一种基于差分离子迁移谱气体修饰剂调控的人参识别方法与流程

本发明属于人参的检测技术，涉及人参种类的检测，具体涉及一种基于差分离子迁移谱气体修饰剂调控的人参识别方法。

背景技术：

人参是一种著名的天然产品，在亚洲国家已经广泛地使用了上千年。大量关于人参的研究表明人参有广泛、复杂的药理作用，包括但不限于抗癌、抗氧化、提高心血管状态以及免疫功能。相关的药理作用研究证实，诸多人参皂苷是人参具有如此多药理作用的主要活性成分。人参皂苷是一种多元化的固醇类化合物，三萜皂苷或甾体皂苷。目前为止，在各个品种的人参中已经有超过一百种的人参皂苷被提取并检测到。人参皂苷影响了多重的代谢通路，效能是及其复杂的，值得注意的是各种人参皂苷的单体成分是难以分离出来的。关于人参皂苷的结构表征和同分异构体区分的植物化学研究，在近几十年一直是人参研究的热点。相关的植物化学研究表明人参皂苷的结构功能与化学和药理多样性是紧密相关的。

目前在实验室中，鉴别亚洲人参(panaxginseng)、美国人参(panaxquinquefolius)以及相关的人参制品主要是依靠其化学特征的鉴别和区分。比如人参皂苷rf只存在于亚洲人参中，其同分异构体拟人参皂苷f11(psudoginsenosidef11)存在于美国人参中，在亚洲人参中不存在或含量极低，而其另外一只同分异构体人参皂苷rg1，在两个品种的人参中都存在，但相对人参皂苷re的含量有显著区别。研究人员开发了许多的人参皂苷分离方法，包括基于液相色谱-质谱(liquidchromatography-massspectrometry，lc-ms)的方法、二级质谱(tandemmassspectrometry,ms/ms)、薄层色谱(thin-layerchromatography，tlc)、气相色谱(gaschromatography，gc)、近红外光谱(nearinfraredspectroscopy，nirs)和酶免疫测定(enzymeimmunoassay)。但这些方法有相对应的局限性，抑或只能对部分人参皂苷取得有效分离，抑或分离效果有限且分析时间较长，抑或不能分离某些人参皂苷同分异构体。

差分离子迁移谱(differentialionmobilityspectrometry)是一种工作于大气压环境下的离子迁移谱技术，是于20世纪80年代初出现的一种快速分离检测技术，最初利用于爆炸物质如2,4,6-三硝基甲苯(tnt)的检测。近年来与液相色谱-质谱仪器连接，作为生物化学领域分析测试的一种新型仪器，通常可以获取更多的生物信息。目前我们研究的差分离子迁移谱仪主要由离子源所在的离子源腔体、辅助聚集气所在的辅助聚集气腔体、一对不锈钢平行电极板所在的差分离子迁移谱腔体组成。离子源产生的离子在辅助电喷雾气和辅助聚集气的作用下增强了离子化效率和稳定性，并减少了在进入差分离子迁移谱腔体前的离子云的扩张，因此增强了离子传输效率和降低了差分离子迁移谱信号峰的峰宽。离子进入差分离子迁移谱的高电场场强和低电场场强中，离子迁移率存在非线性的变化因而不相等，离子迁移率的差值也被称为差分离子迁移率(differentialmobility)，因此差分离子迁移谱仪是用来分离差分迁移率不同的离子。差分离子迁移谱利用一个直流补偿电压(compensationvoltage,cv)，如-50伏至+100伏，补偿离子的纵向漂移。通过补偿电压就可以确定分析目标物质的存在，而应用峰面积或峰高可进行一个半定量或定量的研究。

技术实现要素：

针对现有技术存在对人参皂苷分离效果有限、分析时间较长的不足，本发明的目的之一是提供一种分离检测人参皂苷和/或人参皂苷同分异构体的方法，该方法对不同人参皂苷及人参皂苷同分异构体具有分离稳定、重复性好、时间短的优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种人参皂苷和/或人参皂苷同分异构体的分离方法，以含有至少两种人参皂苷的混合物作为待测样品，采用差分离子迁移谱技术进行分离；其中，所述差分离子迁移谱技术中，采用正丙醇作为气体修饰剂添加至辅助电喷雾气和辅助聚集气中。

