全 文 ：2005年 7月
July 2005
色 谱
Chinese Journal o f Chromatogra phy
Vol. 23 No. 4
422 ～ 425
收稿日期:2004-07-01
作者简介:薛兴亚 ,男 ,博士 ,主要从事色谱及质谱分析 , T el:(0411)84379529 , E-mail:xuexy@dicp. ac. cn.
通讯联系人:梁鑫淼 ,男 ,博士 ,研究员 ,博士生导师, T el:(0411)84379519 , Fax:(0411)84379539 , E-mail:l iangxm@dicp. ac. cn.
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No. 20235020)和中国科学院知识创新工程重要方向项目(No. KGCX2-SW-213).
气相色谱保留参数用于刺五加果挥发油中萜烯及萜烯氧化物的分类
薛兴亚 , 　于万滢 , 　陈吉平 , 　黄威东 , 　梁鑫淼
(中国科学院大连化学物理研究所 , 辽宁 大连 116023)
摘要:根据刺五加挥发油中 24 个挥发性成分在 5 个程序升温条件下的保留时间 , 采用基于 Levenberg-Marquardt法
的软件 GC_AB计算得到相应成分的气相色谱保留参数(A , B 值)。通过对其中的萜烯及萜烯氧化物之间 A , B 关
系的相关性分析 ,发现相同碳数的单萜烯 、倍半萜烯和其氧化物分别具有良好的 A-B 线性相关性 , 但单萜烯与倍半
萜烯 、单萜烯与其氧化物 、倍半萜烯与其氧化物的 A-B 关系不共线。研究表明 , 在中草药挥发油之类的复杂未知混
合物体系的分析中 ,通过色谱保留参数进行萜烯及萜烯氧化物的分类是一种很有潜力的辅助定性方法。
关键词:气相色谱保留参数;萜烯;萜烯氧化物;分类;刺五加;挥发油
中图分类号:O658　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-8713(2005)04-0422-04
Classification of Terpenes and Terpene Oxides in Volatile Oil of
Fruit of Acanthopanax senticosus (Rupr . Et Maxim) Harms
with Gas Chromatographic Retention Parameters
XUE Xingya , YU Wanying , CHEN Jiping , HUANGWeidong , LIANG Xinmiao
(Dalian Institute of Chemical Physics , The Chinese Academy of Sciences , Dalian 116023 , China)
Abstract:Gas chromatographic(GC) retention parameters(A and B values) for 24 volatile com-
pounds in volatile oil of Acanthopanax senticosus (Rupr . Et Maxim) Harms were obtained
from the retention times under five temperature-programming conditions with self-developed GC_
AB software based on Levenberg-Marquardt method. The correlation analysis between A and B pa-
rameters of terpene and its oxides was carried out. Good linear relationships between A and B pa-
rameters were built for seven monoterpenes (C10H16), nine sesquiterpenes (C15H24), threemonot-
erpene oxides(C10Hn O)and three sesquiterpene oxides(C15Hn Ox) at the same carbon number , re-
spectively. But poor A-B linearity was built for the group formed frommonoterpenes and monoter-
pene oxides or that formed from sesquiterpenes and sesquiterpene oxides at the same carbon num-
ber. At the same time the A-B relationships for monoterpenes , sesquiterpenes and their oxides are
not collinear. Therefore , this discipline is applied in the assistant identification for terpenes with
different carbon numbers and in the classification between terpenes and their oxides. It shows that
GC retention parameters calculated from retention times under several temperature-programming
conditions are useful for the classification of monoterpenes , sesquiterpenes and their oxides in the
analysis of volatile oils from traditional Chinese herbs.
