一种闪蒸气相色谱-质谱法结合指纹图谱鉴别北五味子和
南五味子的方法
(一)技术领域
[0001] 本
发明涉及一种鉴别北五味子和南五味子的方法，特别涉及
一种闪蒸气相色谱-质谱法结合指纹图谱鉴别北五味子和南五味子的方法。(二)背景技术
[0002] 五味子系木兰科(Magnoliacae)五味子属多年附生草本
植物五味子(Schisandra chinensis(Turcz.)Baill.)或华中五味子(Schisandrae sphenanthera Rehd.et Wils.)的干燥成熟果实。北五味子主要产于黑龙江、吉林和辽宁三省，其余产地均归为南五味子。五味子主要含有木脂素、挥发油、粗多糖和
脂肪酸等多种化学成分，药用价值很高，传统医学认为其具有敛
肺生津，补肾养心，收敛固涩之功效。一般认为，五味子的
生物活性主要来自木脂素、挥发油中的萜烯及其衍生物等。
[0003] 五味子的不同组成部分一般通过不同的方法分别测定：如五味子挥发油的分析通过气相色谱完成，木脂素类的分析通过液相色谱。这就需要分别处理样品，得到不同的组成成份分别进行鉴定，前处理操作复杂，需消耗大量时间和
有机溶剂，较难反应五味子整体化学成分的组成和特征。目前，尚未见五味子闪蒸气相色谱质谱分析的有关报道，故本发明建立了一种能全面反映五味子中中的挥发油和木脂素等部分化学组成的闪蒸色谱质谱分析方法，并结合指纹图谱鉴别五味子品种，具有重要的学术研究价值及实际应用价值。(三)发明内容
[0004] 本发明目的是提供一种利用闪蒸气相色谱-质谱法对五味子中挥发油和木脂素等所含化学成分的定性、定量分析的方法，并在此
基础上对五味子各部分含量高低进行比较，最后通过指纹图谱
模式识别来鉴别北五味子和南五味子；本发明建立了五味子的闪蒸气相色谱-质谱的整体分析方法，针对不同产地五味子挥发油和木脂素的相对含量，通过指纹图谱识别对北五味子和南五味子进行鉴别。
[0005] 本发明采用的技术方案是：
[0006] 本发明提供一种闪蒸气相色谱-质谱法结合指纹图谱鉴别北五味子和南五味子的方法，所述方法包括以下步骤：
[0007] (1)取产地不同的北五味子和南五味子样品，北五味子和南五味子分别各取5～15个样品，一共取n个样品；n为整数，10≤n≤30；
[0008] (2)各样品分别烘干、
研磨得五味子粉末，每种样品的五味子粉末分别装入裂解器中，将裂解器置于气相色谱仪进样口处，当裂解器
温度达到300-350℃时进样，用气相色谱-质谱联用仪检测，得到气相色谱图和质谱图；采用质谱标准谱库对五味子化学成分进行定性；
[0009] 所述定性方法为：根据质谱标准谱库检索结果进行定性(通俗点讲就是质谱库中匹配度较高的物质)；所述质谱标准谱库为Nist02库；
[0010] 所述气相色谱条件为：色谱柱为弱极性柱，升温程序为初温50℃，以5～10℃/min(优选10℃/min)速率升到300℃，保持5～15min(优选10min)；进样口温度为280～320℃(优选300℃)，检测器温度为280～320℃(优选300℃)，分流比30～50:1；载气为氮气或氦气，流速1.0mL/min；
[0011] 质谱条件为：
电子轰击离子源，离子源温度230～250℃，传输线温度250～300℃，电离
能量70eV，离子扫描范围40～550m/z；
[0012] 裂解器条件：
裂解炉温度：300-350℃；裂解器与气相色谱仪
接口温度300～350℃；
[0013] (3)按照气相色谱图的流出时间和质谱定性结果，将气相色谱图按照流出时间的先后顺序依次分为四个区域：A区、B区、C区、D区，其中A区为小分子化合物区，B区为萜类化合物区，C区为脂肪酸和脂肪酸酯区，D区为木脂素区；所有北五味子样品在B区和D区中各选取其中峰面积最高的5-10个成分，所有南五味子样品在B区和D区中各选取其中峰面积最高的5-10个成分，取上述北五味子与南五味子选取的所有成分的并集，得到M个特征成分；M为整数，10≤M≤40；
[0014] 所述A区为小分子化合物区，所述小分子化合物是指分子量在200以下的胺类、酸类、酸酐类、醇类、酯类、
醛类的化合物；
[0015] 所述B区为萜类化合物区，所述萜类化合物包括萜烯化合物和含