本发明首次采用差分离子迁移谱技术对不同的人参皂苷进行分离。研究过程中，发现简单的直接采用差分离子迁移谱技术无法对不同的人参皂苷(尤其是人参皂苷同分异构体)进行分离。为了使不同的人参皂苷分离，本发明向载气中添加了气体修饰剂，拟用于不同的人参皂苷的分离，通过添加正丙醇、乙腈等不同气体修饰剂发现，正丙醇对人参皂苷的分离性能最好。经过进一步研究发现，在差分离子迁移谱仪的高场强不对称波形射频高压的低压阶段，正丙醇分子与人参皂苷离子通过离子分子间作用力形成多簇离子；在高场强不对称波形射频高压的高压阶段，正丙醇分子与人参皂苷离子形成的多簇离子被高电场影响而发生多簇离子解离。这一特殊的现象使得差分离子迁移谱的对不同的人参皂苷的分离能力得以提升。

本发明的目的之二是提供一种实现上述方法的分离装置，由差分离子迁移谱仪和蒸发器组成，蒸发器的蒸汽出口与差分离子迁移谱的辅助电喷雾气和辅助聚集气的气路相连接，所述蒸发器中通过管路与装有正丙醇溶液的进样针相连。

本发明的目的之三是提供一种人参皂苷和/或人参皂苷同分异构体的分离检测方法，以含有至少两种人参皂苷的混合物作为待测样品，采用差分离子迁移谱串联质谱技术进行检测；其中，所述差分离子迁移谱中，采用正丙醇作为气体修饰剂添加至辅助电喷雾气和辅助聚集气中。

本发明的目的之四是提供一种实现上述方法的分离检测装置，由差分离子迁移谱仪、质谱仪和蒸发器组成，差分离子迁移谱仪和质谱仪依次串联，蒸发器的蒸汽出口与差分离子迁移谱的辅助电喷雾气和辅助聚集气的气路相连接，所述蒸发器中通过管路与装有正丙醇溶液的进样针相连。

本发明的目的之五是提供一种上述分离方法、分离装置、分离检测方法或分离检测装置在鉴别不同种类的人参中的应用。

由于不同种类人参中的人参皂苷(尤其是亚洲人参和美国人参)的种类及含量并不相同，而上述方法或装置能够将将不同的人参皂苷甚至人参皂苷同分异构体进行分离，所以能够采用上述方法或装置对不同种类的人参进行鉴别。

本发明的目的之六是提供一种基于差分离子迁移谱气体修饰剂调控的人参识别方法，将待测人参进行提取获得待测人参提取液，将待测人参提取液作为待测样品，采用上述分离检测方法检测待测样品中的人参皂苷的种类及含量，通过测得的人参皂苷的种类及含量即可对待测人参的进行识别。

本发明的有益效果为：

1.本发明通过添加正丙醇作为气体修饰剂，在差分离子迁移谱仪的高场强不对称波形射频高压的低压阶段，正丙醇分子与人参皂苷离子通过离子分子间作用力形成多簇离子；在高场强不对称波形射频高压的高压阶段，正丙醇分子与人参皂苷离子形成的多簇离子被高电场影响而发生多簇离子解离；通过这一特殊的现象，使得差分离子迁移谱的分离能力得以提升，从而实现首次采用差分离子迁移谱技术对不同的人参皂苷进行检测分离。

2.差分离子迁移谱可以快速区分人参皂苷同分异构体，分离稳定且重复性较好，因此可以作为实验室中鉴别人参品种的一种新方法。差分离子迁移谱与液相色谱相比，只需要几秒钟的数据采集时间，大大缩短了分离所需的时间。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为7000v射频电压、正离子模式、0％浓度正丙醇气体修饰剂模式下差分离子迁移谱检测人参皂苷rh2、ck混合物的差分离子迁移谱谱图。

图2为7000v射频电压、正离子模式、0.02％浓度正丙醇气体修饰剂模式下差分离子迁移谱检测人参皂苷rh2、ck混合物的差分离子迁移谱谱图。

图3为7000v射频电压、正离子模式、0.08％浓度正丙醇气体修饰剂模式下差分离子迁移谱检测人参皂苷rh2、ck混合物的差分离子迁移谱谱图。

图4为7000v射频电压、正离子模式、0％浓度正丙醇气体修饰剂模式下差分离子迁移谱检测人参皂苷rf、拟人参皂苷f11混合物的差分离子迁移谱谱图。

图5为7000v射频电压、正离子模式、0.10％浓度正丙醇气体修饰剂模式下差分离子迁移谱检测人参皂苷rf、拟人参皂苷f11混合物的差分离子迁移谱谱图。

图6为7000v射频电压、正离子模式、0.40％浓度正丙醇气体修饰剂模式下差分离子迁移谱检测人参皂苷rf、拟人参皂苷f11混合物的差分离子迁移谱谱图。

图7为7000v射频电压、正离子模式、0.13％浓度正丙醇气体修饰剂模式下差分离子迁移谱检测美国人参样品的差分离子迁移谱谱图。

图8为7000v射频电压、正离子模式、0.13％浓度正丙醇气体修饰剂模式下差分离子迁移谱检测中国东北人参样品的差分离子迁移谱谱图。

图9为7000v射频电压、正离子模式、0.50％浓度乙腈气体修饰剂模式下差分离子迁移谱检测人参皂苷rh2、ck混合物的差分离子迁移谱谱图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请所述的人参皂苷同分异构体是指化学式相同、化学结构不同的人参皂苷。