Key words:gas chromatographic retention parameters;terpene;terpene oxide;classification;
Acanthopanax senticosus (Rupr . Et Maxim)Harms ;volatile oil
　　五加科植物刺五加(Acanthopanax senticosus
(Rupr . Et Maxim)Harms)的根 、根茎 、树皮 、叶 、
茎 、果实皆可作药用 ,这在我国本草医籍中已有记
载。目前 ,从天然药物中寻找新药成为当今世界药
学研究的热点 ,中药的优势和特点正逐步为人们所
认识和接受 ,并引起国际社会的广泛关注 。对于中
药挥发油这类组成非常复杂的混合物体系 ,目前主
要采用气相色谱-质谱联用技术[ 1] 进行分析;然而 ,
任何一种定性分析方法均有局限性 ,如对挥发油中
大量存在的一些同分异构体的分析 ,就应采用气相
　第 4期 薛兴亚等:气相色谱保留参数用于刺五加果挥发油中萜烯及萜烯氧化物的分类
色谱-傅里叶变换红外光谱进行分析[ 2] 而不应采用
色谱-质谱联用技术。色谱保留值在许多情况下可
以为质谱和红外光谱分析提供重要的辅助确认数
据 ,因此 ,为了提高定性结果的可靠性 ,色谱保留时
间 、色谱保留参数经常被用于未知成分的辅助定性 。
气相色谱遵循 ln k =A +B /T 的色谱保留规律[ 3] ,
其中的 A , B系数为气相色谱保留参数 ,T 为柱温 。
获取 A , B参数的经典方法是首先测定多个恒温条
件下目标物质的实验保留时间 ,然后将保留因子的
对数值与对应的绝对温度倒数值进行线性回归。该
法简单 ,但不适用于复杂样品保留参数的获取 。因
为对于组分较多 、沸程较宽的复杂样品 ,在恒温条件
下往往难以得到较好的分离 ,而且不同恒温条件下
的色谱峰容易发生交叉 ,不利于准确进行峰识别 。
陈吉平等[ 4] 实现了以黄金分割法由程序升温条件下
的保留时间计算气相色谱保留参数的方法 ,但仍存
在迭代次数多 、计算速度较慢 、保留时间较长时预测
偏差较大等缺点 。薛兴亚[ 5] 在其基础上发展了基于
Levenberg-Marquardt法的 A , B 参数计算方法和
预测保留时间的校正方法 。本文利用 5个程序升温
条件下测定的保留时间 ,采用作者自编的软件(GC_
AB)计算获取了刺五加挥发油中 24个化学成分的
A , B 参数 ,并对其中的萜烯及萜烯氧化物之间的
A , B 值进行了相关性分析 。采用程序升温方式基
本消除了恒温方式下测定 A , B 值的局限性 ,且总
分析时间远小于采用恒温条件时的分析时间 。
1　实验部分
1. 1　样品和试剂
　　刺五加样品为经过中药师鉴定的产地为陕西秦
岭的刺五加果。刺五加挥发油的提取按照《中国药
典》提供的方法[ 6] 进行。提取过程中用乙醚收集挥
发油 ,所得挥发油的乙醚溶液置于 2. 0 mL 样品瓶
中 ,待乙醚自然挥发尽后 ,将挥发油密封后于 4 ℃条
件下保存 。该挥发油的化学成分已经过气相色谱 /
四极杆质谱(GC/qMS)、气相色谱 /傅里叶变换红外
光谱(GC/FTIR)、气相色谱 /正交加速飞行时间质
谱(GC/oaTOFMS)的结构定性分析[ 2] ,其中 24个成
分的结构信息列于表 1中 。
　　去离子水(大连化学物理研究所);乙醚(分析
纯 ,天津市津东天正精细化学试剂厂);正己烷(分析
纯 ,天津市科密欧化学试剂开发中心);全氟三丁胺
(分析纯 , Fluorochem Ltd)。
1. 2　仪器与分析条件
　　GC/oaTOFMS:GCT 飞行时间质谱仪(Mi-
cromass ,英国), 配备 Agilent 6890 Plus 气相色谱
仪(Agilent ,美国)和CTCA20 0S自动进样器(CTC
Analytics ,瑞士)。质谱工作站为Masslynx V3. 5及
