GC-MS 技术在植物挥发油检测分析中的应用研究进展

谢 景，何金明

（韶关学院 英东生物与农业学院，广东 韶关 512005）

芳香植物是具有香气并可供提取挥发油的一类植物的总称，含栽培植物及野生植物，并兼有香料植物、药用植物、观赏等多种属性.挥发油，也称芳香油或精油，是存在于芳香植物中的一类具有芳香气味的可以随水蒸气蒸馏而出又不溶于水的油状成分的总称，是做日用化工、制药的原材料［1］.挥发油组分差异很大而且相当复杂，以单萜、倍半萜及它们的含氧化合物为主，这给挥发油组分的检测研究带来一定的难度.

早期挥发油的研究者对其组分的研究只是使用分馏和化学反应制备衍生物等方法；1906 年Tswett推出色层技术，挥发油的组分经柱层、纸层、薄层等色层技术达到分离和纯化的目的，并使一部分组分得到确定；1952 年James 和Maritn 将气相层析技术公布于世后，这一技术便迅速应用于挥发油组分分析上［2］.1957 年Holmes J C 和Morrell F A 首先将气相色谱与质谱进行联用成功后，气-质联用（ GC-MS） 便成为了分析挥发油组分的重要手段［3］.

1 GC-MS 简介及应用

气相色谱（GC）是一种利用色谱柱的分离分析方法，被测样品通过色谱柱的气体流动相，并利用吸附剂吸附能力的差异将组分分离，再由检测器检测出组分的技术，因气相中流动快，该方法便具有高速和高效性.质谱（MS） 是一种测量样品的离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，可分析元素及同位素等成分.质谱法工作原理是被测样品的组分在离子源中离子化为不同荷质比的带正电荷的离子，在加速电场/磁场作用下，形成离子束，进入质量分析器.在质量分析器中利用相反的速度色散得到质谱图，并得以确定其质量［4］.

气相色谱-质谱联用分析法，顾名思义是将两种仪器通过共有的接口相连接，组合成一个分析仪器，能对被测样品的组分实现定性定量分析.

近年来，国内对气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）的应用研究比较广泛，在中医药［5-6］、水质［7］、农药残留［8］、肉制品、果蔬等食品风味［9-11］、石油化工［12］等领域的检测均有应用，GC-MS 对部分植物挥发油的检测分析也频有报道，然而这方面的综合报道相对较少，本文重点对GC-MS 在植物挥发油检测分析中的应用进行综述，以期为将来更加深入地研究和开发植物挥发油提供参考.

2 GC-MS 在植物挥发油检测分析中的应用

2.1 GC-MS 在植物挥发油检测的基本应用

GC-MS 在植物挥发油检测的基本应用主要是将提取的挥发油经GC-MS 分析后，所得谱图经谱库检索结合手工检索，并查阅有关资料进行挥发油组分定性，再采用峰面积归一化法对挥发油组分定量.如，张占旺等率先采用GC-MS 技术和质谱解析研究挥发油中活性萜类异构体，从花椒挥发油中分离出28 种组分，其中5 种属于同种植物挥发油的首次报道［13］.利用此技术对北京妙峰山玫瑰［14］、6 种木兰科植物［15］及亮叶含笑［16］的挥发油组分进行检测，分别鉴定出75、44 和52 种化合物.

2.2 GC-MS 结合不同提取方法在植物挥发油检测的应用

植物挥发油主要有水蒸气蒸馏、萃取、微波和吸附技术等提取技术［17］，由于挥发油是由几十种到几百种组分组成的混合物且各组分的沸点不同，导致挥发油的香气具有不稳定性，因此需要根据植物的组织状况和所含挥发油组分的性质来选用不同的提取方法［1］.随着时代发展，提取技术也不断得到改进与推新，近年来，将提取与分离分析仪器联用的技术也得到了进一步的发展，笔者总结了近年来GC-MS 与提取结合的技术在植物挥发油检测中的应用研究，如固相微萃取法、同时蒸馏萃取法以及超临界CO2萃取法.除此之外，GC-MS 还与微波辅助提取、无溶剂微波提取以及亚临界萃取等技术结合应用在植物挥发油检测领域.

