全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 43 卷 第 8 期 2012 年 8 月

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GC-MS 结合化学计量学解析法分析臭冷杉针叶挥发油成分
任恒鑫 1，苏 瑞 2，张舒婷 1，宗希明 1，方洪壮 1*
1. 佳木斯大学药学院，黑龙江 佳木斯 154007
2. 哈尔滨第一医院，黑龙江 哈尔滨 150010
摘 要：目的 分析臭冷杉 Abies nephrolepis 针叶挥发油中化学成分。方法 利用 GC-MS 联用技术进行分离检测，通过直
观推导式演进特征投影（HELP）法对重叠峰进行解析，并结合程序升温保留指数（PTRI）进行辅助定性分析，采用峰面积
归一化法对各组分进行定量分析。结果 共分辨出 72 个色谱峰，鉴定了其中 63 个组分，占臭冷杉挥发油化学成分总量的
99.31%，其主要成分为醋酸龙脑酯、龙脑、α-红没药醇、柠檬烯等。结论 HELP 法结合 PTRI 能够提高质谱定性的准确性，
更全面、准确地反映臭冷杉针叶挥发油的化学成分。
关键词：臭冷杉；挥发油；GC-MS；直观推导式演进特征投影法；程序升温保留指数
中图分类号：R284.2 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2012)08 - 1499 - 04
Analysis on essential oil from needles of Abies nephrolepis by GC-MS combining
with chemometric resolution method
REN Heng-xin1, SU Rui2, ZHANG Shu-ting1, ZONG Xi-ming1, FANG Hong-zhuang1
1. College of Pharmacy, Jiamusi University, Jiamusi 154007, China
2. First Hospital of Harbin, Harbin 150010, China
Key words: Abies nephrolepis (Trautv.) Maxim.; essential oil; GC-MS; heuristic evolving latent projection (HELP); programmed
temperature retention index (PTRI)

松科植物臭冷杉 Abies nephrolepis (Trautv.)
Maxim. 又名臭松、东陵冷杉，分布于我国东北平
原东部山地与华北山地[1]。臭冷杉挥发油有很强的
抗菌、抗炎、降血压、调血脂能力，对抑制血小板
凝聚、防治癌症、增强免疫功能、延缓衰老等均有
良好功效，并可作为食品加香剂、调味剂、防腐剂
和抗氧化剂[2-4]，广泛应用于医药、食品、日用化工
等行业。臭冷杉挥发油化学组成复杂，对其成分的
气相色谱-质谱（GC-MS）分析，目前大多是通过
质谱库对所得质谱数据进行检索，经分析比较确定
成分的归属[5-7]。但由于质谱库匹配度检索多个物质
的排序通常较接近，相应的顺序时有错误，再加之
色谱中常有重叠色谱峰存在，使得检索结果会出现
偏差，从而影响定性分析的准确性。
化学计量学中的直观推导式演进特征投影
（heuristic evolving latent projections，HELP）法可对
重叠峰分辨解析[8]，通过质谱库检索结合程序升温
保留指数（programmed temperature retention index，
PTRI）能更准确地定性 GC 中的化学成分[9]。化学
计量学多元分辨方法结合保留指数方法已被公认为
植物挥发性成分的 GC-MS 数据分析的有效技术手
段。为了更准确地揭示臭冷杉挥发油化学成分的组
成，本实验利用 GC-MS 测定臭冷杉针叶挥发油，采
用 HELP 方法与 PTRI 相结合的辅助方法，对其化学
成分进行定性与相对定量分析，为臭冷杉挥发油质量
评价和探明其化学物质及作用机制提供基础数据。
1 仪器与材料
HP7890A—5975 型气相色谱-质谱联用仪（美
国安捷伦科技有限公司）；标准玻璃挥发油提取器
（上海满贤经贸有限公司）。正己烷（天津市大茂化
学试剂厂，色谱纯）；无水硫酸钠（上海绿源精细化
工厂，分析纯）；正构烷烃混合对照品 C8～C40（美
国 AccuStandard 公司，编号：DRH-008S-R2）。
臭冷杉新鲜针叶于2010年9月采于小兴安岭地