氧萜烯化合物。
[0016] 所述C区为脂肪酸和脂肪酸酯区，所述脂肪酸是指C16～C20的脂肪酸，所述脂肪酸酯是指C18～C36的脂肪酸酯；
[0017] A、B、C三区可以总称为挥发油区；
[0018] (4)待鉴别的x个五味子样品按照步骤(2)操作，得到气相色谱图和质谱图；并进行定性和定量分析；x为整数，1≤x≤10；
[0019] (5)取n个已知样品和x个待鉴别样品的气相色谱图，取每个样品的M个特征成分的特征峰相对于其五味子甲素峰的相对峰面积数据，得到M×(n+x)的
数据库，输入SPSS统计
软件进行主成分分析、
聚类分析或相似度计算，根据统计分析结果将待鉴别样品归类为北五味子或南五味子。
[0020] 具体的，所述步骤(5)中，所述主成分分析按以下方法进行：
[0021] 取n个已知样品的气相色谱图，取每个样品的M个特征成分的特征峰相对于其五味子甲素峰的相对峰面积数据，得到M×n的数据库，输SPSS统计软件进行主成分分析，提取得到2个主成分，得到每种样品的二维主成分坐标，并由此做出已知样品的二维主成分分析散点图；二维主成分分析散点图上南五味子样品和北五味子样品分为两个区域，分别为南五味子区和北五味子区；
[0022] 取n个已知样品和x个待鉴别样品的气相色谱图，取每个样品的M个特征成分的特征峰相对于其五味子甲素峰的相对峰面积数据，得到M×(n+x)的数据库，输入SPSS统计软件进行主成分分析，提取得到2个主成分，得到每种样品的二维主成分坐标，并由此做出所有样品的二维主成分分析散点图；所有样品的二维主成分分析散点图上，已知南五味子样品和北五味子样品同样分为两个区域，分别为南五味子区和北五味子区；根据待鉴别样品的二维主成分坐标在二维主成分分析散点图中的
位置，若待鉴别样品靠近南五味子区，鉴定为南五味子；若待鉴别样品的坐标靠近北五味子区，鉴定为北五味子。
[0023] 具体的，所述步骤(5)中，所述聚类分析按以下方法进行：
[0024] 取n个已知样品的气相色谱图，取每个样品的M个特征成分的特征峰相对于其五味子甲素峰的相对峰面积数据，得到M×n的数据库，输入SPSS统计软件进行聚类分析，每两样本间用离差平方和(Ward’s法)连接，以平方欧式距离作为计算方式，输出已知样品的聚类分析图，由图中可知，北五味子与南五味子分为两类；
[0025] 取n个已知样品和x个待鉴别样品的气相色谱图，取每个样品的M个特征成分的特征峰相对于其五味子甲素峰的相对峰面积数据，得到M×(n+x)的数据库，输入SPSS统计软件进行聚类分析，每两样本间用离差平方和(Ward’s法)连接，以平方欧式距离作为计算方式，输出所有样品的聚类分析图，根据待鉴别样品在聚类分析图中的归类位置，将待鉴别样品归类为北五味子或南五味子。
[0026] 具体的，所述步骤(5)中，所述相似度计算按以下方法进行：
[0027] 取n个已知样品和x个待鉴别样品的气相色谱图，取每个样品的M个特征成分的特征峰相对于其五味子甲素峰的相对峰面积数据，得到M×(n+x)的数据库，输入SPSS统计软件进行相似度计算：将已知样品中的北五味子和南五味子药材分别建立共有模式，然后计算待鉴别样品与共有模式之间的相似度，待鉴别样品与北五味子的共有模式间的相似度在0.95以上，鉴定为北五味子，待鉴别样品与南五味子的共有模式间的相似度在0.95以上，鉴定为南五味子。
[0028] 进一步，所述步骤(2)中，优选所述裂解器温度达到300℃时进样。
[0029] 进一步，所述步骤(2)中，所述五味子粉末按如下方法获得：将五味子样品中肉眼可见的树枝、木屑等杂质剔除，于60℃烘5小时，取出冷却到室温后研磨过80～120目筛，制成五味子粉末。
[0030] 本发明所述
裂解气相色谱-质谱法分析五味子化学成分的方法中，首先根据气相色谱谱图中各峰的质谱数据确定各个色谱峰对应的化学成分，然后按照色谱峰流出时间的先后确定气相色谱出峰时间1～40min为挥发油区，其中1-15min为小分子化合物区，15-30min为萜类化合物区，30-40min为脂肪酸、脂肪酸酯区，气相色谱出峰时间40～60min为木脂素区，这样既可以全面、直观的反映出五味子组成，又可以通过组成比例对五味子
质量进行快速评价。
[0031] 与
