全 文 ：收稿日期: 2002-05-02
作者简介:郭明全 ( 1975～ ) ,男 (汉族 ) ,湖北人 ,在读博士 ,分析化学专业
第 23卷 第 3期
2002年 9月
质 谱 学 报
Journal o f Chinese Mass Spec trometry Socie ty
Vol. 23 No. 3
Sept. 2002
电喷雾多级串联质谱快速鉴定木鳖子皂苷
郭明全 1 ,宋凤瑞 1 ,商慧娟2 ,王道武 1 ,刘志强 1 ,刘淑莹 1
( 1.中国科学院长春应用化学研究所质谱实验室 ,吉林 长春 130022;
2. 吉林省药检所中药室 ,吉林长春 130062)
摘要: 利用电喷雾正负离子多级串联质谱相结合的方法 ,并结合皂苷部分醇解产物和皂苷元的质谱数据 ,鉴
定了木鳖子皂苷的结构 ,推断了木鳖子皂苷的电喷雾质谱机理。
关键词: 正负模式 ;电喷雾多级串联质谱 ( ESI-M Sn , n= 1～ 3) ;木鳖子皂苷
中图分类号: O657. 63; R282. 71 /7703 文献标识码: A 文章编号: 1004-2997( 2002) 03-0135-06
皂苷类化合物是一类分布十分广泛的二次
代谢产物 ,特别在中草药提取物中是一类具有重
要药理活性的天然产物 ,这类物质由于分子内有
寡糖链存在 ,分离精制及结构测定十分困难。而
电喷雾质谱方法对于糖苷类化合物的测定是一
种极佳的手段 ,谱图简单 ,归属容易 ,并能为皂苷
类未知化合物的结构推断提供有力的证据 [1 ] ,因
此在天然糖苷类化合物的研究中发挥了越来越
大的作用 [2～ 6 ]。本文用电喷雾质谱方法测定了复
杂的三萜皂苷类化合物木鳖子皂苷的分子量 ,并
通过三种不同方式的多级串联质谱方法结合皂
苷部分醇解产物和皂苷元的质谱 ,进一步证实了
文献报道 [7 ]的木鳖子皂苷的结构 ,提出了该皂
苷的电喷雾质谱机理。
木鳖子是葫芦科植物木鳖的干燥成熟种子 ,
主要用于散结消肿 ,攻毒疗疮 ,木鳖子皂苷的药
理作用已有文献报道 [7 ] ,因而发展一种快速鉴定
木鳖子皂苷的质谱方法 ,无疑具有重要意义。
1 实验部分
1. 1 仪器及实验条件
Finnigan M AT LCQ电喷雾质谱仪 ,质量
范围 50～ 2000 amu,实验前质量误差均经过校
正 ;样品通过流动注射泵进样 ,流速 2μL /min;
采集正负离子谱 ;喷雾电压 5. 2 kV;毛细管温度
200℃ ;离子规压力 2. 07× 10- 3 Pa;鞘气压力
6. 9× 102 k Pa;碰撞气为氦气。
1. 2 药品及样品配置
木鳖子皂苷 I,木鳖子皂苷 I的部分醇解产
物皂苷 Ip和完全水解产物皂苷元 Ig。实验时均
配置成 1× 10- 7μmo l /μL的甲醇溶液 ,甲醇为分
析纯。 加合锂离子实验用 LiCl(分析纯 )的同样
浓度的甲醇溶液 ,实验时与皂苷的摩尔比为
1. 5∶ 1。
2 结果与讨论
木鳖子皂苷 I,木鳖子皂苷 I的部分甲醇解
产物皂苷 Ip和完全水解产物皂苷元 Ig的结构
如裂解图解 1( Scheme 1)所示。在正负离子模式
下 , I, Ip和 Ig都表现出较高的灵敏度 ,而且正负
离子谱可互相验证。木鳖子皂苷 I与锂的加合离
子的多级串联质谱进一步验证了皂苷 I的结构。
2. 1 木鳖子皂苷 I, Ip和皂苷元 Ig的一级全扫
描质谱图提供其准确分子量的信息
表 1 木鳖子皂苷一级全扫描质谱数据
Table 1 Molecular weights measured of saponin, I, Ip and sapogenin Ig by ESI-MS
Mw [M-H]- [2M-H]- [1 /2M-H ]- [M+ Na( Li) ]+ [2M+ Na( Li ) ]+ [1 /2M+ Na( Li ) ]+
I 1672 1671 - 835 1695( 1679) - 859( 851)
Ip 660 659 1319 - 683( 667) 1343( 1327) -
Ig 470 469 939 - 493 963 -
裂解图解 1 木鳖子皂苷结构
( a)皂苷 ; ( b)皂苷 Ip; ( c)皂苷 Ig
Scheme 1 Structures of Momordica saponin
( a) saponin I; ( b) saponin Ip; ( c) saponin Ig
从表 1可看出 ,皂苷 I, Ip和皂苷元 Ig在正