收稿日期：2011-12-30
作者简介：任恒鑫（1977—），男，黑龙江省佳木斯市人，硕士研究生，研究方向为中药分析。Tel: (0454)6557522 E-mail: rhx450@yahoo.cn
*通讯作者 方洪壮 Tel: (0454)8611265 E-mail: fhz-chjms@sohu.com
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 43 卷 第 8 期 2012 年 8 月

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区，经佳木斯大学药学院宗希明高级实验师鉴定为
臭冷杉 Abies nephrolepis (Trautv.) Maxim. 的针叶。
2 方法
2.1 挥发油提取
将臭冷杉针叶阴干后粉碎，称取样品粉末 100 g，
置于 2 000 mL 圆底烧瓶中，加蒸馏水 1 000 mL，按
《中国药典》2010 年版一部附录 XD 甲法[10]提取挥
发油 6 h，得淡黄色挥发油，记录体积，加适量无水
硫酸钠脱水，密封、避光冷藏。
2.2 测试条件
2.2.1 色谱条件 色谱柱为 HP-5MS 石英毛细管柱
（30 m×0.25 mm，0.25 μm），进样口温度 280 ℃，
初始柱温 40 ℃，以 4 ℃/min 升至 260 ℃，载气为
氦气，分流比为 100∶1，进样量 1 μL。
2.2.2 质谱条件 标准 EI 源（70 eV），离子源温度
为 230 ℃，接口温度为 280 ℃，四极杆质量分析器，
扫描范围 30～450 amu。
2.3 溶液制备
2.3.1 供试品溶液制备 取臭冷杉挥发油，用正已
烷转移至 2 mL 量瓶中，加正己烷溶解并稀释至刻
度，摇匀，即得。
2.3.2 对照品溶液的制备 精密量取正构烷烃混合
对照品 1 mL，至 5 mL 量瓶中，加正己烷溶解并稀
释至刻度，摇匀，即得。
2.4 程序升温线性保留指数的测定
分别取正构烷烃混合对照品溶液和供试品溶
液，按照“2.2”项下测试条件进样测定，获取色谱
数据。提取各组分色谱峰的保留时间，根据 van den
Dool 等[11]提出的程序升温线性保留指数计算公式，
计算臭冷杉挥发油各组分的保留指数。
Ix＝100 n＋100 (tx－tn / tn+1－tn)
Ix 表示待分析化合物的程序升温保留指数，tn+1 和 tn 分别代
表组分及碳数为 n 和 n＋1 正构烷烃的保留时间，tx 为被测
组分保留时间，且 tn+1＞tx＞tn
2.5 重叠峰的解析
采用 HELP 方法对二维数据进行解析，采用局
部因子分析以分辨出单个组分的纯物质的色谱和质
谱。实验中所涉及程序采用 Matlab 6.5 软件编写，
在 PentiumIV2.6GHz 处理器上运行。
臭冷杉挥发油的化学成分较复杂，从其总离子
流图（图 1）可以看到，通过优化色谱条件，大部
分色谱峰基本达到基线分离，但仍存在少量重叠峰。
例如保留时间 23.00～23.20 min 的峰簇 A，放大色
谱图见图 2，通过质谱库直接检索发现不同位置呈
现出较大的质谱变化，由左至右其检索结果和相似
度分别为葎草烯（77%）、红没药烯（32%）、榄香
烯（22%）、金合欢烯（70%）、依兰烯（65%），由
于其相似度均低于 90%，重叠峰无法实现准确定性。
但利用 HELP 方法解析后的色谱图（图 3），在确定
了峰簇的选择性信息和零浓度区后，解析得到相似
度较高的 3 个化合物，与其相应标准质谱图比较后确
定为葎草烯（96%）、金合欢烯（97%）和依兰烯（95%）。
2.6 质谱库检索结合保留指数的分析
定性分析一直是 GC-MS 数据处理中的一个难
点，通常采用标准物质与质谱数据库相似度匹配的

图 1 臭冷杉针叶挥发油的总离子流图
Fig. 1 TIC of essential oil in needles of A. nephrolepis

图 2 重叠峰总离子流图
Fig. 2 TIC of overlapped peaks

1-葎草烯 2-金合欢烯 3-依兰烯
1-humulene 2-farnesene 3-muurolene
图 3 解析后的色谱图
Fig. 3 Chromatogram after resolution

