挥发油成分的分析

1、挥发油成分的分析摘要 挥发油是存在于植物体中的一类可随水蒸汽蒸馏、具有芳香气味的挥发性油状液体的总称。主要包括萜类化合物，脂肪族类化合物和芳香族化合物。提取方法主要为水蒸气蒸馏法，油脂吸收法，浸取法等。分析方法主要为全二维气相色谱-飞行时间质谱、顶空气相色谱 、固相微萃取-气质联用等。随着这些技术的发展，挥发油的分析必将进一步得到完善。关键词：挥发油 全二维气相色谱-飞行质谱 顶空气相色谱 固相微萃取-气质联用 1概述挥发油（volatile oils）又称精油（essential oils），是存在于植物体中的一类可随水蒸汽蒸馏、具有芳香气味的挥发性油状液体的总称 姚新生.天然药物化学M.北

2、京:人民卫生出版社,1996.。挥发油是具有广泛生物活性的一类常见的重要成分，是古代医疗实践中较早注意到的药物，本草纲目中记载着世界上最早提炼、精制樟油和樟脑的详细方法。含挥发油的中草药非常多，尤以唇形科（薄荷、紫苏、藿香等）、伞形科（茴香、当归、芫荽、白芷、川芎等）、菊科（艾叶、茵陈篙、苍术 姚慧娟,姚慧敏,卜书红,陆晓彤,张健.朝鲜苍术挥发油成分GC-MS分析J.中国药物警戒. 2013,、白术、木香等）、芸香科（橙、桔、花椒等）、樟科（樟、肉桂等）、姜科（生姜、姜黄、郁金等）等科更为丰富。含挥发油的中草药或提取出的挥发油大多具有发汗、理气、止痛、抑菌、矫味等作用。1.1.理化性质（1）在

3、常温下可自行挥发而不留任何痕迹，这是挥发油与脂肪油的本质区别；（2）大多数具有香气或其它特异气味，常温下为透明液体，有的在冷却时其主要成分可能结晶析出。这种析出物习称为“脑”，如薄荷脑、樟脑等；（3）不溶于水，而易溶于各种有机溶剂中，如石油醚、乙醚、二硫化碳、油脂等，也能溶于高浓度乙醇中；（4）多数比水轻，也有比水重的（如丁香油、桂皮油），相对密度在0.85-1.065之间；（5）几乎均有光学活性，比旋度在+99o177o范围内，且具有强的折光性，折光率在1.431.61之间；（6）对空气、日光及温度较敏感，易分解变质。1.2挥发油的化学成分1.2.1萜类化合物萜类化合物是挥发油的主成分，根据

4、其基本结构又可以分为三类：单萜、倍半萜和它们的含氧衍生物。其中含氧衍生物多半是生物活性较强或具有芳香气味的主要组成成分。单鸣秋等人发现-香叶烯、D-柠檬烯、薄荷酮、薄荷呋喃、胡薄荷酮和-石竹烯这6种单萜类化合物在荆芥挥发油中占有很高的比例，为其主要成分 单鸣秋,于生,孙文君,冯星星,丁安伟.GC-MS联用技术测定荆芥挥发油中6种单萜类化合物的含量J.中国药方.2013,24(19).。1.2.2 芳香族化合物在挥发油中，芳香族化合物仅次于萜类，存在也相当广泛。挥发油中的芳香族化合物，有的是萜类衍生物，如百草香酚（thymol）、孜然芹烯（p-cymene）、-姜黄烯（-curcumenc）等。

5、有一些是苯丙烷类衍生物，其结构多具有C6-C3骨架、多有一个丙烷基的苯酚化合物或酯类。例如桂皮醛（cinnamaldehyde）存在于桂皮油中，茴香醚（anethole）为八角茴香油及茴香油中的主成分，丁香酚（eugenol）为丁香油中的主成分，-细辛醚及-细辛醚（-asarone，-asarone）为菖蒲及石菖蒲挥发油中的主成分 赵晨,桂丁.草寇挥发油抗氧化性研究J.天然产物研究与开发.2008,20(2):397401.。廖彭莹等人从石仙桃挥发油中发现-甲基苯丙醇等芳香族化合物 廖彭莹,李兵,苗伟生,卢汝梅.细叶石仙桃挥发油成分的GC-MS分析J. 安徽农业科学2011,39(11).。1