现有技术相比，本发明有益效果主要体现在：闪蒸气相色谱采用固体样品直接进样，无溶剂使用，故操作简便，环保；开发闪蒸色谱-质谱方法对五味子样品进行定性、定量检测，能够有效节省实验时间、简化实验步骤，结合指纹图谱模式识别可快速鉴别北五味子和南五味子；该检测技术可以推广到五味子鉴别领域，对五味子鉴别具有十分深远的意义。(四)
附图说明
[0032] 图1为黑龙江产北五味子(HLJ-1)不同温度下的闪蒸气相色谱图。
[0033] 图2为黑龙江产北五味子(HLJ-1)在不同闪蒸温度下挥发油和木脂素成分的总峰面积曲线图。
[0034] 图3为黑龙江产北五味子和陕西产南五味子的质谱总离子流图，图中，a为黑龙江产北五味子，b为陕西产南五味子。
[0035] 图4为不同产地五味子的闪蒸气相色谱图。
[0036] 图5为不同产地五味子中的四类物质的含量对比图。
[0037] 图6为北五味子和南五味子主成分分析图。
[0038] 图7为已知样品和未知样品的主成分分析图。
[0039] 图8为北五味子和南五味子聚类分析树状图。
[0040] 图9为已知样品和未知样品的聚类分析树状图。(五)具体实施方式
[0041] 下面结合具体
实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
[0042] 实施例1闪蒸温度的选择
[0044] 美国Thermo Finnigan Trace DSQ的气相色谱/质谱联用仪(GC-MS)；美国Varian CP-3800气相色谱仪，配氢火焰检测器(FID)；日本Frontier PY-2020iD双击式纵型微型炉裂解器。
[0045] 从黑龙江、吉林、辽宁、陕西、四川、和山西药店购买当地产五味子，剔除肉眼可见的树枝、木屑等杂物，于60℃烘5小时，取出快速研磨过120目筛，制成五味子粉末，备用。样品列表见表1.
[0046] 表1：
[0047]
[0048] (2)实验方法
[0049] 1)闪蒸温度的选择
[0050] 准确称取黑龙江产五味子(HLJ-1)粉末0.1mg装入样品杯，固定于进样杆后，装入安装在GC进样口上方的裂解器，此时样品处于室温。待裂解器温度达到合适温度(200℃、250℃、300℃，350℃、400℃)后，按下进样按钮，样品杯掉入炉心，挥发性成分瞬间
气化，由载气带入GC进样口，进行气相色谱分析。
[0051] 美 国 Varian 3800气 相 色 谱 仪 (UA-5 金 属 毛 细 管 柱，30m×0.25mm i.d.×0.25μm，膜厚5％甲基聚
硅氧烷，日本)，日本Frontier PY-2020iD双击式纵型微型炉裂解器。
[0052] 闪蒸气相条件：UA-5金属毛细管柱(30m×0.25mm i.d.×0.25μm，膜厚5％甲基聚硅氧烷，日本)升温程序：初温50℃，以5℃/min速率升到300℃，保持10min；进样口温度为300℃，检测器温度为300℃，分流比30：1；载气氮气或氦气，流速1.0mL/min。裂解器条件：裂解炉温度：250℃、300℃，350℃、400℃；裂解器与气相色谱仪接口温度300℃。
[0053] (3)结果与讨论
[0054] 闪蒸温度的选择对实验结果十分重要。温度过高，部分组分可能分解，所反映的信息失真；相反，温度过低，一些组分未能被闪蒸；而在适当的温度区间内，峰的数量和强度均适宜。图1为HLJ-1样品在250℃、300℃，350℃、400℃下的闪蒸气相色谱图。图2为HLJ-1样品中挥发油成分和木脂素成分的总峰面积随温度变化的曲线图。由图2可以看出，五味子挥发油总峰面积和木脂素总峰面积随闪蒸温度的上升而增大，到300℃之后曲线趋于平缓，说明该闪蒸温度可以使样品的挥发油成分和木脂素成分基本挥发出来；400℃时挥发油总峰面积出现较为明显的下降，有可能是其挥发油成分由于温度过高而分解，而木脂素总峰面积基本稳定。因此选择300℃为五味子的最佳闪蒸温度。
[0055] 实施例2重现性的考察
[0056] 美 国 Varian 3800气 相 色 谱 仪 (UA-5 金 属 毛 细 管 柱，30m×0.25mm i.d.×0.25μm，膜厚5％甲基聚硅氧烷，日本)，日本Frontier PY-2020iD双击式纵型微型炉裂解器。