负离子方式下检测均能检测到 ,皂苷 I在正负离
子方式下都出现了双电荷离子 ,而皂苷 Ip和皂
苷元 Ig则都出现二聚体离子。 这可能与皂苷的
结构有关。表 1的三种条件下的质谱都准确地测
定了皂苷及皂苷元的分子量 ,并能相互验证。 对
于未知皂苷 ,通过人为加入某种金属离子 (如锂 )
引起的分子量变化 ,可准确推断未知皂苷的分子
量。
2. 2 皂苷 I的多级串联质谱
实验中我们发现 ,皂苷的正负离子多级串联
质谱表现出不同的碎裂规律: 在正离子模式下 ,
136 质 谱 学 报 第 23卷
C3位醚键连接的糖苷优先断裂 ,形成丰度很高
的丢失 C3位所连的糖链的碎片离子 ,对其进一
步碎裂 ,有助于推断 C28位酯键所连的糖链的结
构 ;在负离子模式下 , C28位酯键所连的糖苷键
优先断裂 ,形成丰度很高的丢失 C28位所连的糖
链的碎片离子 ,对其进一步研究 ,有助于推断 C3
位醚键所连的糖链的结构。文中我们综合了正负
离子方式的优势运用多级串联质谱对糖链的结
构进行了验证。裂解图解 2,裂解图解 3和裂解
图解 4分别给出了皂苷 I的多级串联质谱数据
和数据分析。 其中 ,我们都借用了 Domen和
Costello在分析寡糖中所采用的命名方法 [ 8]。对
于糖苷键裂解产生的碎片离子若电荷保留在皂
苷元 ;若电荷保留在另一侧 ,定义为 B型和 C型
离子。 文中我们以 C28位所连的糖链为α, C3位
所连的糖链为 β ,支链为 γα和 γβ (见裂解图解
1) ,糖距皂苷元的远近分别标明糖的位置。
裂解图解 2 正离子模式 m /z 1695多级串级质谱分析数据
Scheme 2 MSn anlysis data on the ion at m /z 1695 in the posit ive ion mode
裂解图解 3 正离子模式 m /z 1679多级串级质谱分析数据
Scheme 3 MSn analysis data on the ion at m /z 1679 in the positive ion mode
137 第 3期 郭明全等 ,电喷雾多级串联质谱快速鉴定木鳖子皂苷
裂解图解 4 负离子模式 m /z 1671多级串级质谱分析数据
Scheme 4 MSn analysis data on the ion at m /z 1671 in the positive ion mode
2. 2. 1 皂苷 [I+ Na]+ 的多级串联质谱
裂解图解 2给出了给出了皂苷 [ I+ Na ]+
( m /z 1695)的多级串联质谱数据分析。其二级质
谱中发生了糖苷键的断裂生成了 B型和 Y型离
子。 m /z 1695离子丢失一个脱氧六碳糖基 ( 146
Da)生成 m /z 1549离子 ,表明皂苷的末端连有
一脱氧六碳糖基。丰度最高的 m /z 1211离子与
母离子 m /z 1695之差为 484 Da,从质量数上看
484= 176+ 162+ 146,这与 C3位所连糖链质量
数一致 ,说明可能丢失了 C3位所连糖链。 m /z
977和 m /z 741是一对互相竞争的离子 ,它们分
别是由 C28位糖苷键的断裂所生成的 Y1α型和
B1α型离子。 m /z 595离子与 B2α型离子相符。
为分析 C28位所连糖链的结构 ,我们对丰度最
高的 m /z 1121离子进行了 MS3实验 , m /z 1079
离子的生成 ,表明糖链的末端连有一五碳糖基
( 132 Da)。 m /z 741离子的生成进一步证实了我
们前面对 C3位所连糖苷链断裂的推测。 m /z
741离子的质量数也与 C28位所连糖链加合一
个 Na+ 的质量数相吻合。下面我们主要分析 m /
z 741离子的组成与结构。 m /z 741离子主要产
生了四个碎片离子 723, 679, 609和 595。对应于
以下中性丢失 18, 62, 132和 146。 质量数为 132
和 146的中性丢失表明该糖链端基位置连有五
碳糖基和脱氧六碳糖基 ,结合对 m /z 1079离子
分析 ( C28位所连糖链末端连有一五碳糖基 ( 132
Da) ) ,我们认为与 C28位连接的是脱氧六碳糖
基。 对 m /z 595离子的进一步碎裂 ,主要生成四
种碎片离子 m /z 463, 445, 335和 317,分别对应
132, 150, 260和 278 Da的中性丢失。 132和 150
Da的中性丢失表明 m /z 595的离子有一个端基
