一定困难,利用谱库进行检索一般只能给出某个成分的可能匹配物质,由于有机化合物存在大量质谱图相似的异构体,因此质谱的鉴定结果仍然不能准确定性,为了化合物定性更为精确,需要结合傅里叶变换红外光谱等其他联用技术以及色谱保留值加以定性325。本文采用毛细管气相色谱/傅里叶变换红外光谱联用(GC/FTIR)和毛细管气相色谱/质谱联用(GC/MS)相结合的方法分析了香紫苏油的挥发性成分,着重讨论了GC/FTIR联用在精油分析中的应用;通过不同波数的官能团重建图、红外谱图,及其与质谱图相互验证的方法,提高了香紫苏油挥发成分定性分析的准确性。1 实验部分111 材料与仪器香紫苏精油样品:由华宝食

5、用香精香料(上海)有限公司提供。GC/FTIR/FID:美国Agilent公司6890气相色谱仪配美国Nicolet公司Nexus 470傅里叶变换红外光谱仪和火焰离子化检测器。GC/MS:美国Agilent公司6890气相色谱仪配5973质谱检测器。112 分析条件11211 气相色谱/傅里叶变换红外光谱(GC/FTIR)分析进样口温度为200;色谱柱采用DB2WAX极性弹性石英熔融毛细管气相色谱柱(长度为60 m,柱内径为0132mm,液膜厚度为0150m);传输线温度200,红外光管温度210,红外探测器MCT2A型,分辨率8 cm-1,红外光谱扫描范围4 000400 cm-1,扫描时

6、间011 s,每张图累积扫描8次,红外光管尾吹气流量012 mLmin-1;FID检测器温度250;载气为高纯氦气(纯度991999%),流量215mLmin-1;程序升温条件:起始温度50,3min-1升至100,保持10 min,2min-1升至150,保持10min,再以3min-1升至200,保持20 min。进样量1L,分流比21。11212 气相色谱/质谱(GC/MS)分析为方便GC/FTIR和GC/MS的对比研究,气相色谱条件采用与GC/FTIR/FID完全相同的条件;GC/MS载气为高纯氦气(纯度991999%),流量215 mLmin-1;离子源温度230,电离方式EI,电子

7、能量70 eV,灯丝发射电流2 mA,加速电压8 kV,质量扫描范围(m/z)33550 amu,电子倍增器电压1 035 V;由于质谱要求相对的高真空,故GC/MS分析的样品进样量012L,分流比1001。Table 1Qualitative and quantitative results of clary sage oil序号化合物相对含量检测方法1 2蒎烯0103MS/IR2 2月桂烯0158MS/IR3dl2烯013MS/IR41,82桉树脑0113MS/IR5顺2罗勒烯0107MS/IR7反2罗勒烯NMS/IR8伞花烃0107MS9 2异松油烯NMS/IR10叶醇NMS/IR11顺

8、式氧化芳樟醇0106MS12乙酸NMS/IR1312辛烯232醇0104MS/IR14氧化橙花醇NMS15反式氧化芳樟醇0106MS16 2古巴烯0119MS/IR17 2波旁烯NMS/IR18 2荜橙茄油烯NMS/IR19芳樟醇28112MS/IR20乙酸芳樟酯49183MS/IR21甲酸芳樟酯0123MS/IR22 2榄香烯0108MS23反式石竹烯0184MS/IR2442松油烯0104MS25L2(2)2薄荷醇0108MS/IR26 2律草烯NMS27柠檬醛0115IR28 2松油烯NMS29 2松油醇+甲酸香叶酯5105MS/IR30大根香叶烯0125MS/IR31喇叭烯NMS32乙

9、酸橙花酯1161MS/IR33E,E2 2金合欢烯NMS34杜松烯NMS35乙酸香叶酯2179MS/IR36二氢2 2沉香呋喃0107MS37橙花醇019MS/IR38香叶醇2115MS/IR39氧化石竹烯0177MS/IR40斯巴醇0125MS/IR41 2桉叶油醇NMS42 2桉叶油醇013MS/IR43香紫苏氧化物0117MS/IR合计951212 结果及讨论211 分析结果在确定条件下,对香紫苏油样品进行了GC/FTIR和GC/MS分析,利用GC/MS所配的Wiley710N(Wiley&Sons,New York,NY,USA)和NIST98(National Institute o

