DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2016.04.003

鼎药方枳白黄的GC-MS测定和交互移动窗口因子法分析

张斌^{1, 2}，李晓如¹，梁逸曾¹

(1. 中南大学 化学化工学院，湖南 长沙，410083；

2. 长沙环境保护职业技术学院，湖南 长沙，410004)

摘要：鼎药方是仅含3个单味药的方剂，是药对方基础上的又一种复方基本形式，比药对能更好地揭示复方的配伍机制，采用GC-MS法分离测定鼎药方枳白黄(FA-AM-RS)、单味药枳壳(FA)、白术(AM)和黄芩(RS)的挥发油成分，结合交互移动窗口因子法(AMWFA)对其共有组分进行比较分析, 得到鼎药方及其3个单味药的纯色谱曲线和质谱图；用质谱库结合保留指数进行定性, 采用总体积积分法进行定量。研究结果表明：鼎药方枳白黄、单味药枳壳、白术和黄芩分别定性出89，47，46和17种化学成分，分别占挥发油总体积的84.18%，92.64%，92.29%和80.99%；鼎药方与枳壳共有组分39个，与白术共有组分37个，与黄芩共有组分8个，其挥发油组分主要来自于枳壳和白术。

关键词：鼎药方；枳壳；白术；黄芩；气相色谱-质谱(GC-MS)；交互移动窗口因子法(AMWFA)

中图分类号：O629.9             文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2016)04-1100-05

Analysis of triherbal recipe fructus aurantii-atractylodes macrocephala-radix scutellariae by gaschromatography-mass spectrometry and alternative moving window factor

ZHANG Bin^{1, 2}, LI Xiaoru¹, LIANG Yizeng¹

(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha, 410083, China;

2. College of Changsha Environmental Protection, Changsha 410004, China)

Abstract: Considering that triherbal recipe is the prescription of three herbs and fundamental form of compound prescription that is used to study herbal-pair prescriptions, and it can more effectively reveal compatibility mechanism of compound prescription than herbal-pair prescriptions, the volatile components in triherbal recipe Fructus Aurantii- Atractylodes Macrocephala-Radix Scutellariae (FA-AM-RS) were analyzed, single herb FA and AM and RS were performed with two-dimensional gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) data coupled with alternative moving window factor analysis(AMWFA). The results show that, by means of these methods two-dimensional data, 89, 47, 46 and 13 volatile chemical components in essential oil of triherbal recipe FA-AM-RS, FA, AM and RS are determined qualitatively and quantitatively, accounting for 84.18%, 92.64%, 92.29% and 80.99% total contents of essential oil of triherbal recipe FA-AM-RS, FA, AM and RS, respectively. There are 39 common active constituents between triherbal recipe FA-AM-RS and single herb FA, and 37 common active constituents between FA-AM-RS and single herb AM, 8 common active constituents between FA-AM-RS and single herb RS. The major volatile chemical components in FA-AM-RS are mainly from that of single herbs FA and AM.

Key words: triherbal recipe; fructus aurantii; atractylodes macrocephala; radix scutellariae; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); alternative moving window factor analysis (AMWFA)

鼎药方是指仅含3个单味药的方剂，是复方中除药对方外最小的基本单位，是复方的又一种基本形式。对药对方、鼎药方的研究为中药复方的配伍研究提供了最基本、最可靠的模式和依据^[1]。多个单味药的复方配伍关系非常复杂，给研究带来极大困难，而目前人们对药对方的研究欠全面。鼎药方对复方化学成分的研究、中药配伍规律的掌握及创制新的复方具有非常重要的现实意义^[2-3]。鼎药方枳白黄(由单味药枳壳、白术和黄芩组成)是中药燥湿利水的常用复方。枳壳( fructus aurantii )味苦、辛、酸，性温，归脾、胃经，为中医常用理气药之一。白术(atractylodes macrocephala)味苦、甘，性温，归脾、胃经，中药上常用于健脾益气、燥湿利水^[4]。黄芩(radix scutellariae)味苦、寒，清热燥湿，泻火解毒，凉血安胎。本文作者分别提取鼎药方枳白黄及其单味药的挥发性成分，利用GC-MS进行分离检测，结合交互移动窗口因子法(AMWFA)对其共有组分进行比较分析，完成多组分复杂体系的解析，应用质谱库相似度匹配和计算保留指数对各组分进行定性，采用总体积积分法进行定  量^[5-8]，比较鼎药方与单味药的挥发油成分，分析配伍前后挥发油成分的变化。

1  实验

1.1  仪器和药材

仪器为日本岛津QP2010型气相色谱仪-质谱仪。药材为：黄芩、白术、枳壳，均购自九芝堂大药房；正构烷烃C8~C20和C21~C40(瑞士Fluka Chemika公司)；正己烷(分析纯)。

1.2  挥发油提取

称取干燥的鼎药方(其中，黄芩75 g，白术75 g，枳壳75 g)，按文献[9]中的挥发油提取法提取。

1.3  挥发油和正构烷烃参照系的测定条件

色谱条件：色谱柱为OV-I(长度×内径为30.00 m×0.25 mm)。升温程序如下：起始温度为40 ℃，以2 ℃/min升至120 ℃，再以10 ℃/min升至230 ℃，维持20 min。载气为He，流速为1.0 mL/min，进口温度为250 ℃，界面温度为280 ℃。