五碳糖。 278 Da的中性丢失表明同时丢失了一
个五碳糖基 ( 132)和一个脱氧六碳糖基 ( 146) ,说
明有一个五碳糖基 ( 132)和一个脱氧六碳糖基
( 146)相连。 m /z 317从质量数上看 ,与二糖 ( 294
= 162+ 132)加合一个 Na+ 的质量数相等 ,由此
我们可大致推测出 595离子的组成为两个五碳
糖 ,一个六碳糖和一个脱氧六碳糖 ,而且两个端
基均为五碳糖 (否则 ,应出现一个 146或 162的
中性丢失 )。对 m /z 463离子的进一步碎裂证实
了上述推测: m /z 463生成了三种碎片离子 m /z
331, 317和 301,分别对应三种中性丢失:丢失一
个五碳糖基 ,一个脱氧六碳糖基和一个六碳糖
基 ,而且三种离子的丰度依次递减。这是因为五
碳糖基的丢失有两种可能 ,脱氧六碳糖基更容易
受到前一级碎裂时电荷迁移的影响 ( m /z 741～
m /z 595)。 这与木鳖子皂苷的结构特征相符。
2. 2. 2 皂苷 [I+ Li ]+ 的多级串联质谱
Scheme 3给出了皂苷 I的 [ I+ Li ]+ 的多级
串联质谱的数据分析。 有文献报道 [8 ] ,皂苷与锂
的加合离子 ,有助于提高分子离子的碎裂程度 ,
从而提供更加丰富的结构信息。我们的实验初步
验证了这一结果。 在二级谱中 , [ I+ Li ]+ 重复验
证了 [ I+ Na ]+ 的质谱数据 ,只是质量数对应相
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差 16。 其区别在于三级谱中 ,丰度很低的 m /z
725离子可提供稳定的多级碎裂质谱信息 ,而 [ I
+ Na ]
+ 的 MS2中 m /z 741的多级碎裂则很困
难。 而且 M S3中的 m /z 725与 MS2中的 m /z
725的碎片信息基本相同 ,进一步说明了正谱中
丰度最高的 m /z 1195的产生是丢失了 C3位所
连糖链的结果。其余的质谱数据基本重复验证了
[ I+ Na ]
+的质谱数据。
2. 2. 3 皂苷 [I-H ]-的多级串联质谱
裂解图解 4给出了皂苷 I的 [ I-H ]+ 的多级
串联质谱的数据分析。它与皂苷正离子方式下的
多级串联质谱数据有明显区别 ,其二级质谱中发
生了糖苷键的断裂生成了 B型和 Y型离子。m /z
1695离子丢失一个五碳糖基 ( 146 Da)生成 m /z
1359离子 ,表明皂苷的末端连有一五碳糖基。丰
度最高的 m /z 953离子和丰度很低的 m /z 717
离子是一对竞争互补离子 ,可能由 C28位糖苷
键的断裂产生。丰度最高的 m /z 953离子产生了
十分丰富的碎片信息 ,有利于分析 C3位糖链的
组成与结构。一系列 Y型和 Z型离子提供了糖
链的组成和序列的信息。 m /z 807( Y2β )和 m /z
773 ( Z2γβ )与其母离子 m /z 953质量差分别为
146和 180提示该糖苷链端基可能连有脱氧六
碳糖和六碳糖 m /z 807( Y2β )的进一步碎裂生成
m /z 627( Z2γβ )离子再次证实了这一推断。 m /z
469( Y1β )离子与其母离子 m /z 953质量差为
484,这与 C3位糖链的质量数一致 ,由此也可推
断出与皂苷元相连的糖基的质量数为 176( 176
= 484-162-146) ,它与六碳的糖醛酸质量数一
致 ,皂苷 Ip的质谱数据也证明了与皂苷元相连
的糖基质量数为 176( 176= 660-470-14)。而且
m /z 469( Y1β )离子也与皂苷元 Ig的 [ Ig-H ]-质
量数吻合。其他的碎片离子可能与糖醛酸易于形
成内酯结构有关 ,在电喷雾 CID实验中 ,生成一
系列开环失去 CO2和 H2O以及糖基的碎片离
子。
3 结 论
木鳖子皂苷是一个较为复杂的双糖连皂苷 ,
我们结合正负离子多级串联质谱分别分析了 C3
位和 C28位糖链的组成与序列 ,正谱有利于分
析 C28位糖链的结构 ,皂苷的负谱有利于分析
C3位糖链的结构 ,从而较好的验证了该皂苷的
结构 ,提出了相应的质谱碎裂规律 ,为皂苷的快
速质谱鉴定提供了一种十分有利的方法 ,而且该
方法也同样适用于皂苷混合物的分析。
参考文献:
[1 ] Guo M Q, Song F R, Bai Y, et al. , Anal. Sci. ,
2002, 18( 4): 481～ 484.