10、fStandards and Technology,Gaitherburg,MD,USA)质谱数据库进行自动检索获得初步定性结果,与标准化合物质谱图进行校对,同时结合样品FTIR图与标准化合物红外光谱图进行比较,进一步对所鉴定的化合物加以确认。实验所得香紫苏油的化学成分、相对含量(峰面积归一化)和定性方法如表1所示。由于连接红外光管与FID检测器的石英毛细玻璃管是惰性,且长度很短,死体积小,所以被分离组分经光管后,可很快到达FID检测器,因此红外重建图的保留时间和FID气相色谱图保留时间十分接近,适当调整红外检测开始时间,可使红外重建图的保留时间和FID气相色谱图保留时间基本一致。212GC/

11、FTIR对GC/MS的辅助验证气相色谱与傅里叶变换红外光谱联机检测(GC/FTIR)在近十几年来得到了很大发展,成为一种分离鉴定复杂有机混合物的有效方法。与GC/MS相比,GC/FTIR具有几何异构体鉴别能力强等特点,但由于其灵敏度低和标准化合物谱图库小等缺点,所以GC/FTIR更适合于作为GC/MS的辅助验证手段。例如,保留时间49126 min的化合物,质谱检索的定性结果为橙花醇(Nerol,匹配度96%)或乙酸香叶酯(Geranylacetate,匹配度91%),但该物质的红外谱图(见图1),在1 700和1 200 cm-1左右有两个强吸收峰,明显为酯的特征吸收,因此可以判断该化合物为

12、乙酸香叶酯,而不是橙花醇,同时利用标准化合物红外光谱数据库的检索也得到了验证。Fig11The FTIR of the component inRt=49126 min 又如,保留时间41125 min的化合物,质谱鉴定的是乙酸芳樟酯(匹配度91%),但该峰的红外谱图(见图2)却与乙酸芳樟酯的标准红外光谱图(见图3)有明显差异,经红外谱库检索,最后确定为甲酸芳樟酯(匹配度97%);同时,该峰的红外重建图(4 000400 cm-1)和乙酸芳樟酯的Gram2Schmidt6红外重建图(1 8001 680 cm-1)表现出的明显差异(见图4),也充分证明了GC/FTIR对GC/MS辅助验证的重要

13、性。Fig12The FTIR of the component inRt=41125 min0061 光谱学与光谱分析 第25卷Fig13The FTIR of linalyl acetateFig14The G ram2Schmidt FTIR between linalylacetate andRt=41125 min213 红外差谱技术在GC/FTIR中的应用为了解决红外光谱图中重叠的问题,人们采用了多种方法,如二阶导数法、傅氏退卷积法等。差谱技术628是随计算机发展而出现的新研究方法,是对存储的谱图进行数据处理的一种计算机软件功能,通过一定的数据处理,以达到气相色谱不能分离混合组分的

14、分离目的,运用差谱技术得到的谱图与纯样品的谱图可以非常吻合。实际分析时,并不需要每次都得到完全分离的GC/FTIR谱图。例如,保留时间47194 min的化合物,在GC/MS的TIC图和红外重建图(4 000400 cm-1)中只出现一个峰,质谱检测为a2松油醇(a2Terpineol,匹配度93%),但在此保留时间下的Gram2Schmidt红外重建图(1 8001 680 cm-1)出现一个峰(见图5),由于醇类物质不应在1 6801 800 cm-1出峰,初步判断这可能是两种物质的重叠峰。Fig15The G ram2Schmidt FTIR(1 68021 800 cm-1)利用差谱技

15、术:将保留时间47194 min的红外光谱图(见图6)和a2松油醇(a2Terpineol)的标准红外光谱图(见图7),以3 500 cm-1左右的羟基伸缩振动吸收峰为参考,通过两谱图相减而得到了一张新的红外光谱谱图(见图8),通过红外谱库检索验证,与甲酸香叶酯(Geranyl formate)的红外标准谱图完全吻合。因此,通过红外差谱技术,保留时间47194min的两组分混合物得到了分离。Fig16The FTIR of the component inRt=47194 minFig17The FTIR of a2terpineneFig18The subtracting FTIR of t