6、.2.3 脂肪族化合物一些小分子脂肪族化合物在挥发油中常有存在。例如甲基正壬酮（methylnonylketone）在鱼腥草、黄柏果实及芸香挥发油中存在，正庚烷（n-kcptane）存在于松节油。在一些挥发油中还常含有小分子醇、醛及酸类化合物。如正壬醇存在于陈皮挥发油中，异戊醛（isovaleraldehyde）存在于桔子、柠檬、薄荷、桉叶、香茅等挥发油中，癸酰乙醛（decanoylacetaldehyde），异戊酸（isovalede acid）存在于啤酒花、缬草、桉叶迷迭香等挥发油中。赵长胜等 赵长胜,张小东.五加皮挥发油的气象色谱-质谱联用分析J. 中成药.2013.从五加皮挥发油中分离

7、出软脂酸甲酯、亚油酸甲酯等脂肪族化合物。1.2.4 其他类化合物除上述三类化合物外，还有一些挥发油样物质，如芥子油（mustard oil）、挥发杏仁油（volatile bitter almond oil），原白头翁素（protoanemonin）、大蒜油（garlic oil）等，也能随水蒸气蒸馏，故也称之为“挥发油”。黑芥子油是芥子苷经芥子酶水解后产生的异硫氰酸烯丙酯，挥发杏仁油是苦杏仁苷水解后产生的苯甲醛，原白头翁素是毛茛苷水解后产生的物质，大蒜油则是大蒜中大蒜氨酸经酶水解后产生的物质，如大蒜辣素（allicin）等。2 挥发油的提取工艺2.1 水蒸气蒸馏法 水蒸汽蒸馏法是一种传统的植

8、物挥发油或其它有效成分的提取方法，也是一种比较成熟的分离方法，所用溶剂为水，其作用机理是水携带油，而水对人无害，是环境友好的溶剂 陈爽.姜黄属中药材挥发性成分的闪蒸气相色谱一质谱分析研究D. 中成药2009.。马戎 马戎.蒸馏法提取橘皮精油及其在卷烟加香中的应用J.江苏农业科学.2013,41(3).等采用单因素试验和正交试验相结合的方法对橘皮精油提取工艺进行了研究，得出最佳工艺。 但水蒸汽蒸馏也有其局限性，高温时热敏性成分的热分解和易水解成分的水解，不利于保留药材中的药用有效成分；获得的产品主要为萜类挥发油等成分，组分相对较少；水的存在易导致产品水解和水溶作用的发生，而降低产品的产量和质量，

9、因此所提取的挥发油还必须除去所夹带的水分，以防止霉变，延长产品的储存和保质期“提取时间长，能耗高，工业化成本高”。2.2浸取法2.2.1 有机溶剂萃取 溶剂萃取是一种提取挥发油的常见方法。溶剂萃取的优点是可以避免水溶液pH值影响、水解反应的产生。使用溶剂萃取得到的溶液通常需要将使用的溶剂蒸发浓缩，在溶剂的蒸发浓缩过程不可避免会出现部分易挥发成分的损失。溶剂萃取的缺点是一些挥发性不强的亲脂性成分如脂肪、腊质等也可同时被萃取，这些成分的存在直接影响色谱分析，导致色谱峰重叠，干扰或基线漂移。潘年松 潘年松,张学愈,等.水蒸汽蒸馏和石油醚浸提两法提取获术粗粉挥发油收率比较J.中成药.2007.等采用石

10、油醚回流提取法与水蒸汽蒸馏法，对过50目筛温羲术药材粉末中的挥发油提取作一工艺优化比较，石油醚回流提取法的平均提油效率是水蒸汽蒸馏法的1.63倍。微波辅助溶剂萃取（Mierowave-Assisted Solvent Extraction，MAE）是在溶剂萃取的基础上，采用微波辅助加热的方式进行萃取，MAE的特点为投资少，设备简单，适用范围广，操作时间短，热效率高，不产生噪音。污染和易于自动化，可用于植物挥发油的萃取。MAE需使用到大量溶剂，与传统萃取方式一样会污染环境，不适合广泛应用。2.2.2超临界流体萃取 超临界流体萃取（supercritical fluid extraction，SF