Elemental Composition 元素分析软件(Micromass ,
英国)。色谱条件:美国 J&W Scientific公司的 DB-5
弹性石英毛细管色谱柱(60 m×0. 25 mm i. d. , 膜
厚 d f =0. 25 μm);载气为高纯氦气;进样口温度为
250 ℃;柱前压恒定在 103. 3 kPa;分流比为 40∶1。
质谱条件:传输线温度为 260 ℃;离子源温度为 250
℃;电子轰击电压为70 eV;灯丝发射电流为80 mA;
质谱检测器电压为3 000 V;质量扫描范围为 50 ～
400 u;以全氟三丁胺标准物质作为外标对质谱进行
校准。样品经稀释 30倍后 ,每次进样 1 μL。5次线
性程序升温条件:初始温度为 50 ℃;升温速率分别
为 2 , 3 ,4 , 5 和 6 ℃/min;结束温度为 250 ℃,保持
10 min。
图 1　GC-oaTOFMS的死时间规律
Fig. 1　The relationship between dead time (t 0) and
column temperature(T) for GC /oaTOFMS
1. 3　数据处理
　　气相色谱分析中通常采用无保留的小分子气体
(如甲烷)测定色谱系统的死时间 ,而以 GC/oaT-
OFMS测定相对分子质量小(M r <50)的物质时会
对检测器造成不良影响 ,因此通过测定不同柱温下
正构烷烃的保留时间 ,根据正构烷烃的保留因子对
数值与碳数呈线性关系的原理 ,通过一维搜索确定
最佳的死时间(设定死时间起始值为 3 min ,终止值
为 10 min ,以步长0. 001 min递增 ,选用正构烷烃的
保留因子对数值与碳数线性相关系数最高时的死时
间),推算得到各温度下的死时间并进一步线性回归
得到本系统的死时间规律 ,结果见图 1。死时间 t 0
与柱温 T 的关系为:t 0 =- 0. 348 11+0. 018 744T
- 1. 659 2×10 -5 T 2 。由于质谱是高真空系统 ,因而
死时间随温度的变化呈现非线性趋势 。采用基于
Levenberg-Marquardt法的 A , B 参数计算软件 GC
_AB[ 5] ,根据 5 个线性程序升温条件下的保留时间
计算得到刺五加挥发油中 24个化学成分的气相色
谱保留参数 。
423
色 谱 第 23卷
2　结果与讨论
2. 1　5个程序升温条件下目标化合物的保留时间
　　为获取刺五加挥发油化学成分的气相色谱保留
参数 ,我们采用 GC/oaTOFMS测定了刺五加挥发油
中 24个成分在 5个程序升温条件下的保留时间(见
表 1)。选用 GC/oaTOFMS 进行刺五加挥发油化学
成分保留规律的研究 ,主要是利用其精确的质量分
辨能力 ,以保证不同色谱条件下色谱峰指认的正确
性。通常情况下 ,气相色谱采用标准品和相对峰面
积实现色谱峰的识别 ,但是对于组成复杂的未知样
品(如中草药挥发油类天然物质),在没有标准品或
其组成还未完全被揭示的情况下 ,采用联用技术能
提高色谱峰识别的准确性 。GC/oaTOFMS 的特点
之一是可以对碎片离子做出准确的筛选 ,从而弥补
一般低分辨质谱如四极杆质谱在选择性较差时给峰
识别带来的困难。
2. 2　目标化合物的 A , B 参数及A-B 关系
　　根据 5个程序升温条件下的保留时间 ,采用 GC
_AB软件迭代计算得到刺五加挥发油中 24个化学
成分的 A , B 参数(见表 1)。气相色谱的 A , B
参数反映了色谱组分的保留性质 ,是色谱组分与固
表 1　刺五加果挥发油中 24个化合物的定性信息
Table 1　The specification of 24 target compounds in the volatile oil of fruit of
Acanthopanax senticosus (Rupr . Et Maxim) Harms
No. Formula M r CAS No.
