药对防风-羌活与其单味药挥发油共有组分的分析

陈帅华¹，余莲芳²，李晓如²，梁逸曾²

(1. 江西科技师范学院 化学化工学院，江西 南昌，330013；

2. 中南大学 化学化工学院，湖南 长沙，410083)

摘  要：利用气相色谱-质谱法分离检测药对防风-羌活、单味药防风和羌活的挥发油成分，采用交互移动窗口因子分析法对药对与单味药挥发油成分的共有组分进行分析，用质谱库结合保留指数进行定性, 并采用总体积积分法定量。研究结果表明：防风、羌活和药对防风-羌活的挥发油分别定性79，70和74个成分，占总含量的85.81%，87.35%和86.76%；药对防风-羌活与防风、羌活的共有组分分别为44和53个；药对挥发油组分主要来自于单味药羌活。

关键词：防风；羌活；药对；气相色谱/质谱；交互移动窗口因子分析法

中图分类号：O657          文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2010)02-0440-06

Comparison analysis of common volatile constituents in herbal pair radix saposhnikoviae-rhizoma seu radix notopterygii and
 its single herbs

CHEN Shuai-hua¹, YU Lian-fang², LI Xiao-ru², LIANG Yi-zeng²

(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Jiangxi Science and Technology Normal University,
 Nanchang 330013, China;

2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: Comparison analysis of common volatile constituents in herbal pair (HP) radix saposhnikoviae (RS)-rhizoma seu radix notopterygii (RSRN) and its single herbs was performed using two-dimensional gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) data coupled with alternative moving window factor analysis (AMWFA). In total, 79, 70 and 74 volatile chemical components in volatile oil of RS, RSRN and HP RS-RSRN were separately determined qualitatively and quantitatively, accounting for 85.81%, 87.35% and 86.76% of total contents of volatile oil in RS, RSRN and HP RS-RSRN respectively. The results show that there are 44 common volatile constituents in HP RS-RSRN and single herb RS, and 53 common volatile constituents in HP RS-RSRN and single herb RSRN. The experimental results also show that the volatile chemical components in HP RS-RSRN are mainly from single herb RSRN.

Key words: radix saposhnikoviae; rhizoma seu radix notopterygii; herbal pair; gas chromatography-mass spectrometry; alternative moving window factor analysis

配伍理论是中药复方的核心，药对是复方中的最小配伍单位。研究药对配伍后与单味药成分的差   异，将为剖析和理解复方以及研究中药配伍机理打下基础。防风-羌活为常用的辛温解表药对^[1]。防风(RS)味辛甘、性微温，具有祛风解表、疏肝解痉、杀虫止痒之功效；羌活(RSRN)味辛苦、性温，具有散寒解表、祛风胜湿、除痹止痛之功效^[2-3]。挥发油是解表药对的有效成分。本文作者分别提取单味药防风、羌活和药对防风-羌活的挥发油，利用GC-MS法对挥发油成分进行检测，并采用交互移动窗口因子分析法(AMWFA)^[4-7]对药对与其单味药的共有组分进行比较分析，采用质谱库结合保留指数对化合物进行定性分析，最后采用总体积积分法进行定量分析。针对二维色谱-光谱矩阵数据进行解析的化学计量学方法^[8-10]，均存在组分色谱选择性信息不够的问题。而AMWFA法是一种可对2个复杂体系进行快速比较的分析方法。它通过挖掘2个体系中的选择性信息，不仅可以获得不同样本间的共有组分数，还能同时得到各物质对应的光谱或质谱信息，是一种复杂体系解析和快速比较分析的强有力工具，其原理和分析方法见文献[4-7]。本文作者采用色谱技术结合化学计量学解析方法和保留指数分析挥发油成分，以提高分析结果的准确性。

1  材料与方法

1.1  仪器与药材

仪器为：日本岛津 QP2010型气相色谱仪-质谱仪。药材为：防风、羌活，均购自河南南阳药材公司，经湖南中医药研究院中药研究所鉴定；正构烷烃C₈~C₂₀(瑞士Fluka Chemika公司)。

1.2  挥发油提取

药对挥发油的提取：称取干燥的防风、羌活各100 g混合，按中华人民共和国药典挥发油提取法提取^[11]。

单味药挥发油的提取：分别称取干燥的防风和羌活各100 g，按照上述方法提取。

1.3  正构烷烃参照系和药材挥发油的测定条件

色谱柱为OV-1( 30 m×0.25 mm)。升温程序如下：起始温度为50 ℃，以2 ℃/min的升温速度升至130 ℃，再以10 ℃/min升至230 ℃，维持20 min。载气为He气，流速为1.0 mL/min；进口温度为250 ℃，界面温度为280 ℃。EI源电子能量为70 eV，离子源温度为230 ℃。倍增电压为1.28 kV，扫描范围为20~600原子质量单位，扫描速率为3.8 次/s，溶剂延迟2 min。

1.4  数据分析

数据分析程序用 Matlab 6.1编写，所分辨的质谱在NIST107标准质谱库中检索。

2  结果与讨论

2.1  AMWFA法对药对防风-羌活与单味药防风挥发油共有组分的比较与分析

图1所示为防风、羌活和药对防风-羌活挥发油的GC-MS总离子流图谱(TIC)。选取防风TIC中保留时间为13.331~13.998 min的X峰簇和药对防风-羌活TIC中保留时间为13.498~14.162 min的Y峰簇进行解析，图2所示为X和Y 2个峰簇的放大图谱。

采用多组分光谱相关色谱和反投影多组分光谱相关色谱分析，表明X和Y峰簇几乎完全被对方包含。为进一步确定2个体系中的共有组分数，采用AMWFA法进行共有秩分析。图3所示为共有秩分析结果。