11、E）是20世纪30年代兴起的一种绿色提取分离技术。超临界流体（临界温度TC=31.3 ，临界压力 PC=7.38 MPa）具有与液体相近的密度，黏度与气体相近，扩散系数为液体的上百倍，对许多物质有较好的渗透性和较强的溶解能力，并且惰性安全、环境友好，适合不稳定、易氧化的挥发性成分和脂溶性成分的提取分离，克服了传统溶剂萃取法、加热蒸馏法存在溶剂残留、氧化变质等缺陷 刘劲芸,张虹娟,魏杰,徐世涛,高则睿,阴耕云.超临界CO2萃取澳洲坚果花挥发油的工艺研究J.食品研究与开发.2013,34(3).。周鸣谦等 周鸣谦,王仁才.超临界CO2萃取柑橘落果中的辛弗林J.中国食品学报.2013,13,(3).

12、人用超临界CO2萃取柑橘落果中的辛弗林。确定其最佳工艺条件为粉碎度5060目、萃取温度50、萃取压力30 MPa、流体流量12L/h、夹带剂（乙醇）含量12%、萃取时间5h。此时辛弗林提取率达35.8%，超临界CO2萃取物中辛弗林含量为44.7%，远高于溶剂法萃取物（4.6%）。2.2.3油脂吸收法 油脂类一般具有吸收挥发油的性质，往往利用此性质提取贵重的挥发油，如玫瑰油、茉莉花油常采用吸附法进行。通常用无臭味的猪油3份与牛油2份的混合物，均匀地涂在面积50cm×l00cm的玻璃板两面，然后将此玻璃板嵌入高5l0cm的木制框架中，在玻璃板上面铺放金属网，网上放一层新鲜花瓣，这样一个个

13、的木框玻璃板重叠起来，花瓣包围在两层脂肪的中间，挥发油逐渐被油脂所吸收，待脂肪充分吸收芳香成分后，刮下脂肪，即为“香脂”，谓之冷吸收法。或者将花等原料浸泡于油脂中，于5060条件下低温加热让芳香成分溶于油脂中，此则为温浸吸收法。2.3冷压法 此法适用于新鲜原料，如桔、柑、柠檬果皮含挥发油较多的原料，可经撕裂、捣碎冷压后静置分层，或用离心机分出油分，即得粗品。此法所得挥发油可保持原有的新鲜香味，但可能溶出原料中的不挥发性物质。2.4酶法提取 酶可以在温和条件下分解植物组织，较大幅度提高得率，是一项很有前途的新技术。目前，用于中草药提取的主要是纤维素酶。王乃馨 王乃馨,李超.杜衡挥发油的水酶法提取

14、及其抗菌活性研究J.油脂工程技术.2010,11. 用水酶法提取杜衡挥发油的工艺，并研究其抗菌作用。2.5微胶囊-双水相萃取双水相萃取技术（ATPE）是利用被提取物质在不同的两相系统间分配行为的差异迸行分离，具有较高的选择性和专一性，能提取醛、酮、醇等弱极性至无极性香味成分，应用于挥发油的提取颇有前景。目前该技术应用于挥发油提取的报道还较少。如刘品华 刘品华.微胶囊双水相提取精油的工艺研究J.曲靖师专学报,2000,19(6):4042.采用微胶囊双水相法提取了薄荷油、丁香油、柠檬油、柑橘油等。2.6 微波萃取方法 微波技术的应用，近年来得到很大发展微波具有穿透力强、选择性高、加热效率高等特点