本申请中差分离子迁移谱采用的载气分为辅助电喷雾气和辅助聚集气，所述载气为99.999％纯度的氮气。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在对人参皂苷分离效果有限、分析时间较长的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于差分离子迁移谱气体修饰剂调控的人参识别方法。

本申请的一种典型实施方式，提供了一种人参皂苷和/或人参皂苷同分异构体的分离方法，以含有至少两种人参皂苷的混合物作为待测样品，采用差分离子迁移谱技术进行检测；其中，所述差分离子迁移谱技术中，采用正丙醇作为气体修饰剂添加至辅助电喷雾气和辅助聚集气中。正丙醇可以实现人参皂苷分离的机理为：在差分离子迁移谱仪的高场强不对称波形射频高压的低压阶段，正丙醇分子与人参皂苷离子通过离子分子间作用力形成多簇离子；在高场强不对称波形射频高压的高压阶段，正丙醇分子与人参皂苷离子形成的多簇离子被高电场影响而发生多簇离子解离。因不同人参皂苷离子的空间结构、电离位置不同，因此这一多簇离子形成/解离的过程中，多簇离子的空间结构、多簇离子形成的程度、离子分子之间相互作用力均有不同，因而有助于人参皂苷离子的分离。

本申请首次采用差分离子迁移谱技术对不同的人参皂苷进行分离。研究过程中，发现简单的直接采用差分离子迁移谱技术无法对不同的人参皂苷(尤其是人参皂苷同分异构体)进行分离。为了使不同的人参皂苷分离，本申请向载气中添加了气体修饰剂，拟用于不同的人参皂苷的分离，通过添加正丙醇、乙腈等不同气体修饰剂发现，正丙醇对人参皂苷的分离效果最佳。经过进一步研究发现，在差分离子迁移谱仪的高场强不对称波形射频高压的低压阶段，正丙醇分子与人参皂苷离子通过离子分子间作用力形成多簇离子；在高场强不对称波形射频高压的高压阶段，正丙醇分子与人参皂苷离子形成的多簇离子被高电场影响而发生多簇离子解离。这一特殊的现象使得差分离子迁移谱的对不同的人参皂苷的分离能力得以提升。

本申请中正丙醇通过常温蒸发后进行添加，避免了加热蒸发后，溶液冷凝在管路和差分离子迁移谱装置中，影响分析性能和设备运行稳定性。

该实施方式的一种或多种实施例中，正丙醇的浓度为0～0.8％，且浓度不为0。本申请所述的浓度是指正丙醇与载气的摩尔比。该范围下，能够保证不同人参皂苷分离效果及检测信号的强度。

该实施方式的一种或多种实施例中，所述差分离子迁移谱技术中，采用纳电喷雾离子源、正离子模式。

该实施方式的一种或多种实施例中，所述差分离子迁移谱技术的检测参数为：差分离子迁移谱的板间间距为1.4mm、迁移区长度为80mm、迁移区宽度为20mm，工作状态下射频电场幅值为7kv、频率为750khz，补偿电压的扫描区间是-50v～+100v。

本申请的另一种实施方式，提供了一种实现上述方法的分离装置，由差分离子迁移谱仪和蒸发器组成，蒸发器的蒸汽出口与差分离子迁移谱的辅助电喷雾气和辅助聚集气的气路相连接，所述蒸发器中通过管路与装有正丙醇溶液的进样针相连。

本申请的第三种实施方式，提供了一种人参皂苷和/或人参皂苷同分异构体的分离检测方法，以含有至少两种人参皂苷的混合物作为待测样品，采用差分离子迁移谱串联质谱技术进行检测；其中，所述差分离子迁移谱中，采用正丙醇作为气体修饰剂添加至辅助电喷雾气和辅助聚集气中。

该实施方式的一种或多种实施例中，正丙醇的浓度为0～0.8％，且浓度不为0。本申请所述的浓度是指正丙醇与载气的摩尔比。该范围下，能够保证不同人参皂苷分离效果及检测信号的强度。

