GC-MS结合化学计量学方法分析艾叶挥发油成分

摘要为了建立区分艾叶挥发油产地的数学模型，通过GC-MS结合化学计量学的方法，对艾叶挥发油化学成分进行分析，以面积归一化法测定各组分的相对百分含量，并定量研究桉油精、樟脑、龙脑、β-石竹烯、氧化石竹烯等五种代表性成分。水提艾叶挥发油中桉油精的含量最高达到27.89

mg/g。超临界CO2萃取-分子蒸馏（SFE-MD）得到的艾叶挥发油桉油精含量不高，有较大损失。水提挥发油成分多集中在低沸点馏分，高沸点馏分缺失明显。用PCA和OPLS-DA法建模并识别挥发油样品，模型可有效区分汤阴北艾、罗浮山红脚艾等不同品种。同时筛选出标记化合物，对艾叶挥发油鉴别有借鉴意义。引言艾叶是菊科多年生灌木状草本植物艾（Artemisiaargyi

Lévl.etVant）的干燥叶片，中国药典记载其性温，味辛、苦，归肝、脾、肾经，具有理气血、逐寒湿等功效。艾叶挥发油是艾叶的有效成分，其主要成分有萜品烯醇-4、β-石竹烯、蒿醇、芳樟醇、樟脑、龙脑、桉油精等。石竹烯可以镇咳、抗菌，桉油精可以解热、消炎、抗菌、驱蚊，樟脑可以通关窍、杀虫止痒、消肿止痛，龙脑也是具有抗菌活性的物质。艾叶挥发油可以开发成驱蚊等功效性挥发油产品。艾叶挥发油常用的提取方法有水蒸气蒸馏法、超临界CO2萃取法、石油醚提取法等。石油醚提取方法易造成溶剂残留，影响了挥发油的品质。水蒸气蒸馏法工艺和设备成本低，目前应用最广，但水蒸气蒸馏法效率低，蒸馏时间长，而挥发油本身具有热敏性，长时间的高温蒸煮会影响精油质量。相比之下，超临界CO2萃取法，速率更快，条件更温和，不存在溶剂残留问题，是高端精油的首选制备工艺。超临界CO2萃取得到的挥发油，也需要精制才能得到最终产品，文献中报道最多的是精制方法是乙醇法和分子蒸馏法。分子蒸馏法尤其适用于热敏性体系，同时经分子蒸馏分离可得到除挥发油以外的重油以及蜡质组分，这些组分也可以应用在不同的化妆品领域，使得超临界CO2萃取-分子蒸馏（SFE-MD）工艺的经济性得到了整体的提高。艾叶挥发油的品质决定了其价值，有必要开发新方法鉴别艾叶挥发油的原料道地性，从而对其品质做出客观评价。本文对水蒸气蒸馏法、SFE-MD法得到的挥发油组分，建立GC-MS分析方法并对其化学成分开展定性、定量分析研究，同时结合化学计量学建立模型，对不同产地的挥发油进行识别，对艾叶挥发油品质鉴定有借鉴意义。

正文部分1

实验部分1.1

主要仪器与试剂1.2

实验方法1.2.1

艾叶挥发油理化性质检验艾叶挥发油的理化性质结果见表2。1.2.2

GC-MS条件优化了进样口温度、升温速率等条件，见图1，方法1升温速率较快，样品检测时间短，但样品分离度不够好。在方法1的基础上，减缓升温速率得到方法2，方法2样品加测时间长。1.3

溶液的配制1.3.1

对照品溶液的制备1.3.2

供试品溶液精密称量适量艾叶挥发油样品，分别加入到10

ml容量瓶中，以正己烷定容，保证样品完全溶解。经微孔滤膜过滤后，即为供试品溶液。1.4

样品含量的测定以1.2.2

GC-MS条件分别对艾叶挥发油样品进行测定，平行3次取平均值，计算桉油精、樟脑、龙脑、β-石竹烯、氧化石竹烯的含量，结果见表4。1.5

主成分分析（PCA）与正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）分析将挥发油GC-MS样品数据（S2-S13）导入SIMCA

16软件用于多变量分析。首先采用PCA法对数据进行分析，获得数据间整体聚类的关系。然后采用OPLS-DA方法对12个样品的差异进行可视化分析，并计算相应的变量重要性（VIP），对VIP＞1的变量进行非参数检验。最后选择VIP＞1和P＞0.05的变量作为鉴别艾叶挥发油来源的潜在标记化合物。

2

结果与讨论艾叶挥发油（S5）按照前述色谱方法的得到的总离子流图见图2。2.1

组分与含量水提艾叶挥发油中桉油精的含量最高达到27.89

mg/g，SFE-MD得到的艾叶挥发油桉油精含量不高，可能由于桉油精沸点较低，在分子蒸馏段损失较大。水提挥发油有25个成分，主要是低沸点馏分，高沸点馏分缺失比较明显。罗浮山红脚艾挥发油中龙脑、β-石竹烯和氧化石竹烯的含量明显比汤阴北艾挥发油要高，可以预见艾叶品种对其挥发油品质有较大影响。2.2

不同挥发油成分比较利用SIMCA16.0软件对不同产地艾叶挥发油样品S2-S13

GC-MS数据进行PCA分析，结果见图3，可以观察到根据依据艾叶品种，样品展现比较好的聚合度，前两个成分解释了总方差的89%。为了寻找可能的区分不同艾叶来源挥发油的潜在化学标记物，进一步采用有监督的模式识别方法OPLS-DA进行分析。OPLS-DA得分图见图4，可以清晰的看到，12个样品被分为2组，其中R2Y

=0.998，Q2=0.937，表明模型的分类效果良好。OPLS-DA的结果表明，不同艾叶品种的艾叶挥发油成分存在较大的差异。3

结论结论本文针对水蒸气法、SFE-MD法得到的艾叶挥发油组分，建立了GC-MS分析方法，并对挥发油中的桉油精、樟脑、龙脑、β-石竹烯、氧化石竹烯进行定量研究，发现艾叶品种对其挥发油组成有较大影响。水提艾叶挥发油中桉油精的含量最高达到27.89

mg/g，SFE-MD得到的艾叶挥发油桉油精含量不高，可能由于桉油精沸点较低，在分子蒸馏段损失较大。水提挥发油有25个成分，主要是低沸点馏分，高沸点馏分缺失比较明显。在SFE-MD样品中，主要成分为4-侧柏醇、龙脑、樟脑、4-萜烯醇、4-异丙基-1-甲基-2

环己烯-1-醇、β-石竹烯等。针对不同产地艾叶得到的艾叶挥发油，对其GC-MS组分含量结果以PCA和OPLS-DA方法建立模型，在OPLS-DA模型中，12个样品被分为2组，其中R2Y

=0.998，Q2=0.937，表明模型的分