Chemical
structure
t R(exp) /min
a b c d e
A B
A013 C10H16 136. 1 3387-41-5 1) 20. 18 17. 15 15. 20 13. 83 12. 82 - 11. 8373 4540. 81
A014 C10H16 136. 1 18172-67-3 2) 20. 48 17. 40 15. 42 14. 03 13. 00 - 11. 6059 4471. 38
A016 C10H16 136. 1 123-35-3 3) 21. 27 17. 85 15. 70 14. 22 13. 12 - 12. 5117 4813. 15
A018 C10H16 136. 1 99-83-2 4) 22. 33 18. 70 16. 43 14. 85 13. 68 - 11. 9676 4660. 89
A019 C10H16 136. 1 13466-78-9 5) 22. 78 19. 03 16. 68 15. 07 13. 87 - 11. 9543 4671. 39
A020 C10H16 136. 1 586-62-9 6) 23. 20 19. 32 16. 93 15. 25 14. 03 - 11. 9986 4700. 96
A021 C10H14 134. 1 99-87-6 7) 23. 78 19. 73 17. 22 15. 50 14. 23 - 12. 1362 4768. 56
A022 C10H16 136. 1 138-86-3 8) 24. 12 19. 97 17. 42 15. 67 14. 38 - 12. 0855 4761. 81
A031 C10H18O 154. 1 562-74-3 9) 35. 32 27. 85 23. 53 20. 67 18. 63 - 12. 3525 5203. 14
A036 C10H12O 148. 1 122-03-2 10) 39. 92 31. 02 25. 97 22. 67 20. 32 - 12. 4102 5358. 80
A039 C10H16O 152. 1 21391-98-0 11) 42. 55 32. 85 27. 39 23. 82 21. 30 - 12. 3772 5422. 25
A040 C12H20O2 196. 1 5655-61-8 12) 43. 27 33. 27 27. 67 24. 02 21. 45 - 12. 7214 5574. 25
A043 C15H24 204. 2 20307-84-0 13) 47. 05 35. 87 29. 65 25. 64 22. 82 - 12. 7514 5695. 86
A044 C15H24 204. 2 14912-44-8 14) 49. 55 37. 62 31. 02 26. 77 23. 80 - 12. 5540 5690. 59
A045 C15H24 204. 2 3856-25-5 15) 49. 85 37. 84 31. 19 26. 90 23. 90 - 12. 5681 5705. 05
A046 C15H24 204. 2 515-13-9 16) 50. 87 38. 49 31. 65 27. 25 24. 18 - 12. 8290 5837. 49
A048 C15H24 204. 2 87-44-5 17) 52. 97 40. 02 32. 87 28. 30 25. 08 - 12. 4165 5733. 76
A050 C15H24 204. 2 18794-84-8 18) 54. 87 41. 04 33. 50 28. 70 25. 37 - 13. 6039 6265. 41
A051 C15H24 204. 2 6753-98-6 19) 55. 25 41. 57 34. 05 29. 25 25. 90 - 12. 4498 5811. 44
A052 C15H24 204. 2 23986-74-5 20) 57. 04 42. 74 34. 94 29. 97 26. 49 - 12. 5843 5916. 34
A053 C15H24 204. 2 495-61-4 21) 58. 47 43. 57 35. 47 30. 34 26. 75 - 13. 3053 6252. 45
A055 C15H24O 220. 2 77171-55-2 22) 66. 59 49. 22 39. 84 33. 89 29. 80 - 12. 9354 6337. 76
A056 C15H26O2 238. 2 26184-88-3 23) 67. 85 50. 04 40. 45 34. 40 30. 22 - 13. 0124 6406. 90
A057 C15H26O 222. 2 72691-24-8 24) 69. 37 50. 99 41. 12 34. 92 30. 62 - 13. 3982 6617. 29
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　第 4期 薛兴亚等:气相色谱保留参数用于刺五加果挥发油中萜烯及萜烯氧化物的分类
定相之间发生熵变与焓变大小的衡量参数。根据结
构决定性质的原则 ,推测结构相似的化学物质应具
有相近的 A , B参数或A , B 参数的变化遵循相似
的规律。对于结构已经鉴定的刺五加挥发油中的
24种化学成分 ,我们主要考察了所包含的单萜烯
(C10H16)、倍半萜烯(C15H24)及萜烯氧化物 3类化合
物的 A-B关系。24个化学成分的 A-B 关系及分类
显示于图 2。
图 2　24个化合物的 A , B 参数关系及分类
Fig. 2　Classification of 24 compounds with the
relationship of their A , B parameters
Ⅰ . monoterpenes (C10H16);Ⅱ . C10H14;Ⅲ . monoterpene ox-
ides (C10 Hn O);Ⅳ. C12 H20 O2;Ⅴ . sesquiterpenes (C15 H24);
Ⅵ . sesquiterpene oxides(C15Hn Ox).