该实施方式的一种或多种实施例中，差分离子迁移谱中，采用纳电喷雾离子源、正离子模式。

该实施方式的一种或多种实施例中，差分离子迁移谱技术的检测参数为：差分离子迁移谱的板间间距为1.4mm、迁移区长度为80mm、迁移区宽度为20mm，工作状态下射频电场幅值为7kv、频率为750khz，补偿电压的扫描区间是-50v～+100v。

该实施方式的一种或多种实施例中，质谱的参数为：检测质荷比500～3000离子的标准方法参数：质谱入口为0v，温度为150℃，反向干燥氮气气流流速为1.3l/min，碰撞室电压在二级质谱时采用标准电压库自动调节，在一级质谱时为-3v。

本申请的第四种实施方式，提供了一种实现上述方法的分离检测装置，由差分离子迁移谱仪、质谱仪和蒸发器组成，差分离子迁移谱仪和质谱仪依次串联，蒸发器的蒸汽出口与差分离子迁移谱的辅助电喷雾气和辅助聚集气的气路相连接，所述蒸发器中盛有正丙醇。

本申请的第五种实施方式，提供了一种上述分离方法、分离装置、分离检测方法或分离检测装置在鉴别不同种类的人参中的应用。

本申请的第六种实施方式，提供了一种基于差分离子迁移谱气体修饰剂调控的人参识别方法，将待测人参进行提取获得待测人参提取液，将待测人参提取液作为待测样品，采用上述分离检测方法检测待测样品中的人参皂苷的种类及含量，通过测得的人参皂苷的种类及含量即可对待测人参的进行识别。

识别亚洲人参和美国人参时，正丙醇的浓度为0.13％。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本申请的技术方案。

本申请实施例和对比例中采用的装置为差分离子迁移谱仪与布鲁克9.4tftms质谱仪器相连接。差分离子迁移谱仪依据离子的飞行顺序，依次为离子源腔体、辅助聚集气腔体、差分离子迁移谱腔体顺序连接设置，进样系统主要包括250微升进样针、样品进样泵和溶液输送管路组成。载气系统主要由载气输送管路、气体修饰剂蒸发器和五毫升溶液进样针、溶液输送管路组成。

实施例的原理为以差分离子迁移谱技术为基本检测技术，采用纳电喷雾离子源、正离子模式，选用正丙醇作为气体修饰剂添加到差分离子迁移谱仪的辅助电喷雾气和辅助聚集气的气路中(最小可调节浓度值为0.01％，可调节浓度范围为0％～0.8％)。辅助电喷雾气是添加进封闭式的纳电喷雾离子源中，辅助产生稳定的电喷雾，并聚集离子云通过差分离子迁移谱的入口；辅助聚集气是添加进纳电喷雾离子源的入口之后，对膨胀的离子云做二次的聚集，提高离子传输效率。正丙醇分子与人参皂苷离子通过离子分子间作用力形成多簇离子；在高场强不对称波形射频高压的高压阶段，正丙醇分子与人参皂苷离子形成的多簇离子被高电场影响而发生多簇离子解离。这一特殊的现象使得差分离子迁移谱的分离能力得以提升。使用含不同浓度气体修饰剂的载气，人参皂苷同分异构体在差分离子迁移谱中信号峰的最高峰对应得补偿电压值会有规律性的漂移。人参皂苷同分异构体的分离受气体修饰剂浓度的影响，且条件相对苛刻；当使用某一浓度气体修饰剂的载气时，人参皂苷同分异构体可以得到分离。

实施例中检测参数为：

差分离子迁移谱：所述差分离子迁移谱的板间间距为1.4mm、迁移区长度为80mm、迁移区宽度为20mm，工作状态下射频电场幅值为7kv、频率为750khz，补偿电压的扫描区间是-50v～+100v。含气体修饰剂的载气总流速为1.2l/min，载气使用99.999％纯度的氮气，二分为辅助电喷雾气和辅助聚集气，各为600ml/min。

质谱：所述质谱仪器为布鲁克9.4tftms质谱，所用参数除以下参数外，均为检测质荷比500～3000离子的标准方法参数：质谱入口为0v，温度为150℃，反向干燥氮气气流流速为1.3l/min，碰撞室电压在二级质谱时采用标准电压库自动调节，在一级质谱时为-3v。

实验条件为：差分离子迁移谱仪腔体保持室温，辅助电喷雾气和辅助聚集气均为600ml/min，正丙醇气体修饰剂通过气体修饰剂蒸发器加入到载气中，浓度范围0％～0.8％。人参皂苷样品进样速度为30μl/h，以纳电喷雾离子源正离子模式工作。利用标准品建立的数据库，获取人参皂苷同分异构体在差分离子迁移谱中信号峰的最高峰对应得补偿电压值，就可以确认对应的同分异构体种类。