10 15 20 25 30 35 40 45
t / min
A

23 23.05 23.1 23.15 23.2
A
t / min

23 23.05 23.1 23.15 23.2
1
2
3
t / min
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方法。但由于标准物质质谱数据库中存在很多相似
的质谱数据，一个纯色谱峰常得到一组相似度很接
近的备选化合物与之对应，难以得到准确的定性结
果。尤其对于异构体、同系物等结构特征相似的化合
物，由于其质谱图非常相似，单纯依赖于质谱库匹配
度检索得到的结果不够准确。在这种情况下，结合化
合物的保留指数的信息进行定性就显得十分必要。
对所分辨的质谱在NIST08标准质谱库中检索，
根据Van den Dool等提出的程序升温线性保留指数计
算公式，以正构烷烃为参比计算臭冷杉挥发油各组分
的保留指数。例如保留时间为 8.478 min 的色谱峰，
经质谱库匹配度检索后得到2个相似度较高且很接近
的结果，分别为 1, 3, 3-trimethyl-bicyclo [2.2.1] heptan-
2-ol acetate 和 fenchyl acetate，相似度分别为 93.4%和
92.7%。利用线性程序升温保留指数的计算公式得到
保留时间为 8.478 min 的色谱峰保留指数为 1 221，
而文献报道 fenchyl acetate 和 1, 3, 3-trimethyl-bicycle
[2.2.1]heptan-2-ol acetate 的保留指数分别为 1 220 和
1 445[12]，故初步确定为 fenchyl acetate，与其相应标
准质谱图比较后最终确定其成分（表 1）。
2.7 化学成分的定量分析
采用峰面积归一化法对定性后的色谱峰积分，
计算臭冷杉针叶挥发油中各组分的相对质量分数。
3 结果
臭冷杉针叶挥发油总离子流图中共 72 个色谱
峰及峰簇，鉴定了其中的 63 个化合物，占挥发性成
分总量的 99.31%（表 1）。其中 8个化合物通过HELP
方法解析获得，41 个化合物依靠质谱匹配结合保留
表 1 臭冷杉针叶挥发油化学成分
Table 1 Components in essential oil from needles of A. nephrolepis
峰号 化合物 保留指数 相对质量分数 / % 峰号 化合物 保留指数 相对质量分数 / %
1 檀烯 903 3.458 32 蛇麻烯#* 1 456 1.768
2 三环烯 922 0.532 32 金合欢烯#* 1 458 0.288
3 α-蒎烯# 933 2.513 32 衣兰油烯#* 1 479 0.520
4 莰烯 947 5.018 33 姜黄烯* 1 484 0.303
5 β-蒎烯* 976 1.501 34 β-桉叶烯 1 488 0.319
6 月桂烯* 991 0.173 35 罗汉柏烯* 1 498 0.756
7 3-蒈烯* 1 011 0.207 36 紫穗槐烯 1 502 0.643
8 柠檬烯 1 029 3.914 37 红没药烯 1 511 3.881
9 异松油烯* 1 089 0.252 38 α-长叶蒎烯* 1 514 0.237
10 nona-3,5-dien-2-ol* 1 090 0.236 39 β-雪松烯 1 518 1.391
11 芳樟醇 1 100 0.414 40 δ-荜澄茄烯 1 526 0.445
41 丁酸香茅酯* 1 529 0.117 12 (1R,5-cis,6-cis)-bicyclo
[3.2.2]non-8-en-6-ol*
1 103 0.222
42 β-绿叶烯 1 534 2.050
13 樟脑烯醛* 1 127 0.111 43 α-丁子香烯* 1 545 0.477
14 水合莰烯* 1 140 0.121 44 香叶丁酸#* 1 562 0.147
15 樟脑* 1 145 0.180 44 反式橙花叔醇#* 1 565 1.909
16 龙脑 1 168 11.78 44 石竹烯氧化物#* 1 586 0.503
17 4-松油醇* 1 178 0.128 45 (+)-雪松醇 1 604 0.269
18 α-松油醇 1 191 0.448 46 澳白檀醇 1 610 0.151
19 檀紫三烯* 1 207 0.201 47 紫丁香烯氧化物* 1 612 0.313
20 乙酸葑酯 1 221 1.682 48 葎草烯环氧化物 1 631 0.201
21 3,7-二甲基-2-辛烯-1-醇* 1 229 0.146 49 库贝醇 1 635 0.184
22 乙酸芳樟酯 1 257 0.919 50 坚果醇* 1 640 0.147
23 乙酸龙脑酯 1 290 30.08 51 T-杜松醇 1 658 0.222
24 4-蒈烯* 1 347 0.218 52 绿花白千层醇* 1 661 0.179
25 乙酸松油酯 1 351 1.733 53 雪松烯 1 664 0.164
26 芳樟醇甲酸* 1 365 0.103 54 檀香醇* 1 672 0.301
27 香叶醋酸* 1 384 0.110 55 左旋环烯庚烯醇 1 686 3.413
28 β-广藿香烯 1 404 0.753 56 α-红没药醇#* 1 689 6.482
29 十二醛* 1 409 0.523 56 顺-11-十八碳烯醛#* 1 718 0.117
30 榄香烯* 1 412 0.327 57 香紫苏醇* 2 151 0.355
31 丁子香烯* 1 422 2.948 58 二十三烷 2 229 0.107
*利用保留指数辅助定性 #利用 HELP 方法解析重叠峰
*quantitation assisted by retention # quantitation assisted by HELP resolution

