热解吸/气相色谱/质谱联用法测定互叶白千层幼苗的挥发组分

袁 敏， 张铭光， 袁 鹏， 沈晓玲， 庞世敏， 黄碧云

(1. 华南师范大学实验中心,广东广州 510631； 2. 华南师范大学生命科学学院,广东广州 510631；3.华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州 510641； 4.广东省林业科学研究院,广东广州 510521)

热解吸/气相色谱/质谱联用法测定互叶白千层幼苗的挥发组分

袁 敏1， 张铭光2*， 袁 鹏3， 沈晓玲4， 庞世敏1， 黄碧云1

(1. 华南师范大学实验中心,广东广州 510631； 2. 华南师范大学生命科学学院,广东广州 510631；3.华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州 510641； 4.广东省林业科学研究院,广东广州 510521)

热解吸； 气相色谱/质谱； 直接测定； 互叶白千层幼苗； 挥发油

互叶白千层原产于澳大利亚东南沿海，是桃金娘科(Myrtaceae)、白千层属(MelaleueA)、互叶白千层种(Melaleucaaltemifolia)植物.品种多达30多个.其中经水蒸气蒸馏生产的互叶白千层油(4-松油烯醇型)是一种具有广谱抑杀菌效果的天然芳香油，俗称茶树油(tea tree oil).在卫生制品、皮肤保健品、化妆品、食品香料、药品等行业中已得到广泛应用[1-3].茶树油中4-松油烯醇的含量是衡量茶树油品质及其价格的主要指标[4]，其在幼苗中含量的高低，直接影响其收割时的含量，所以测定幼苗4-松油烯醇的相对含量，将有利于对具有较高经济价值类型的植株定向选育和选择，对鉴定引进树种品质、避免种植风险具有重要意义.此外，在植株的生长过程中进行检测，能及时了解植物枝叶中挥发组分含量的变化情况，确定最佳的收获时间.

植物挥发油含量的测定通常是采用水蒸汽蒸馏[5]、索氏提取等方法从植物中提取挥发油进行测定，近年来有采用一些新的提取方法如顶空固相微萃取(HS-SPME)[6]、微波溶剂萃取[7]、压力液体萃取(PLE)[8-9]、吸附/解吸方法[10]、单滴微萃取[11]等，这些方法都有一个共同特点，都是先把植物中的挥发组分提取出来，再采用色谱法测定，需要较多的样品量.本实验设计一套自动控制热解吸进样装置，解吸温度、速度和时间可通过程序控制，可把植物样品直接放入解吸装置中实现模拟蒸馏，使提取出来的挥发组分迅速进入气相色谱/质谱仪进行测定，该方法具有快速、方便、样品用量少的优势，样品不需要做任何前处理，特别适合植物在幼苗期、样品量很少的情况下测定，对互叶白千层植物幼苗早期筛选有很大的帮助，同时也可用于其它植物挥发组分的测定[12].

1 实验部分

1.1仪器及材料

气-质联用仪(Ultra GC-TRACE DSQ, FINNIGAN)，GC-9A气相色谱仪，氢火焰离子化检测器(Shimadzu)，PTDS-3501程序升温热解吸自动进样装置(华南师范大学实验中心)，温控范围：30～300 ℃，色谱柱：φ0.32 mm×25 m SE-54石英毛细管柱(中国科学院兰州化学物理研究所).

样品：茶树精油(南宁万家辉香料有限公司)，生长期为2个月的互叶白千层幼苗(广东省林科院)，新鲜、健壮、无虫害或其它伤害，近期无施用化学试剂或生物制剂.采集后吸干表面水分，分别用塑料袋密封，冷藏保存.

1.2实验方法

1.2.1 样品的制备 生长期为2个月的互叶白千层幼苗，采集50 g，分不同部位剪碎，待测.

1.2.3 分析流程

1.2.4 解吸装置工作原理 如图1所示，热解吸装置由加热棒、热电偶、样品管、载气流路、放空流路、保温套组成.温度控制、进样、载气流量、清洗流路均由计算机软件设定，可实现多阶程升，自动进样、自动清洗.解吸过程是把样品放入样品管，通入载气，按一定程序加热使样品挥发物充分析出，由软件控制进样.分析结束后放空阀由软件控制自动打开清洗解吸腔体.