　　对于分子式为 C10H16的 7个单萜烯(图 2 中 Ⅰ
组:A013 , A014 , A016 , A018 , A019 , A020 ,
A022),其 A , B 参数具有较好的线性相关性(r =
- 0. 92)。联合考察 7个单萜烯与分子式为 C10H14的
A021化合物(图 2中 Ⅱ组)的 A , B 参数相关性时发
现 ,加入 A021后仍具有较好的 A-B 线性关系(r =
- 0. 91)。这个结果与此 8个化合物的化学结构比
较接近相一致 ,说明同碳数的单萜烯化合物具有较
强的 A-B 线性关系。为进一步验证 A , B 参数的线
性相关性与结构之间的关系 ,考察了 7个单萜烯中
加入 3个分子式为 C10Hn O的同碳含氧化合物(图 2
中Ⅲ组:A031 , A036 , A039)的 A-B 关系 ,发现 A ,B
参数的线性相关性明显下降(r =- 0. 81),7个单萜
烯中加入任一 C10Hn O化合物后 A-B 的相关性也明
显下降(|r|<0. 80)。而 3个分子式为 C10Hn O的
含氧化合物的 A ,B 参数较为接近 。这说明不同类
化合物的 A-B关系具有非共线性。
　　同样 ,对于分子式为 C15H24的 9个倍半萜烯(图
2中Ⅴ组:A043 , A044 , A045 , A046 , A048 , A050 ,
A051 , A052 , A053),其 A ,B 参数具有较好的相关
性(r =- 0. 89)。这说明同碳数的倍半萜烯化合物
也具有较强的 A-B 线性关系 。而在 9 个倍半萜烯
中加入 3 个分子式为 C15HnOx 的同碳含氧化合物
(图 2 中 Ⅵ 组:A055 , A056 , A057)后 ,A , B 参数的
线性相关性明显下降(r =- 0. 81)。而单独考察 3
个分子式为 C15Hn Ox 的含氧化合物时 ,发现其 A , B
参数之间具有很强的相关性(r =- 0. 99)。这进一
步验证了同类化合物具有较强的 A-B 线性关系 ,而
不同类化合物的 A-B 关系具有不共线的特性 ,从而
可借助于 A-B 关系对化合物进行分类 。
　　总之 , 根据 A-B 关系可以明确区分单萜烯
(Ⅰ组)、倍半萜烯(Ⅴ组)及其氧化物(Ⅲ组和Ⅵ 组)。
这说明 ,利用色谱保留参数进行单萜烯 、倍半萜烯及
其氧化物的分类是可行的 ,对于复杂样品的分析是
一种很有潜力的辅助定性方法。
3　结论
　　根据程序升温条件下的实验保留时间可以方
便 、快速地计算气相色谱保留参数 ,尤其适用于如中
药挥发油之类的复杂未知样品保留规律的获取;A ,
B 参数除反映化合物的保留性质外 ,两参数间的线
性相关性反映了化合物的结构信息 ,可用于色谱辅
助定性或化合物的分类 。对于中草药挥发油的分
析 ,通过色谱保留参数进行辅助定性是一种很有潜
力的定性验证方法 。
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