2.2.1 GC-MS 与固相微萃取法结合

固相微萃取（SPME）是一项在抽提气体样品时，用涂有固定相的熔融石英纤维来吸附、富集，然后再解析的技术.SPME 是把有吸附作用的纤维头暴露在气体样品中或是浸入液体样品中来萃取吸附，再将纤维头插入气相进样装置的气化室，将吸附的样品组分解析下来，再经气相色谱分析［18］.

李明明等通过固相微萃取-气质联用 SPME-GC-MS）对小茴香茎、籽挥发油组分进行分析，结果表明，小茴香茎和籽的主要组分基本一致，均以反式茴香脑和柠檬烯为主；两者的次要组分差异较大［19］.陈玮玲等采用这种相结合的方法对两个产地的青钱柳叶挥发性成分进行研究，结果共鉴定出 91 种挥发性成分，其中两者共有挥发性成分45 种［20］.

固相微萃取有直接固相微萃取（DI-SPME）和顶空固相微萃取（HS-SPME）两种方式，其中，直接将萃取头浸入样品溶液的是DI-SPME，而将萃取头插入密闭样品瓶顶空的是HS-SPME.HS-SPME 能分析气态、液态和固态样品中的挥发性组分，应用更广［21］.近几年HS-SPME-GC-MS 技术在薄荷艾叶［22］、肉桂［23-24］、脐橙［25］等植物挥发油检测中均有应用.

2.2.2 GC-MS 与同时蒸馏萃取法结合

同时蒸馏萃取法（SDE）是将有机溶剂和样品液相同时加热至沸腾，萃取、蒸馏也同时进行，挥发性组分被蒸馏出来后就在螺旋形冷凝管中和萃取剂发生作用，再依据比重差异而分离，最后回收萃取液.SDE法的优点是溶剂使用量少，效率高，广泛应用于香气组分研究.

薛山比较了水蒸气蒸馏法（SD）、超声波辅助有机溶剂萃取法（UASE） 以及同时蒸馏萃取法（SDE） 从紫苏叶子中提取挥发油的提取率，结果表明，SDE 法提取率最高（8.21 mg/g），UASE 次之（2.85 mg/g），而SD（2.37 mg/g）最低；经GC-MS 分析，3 种方法总共得到了75 种紫苏叶挥发油（SD、UASE 以及SDE 法分别得到了46、26、27 种紫苏叶挥发油组分）［26］.任洪涛等分别采取水蒸气蒸馏和同时蒸馏萃取法对香叶天竺葵挥发油和纯露的组分进行提取，经GC-MS 分析，香叶天竺葵挥发油中鉴定出71 种化合物，香叶天竺葵纯露中鉴定出39 种化合物，其中香叶天竺葵纯露中的挥发性组分大多存在于香叶天竺葵挥发油中［27］.在姜［28］、茴香［29］、荔枝［30］等植物挥发油的检测中均应用了SDE-GC-MS 技术.

2.2.3 GC-MS 与超临界CO2萃取法结合

超临界CO2萃取法（SFE-CO2）是通过给CO2加压到变成临界点液态，挥发性组分溶解到充当溶剂的液化CO2中，而后，CO2蒸发回气态，剩下得到的即为挥发油. SFE-CO2法相比于溶剂萃取的优点在于不会有任何溶剂残留且能较好地保护挥发油中热敏性物质和易氧化的组分.易海燕等［31］、王兆玉等［32］均用SFE-CO2和SD 分别对比了木香和罗勒的挥发油组分，得出相识结论，即两种提取方法获得的挥发油组分种类数量比较接近，但两者共有成分少，王兆玉分析了造成这种差异的可能原因是SD 法提取物部分组分发生氧化或者分解.贾智若等［33］、王文娟等［34］分别在杜仲叶和枸骨叶中比较了两种提取方法的差异，得到与上述研究不同的结论，即两种提取方法在这两种植物挥发油的组分与含量差别较大，这可能与不同植物造成的差异有关.