质谱条件：EI源电子能量为70 eV，离子源温度为230 ℃，倍增电压为1.28 kV，质荷比m/z扫描范围为20~600，扫描速率为3.8 次/s，溶剂延迟2 min。

1.4  数据分析

数据分析在Gateway T8100计算机上进行，程序用MATLAB 6.5编写, 用NIST107质谱库进行检索。

2  结果与讨论

2.1  AMWFA原理

交互移动窗口因子分析法(AMWFA法)^[10]作为化学计量学的另一种分析二维数据的方法，其实质是多组分光谱相关色谱法^[11](MSCC)的拓展，目标是对2个体系中的2组二维数据片段进行比较分析，最后得到2组二维数据片段中的共有组分定性结果。其方法为：先在一个体系中确定1个目标矩阵A，再利用单点投影法在另一个体系中找到相关的基本矩阵B，利用矩阵A的信息对矩阵B进行正交投影，从中提取两者中共有光谱信息，即得到光谱相关色谱图(MSCC)。反过来，将B作为目标矩阵，A作为基本矩阵进行对比分析，得到反投影多组分光谱相关色谱图(IP-MSCC)。

2.2  AMWFA法对鼎药方枳白黄与单昧药白术挥发油共有组分的比较与分析

图1所示为枳壳、白术、黄芩和鼎药方枳白黄挥发油的GC-MS总离子流图谱(TIC)。选取白术TIC中的X峰簇(保留时间为51.692~52.300 min)和鼎药方枳白黄TIC中的Y峰簇(保留时间为51.743~52.222 min)进行解析。

根据方法原理，由AMWFA法获得的多组分光谱相关色谱图(MSCC)和反投影多组分光谱相关色谱图(IP-MSCC)见图2。由图2可知：扫描点20~140区域内曲线与横坐标几乎平行，中间的凸起是噪声引起，说明X和Y峰簇互相包含于对方中，所含成分一致。图3所示为共有秩分析结果，给出了2个体系中共有组分的关系：前3个拟合值几乎为0，从第4个开始明显增大，说明X和Y 峰簇有3个共有组分。

下面获取这3个共有组分的纯质谱。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。以白术的色谱峰簇设为A矩阵，鼎药方枳白黄的色谱峰簇设为B矩阵，以A矩阵的5~120区域为基矩阵，用移动窗口技术对B矩阵中的5~160区域进行扫描(移动窗口数为3)，建立共有组分秩图(图4(a))及质谱自相关曲线(图4(b))。在共有组分秩图中，有3个共有组分数为 1 的区域，其对应的质谱自相关曲线也出现 3个平台(见图4(b)中R₁，R₂和R₃)。可分别从这 3个平台中任意1点提取出共有组分的纯质谱，即组分 1，2 和3的质谱。鉴定出3个共有组分为 2-吡啶乙胺、乙酰丙酮-1,3-丁二烯和叶吡咯，其相似度分别为95.72%，94.45%和98.02%。

图1  枳壳、白术、黄芩和枳白黄挥发油的总离子图谱

Fig. 1  TICs of volatile oils of FA , AM, RS and FA-AM-RS

图2  MSCC和 IP-MSCC分析结果

Fig. 2  Results obtained by MSCC and IP-MSCC analysis

图5所示为解析后得到峰簇X和Y的色谱图，其为1个3组分重叠形成的峰簇。

2.3  保留指数

VANDEN等^[12]定义了程序升温保留指数：r_t=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。本文使用此公式计算程序升温保留指数。

2.4  挥发油组分的定量分析

采用总体积积分法对解析后的所有色谱峰积分，得到各个组分的定量分析结果。从鼎药方枳白黄、单味药枳壳、白术和黄芩中分别鉴定出89，47，46和17种化学成分，分别占各自挥发油总体积的84.18%，92.64%，92.29%和80.99%。鉴定出的主要化学成分见表1。

2.5  鼎药方与单味药之间挥发性成分的比较分析

由表1可见：鼎药方枳白黄挥发油主要组分为D-苧烯(25.67%，质量分数，下同)，松油烯(2.75%)，大根香叶烯 D(5.32%)和1,2,3,4-四氢-1-丁基异喹啉(15.67%)；枳壳挥发油主要组分为D-苧烯(23.90%)，反-1,2-二(1-甲基乙烯基)-环丁烷(30.66%)，γ-萜烯(11.37%)和β-沉香醇(11.55%)；白术挥发油主要组分为大根香叶烯 D(7.56%)，α-衣兰油烯(5.35%)，1,2,3,4- 四氢-1-丁基异喹啉(60.37%)和桉叶油醇(5.60%)；黄芩挥发油的主要组分为乙酰苯(44.24%)、萘(4.96%)、十七烷(5.30%)和十三烷酸(10.47%)；从挥发油组分数及含量看，鼎药方挥发油组分来自于单味药枳壳和白术，大约各占一半，黄芩的成分很少。单味药中有些成分在鼎药方中消失，同时鼎药方中也有一些新成分产生，其原因可能在于合煎中发生了化学变化。

