PY-GC-MS法分析艾烟化学成分的研究

陈子仪，张敏

(1.北京化工大学巴黎居里工程师学院,北京 100029；2.中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004)

艾蒿(Artemisinaargyilevel.et Vant.),别名蕲艾、艾草，系菊科蒿属多年生草本植物或半灌木状植物，全国各地广泛分布[1]。艾蒿与我们生活密切相关，民间有挂艾草、食青团、饮艾酒等习俗[2-3]。中医采用熏艾、艾灸治疗创伤感染、阴道瘙痒、子宫脱垂、抗病毒以及空气消毒等[4]。早在春秋时期的《五十二病方》中记载：干艾、柳蕈熏治“朐养(肛门部瘙痒)[5]。东晋·葛洪在《肘后备急方》中提到:“断瘟疫病令不相染，密以艾灸病人床四角，各一壮，佳也”[6]。由于艾熏灸疗效明确，操作简单，作为我国传统医学不可或缺的一部分，传承至今。在新型冠状病毒肺炎的防控期间，许多医疗机构和个人已将艾叶薰蒸和艾灸应用于防治新冠病毒传播[7]。华中科技大学同济医学院附属同济医院中医科专家制定《新型冠状病毒感染的肺炎中医诊疗方案及预防方案》中提到了居家调护可以运用熏艾条的方法，通过艾条熏蒸，对空气进行消毒，使病毒的传播尽可能得到有效控制[8]。为此，艾叶能否被广泛应用于新型冠状病毒感染肺炎的防治工作成为人们共同关心的热点。

现代研究证明艾烟有防病、预防瘟疫的作用，艾烟对引起不同传染性、流行性疾病的多种致病菌、真菌和病毒都有抑制作用。艾烟在艾熏蒸过程中起着关键作用，其化学成分复杂，安全性评价亦有争议[9]。目前在艾烟化学成分的诸多报道中，国内外学者大多采用直接吸收[10-12]、溶剂吸收[13-14]，或是固相微萃取收集艾烟，并以气相色谱-质谱联用(GC-MS)进行分析，比较不同的文献发现，检出的艾烟化学成分差异较大，即使相同的艾烟收集方式不同，得到的化合物的种类和含量也不一致[15]。为此，本试验选用热裂解气相色谱质谱(PY-GC-MS)法，模拟艾叶熏蒸中产生的艾烟，直接分析艾烟的化学成分，操作简便快速，旨在为艾烟有效性、安全性评价提供数据参考，促进艾蒿资源的开发利用。

1 仪器与材料

1.1 仪器 Thermofisher/trans1300/ISQ型 GC-MS 联用仪(美国赛默飞世尔科技有限公司)；CDS Analytical/CDS5200 热裂解仪(美国CDS分析有限公司)；NIST质谱标准数据库(美国国家标准与技术研究院)； ME 204 型电子天平(瑞士梅特勒-托利多有限公司)。

1.2 材料 艾叶样品2021年5月采于怀化市通道县。经作者本人鉴定为菊科蒿属草本植物艾(Artemisinaargyilevel.et Vant.)，将艾叶样品去杂、挑选、60 ℃干燥、粉碎过80目筛，置于干燥器中备用。

2 方法与结果

2.1 仪器条件 热裂解条件：探头初始温度:30 ℃;升温速率:30 ℃·ms-1;热解温度设为300 ℃(艾叶阴燃灰化温度)[16-17]，保持 15 s,进行快速热裂解，传输管线280 ℃。

气相色谱条件：色谱柱TR-5MS石英弹性毛细柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，载气为高纯氦气(99.999%)，流速1.0 mL·min-1，分流比1∶55。进样口温度250 ℃，程序升温：柱箱初始温度60 ℃， 保持2 min， 以5 ℃·min-1升到120 ℃，保持5 min，再以10 ℃·min-1升到230 ℃，保持10 min。

质谱条件： EI离子源，电子能量70 eV,离子源温度为250 ℃，传输线温度280 ℃，检测离子质量扫描范围33～500 amu。

2.2 样品处理 取艾叶粉末约100 μg，置于热裂解仪的石英管中，两端用石英棉封好，放入热裂解仪的裂解头加热丝中。

2.3 艾烟化学成分分析 采用 PY-GC-MS使艾叶热解，模拟艾叶燃烧中产生的艾烟，直接分析艾烟的化学成分，其总离子流图见图1。检索 NIST质谱数据库，并查阅相关文献进行定性分析，从艾叶热解燃烧产生的艾烟中共鉴定出34种化合物，并采用面积归一法计算出已鉴定化合物的相对百分含量，其结果见表1。