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指数进行辅助定性。通过对 63 个化合物进行归类分
析发现，相对质量分数最高为烯类 36.82%，其次为
酯类 33.21%、醇类 28.89%、醛类 0.523%、酸类
1.682%、酮类 0.18%。其中相对质量分数在 2%以上
的化合物共有 12 种，分别为醋酸龙脑酯（30.08%）、
龙脑（11.78%）、α-红没药醇（6.482%）、莰烯（5.018%）、
柠檬烯（3.914%）、红没药烯（3.881%）、檀烯（3.458%）、
左旋-环烯庚烯醇（3.413%）、丁子香烯（2.948%）、α-
蒎烯（2.513%）、β-绿叶烯（2.05%）、反式-橙花叔醇
（1.909%），占臭冷杉挥发油总量的 77.45%。
4 讨论
多组分复杂体系的化学成分色谱分离，是分析化
学中的难点。全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×
GC-TOFMS）技术，可使第一维重叠峰在第二维得以
分离，增加了获得纯质谱的可能性[13-14]。虽然 GC×
GC-TOFMS 可增大峰容量和检测灵敏度，但也部分
存在一维色谱的重叠峰的解析和准确定性的问题，
同时还受到仪器的价格及普及性限制。
化学计量学的数学分离具有较强的重叠峰解析
能力，其中 HELP 法采用三维秩图结合数据的特征投
影图确定色谱的纯浓度区和重叠区，更直观地用逐步
推导式的方式从色谱-光谱二维矩阵数据包含的信息
中分辨出单个组分的纯色谱和光谱。该方法不仅适于
一维色谱的数据处理，也可用于二维色谱数据的重叠
峰分辨。另外保留指数法是色谱定性的有效辅助手
段，因其仅与固定相的性质、柱温有关，所以具有良
好的准确度和重现性。将保留指数与化学计量学多元
分辨方法结合运用，具有良好的应用前景。
本实验采用 HELP 法以及质谱库检索结合保留
指数法对臭冷杉挥发油进行定性分析，从小兴安岭
臭冷杉挥发油中鉴定出 63 个组分，远远多于相关文
献报道[7]，在一定程度上突破了一维气相色谱分离
技术条件限制，与单纯采用相似度匹配来处理数据的
方法相比，显著提高定性定量的科学性和准确度。
不同产地的臭冷杉挥发油的组成成分和相对质量分
数上均有较大差异。实验结果表明，小兴安岭地区臭
冷杉挥发油中相对质量分数最高组分为醋酸龙脑酯
（30%），与文献报道[5-6]的吉林延边地区及长白山地区
臭冷杉挥发油中最高量组分柠檬烯（27%、29%）明
显不同。从挥发油成分的化学结构来看，小兴安岭地
区臭冷杉挥发油中主要含有烯类、酯类和醇类物质，
而且烯类与其对应醇类化合物，或者醇与其对应酯类
化合物通常同时出现。而文献中的延边地区及长白山
地区臭冷杉挥发油中并未出现此现象，这是否与小兴
安岭地区臭冷杉生长环境有关，有待进一步研究。
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