图3  共有秩分析结果

Fig. 3  Results of common rank analysis

图4  共有组分解析结果

Fig. 4  Resolution results of common components

表1  枳壳、白术、黄岑及其鼎药方主要化学成分

Table 1  Main chemical components of volatile oils in FA, AM, RS and FA-AM-RS

图5  解析后的X峰簇和Y峰簇的色谱图

Fig. 5  Resolved chromatograms for X and Y peak clusters

3  结论

1) 鼎药方枳白黄、单味药枳壳、白术和黄芩分别定性出89，47，46和17种组分，定性组分体积分别占鼎药方枳白黄、枳壳、白术和黄芩挥发油总体积的84.18%，92.64 %，92.29%和80.99%。

2) 鼎药方与单味药枳壳共有的挥发油组分为39个，与单味药白术共有的挥发油组分为37个，与单味药黄芩共有的挥发油组分为8个。

3) 鼎药方挥发油组分主要来自于单味药枳壳和白术，大约各占一半，来自黄芩的挥发油组分很少，原因可能在合煎过程中发生了化学变化。

参考文献：

[1] 胥庆华, 刘丽云, 赵瑞华.中药药对大全[M]. 北京: 中国中医药出版社, 1996: 360.

XU Qinghua, LIU Liyun, ZHAO Ruihua. Collection of drug pairs in traditional Chinese medicine[M]. Beijing: Traditional Chinese Medicine Press, 1996: 360.

[2] 徐国龙. 试论中药药对组成的原则与方式[J]. 中国中医基础医学杂志, 2002, 8(3): 61-63.

XU Guolong. Discussion on the composing principle and manner of Chinese drug pair[J]. China Journal of Basic Medicine in Traditional Chinese Medicine, 2002, 8(3): 61-63.

[3] 孙洋, 陈婷, 徐强. 从药对的角度考察复方配伍规律[J]. 世界科学技术: 中医药现代化, 2004, 6(1): 17-20.

SUN Yang, CHEN Ting, XU Qiang. Appraisal of studies on rules for compatibility of compound prescriptions of chinese medicines from point of pair-medicinal-herb[J]. World Science and Technology:Modernization of TCM, 2004, 6(1): 17-20.

[4] 谭同来, 刘庆林. 常用中药配对与禁忌[M]. 太原: 山西科技出版社, 2004: 41.

TAN Tonglai, LIU Qinglin. Pairing and tatoo of common chinese medicine[M]. Taiyuan: Shanxi Press of Science and Technology, 2004: 41.

[5] LI Xiaoru, LIANG Yizeng, ZHOU Tao, et al. Comparative analysis of volatile constituents between recipe Jingfangsan and its single herbs by GC-MS combined with AMWFA Method[J]. Journal of Separation Science, 2009, 32(2): 258-266.

[6] YU Lianfang, LI Xiaoru, LIANG Yizeng, et al. Comparative analysis of essential components between herbal pair Radix Saposhnikoviae-Rhizoma seu Radix Notopterygii and its single herbs by GC-MS combined with chemometric resolution method[J]. Analytical Methods, 2009, 1(1): 45-51.

[7] 李晓如, 张斌, 周涛, 等. 荆防散与其单味药活性成分的比较分析[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2008, 39(5): 923-927.

LI Xiaoru, ZHANG Bin, ZHOU Tao, et al. Comparison analysis of common active constituents between recipe Jingfangsan and its single herbs[J]. Journal of Central South University, 2008, 39(5): 923-927.

[8] LI Xiaoru, LAN Zhenggang, LIANG Yizeng. Analysis of the volatile chemical constituents of radix paeoniae rubra by GC-MS and chemometric resolution[J]. Journal of Central South University, 2007, 14(1): 57-61.

[9] 中华人民共和国药典委员会．中华人民共和国药典: 第1部[M]. 北京: 化学工业出版社, 2010: 57-58.

Pharmacopoeia Committee of People’s Republic of China. Pharmacopoeia of People^,s Republic of China: Part I[M]. Beijing:Chemical Industry Press, 2010: 57-58.

[10] ZENG Zhongda, LIANG Yizeng, WANG Yali, et al. Alternative moving window factor analysis for comparison analysis between complex chromatographic data[J]. J Chromatogr, 2006, 1107(1/2): 273-285.

[11] HU Y, LIANG Y Z, LI B Y, et al. Multicomponent spectral correlative chromatography applied to complex herbal medicines[J]. Agric Food Chem, 2004, 52(26): 7771-7776.

[12] VANDEN D H, KRATZ P D. A generalization of the retention index system including linear temperature programmed gas-liquid partition chromatography[J]. J Chromatogr, 1963, 11(2): 463-471.

(编辑  陈灿华)

收稿日期：2015-04-20；修回日期：2015-06-26

基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(20175036，20235020)(Projects (20175036, 20235020) supported by the National Natural Science Foundation of China)

通信作者：李晓如，教授，从事天然药物化学研究；E-mail：xrli@csu.edu.cn