[0057] 气相条件：升温程序：初温50℃，以5℃/min速率升到300℃，保持10min；进样口温度为300℃，检测器温度为300℃，分流比30：1；载气氮气或氦气，流速1.0mL/min。
[0058] 裂解器条件：裂解炉温度：300℃；裂解器与气相色谱仪接口温度300℃；
[0059] 分别准确称取3份实施例1方法制备的黑龙江产五味子粉末0.3mg装入样品杯，固定于进样杆后,装入安装在GC进样口上方的裂解器，此时样品处于室温。待裂解器温度达到300℃时，按下进样按钮，样品杯掉入炉心，挥发性成分瞬间气化，由载气带入GC进样口，进行GC分析。
[0060] 计算色谱峰调整保留时间和相对峰面积的重现性(用相对标准偏差(RSD)表示)。结果显示，所有峰的保留时间RSD≤0.13％，峰面积的RSD≤7.79％，说明在300℃下闪蒸
0.3mg、120目五味子粉末样品能保证实验结果取得良好的重现性。
[0061] 实施例3北五味子和南五味子化学成分分析
[0062] 美国Thermo Finnigan Trace DSQ的气相色谱/质谱联用仪(GC-MS)；日本Frontier PY-2020iD双击式纵型微型炉裂解器。
[0063] 气相条件为：色谱柱为UA-5金属毛细管柱(30m×0.25mm i.d.×0.25μm，膜厚5％甲基聚硅氧烷，日本)柱箱升温程序为初温50℃，以10℃/min速率升到300℃，保持
5min；进样口温度为300℃，检测器温度为300℃，分流比30:1；载气为氮气或氦气，流速
1.0mL/min。
[0064] 质谱条件为：电子轰击离子源，离子源温度230℃，传输线温度300℃，电离能量70eV，离子扫描范围40～550m/z。
[0065] 裂解器条件：裂解炉温度：300℃；裂解器与气相色谱仪接口温度350℃。
[0066] 准确称取实施例1制备的黑龙江产北五味子(HLJ-1)和陕西产南五味子(SHX-1)粉末0.1mg装入样品杯，固定于进样杆后，装入安装在GC进样口上方的裂解器，此时样品处于室温。待裂解器温度达到300℃时，按下进样按钮，样品杯掉入炉心，挥发性成分瞬间气化，由载气带入GC进样口，进行GC-MS分析。
[0067] 在实施例1优化的方法，即最佳闪蒸温度300℃条件下，分析陕西产南五味子和黑龙江产北五味子，得到了峰强度适中、分离度良好的五味子闪蒸质谱谱图，其总离子流图结果见图3。图3中，a为黑龙江产北五味子，b为陕西产南五味子。由图3可知五味子产生111个色谱峰，根据质谱标准谱库检索结果进行定性，通过计算气相色谱谱图中各峰峰面积对五味子化学成分进行定量分析。共鉴定出111个化合物，定性、定量结果见表2。由表2的结果可知五味子闪蒸产物中包含木脂素、萜烯、酸酐、醛、醚、
酮、醇、酸、胺等化学成分，因此按照流出时间和质谱定性结果可以将谱图划分为四个区域：1～15min为小分子化合物区，记为A区，15.01～30.00min为萜类化合物区，记为B区，30.01～40min为脂肪酸和脂肪酸酯区，记为C区，40.01～60min为木脂素区，记为D区。
[0068] 表2 黑龙江产北五味子和陕西产南五味子的闪蒸成分定性、定量结果[0069]
[0070]
[0071]
[0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076] 实施例4不同产地五味子的化学成分比较
[0077] 美国Thermo Finnigan Trace DSQ的气相色谱/质谱联用仪(GC-MS)；日本Frontier PY-2020iD双击式纵型微型炉裂解器。
[0078] 气相条件为：色谱柱为UA-5金属毛细管柱(30m×0.25mm i.d.×0.25μm，膜厚5％甲基聚硅氧烷，日本)柱箱升温程序为初温50℃，以10℃/min速率升到300℃，保持10min；进样口温度为300℃，检测器温度为300℃，分流比30；载气为氮气或氦气，流速1.0mL/min。
[0079] 质谱条件为：电子轰击离子源，离子源温度230℃，传输线温度300℃，电离能量70eV，离子扫描范围40～550m/z。