获得了2个体系中的共有组分数后，再解析物质的纯质谱。按照AMWFA法，在共有组分数为1的区域，可以从其特征向量中获取对应的纯质谱。直接以X峰簇转换的二维数据为基矩阵，用移动窗口技术对整个Y矩阵(即Y峰簇转换的二维数据)进行扫描(移动窗口数为3)，得到保留时间与共有组分数关系的共有组分秩图，如图4(a)所示。在移动窗口扫描过程中，通过公式计算，得到各个时间点的质谱和相邻2点质谱的相似度。以相似度和保留时间作图，得到质谱自相关曲线，如图4(b)所示。在共有组分秩图中，可以获得3个共有组分数为1的区域(13~38，88~111，132~144)。其对应的质谱自相关曲线也出现了3个平台，且相似度几乎为1。可从这3个平台中的任意一点分别提取共有组分的纯质谱，将解析出的质谱与NIST107标准库进行匹配，可知：组分1，2和3分别为Furan，2-pentyl-，Octanal和beta-Myrcene，其相似度分别为99.47%，94.83%和95.21%。最后得到峰簇X和Y的色谱流出曲线，如图5所示。表明X和Y均为1个三组分重叠形成的峰簇。

2.2  保留指数

Vanden等^[12]定义了程序升温保留指数：

R_I=100n+100[(t_x-t_n)/(t_n+1-t_n)]

式中：t为保留时间；x为待分析的化合物的碳原子数；n和n+1分别为正构烷烃的碳原子数。

本文使用的程序升温保留指数计算方法就是采用此公式。利用保留指数对质谱图相近的同分异构体进行鉴别，结果较文献中的传统方法更加准确、可靠^[13-14]。

(a) 防风；(b) 羌活；(c) 药对防风-羌活

图1  防风、羌活与药对防风-羌活挥发油总离子流图谱

Fig.1  Total ion chromatograms patterns of volatile oils of RS, RSRN and HP RS-RSRN

(a) X峰簇放大图谱；(b) Y峰簇放大图谱

图2  放大的X峰簇和Y峰簇的总离子流图谱

Fig.2  Total ion chromatograms for X peak cluster and Y peak cluster

图3  共有秩分析结果

Fig.3  Results of common rank analysis

(a) 共有秩图；(b) 质谱自相关曲线

图4  共有组分解析结果

Fig.4  Resolution results of common components

2.3  挥发油组分的定量分析

对解析后的所有色谱采用总体积积分法积分，可得到各个组分的定量分析结果，防风、羌活和药对防风-羌活鉴定的化合物数量分别为79，70和74个，定性组分含量(体积分数)分别占防风、羌活和药对防风-羌活挥发油总含量的85.81%，87.35%和86.76%。三者的挥发油主要化学成分见表1。

2.4  药对与单味药之间挥发性成分的比较与分析

由表1可见，防风挥发油主要组分为：苯亚甲基苯甲醛(14.85%)，镰叶芹醇(10.78%)，D-柠檬烯(5.53%)，辛醛(4.98%)和(S)-1-甲基-4-(5-甲基-1-亚甲基-4-己烯基)-环己烯(4.86%)等；羌活挥发油主要组分为：α-蒎烯(20.93%)，D-柠檬烯(9.57%)，α-萜品醇(8.05%)，4-甲基-1-(异丙基)-3-环己-1-醇(5.74%)，γ-松油烯(4.83%)和莰烯(3.28%)等；药对防风-羌活挥发油主要组分为：α-蒎烯(22.32%)，α-萜品醇(8.18%)，D-柠檬烯(7.71%)，4-甲基-1-(异丙基)-3-环己-1-醇(5.98%)，莰烯(3.38%)，乙酸龙脑酯(2.36%)和辛醛(1.89%)等。从挥发油组分数及含量来看，药对挥发油组分主要来自于单味药羌活，但化学成分种类基本为2个单味药的加和，单味药挥发油组分的含量在药对中发生了变化。

1—2-pentylfuran; 2—octanal; 3—β-myrcene

(a) X峰簇；(b) Y峰簇

图5  解析后的X峰簇和Y峰簇的色谱

Fig.5  Resolved chromatograms for peak clusters X and Y

药对防风-羌活与单味药防风共有的挥发油组分为44个，与单味药羌活共有的挥发油组分为53 个。单味药中有些成分在药对中消失，同时，药对中也有一些新成分产生，其原因可能是合煎中的化学反应(如氧化反应、还原反应、缩合反应和水解反应等)与物理变化(如増溶作用、吸附作用等)，其具体作用类型有待进一步研究^[15-16]。

表1  防风、羌活与药对防风-羌活挥发油的主要化学成分

Table 1  Main chemical components of volatile oils from RS, RSRN and HP RS-RSRN

3  结论

(1) 防风、羌活和药对中鉴定的化合物数量分别为79，70和74个，定性组分含量分别占防风、羌活和药对挥发油总含量的85.81%，87.35%和86.76%。

(2) 药对与单味药防风共有组分为44个，与单味药羌活共有组分为53个。

(3) 药对挥发油组分主要来自于单味药羌活，但化学成分种类基本为2个单味药的加和，而单味药挥发油组分的含量在药对中发生了变化。

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收稿日期：2009-01-28；修回日期：2009-04-14

基金项目：国家自然科学基金资助项目(2017503，20235020)

通信作者：李晓如(1963-)，男，湖南武冈人，教授，从事天然药物化学研究；电话：0731-88836376；E-mail: xrli@mail.csu.edu.cn

(编辑 陈爱华)