图1 热解吸装置图Fig.1 The equipment of thermal desorption

2 结果与讨论

2.1热解吸/质谱测定互叶百千层幼苗挥发组分

选择生长期为2个月的互叶白千层幼苗,剪碎混合,取0.1 g加入热解吸装置，按1.2.2分析条件进行测定, 幼苗的色谱图见图2；并在幼苗中加入茶树精油标品，在相同条件下测定，对质谱检出的组分进行标定，鉴定出的组分见表1.

图2 互叶白千层幼苗色谱图Fig.2 The chromatogram of tea tree plumule表1 茶树油组分Tab.1 The composition of tea tree oil

编号组分编号组分1α-侧柏烯(α-thujene)10γ-松油烯(γ-terpinene)2α-蒎烯(α-pinene)11异松油烯(terpine)3香烩烯(sabinene)124-松油烯醇(terpineol-4)4β-蒎烯(β-pinene)13α-松油醇(α-terpineol)5α-水芹烯(α-phellandrene)14香树烯(aromadendrene)6α-松油烯(α-terpinene)15绿花白千层烯(viridiflorene)7对伞花烃(ρ-cymene)16δ-杜松烯(cadinene)8柠檬烯(limonene)17兰桉醇(globulol)91,8-桉叶油素(1,8-cineole)18绿花白千层醇(viridiflorol)

2.2解吸条件的优化

2.2.1 不同的解吸温度对测定结果的影响 选择同一部位互叶白千层的叶子，在不同解吸温度下测定其色谱指纹图，指纹图比较见图3.由于互叶白千层挥发油的主要技术指标是4-松油烯醇的体积分数，故选择在不同解吸温度下，对4-松油烯醇的体积分数作图比较,见图4.图3显示：100 ℃时，峰数较少，4-松油烯醇体积分数较低，说明此时互叶白千层中的挥发油组分未完全解吸出来，尤其是4-松油烯醇组分; 150 ℃时，互叶白千层中各主要挥发油组分基本出峰，谱图显示出峰较完整，图4反映出4-松油烯醇体积分数较高；200 ℃时出峰与150 ℃时基本一致; 250 ℃时，低沸点组分增多, 4-松油烯醇开始分解,含量从35%以上降到13%左右，高沸点组分增多；当解吸温度升至300 ℃时，出峰组分变得多而复杂,原有的一些组分含量下降；说明250～300 ℃时，部分挥发油组分分解.考虑到植物材料挥发组分高温易分解，故选择150 ℃为最佳热解吸温度.

图3 不同解吸温度指纹图的比较

Fig.3 The comparison of the fingerprints in different thermal desorption temperature

图4 不同解吸温度下4-松油烯醇的体积分数比较

Fig.4 The comparison of different thermal desorption temperature on percentage concentration of terpineol-4

2.2.2 不同的升温速率对测定结果的影响 取同一部位的叶子分4份，各0.10 g，分别在不同解吸速率5、10、15、20 ℃ /min实验条件下进行测定，选择互叶白千层挥发油中体积分数>1%的组分变化做图比较(见图5)，测定结果得出：解吸速率在15 ℃/min时， 4-松油烯醇的含量较高，而γ-松油烯含量较低.GHULAM[13]提出α-松油烯、γ-松油烯水解会产生4-松油烯醇，从图5中也看到α-松油烯、γ-松油烯质量分数高时， 4-松油烯醇相对低些，反之4-松油烯醇增高，说明他们之间有转化，其它组分变化不明显.因此，选择解吸速率为15 ℃/min作实验条件较好.

图5 不同升温速率对主要组分的体积分数的影响

Fig.5 The effect of different calefactive velocity on percentage concentration of main composition

2.2.3 不同解吸保留时间对测定结果的影响 取同一部位互叶白千层的叶子各5份(0.10 g)，在解吸温度150 ℃，升温速率15 ℃ /min，解吸保留时间分别为0、3、5、10、20 min下进行测定.结果见图6. 解吸保留时间为3 min时，各挥发油组分含量比较高，保留时间>3 min时，4-松油烯醇含量降低，α-松油烯、γ-松油烯体积分数升高，说明此时4-松油烯醇开始分解.