实施例1人参皂苷rh2、ck的分离检测

人参皂苷rh2、ck是一对同分异构体，区别只在于糖基的连接位置不同。

差分离子迁移谱仪腔体保持室温，辅助电喷雾气和辅助聚集气均为600ml/min，正丙醇气体修饰剂通过气体修饰剂蒸发器加入到载气中，浓度范围0％～0.1％。人参皂苷样品进样速度为30μl/h，以纳电喷雾离子源正离子模式工作。人参皂苷rh2、ck浓度均为1e-6m(10^-6mol/l)，混合成混合液。

检测正丙醇浓度分别为0、0.02％、0.08％的结果如图1～3所示，利用0％浓度正丙醇气体修饰剂可以看出，人参皂苷信号强度高，但两种人参皂苷rh2、ck得不到分离；而加入0.02％浓度正丙醇气体修饰剂可以看出，两种人参皂苷rh2、ck得到分离、且信号强度相对较高；继续提高正丙醇气体修饰剂浓度至0.08％可以看出，两种人参皂苷rh2、ck虽得到分离、但信号强度继续降低。

实施例2人参皂苷rf、拟人参皂苷f11的分离检测

人参皂苷rf、拟人参皂苷f11混合物是一对同分异构体，区别只在于侧链的结构不同。人参皂苷rf是亚洲人参的标记物，而拟人参皂苷f11是美国人参的标记物。若区分人参皂苷rf、拟人参皂苷f11，则可以为实验室鉴别亚洲人参、美国人参以及相关的人参制品提供一种全新的方法。

差分离子迁移谱仪腔体保持室温，辅助电喷雾气和辅助聚集气均为600ml/min，正丙醇气体修饰剂通过气体修饰剂蒸发器加入到载气中，浓度范围0％～0.5％。人参皂苷样品进样速度为30μl/h，以纳电喷雾离子源正离子模式工作。人参皂苷rf、拟人参皂苷f11浓度均为1e-6m，混合成混合液。

检测正丙醇浓度分别为0、0.10％、0.40％的结果如图4～6所示，利用0％浓度正丙醇气体修饰剂可以看出，人参皂苷信号强度高，但两种人参皂苷rf、拟人参皂苷f11得不到分离；而加入0.10％浓度正丙醇气体修饰剂可以看出，两种人参皂苷rf、拟人参皂苷f11得到分离、且信号强度较高；继续提高正丙醇气体修饰剂浓度至0.40％可以看出，两种人参皂苷rf、拟人参皂苷f11得不到分离、且信号强度继续降低。

实施例3亚洲人参和美国人参的识别

差分离子迁移谱仪腔体保持室温，辅助电喷雾气和辅助聚集气均为600ml/min，正丙醇气体修饰剂通过气体修饰剂蒸发器加入到载气中，浓度范围0％～0.5％。将人参样品萃取液稀释20倍后进样，进样速度为30微升每小时，以纳电喷雾离子源正离子模式工作。

检测的正丙醇浓度为0.13％的美国人参和亚洲人参的结果如图7～8所示，谱图中为标记的7.5v至8.0v附近的信号峰为人参皂苷rg1。图7中，10v附近的信号峰为拟人参皂苷f11的特征峰；图8中，13v附近的信号峰为拟人参皂苷rg1的特征峰。可以看出，利用含0.13％正丙醇气体修饰剂浓度，可以区分美国人参和亚洲人参。

对比例

差分离子迁移谱仪腔体保持室温，辅助电喷雾气和辅助聚集气均为600ml/min，乙腈气体修饰剂通过气体修饰剂蒸发器加入到载气中，浓度范围0％～1.5％。人参皂苷样品进样速度为30μl/h，以纳电喷雾离子源正离子模式工作。人参皂苷rh2、ck浓度均为1e-6m，混合成混合液。

检测乙腈浓度为0.50％的结果如图9所示。图9中，利用0％浓度乙腈气体修饰剂可以看出，人参皂苷信号强度高，但两种人参皂苷rh2、ck得不到有效分离。而在选用的浓度范围内，利用0.50％浓度乙腈气体修饰剂已经为相对较好的结果，可以看出，人参皂苷信号强度依然较高，但两种人参皂苷rh2、ck仍然得不到有效分离，且峰位置的漂移范围较正丙醇更小，不利于人参皂苷的分离。

分别通过对异丙醇、乙醇作为气体修饰剂进行如乙腈相同的实验，发现异丙醇、乙醇作为气体修饰剂仍然无法将人参皂苷rh2、ck进行有效分离。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。