15、。微波技术应用于植物细胞破壁，有效地提高了得率，取得了较大进展。杨丽娟 杨丽娟.云南金平草果精油的微波萃取及化学成分研究J.中药材,2004,27(11):821823.采用微波萃取法提取云南金平草果精油，发现该法的收油率明显高于水蒸汽蒸馏法和常规溶剂提取法，且所用时间短，溶剂用量少。且微波萃取法与常规法提取得到的化合物基本相同，对精油的化学成分没有破坏，认为该法是值得应用的精油萃取法。2.7超声波辅助提取利用超声振动的空化、粉碎、搅拌等特殊作用，破坏植物细胞，使溶媒渗透到药材细胞中，加速有效成分进入溶剂，强化传质。采用超声法提取吴茱萸挥发油，节省了溶剂，缩短提取时间，提高了出油率。超声提取能

16、避免高温高压对活性成分的破坏，但受容器的器壁厚度及放置位置的影响很大。目前研究都是小规模的，有关设备的放大问题尚待解决。2.8分子蒸馏技术分子蒸馏技术（Molecular Distillation Technology）属于一种特殊的高真空蒸馏技术，是一种特殊的液-液分离技术。其最显著的特点是蒸馏物料分子由蒸发面到冷凝面的行程不受分子间碰撞阻力的影响，蒸发面与冷凝面之间的距离小于蒸馏物质分子在该条件下的分子运动平均自由程。分子蒸馏装置根据形成蒸发液膜的不同设计可分为降膜式分子蒸馏（falling-film evaporator）、刮膜式分子蒸馏（wiped-filmevaporator）和离心

17、式分子蒸馏（Centrifugal evaporator）3 种，也可以统称为短程蒸馏（Short-path distillation）。3 挥发油成分的分析3.1全二维气相色谱 20 世纪90 年代初，Liu 和Phillips 提出的全二维气相色谱（GC ×GC）方法，提供了一种真正的正交分离系统。它是将分离机理不同而又互相独立的两支色谱柱以串连的方式结合成二维气相色谱，经第1支色谱柱分离后的每一个馏分，经调制器聚焦后以脉冲方式进入第2 支色谱柱中进行进一步的分离，通过温度和极性的改变实现气相色谱分离特性的正交化。GC ×GC具有峰容量大（为两根柱各自峰容量的乘积）、分

18、析速度快、分辨率高、族分离和瓦片效应等特点,因而该方法在复杂体系的分析方面具有其它方法无法比拟的优势，越来越受到广大色谱工作者的重视。林凯等 林凯.番木瓜叶挥发油化学成分分析及其在卷烟中的应用J.江西农业学报,2013,25(2)：104-106采用同时蒸馏萃取法提取番木瓜叶中挥发性成分，用全二维气相色谱一飞行时间质谱对挥发油化学成分进行分离鉴定，共鉴定出匹配度较高的化学成分383种，包括37种醇、53种醛、21种酸、49种烷烃、20种烯烃、82种酮和31种酯等。李治宇 李智宇,冒德寿,徐世娟,刘强,丁中涛.鹰爪豆净油挥发性成分的GC×GCTOFMS分析J. 烟草科技. 2012,9

19、.建立了鹰爪豆净油的全二维气相色谱飞行时间质谱指纹图谱，通过质谱图库检索、保留指数比对、标准化合物参照及文献验证等方法对挥发性成分进行了分离鉴定。结果表明：从鹰爪豆净油中共鉴定出150种挥发性成分，其中含量较高的成分主要有亚油酸甲酯（1070）、亚麻酸（790）、棕榈酸（766）、邻氨基苯甲酸甲酯（530）、蘑菇醇（365）、月桂酸乙酯（343）、苯甲酸苄酯（297）、亚油酸乙酯（297）、癸酸乙酯（268）、硬脂酸甲酯（268）、芳樟醇（255）、-金合欢烯（246）、苯乙醇（222）、油酸甲酯（205）、硬脂酸乙酯（205）和亚麻酸甲酯（200）；正构烷烃、芳香环类和非环类物质在Rxi-5

