基于REIMS-Q-ToF技术的埃及金盏花精油代谢组学指纹图谱快速分析及其绿色化学评价

推荐：本研究针对植物代谢物分析中耗时长、溶剂消耗大等问题，开发了基于快速蒸发电离质谱(REIMS)结合四极杆-飞行时间高分辨串联质谱(Q-ToF)的直接进样技术，30-60秒内即可获得埃及金盏花(Calendula officinalis L.)精油和净油的代谢指纹图谱，鉴定出400余种植物化学成分。通过AGREE、ComplexMoGAPI等绿色评估工具证实该方法较传统色谱技术更环保高效，为天然产物快速筛查提供了新策略。

　　

在天然产物研究领域，传统色谱分析方法长期面临耗时耗能、溶剂消耗大等瓶颈问题。以金盏花(Calendula officinalis L.)为例，这种广泛用于医药、食品和化妆品的地中海植物含有丰富的生物活性成分，包括萜类、类胡萝卜素、多酚和脂肪酸等。然而现有技术如HPLC-PDA、GC-MS等需要复杂的样品前处理和长时间分离，不仅效率低下，还产生大量有机废液。随着绿色分析化学理念的兴起，开发快速、环保的新型检测技术成为迫切需求。

为突破这一技术瓶颈，来自意大利的研究团队在《Green Analytical Chemistry》发表创新性研究，首次将快速蒸发电离质谱(REIMS)与四极杆-飞行时间高分辨质谱(Q-ToF)联用，建立了一种直接进样的金盏花代谢组学分析方法。该技术仅需将样品用异丙醇稀释后通过注射泵注入REIMS源，在30-60秒内即可获得涵盖萜类、脂质、酚类等400余种化合物的全面指纹图谱。通过与传统色谱方法对比验证，并结合AGREE、ComplexMoGAPI等绿色评估工具量化分析，证实该方法在保持高信息量的同时，显著降低了溶剂消耗、能源需求和废弃物产生。

关键技术包括：(1)REIMS-Q-ToF直接进样系统，采用150 μL/min流速和10V锥孔电压优化离子化效率；(2)高分辨质谱(分辨率20,000 FWHM)在正负离子模式下采集50-1000 m/z范围数据；(3)利用Progenesis QI软件匹配HMDB等数据库(质量误差<10 ppm)；(4)通过GC-MS、HPLC-PDA/MS等传统方法验证关键化合物；(5)应用AGREE、BAGI等指标量化评估方法绿色度。

【REIMS-Q-ToF方法开发】
通过优化流速和锥孔电压，确定150 μL/min和10V为最佳参数，使低丰度离子信号强度提升一个数量级。采用m/z 255.2330(棕榈酸)和m/z 205.1951(单萜异构体)分别作为负、正离子模式的内标锁定质量，确保数据可比性。

【质谱内容解析】
在正离子模式下，精油中检测到α-蒎烯(m/z 205.1951)等主要萜类；净油中发现羽扇豆醇(m/z 409.3829)等三萜类化合物，包括首次报道的松香烷型二萜。负离子模式则主导极性物质分析，如脂肪酸和磷脂。特别值得注意的是，该方法首次在金盏花中检测到β-胡萝卜素氧化产物阿朴类胡萝卜素，这类热不稳定化合物在常规LC-MS中难以捕捉。

【脂质化合物】
除已知脂肪酸组成外，首次完整表征了金盏花中的完整脂质谱，包括磷脂酸(PA)、磷脂酰肌醇(PI)等极性脂质，以及单甘酯(MG)、甘油三酯(TG)等中性脂质。MS/MS碎片分析证实DG 36:5/36:6可能由C18:2和C18:3脂肪酸组合形成。

【酚类化合物】
避免传统提取步骤直接检测到槲皮素(m/z 301.0354)等黄酮类、绿原酸(m/z 353.0878)等酚酸，以及首次发现的芝麻素醇龙胆二糖苷(m/z 693.2030)。与LC相比，REIMS对高分子量多酚异构体具有独特识别优势。

【绿色度评估】
AGREE评分显示REIMS(0.81)显著优于LC(0.56)和GC(0.63-0.67)，主要优势在于零样品前处理、微升级溶剂消耗和分钟级分析速度。BAGI实用性评分(82.5)同样领先，凸显其高通量特性。

该研究开创性地将REIMS技术应用于植物代谢组学，不仅建立了金盏花最全面的化学成分数据库，更重要的是提供了一种符合绿色化学原则的快速分析范式。相比传统方法，新技术节省约95%的分析时间和99%的有机溶剂，为天然产物质控、活性成分发现等研究提供了革命性工具。特别是在热不稳定化合物(如阿朴类胡萝卜素)检测方面的突破，拓展了环境电离质谱在植物科学中的应用边界。这些发现对推动分析化学向绿色化、智能化方向发展具有重要启示意义。