【实验目的】
1. 了解气相色谱-质谱仪的工作原理、基本结构。
2. 学习使用气相色谱-质谱仪对未知挥发性有机化合物结构定性分析。 3. 掌握天然产物中挥发性有机化合物的提取和样品前处理方法。
【实验原理】
气相色谱法（gas chromatography, GC）是一种应用非常广泛的分离手段，它是以惰性气体作为流动相的柱色谱法，其分离原理是基于样品中的组分在两相间分配上的差异。质谱（mass spectrometry, MS）法是利用带电粒子在磁场或电场中的运动规律，按照质荷比进行分离分析。它可以给出化合物的分子量、分子式和结构信息，具有定性专属性、灵敏度高、检测快速等特点。将色谱法与质谱联用，可解决色谱定性困难的问题。气相色谱-质谱联用（GC-MS）是最早实现商品化的色谱联用仪器。GC-MS被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定，它具有GC的高分辨率和质谱的高灵敏度，是各种有机物定性定量的有效工具。
柑橘、柠檬、橙等果皮中含有香味独特的挥发油，具有提高情绪和缓解焦虑的作用。挥发油中主要风味成份是萜烯类化合物，其中80%以上是柠檬烯。 目前，提取柑橘类植物精油的主要方法有冷榨法、蒸馏法、溶剂萃取法和超临界流体萃取法。其中，冷榨法通过压力作用将柑橘外果皮上的油囊细胞压破，使精油渗出，经分离、精制得到冷榨精油。蒸馏法是将柑橘皮放入蒸馏器中，用水蒸气汽提，柑橘外果皮上的油囊细胞在高温作用下破裂，精油渗出后随水蒸气馏出，经冷凝、分离和精制后得到蒸馏精油。溶剂萃取法采用己烷、石油醚、异丙醇、乙酸乙酯等有机溶剂萃取植物精油成分；超临界流体萃取法主要采用超临界二氧化碳流体进行萃取。
本实验采用GC-MS分析市售柑橘、柠檬和橙皮精油成分，混合样品经GC分离成单一组份，并进入离子源，在离子源样品分子被电离成离子，离子经过质量分析器之后即按m/z顺序排列成谱，经检测器和计算机采集并储存质谱，经过适当处理可得到样品的色谱图、质谱图等。比较不同果皮精油成分
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差别，并分别采用冷榨法和水蒸气蒸馏提取以上三种果皮中植物精油，采用GC-MS分离分析以及结构定性，分析不同提取方法所得成分的差别。
【仪器试剂】 1 仪器
气相色谱-质谱联用仪：Trace GC-Trace DSQ （美国菲尼根质谱公司）；水蒸气蒸馏装置。 2 试剂
新鲜橘皮、橙皮和柠檬皮、正己烷、无水硫酸钠（以上试剂均为分析纯）。有机相针式过滤器（13 mm×0.45 μm）；市售橘皮精油、橙皮精油和柠檬精油。 3 GC-MS分析条件
色谱柱为DB - 5 MS (30 m ×0. 25 mm ×0. 25 μm)弹性石英毛细管柱，进样口温度280 ℃；分流比为1：30；色谱柱程序升温条件:初始温度设定50 ℃，保留2 min,以10 ℃·min-1 升温至80 ℃，保留2 min，再以12 ℃·min - 1 升温至150 ℃，保留3 min,最后以15 ℃·min – 1升温至290℃，保留1 min。载气流速1.0 mL ·min – 1，恒流模式；接口温度280 ℃；质谱质量扫描范围为10～500 amu，扫描速度5 次·s – 1，离子源温度230℃，溶剂切割时间3 min，载气:高纯氦气（>99.99%）。
【实验步骤】 1. GC-MS仪器准备
按仪器操作要求开机，抽真空，待真空度达到要求，通过“峰监控”窗口检查仪器状况，必要时进行调谐，校正仪器。 2. 样品前处理
（1）市售植物精油样品制备
分别称取市售橘皮精油、橙皮精油和柠檬精油0.05 g，加入10 mL丙酮，混匀定容。将上述溶液稀释50倍，用一次性注射器吸取1 mL，有机相针式过滤器过滤转移至样品瓶中，进样1 μL。 （2） 冷榨法提取植物精油
取新鲜橘皮、橙皮和柠檬皮，在研钵中研磨压榨，快速加入5 mL丙酮到研
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钵中，用一次性注射器吸取，干燥除水，有机相针式过滤器过滤转移至样品瓶中，进样1 μL。
（3）水蒸气蒸馏法提取植物精油
称取20 g新鲜橘皮、橙皮或柠檬皮剪成小碎片，放入500 mL圆底烧瓶中，加水刚好没过样品，直接进行水蒸气蒸馏。水蒸气蒸馏装置如图2所示。加沸石，并注意调节加热装置的功率，防止爆沸，提取1 h，待馏液达50 mL左右即可停止。这时可观察到馏出液水面上浮着一层薄薄的油层。将馏出液倒入125 mL分液漏斗中，用正己烷萃取两次，每次5 mL，合并有机相，加入无水Na2SO4除水，用一次性注射器吸取1 mL，有机相针式过滤器过滤转移至样品瓶中，进样1 μL。
图1 水蒸气蒸馏装置
3 GC-MS分析
设定GC-MS实验参数，依次进样分析市售三种市售精油、冷榨法提取植物精油和水蒸气蒸馏提取精油，通过NIST谱库搜索，鉴定其化学结构，并计算每种成分的峰面积相对百分比，比较讨论不同提取方法所得化学成分的差别。
【注意事项】
1 水蒸气蒸馏提取精油一定要加沸石，提取过程中要注意照看，以防止水倒吸或喷出。
2 有机溶剂注意回收。
3 应在老师指导下使用GC-MS仪。
【数据处理 】
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1对得到的总离子流色谱图（TIC），在不同保留时间处进行谱库搜索，通过与标准谱库质谱图比对，得到相应的匹配物质，根据匹配度可对各峰定性。 2列出所有的物质，并结合其他知识确定各峰所对应的具体物质名称。 3 列表比较不同样品、不同提取方法所得到物质成分的差别，列出名称、化学式以及相对峰面积等。
4 绘制样品的总离子流色谱图，给出色谱峰定性结果（含质谱检索结果、 物质名称、保留时间）
【思考题】
1 GC-MS与GC分析比较有哪些优点？
2 GC-MS分析为什么要设定溶剂延迟和分流进样？ 3 橘皮精油、橙皮精油和柠檬皮精油成分有何差别？
4 冷榨法、水蒸气蒸馏提取法的挥发油与市售精油化学成分有何异同？ 5 还有哪些植物精油的萃取分析方法？举例说明2-3种新型挥发油萃取分析方法，并与传统方法比较说明其优点。
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