[0080] 裂解器条件：裂解炉温度：300℃；气相裂解器接口温度300℃。
[0081] 分别准确称取按照实施例1方法制备的黑龙江(4个样品)、吉林(3个样品)、辽宁(4个样品)、陕西(3个样品)，四川(3个样品)、山西(3个样品)0.3mg装入样品杯，固定于进样杆后，装入安装在GC进样口上方的裂解器，此时样品处于室温。待裂解器温度达到300℃时，按下进样按钮，样品杯掉入炉心，挥发性成分瞬间气化，由载气带入GC进样口，进行GC-MS分析，定性、定量方法同实施例3。
[0082] 6个省共20个五味子样品(其中产自黑龙江、吉林、辽宁的五味子为北五味子，共11个样品；产自陕西、四川、山西的五味子为南五味子，共9个样品)闪蒸气相色谱图见图
4，对比显示，不同产地五味子的闪蒸气相色谱图在峰的分布和强度上有较大的差异。不同产地的小分子化合物、萜类化合物、脂肪酸和酯、木脂素这四个区域内各峰的总面积相对于所有峰面积的百分含量对比图见图5，由图5可知产地不同，五味子四个部分的组成不同。
三个产地的北五味子样品中小分子胺、酸和酸酐的含量明显高于南五味子，而三个产地的南五味子样品中萜类、脂肪酸和脂肪酸酯的含量明显高于北五味子。
[0083] 实施例5指纹图谱模式识别判别北五味子和南五味子
[0084] 北五味子在萜类化合物区中选取含量最高的9个共有峰，南五味子在萜类化合物区中选取含量最高的10个共有峰，两部分取并集共选取12个特征峰。北五味子在木脂素区中选取含量最高的14个共有峰，南五味子在木脂素区中选取含量最高的9个共有峰，两部分取并集，共选取16个特征峰，即总共选取了28个特征峰。以五味子甲素的峰面积为100％，计算其他各峰面积相对五味子甲素的相对峰面积，选取的特征峰及相对峰面积见表
3和表4。
[0085] 将2种未知样品按照实施例4的方法操作，经裂解、GC-MS分析定性定量、得到未知样品的闪蒸色谱质谱图，2个未知样品的28个特征峰的相对峰面积见表4。
[0086] 表3 北五味子样品的特征峰和相对峰面积
[0087]
[0088] 表4 南五味子样品的特征峰和相对峰面积
[0089]
[0090]
[0091] 根据上述数据，利用美国SPSS公司SPSS软件(19.0版本)，分别用主成分分析，聚类分析和相似度计算对北五味子和南五味子进行鉴别。
[0092] 主成分分析：20种已知样品提取得到2个主成分，第一主成分得分为64.18％，第二主成分得分为8.94％，得到每种样品的二维主成分坐标，并由此做出已知样品的二维主成分分析散点图，见图6。由图6可知南五味子与北五味子非常明显的分为两个区域。
[0093] 将20种已知样品和2个未知样品的相对峰面积数据提取得到2个主成分，所有样品的二维主成分分析散点图见图7，图7中，可明显看出未知样品2靠近南五味子区域，未知样品1靠近北五味子区域。
[0094] 聚类分析：20种已知样品进行聚类分析，每两样本间用离差平方和(Ward’s法)连接，以平方欧式距离作为计算方式，输出已知样品的聚类分析图，如图8所示。由图8可知，当临界值介于2至4时，北五味子分为两类，所有的南五味子聚为一类；当临界值为4时，所有北五味子样品聚为一类。当临界值介于4至25时，源于黑龙江、吉林、辽宁的北五味子样品和源于陕西、四川、山西的南五味子样品分为两大类，表明了南北五味子的差别。
[0095] 将20种已知样品和2个未知样品进行聚类分析，每两样本间用离差平方和(Ward’s法)连接，以平方欧式距离作为计算方式，输出所有样品的聚类分析图，如图9所示。由图9可知，未知样品1归类于北五味子，未知样品2归类于南五味子。
[0096] 相似度计算：将11种北五味子建立共有模式，9种南五味子建立共有模式，然后计算20种已知样品和2种未知样品样品与共有模式之间的相似度，结果如表5所示。从相似度计算表中可以知道11个北五味子样品间的相似度为0.973-0.997，9个南五味子样品间的相似度为0.957-0.990，而北五味子和南五味子样品相似度小于0.35。未知样品1与北五味子共有模式的相似度为0.957，大于0.95，归类于北五味子，未知样品2与南五味子共有模式的相似度为0.981，大于0.95，归类于南五味子。
[0097] 表5
[0098]
[0099]