16、he componentinRt=47194 min3 结 论 本实验对香紫苏油样品进行了GC/FTIR和GC/MS相结合分析,共鉴定了44种化学成分,占相对含量的9512%,其主要成分是 2月桂烯、反式石竹烯、芳樟醇、乙酸芳樟酯、2松油醇、乙酸橙花酯、乙酸香叶酯、橙花醇、香叶醇和氧化石竹烯等,与文献报道9211基本一致。同时首次发现甲酸芳樟酯。尽管对未知样品的定性分析,最准确的定性应当是使用标准化合物进行确认。但应用质谱、红外光谱相结合的方法对GC分离后的化合物进行定性分析,大大地提高了结果的可靠性,特别是对于精油的分析,由于其存在大量的光学异构体,红外光谱的应用显得有相当积极意义,红外差谱

17、技术也已经在石油、环保、精油分析628,12等领域得到了广泛应用。1061第10期 光谱学与光谱分析参考文献 1 ZHANG You2jin,J IN Wen2bo(张悠金,金闻博).The Flavor and Flagrance of Tobacco(烟用香料香精).Hefei:Press of University of Scienceand Technology of China(合肥:中国科学技术大学出版社),1996.2 WANG Zheng2fan(汪正范).Qualitative and Quantitative Analysis by Chromatography(色谱定性与

18、定量).Beijing:Press of Chemistry and In2dustry(北京:化学工业出版社),2000.3 LIU Hu2wei,TANG Ying,HUANG Ai2jin(刘虎威,唐 颖,黄爱今).Chinese J.of Chromatography(色谱),1996,14(15):331.4 LIU Mi2xin,WU Zhu2ping(刘密新,吴筑平).Acta of Chromatography(色谱学报),1995,18(2):49.5 XIANG Ting2sheng,LI Hong,YU Yue2hui(向廷生,李 红,余跃慧).Acta of Jiang

19、han Petroleum College(江汉石油学院学报),1998,20(3):24.6 LIU Mi2xin,WU Zhu2ping,YANG Cheng2dui,MAO Li2ha(刘密新,吴筑平,杨成对,毛丽哈).Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析),1997,17(6):43.7 YUAN Hong2fu,LU Wan2zhen(袁洪福,陆婉珍).Petroleum Refining and Chemical Industry(石油炼制与化工),1998,29(9):47.8 ZHANG Xue2qin,LI Yang,HUAN

20、GLing,PAN Yuan2jiang(张雪芹,李 杨,黄 铃,潘远江).Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析),2002,22(2):229.9 Dzumayev K K,Tsibulskaya I A,Zenkevich I G,et al.J.Essent.Oil Res.,1995,7:597.10Ronyai E,Simandi B,Lemberkovics E,et al.J.Essent.Oil Res.,1999,11:69.11Carrubba A,Torre R L,Piccaglia R,et al.Flavour Fr

21、agr.J.,2002,17:191.12Ferary S,Auger J,Touche A.Talanta,1996,43:349.Analysis of Essential Oil Components by GC/FTIRand GC/MSCAI Ji2bao1,LIN Ping2,SANG Wen2qiang2,LI Jun2,SU Qing2de131.Department of Chemistry,University of Science and Technology of China,Hefei230026,China2.Huabao Flavours and Chemical

22、s(Shanghai)Co.Ltd.,Shanghai201821,ChinaAbstractThe volatile components of clary sage(Salvia sclarea L.)oil were identified by gas chromatography2Fourier transforminfrared spectroscopy(GC/FTIR)and gas chromatography2mass spectrometry(GC/MS).The application of GC/FTIR in analysis ofessential oil was m

23、ainly discussed.The accuracy of qualitative analysis for essential oil was improved by such technique as thereconstruction of different spectra regions Gram2Schmidt Fourier transforms infrared spectroscopy,and the application of subtracting ofFourier transforms infrared spectroscopy,and the mass spectrometry.KeywordsGC/FTIR;GC/MS;Clary sage(Salvia sclarea L)oil;Essential oil analysis(Received Mar.18,2004;accepted May 28,2004)3Corresponding author2061 光谱学与光谱分析 第25卷