20、Sil MS×DB-17ht柱系统上实现了族组分分离。3. 2固相微萃取-气质联用 固相微萃取(solid phase microextraction ，SPME)是20世纪90年代初提出并发展起来的新颖的样品前处理技术。微萃取具有敏感、选择性好、不用溶剂、操作简单快速、能自动化的优良特性，可直接与气相色谱一质谱（GCMS）等色谱联用。集采样、萃取、浓缩、进样于一体加快分析检测的速度，可以用于乳荆及乳制品挥发性成分的检测 郭文奎,王玉堂.霍责成固相微萃取气质联用测定酸奶发酵过程中挥发性风味成分J.中国乳品工业,2012,40(6).。陈佳龄等 陈佳龄,郭微,彭维.SPME-GC-MS

21、 分析桃金娘科6种植物的叶片挥发性成分J. 热带亚热带植物学报,2013,21(2).采用固相微萃取-气质联用技术分析了红果仔（Eugenia uniflora ）、海南蒲桃（Syzygium hainanense）、红鳞蒲桃（Syzygium hancei）、黄金香柳（Milleara bracteata）、白千层和柠檬桉（Eucalyptus citriodora） 等6 种植物叶的挥发性成分。结果表明，6 种桃金娘科植物叶中的挥发成分主要为萜烯类，且富含保健性挥发成分，共有成分为（Z）- 罗勒烯、- 石竹烯、月桂烯、- 萜品烯和别香橙烯。因此，可以开发利用这些桃金娘科植物挥发成分的保健功

22、效。3.3顶空气相色谱顶空气相色谱法（HS-GC）又称液上气相色谱分析，它采用气体进样，可专一性收集样品中的易挥发性成分，与液-液萃取和固相萃取相比既可避免在除去溶剂时引起挥发物的损失，又可降低共提物引起的噪音，具更高灵敏度和分析速度，对分析人员和环境危害小，操作简便，是一种符合“绿色分析化学”要求的分析手段。HS-SDME 虽然优点多但也存在一些缺点，例如萃取的溶剂多为有机溶剂，萃取液滴体积小，易挥发，不易高温萃取且萃取维持时间短等。主要分为静态顶空分析、动态顶空分析、顶空-固相微萃取三类。3.3.1静态顶空-气相色谱静态顶空分析法是顶空分析法发展中出现的最早形态，其主要缺点是有时必须进行大

23、体积气体进样。若样品中待分析组分的含量较高，较少的气体进样量就可满足分析的需要时，可采取静态法 李英华,吕秀阳,吕丽丽,曹海山.顶空气相色谱法在药物分析中的应用J.物质分析杂志,2005, 25(11).。在仪器模式上可分为3类：顶空气体直接进样模式、平衡加压模式和加压定容采样进样模式。李雪岩 李雪岩.静态顶空气相色谱法测定太苍止泻颗粒中挥发性组分J.中国中药杂志, 2013, 7(175).等采用静态顶空气相色谱对太苍止泻颗粒中挥发性组分进行分离，并建立指纹图谱，评价其质量。采用程序升温毛细管色谱柱HP-5（30×0.25mm，0.25m）对不同批次的太苍止泻颗粒分离，得到11个共

24、有峰，作为评价指标峰。结果太苍止泻颗粒挥发性成分以11个共有峰作为评价峰，静态顶空气相色2谱的重复性，稳定性，精密度良好，以同一批次的太苍止泻颗粒共有峰面积的变化来判定成方制剂的质量，以藿香酮保留时间和面积作为参照，来评价样品的质量。李莹莹 李莹莹.静态顶空气相色谱质谱法测定种牡丹花的挥发性成分J.理化检验-化学分册,2013,49(3).采用静态顶空气相色谱质谱法分离和鉴定4个品种牡丹花的挥发性成分，并用归一化法测定其相对含量。共鉴定出30种化合物，主要为醇、酯、萜烯、醚和醛等物质，不同品种挥发性成分的种类和含量存在较大差异。4种牡丹花的共有物质是叶醇、正十二烷、苯乙醇和乙酸橙花酯等。苯乙醇