SFE-CO2在结合GC-MS 技术检测植物挥发油上有也大量的研究，有学者采用SFE-CO2法来提取紫苏叶［35］、蜜柚［36］、迷迭香［37］、阴香叶［38］、罗勒子［39］等挥发油，他们都对提取工艺参数进行了不断的优化，结合GC-MS 技术检测，得到良好的提取率和提取效果.其中，金建忠利用SFE-CO2法从紫苏叶挥发油中鉴定出SD 法未检出的β-谷甾醇、细辛脑、洋芹醚等组分.

2.3 GC-MS 结合不同技术在植物挥发油定性定量分析中的应用

2.3.1 GC-MS 结合保留指数

保留指数（Retention index，RI），别称科瓦茨指数 （Kovats index，KI），表示物质在固定液上的保留值行为，可作为气相色谱的定性指标；保留指数与GC-MS 的谱库检索相结合，能解决同分异构体及同系物质谱极相似的问题，是一种便捷、高效、准确的定性分析方法［40］.近几年来，GC-MS 结合保留指数对植物挥发油进行定性分析也有不少报道.

为提高定性分析的准确性，李源栋等利用GC-MS 质谱库检索，再辅助保留指数比对，共分析并确定出橙叶油中的56 种组分，占橙叶油挥发性组分的97.471%［41］.曾琼瑶等用同样的方法在胡萝卜籽挥发油上鉴定了58 种组分，占挥发油总量90.30%；在湖南芹菜籽挥发油中鉴定出49 种组分，占挥发油总量的83.83 %［42-43］.

宋建红等采用气相色谱-飞行时间质谱法进行化合物鉴定分析，通过质谱库检索，结合保留指数比对，从锡兰肉桂皮油和中国肉桂皮油中分别鉴定出54 和56 个香味组分［44］.

2.3.2 GC-MS 结合电子鼻

电子鼻又称气味扫描仪，是近十几年来发展起来的，采用气体传感器阵列的响应图案来识别气味，模拟人嗅觉感官的一种气味指纹检测分析装置［45］.

GC-MS 能对被测挥发油组分实现定性定量分析，而电子鼻能通过气体传感器感知和识别气味，实现被测挥发油的整体香气特征的检测，两者相结合使用，可以更全面地评价挥发油香气；任汉书等采用电子鼻（ FOX4000）与气质联用（GC-MS）对蒸制前后的牛蒡进行挥发性组分分析，结果表明电子鼻可以准确区分这两种样品香气间的差异，再通过GC-MS 从生鲜和蒸制牛蒡中分别检测出22 和25 种挥发性组分可明确引起这种差异的具体原因［46］.周围等利用电子鼻和GC-MS 综合评价3 种品种的玫瑰花香气，利用主成分分析，将3 种品种的玫瑰花明显区分开；而GC-MS 在3 种品种的玫瑰花中共鉴定出26 种香气组分，还鉴定出不同品种的香气组分及含量上的差异［47］.

田维芬等运用电子鼻和顶空固相微萃取-气质联用仪对不同品牌的橄榄油挥发性物质进行检测和分析，结果表明电子鼻能灵敏地检测到不同品牌橄榄油气味的差异性；GC-MS 在不同品牌的橄榄油中检测出76 种挥发性物质［48］.

3 GC-MS 在植物挥发油测定分析中应用的发展方向

在植物挥发油检测中，采用GC-MS 技术对挥发油组分进行分析研究是一种相当有效的办法，但在实际研究中仍有些地方需要改进.随着植物挥发油的食用性、营养保健性及抗菌性被日益深入地研究，以及人们对健康生活需求的不断提高，对GC-MS 技术的要求也将越来越高，要求GC-MS 技术朝着微型化、便携式、高分辨率、高灵敏度和高稳定性方向发展.同时，今后GC-MS 新技术和其他分析技术的结合，也将对植物挥发油的研究起着巨大的推动作用.