图6 不同解吸保留时间对主要组分体积分数的影响

Fig.6 The effect of different desorption retention time on percentage concentration of main composition

综上所述，最佳解吸条件为：初始温度为30 ℃，初始时间为0 min,升温速率15 ℃/min，解吸最终温度为150 ℃，解吸保留时间为3 min.

2.3植物不同部位挥发油组分的比较

植物不同部位其化学组分含量是有差异的，分别取同一植株的互叶白千层不同部位的叶子(A0—A2为植株上部叶子，A3为植株顶部0.5 cm处的叶子与茎，A4—A6为植株下部的叶子)各0.10 g，对其挥发油组分进行检测.其主要组分相对百分含量与不同部位的变化见图7，图中显示：A3的各组分中4-松油烯醇含量最高，α-松油烯含量最低；A0—A2中α-松油烯的含量较高，4-松油烯醇的含量较低；A4—A6中γ-松油烯的含量较高，而α-松油烯的含量较嫩叶低，说明取样位置不同，分析结果会引起改变，为了保证实验结果的一致性，本实验中均剪取植株顶端部分.

图7 不同部位精油主要组分体积分数的比较

Fig.7 The comparison of percentage content of main composition on different parts

2.4检测方法的重现性

取同一植株，同一部位的枝叶(0.10 g)各4份，在最佳解吸条件下，测定其挥发油组分的相对百分含量，检查测定结果的重现性.4次实验得到的谱图重现性较好.主要质量指标4-松油烯醇体积分数的RSD值<1.61.

3 结论

采用程序升温热解吸自动进样技术与气相色谱/质谱结合可直接测定互叶百千层幼苗的挥发组分含量，该方法操作方便,样品放入解吸装置后，可通过程序实行控温，自动进样,分析结束后装置可自动吹洗，减少样品间交叉污染，是现代样品前处理的一种重要技术.解吸装置与进样器以最小距离连接，减少了峰扩展，而且省去二级热脱附冷冻捕集和快速汽化步骤，能较真实地反映植物挥发性组分和含量.

植物在幼苗期样品量太少，用常规水蒸气提取法提取挥发油测定是比较困难的，本装置只要0.10 g就可以直接测定，样品不需要做任何前处理，因而特别适合植物在幼苗期进行品种的优化筛选，同时也可用于其它植物挥发组分的测定及品种筛选.

热解吸装置的温度、升温速率、解吸保留时间和植物的不同部位会影响植物挥发组分的测试结果，测定是必须统一取样部位.

该方法有较好的重现性.

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Keywords： thermal desorption; GC/MS; direct detection; tea tree plumule; essential oil

【责任编辑 成 文】

DETERMINATIONOFTHEESSENTIALOILINMELALEUCAALTEMIFOLIA(TEATREE)PLUMULEBYTHERMALDESORPTION/GC/MS

YUAN Min1, ZHANG Mingguang2*, YUAN Peng3, SHEN Xiaoling4, PANG Shimin1, HUANG Biyun1

(1. Research Resources Center, South China Normal University, Guangzhou 510631, China; 2. School of Life Science, South China Normal University, Guangzhou 510631, China; 3. College of Automation and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China; 4. Guangdong Academy of Forestry, Guangzhou 510520, China)

A method for the direct detection of essential oil in tea tree plumule is proposed in the resent article. The method is based on an apparatus that combines ideally thermal desorption with GC/MS. The plant essential oil can be monitored directly without complex sample pretreatment. Parameters of the thermal desorption were optimized. The thermal desorption temperature program started with a 15 ℃/min ramp from 40 ℃ to 150 ℃ and then maintained 3 min. The total desorption time was 11 min. The component content would be effected usually from different sampling position. The method has good reproducibility.RSDvalue of terpineol-4 was <1.61. The proposed method is rapid, feasible and efficient for the identification of the quality of the tea tree plumule.

2010-03-30

广东省科技计划资助项目(2004B20801015)

袁敏(1962—)，女，广东中山人，华南师范大学高级实验师，Email：yshmin@21cn.com；张铭光(1956—)，男，广东南海人，华南师范大学副教授，主要研究方向：植物生理,Email：zhangmg@scnu.edu.cn.

*通讯作者

1000-5463(2010)03-0062-05

O657

A