25、是藏枝红和红珠女中含量最高的成分，分别高达54.05和49.99，而墨楼争辉和李园红中含量最高的是乙酸橙花酯，分别为34.07和20.06。3.3.2动态顶空-气相色谱动态顶空分析法源于采用多孔高聚物对顶部空气中的挥发性物质进行捕集和分析。连续用惰性气体不断通过液态待测样品将挥发性组分从液态基质中“吹扫”出来，挥发性组分随气流进人捕集器，捕集器中的吸附剂或低温冷脐捕集挥发性组分，最后将抽提物进行解吸分析。该方法是一种将样品基质中所有挥发性组分都进行完全的“气体提取”的方法，适合复杂基质中挥发性较高的组分和浓度较低的组分分析，较顶空和顶空一固相微萃取方法有更高的灵敏度。动态顶空分析根据捕集模式分

26、为吸附剂捕集和冷脐捕集2种。程焕 程焕,秦子涵,胡小松,吴继红.固相微萃取/动态顶空气相色谱质谱联用法对蜂胶与杨树胶挥发性成分的分析J. 食品安全质量检测学报.2012,3(1).采用动态顶空（DHS）对蜂胶和杨树树胶挥发性成分进行提取，经气相色谱质谱联用（GC-MS）法结合计算机检索对其挥发性成分进行分析和鉴定。对蜂胶DHS法鉴定出52种化合物，占整个峰面积的 92.46 %。对杨树胶，采用 DHS 法的提取物中共鉴定出了 46 种化合物，占整个峰面积的 84.59 %；通过GC-MS方法对蜂胶和杨树胶的挥发性成分进行分析比较，鉴定出蜂胶与杨树胶各自特有的成分， 获得蜂胶与杨树胶的异同，从而

27、为真假蜂胶的鉴别提供理论依据并可将其应用到蜂胶的标准制定及真假鉴别中去。李义 李义.地下水中挥发性有机物的吹扫捕集-气相色谱-质谱法测定J.岩矿测试.2010,05.建立了吹扫捕集-气相色谱-质谱法同时测定地下水中卤代烃类、苯系物、氯代苯类等20多种挥发性有机物的方法。对吹扫捕集条件、气相色谱条件和质谱条件进行优化，并对实际水样进行测定。方法检出限为0.030.28g/L，基体加标回收率为88.8%111.0%，精密度（RSD，n=7）为2.21%5.31%。方法准确，灵敏可靠，可满足地下水中痕量挥发性有机物的分析要求。3.3.3顶空-固相微萃取-气相色谱顶空-固相微萃取装置由手柄和萃取头组成

28、，通过萃取头的涂层对顶空中的有机挥发性物质的吸附和随后的解吸附分析来完成分析。进行顶空一固相微萃取试验时萃取头的极性和厚度选取至关重要，可根据“相似相溶原理”选择固相微萃取试验的萃取头。顶空-固相微萃取分析中萃取头具一定的预浓缩作用，分析的灵敏度高于静态顶空分析，精密度好于动态顶空分析，是近几年最常用的顶空分析方法。 王英锋 王英锋,刘娜,竺梅,李杏茹,杨阳.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法测定泽兰中的挥发性成分J.首都师范大学学报.2011,32(1).采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法(HS-SPME-GC-MS)分离鉴定了泽兰中的挥发性成分，考察了HS-SPME的操作参数（纤维头、样品

29、平衡时间、萃取温度、萃取时间和解吸时间），并与传统的水蒸气蒸馏法（SD）和超临界 CO2萃取法（SFE）提取的挥发性成分进行了比较。HS-SPM法共鉴定58种成分，占总成分含量的99. 51% ，主要成分为烯类；SFE法共鉴定了61种成分，占总成分含量的84.92% ，主要成分为环己酮和烯的氧化物；SD法共鉴定了45种成分，占总成分含量的88.30% ，主要成分为烯的氧化物。三种方法测得的挥发性成分差异较大，但是HS-SPME 法作为一种简单的手段可以用于泽兰中挥发性物质的快速提取和分析。郭方遒 郭方遒;黄兰芳;周邵云.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法用于白术中挥发性成分的分析J.色谱.2007,01.采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法（H S-SPME-GC-MS）分离鉴定了白术中的挥发性成分，并与采用传统的水蒸气蒸馏法（SD）提取的挥发性成分进行了比较