图1 艾烟化学成分总离子流图

表1 艾烟中化学成分的PY-GC-MS分析

表1(续)

由表1可以看出,在艾烟化学成分中，相对含量≥1%的化合物，按含量由高到低的顺序：叶绿醇17.448%， 环丙基甲醇12.218%，苯酚7.55%，邻苯二酚7.098%， 二氧化碳6.647%，棕榈酸5.237%，1，2-环戊二酮5.32%。乙酸(4.807%)、α-亚麻酸(3.781%)、2，3-二氢苯丙呋喃(3.558%)、对苯二酚(2.705%)、羟基丙酮(2.702%)、吲哚(2.084%)、 2，6-二甲氧基苯酚(1.842%)、2-羟基-3-乙基环戊烯酮(1.382%)、2-甲氧基-4-乙烯苯酚(1.179%)、N-乙酰-N-苯甲酰化葡萄糖胺(1.128%)、麦芽酚(1.027%)。

比较上述结果，艾叶热解燃烧产生的艾烟化学成分主要为醇、酚、酮、酸、酯、吡硌、醛及二氧化碳等类型化合物，占烟气总量的93.83%。 其中，醇类物质4个，含量在0.455%～17.448%，占总量的30.605%。酚类物质6个，含量在1.843%～7.55%，占总量的21.406%。酮类物质7个，含量在0.246%～5.320%，占总量的14.716%。 酸类物质3个，含量在3.782%～5.273%，占总量的13.863%。酯类物质5个，含量在0.223%～0.384%，占总量的1.934%。吡硌类物质1个，占总量的2.85%。糖类物质2个，含量在0.585%和1.128%，占总量的1.713%。醛类物质2个，含量在0.138%和0.202%，占总量的0.341%。另外，二氧化碳占总量的6.647%。

从艾烟中的化学成分可知，叶绿醇含量最高，是维生素E、维生素K的主要原料，添加在食品、化妆品中具有抗氧化作用。苯酚，邻苯二酚，对苯二酚可用于抗氧化、抗菌消炎、治疗皮肤癣、湿疹及止痒，具有一定的美白淡斑作用。棕榈酸、α-亚麻酸具有抗炎、抗纤维化，保护心血管系统的作用。N-乙酰-N-苯甲酰化葡萄糖胺可用于关节炎辅助治疗，起着修复、维护软骨作用，2，3-二氢苯丙呋喃、苯丙晴可用作医药中间体。羟基丙酮、吲哚、 2，6-二甲氧基苯酚、2-羟基-3-乙基环戊烯酮、2-甲氧基-4-乙烯苯酚、麦芽酚均为香气成分，用于各种香精香料,除含量≥1%的香气成分外，本试验还检出呋喃酮、2-羟基-3-甲基环戊烯酮、α-紫罗兰醇、4-乙氧基苯酚等食品增香成分，所以，艾叶中香气成分种类最多。另外，检出的甲基苯基氨基甲酸酯是氨基甲酸酯类驱虫剂的前体物，为艾烟驱蚊、杀虫等功效提供实验依据。

3 结论

本试验检出的艾烟化学成分均可用于香料、医药或中间体、除菌杀虫剂，成分种类较复杂，相比于周次利采用溶剂吸收[13]、许小宇利用顶空收集等方法检测出艾烟中的烷烃、酯、烯烃、醇、酮、醛、芳香烃物质，存在显著差异，柠檬烯、桉油醇、樟脑等单萜化合物在本试验中未能检出，可能与本试验温度设置有关，需进一步探讨试验条件。 张心悦[18]用PY-GC-MS分析艾绒的化学成分和本试验检出的成分种类相似，均检出乙酸、糠醛、苯酚、邻苯二酚，对苯二酚、棕榈酸、α-亚麻酸等物质，含量亦有差异，由此推测，该方法检测艾烟成分具有稳定性，可望用于艾烟指纹图谱分析。另外，本试验在艾烟中首次检出N-乙酰-N-苯甲酰化葡萄糖胺、甲基苯基氨基甲酸酯，由此看出，PY-GC-MS分析能检出一些不易挥发或难挥发的成分，能使艾烟的产物充分释放，且烟气收集误差小，适合于艾烟的化学成分分析和指纹图谱的建立。