[2 ] Wolfender J L , Rodrigues S, Hosg tettmann K , e t
al. , Rapid Commun. Mass Spect rom. , 1995, 9:
S35～ S46.
[3 ] Van Setten D C, Ten Hove G J, Wier tz E J H J,
et a l. , Ana l. Chem. , 1998, 70, 4401～ 4409.
[4 ] Cui M , Sun W X, Song F R, et a l. , Rapid Com-
mun. Mass Spec trom. , 1999, 13: 873～ 879.
[5 ] Fang S, Hao C, Sun W , et a l. , Rapid Commun.
Mass Spectrom. , 1998, 12: 589～ 594.
[ 6] Cui M , Song F R, et al. , Rapid Commun. Mass
Spectr om. , 2000, 14: 1280～ 1286.
[ 7 ] Iwamo to M , Okabe H, Yamauchi T. et al. ,
Chem. Pharm. Bull. , 1985, 33( 2): 464～ 478.
[ 8] Cui M , Song F R, Liu Z Q , e t al. , Rapid Com-
mun. Mass Spect rom. , 2001, 15: 586～ 595.
139 第 3期 郭明全等 ,电喷雾多级串联质谱快速鉴定木鳖子皂苷
The Rapid Identif ication of Momordica Saponin I from
Semen Momordicae Using Electrospray Ionization Tandem
Mass Spectrometry ( SPI-MSn )
GUO Ming-quan1 , SON G Feng-rui1 , SHANG Hui-juan2 ,
WANG Dao-wu
1
, L IU Zhi-qiang
1
, LIU Shu-ying
1
( 1. Changchun Institute of Applied Chemistry , Chinese Academy of Sciences,
Changchun 130022, China;
2. Laboratory of Chinese Traditional Medcine , J ilin Institute for
the Drug Control , Changchun 130062, China )
Abstract: Momordica saponin I from Semen M omordicae has been rapidly identi fied by a combina-
tion o f ESI-M S
n
methods in both the posi tiv e and negativ e ion mode. The deg radation products Ip
and sampgenin Ig o f momo rdica sapoinin I w ere also analy zed by ESI-M S to confi rm the st ructure of
saponin I. The ESI-M S mechanisms of saponin I w ere a lso proposed based on the mass spectro da-
ta.
Key words: posi tiv e and nega tiv e mode; elect rospray ionization; tandem mass spect rometry ( M S
n
, n
= 1～ 3) ; Momo rdica saponin
等离子体源质谱:新千年
Plasma Source Mass Spectrometry: The New Millennium
编者: J GHolland和 S D Tanner。 2001年 Royal Society of Chemistry出版。
本书综合了在样品引入系统中的历程、反应池和碰撞池、各种质量分析器、形态分析的最新研究
论文以及分析天然水、同位素丰度比和生物材料中的金属有机化合物等论文 35篇。全书主要分为 6
章 ,内容如下: 1)介绍样品制备和样品导入方法 ; 2)介绍质量分析器的仪器结构 ; 3)介绍 ICP-MS的反
应池 ,讨论了多极杆装置的反应化学和碰撞过程 ; 4)介绍了 ICP-MS分析的应用及分析的质量控制 ;
应用 ETV-ICP-MS分析蜂蜜样品中的痕量元素 ;应用激光烧蚀电感耦合等离子体质谱测定冰样中的
痕量元素 ;应用 ICP-MS研究发电厂的痕量元素质量平衡 ; ICP-MS测定饮用水中水银、砒霜、硒和
锑 ;及应用 ICP-MS测定下水道和工业废水中的金属 ; 5)同位素比测量。介绍了高准确度的质谱仪测
定单一元素溶液的性能 ;应用 ICP-MS测定同位素丰度比 ,讨论了测量校正因子对不确定度的贡献的
研究和发展 ;比较了 MC-ICP-MS与四极杆 ICP-MS;应用同位素稀释法测定浓缩 206Pb和 203Tl的
同位素组成 ;应用非同位素稀释模式等离子体电离-多校正质谱仪 ( PIMMS)同时接收同位素组成和
母离子 /子离子比值 ; 6)形态分析。 介绍了同位素稀释痕量金属形态分析 ; ICP-MS和 IC-ICP-MS无
机水相形态分析 ;应用 GC-ICP-TOF-MS分析环境中金属的生物活性 ;飞行时间-电感耦合等离子体
质谱测定超痕量有机金属化合物的形态分析 ; IC-ICP-MS测定酸性矿物下水道中砒霜的形态分析 ;
人尿中硒的形态分析。比较了 ICP-MS与石墨炉原子吸收光谱 (GFAAS)与 DNA结合的 Pt的选择性
检测。
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