園林植物揮發(fā)物氣相色譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法綜述

王慧麗

摘 要：植物揮發(fā)物關(guān)系到人類的生活和健康，是近年來研究的熱點(diǎn)。氣相色譜廣泛應(yīng)用于園林植物揮發(fā)物研究，特別是動(dòng)態(tài)頂空氣體循環(huán)采集法和熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（TDS-GC-MS），其實(shí)驗(yàn)技術(shù)有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。該文闡述了這套技術(shù)的實(shí)驗(yàn)原理和作用、實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：TDS-GC-MS；植物揮發(fā)物；實(shí)驗(yàn)綜述報(bào)告

中圖分類號(hào) G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）05-20-02

氣相色譜的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，遍及中藥制藥、食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物工程等生產(chǎn)生活的各個(gè)方面[1]。近年來，該技術(shù)在植物揮發(fā)物研究領(lǐng)域發(fā)展十分迅速，特別是動(dòng)態(tài)頂空氣體循環(huán)采集法和熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，是一種采集-吸附-分析相結(jié)合的技術(shù)。在植物揮發(fā)物研究中，全自動(dòng)化的頂空進(jìn)樣器、氣相色譜儀和現(xiàn)代高分辨率的質(zhì)譜儀聯(lián)用，具有操作簡便、分離效能高、準(zhǔn)確性高、節(jié)約樣品制備時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，可用于近自然狀態(tài)下植物揮發(fā)物的定性分析。

根據(jù)安慶師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院園林專業(yè)課程設(shè)置情況，植物學(xué)是主干基礎(chǔ)學(xué)科，且學(xué)校十分注重學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)。本實(shí)驗(yàn)將以應(yīng)用性為導(dǎo)向，通過氣相色譜實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固園林植物的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并掌握氣相色譜檢測(cè)方法，為學(xué)生今后從事園林和科研工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 園林植物揮發(fā)物 植物在生長發(fā)育過程中釋放的分子量小于250，沸點(diǎn)低于340℃的次生代謝物，主要包括萜類、苯基/苯丙烷基和脂肪酸衍生物[2-3]，這些物質(zhì)的含量相對(duì)較低，但其較高的化學(xué)活性不僅可增強(qiáng)植物的抗性，影響著我們的生活環(huán)境[4]。研究植物釋放揮發(fā)物的種類和含量，將會(huì)最大限度地發(fā)揮園林植物的生態(tài)功能。

1.2 氣相色譜法 氣相色譜法（Gas Chromatography，簡稱GC），是利用試樣中各組份在氣相和固定液相間的分配系數(shù)不同，將混合物分離、測(cè)定的一種分析方法。當(dāng)汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱當(dāng)中運(yùn)行時(shí)，組份就在其中的兩相之間進(jìn)行反復(fù)多次分配，由于固定相對(duì)各組份的吸附或溶解能力不同，因此各組份在色譜柱中的運(yùn)行速度就不同，經(jīng)過一定的柱長之后，便彼此分離，按流出順序離開色譜柱進(jìn)入檢測(cè)器。特別適用于分析沸點(diǎn)低、含量少的氣體和易揮發(fā)的液體。

1.3 質(zhì)譜法 質(zhì)譜法（Mass Spectrometry，簡稱MS），質(zhì)譜中采用高速電子束撞擊氣態(tài)分子，把電離出的離子加速導(dǎo)入質(zhì)量分析器中，然后按碎片離子質(zhì)荷比（m/e）大小的順序進(jìn)行收集和記錄，即得到質(zhì)譜圖，根據(jù)質(zhì)譜峰的位置可以定性和結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)質(zhì)譜峰的相對(duì)強(qiáng)度可以進(jìn)行定量分析。

1.4 動(dòng)態(tài)頂空分析法 采用惰性氣體通入液體樣品（或固體表面），把要分析的組分吹掃出來，使之通過一個(gè)盛有吸附劑的容器進(jìn)行富集，然后再把吸附劑加熱，使被吸附的組分脫附，用載氣帶入氣相色譜柱中進(jìn)行分析。適用于從液體或固體樣品中萃取出的沸點(diǎn)低于200℃、溶解度小于2%的揮發(fā)性或半揮發(fā)性有機(jī)物。此法對(duì)樣品的前處理無需使用有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境不造成二次污染，而且具有取樣量少、富集效率高、受基體干擾小、容易實(shí)現(xiàn)等在線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)課目的 了解動(dòng)態(tài)頂空氣體循環(huán)采集法與TDS-GC-MS聯(lián)用技術(shù)儀器組成、工作原理及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析的基本操作。掌握各種數(shù)據(jù)的計(jì)算、氣相色譜的定性、定量分析方法，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)各種定量計(jì)算方法進(jìn)行總結(jié)。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料 玫瑰（Rosa rugosa）屬于薔薇科、薔薇屬植物。它花型優(yōu)美、花色豐富、芳香馥郁、四季常開，被廣泛地用于造景、布置花鏡、花壇等，具有很高的觀賞價(jià)值。還可以用于提煉精油，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

2.3.1 揮發(fā)物采集方法 選擇晴朗無風(fēng)的天氣，采樣時(shí)間固定在10：00～11：00，使用微波爐采集袋套在處于盛花期的玫瑰鮮花上，然后在使用大氣采樣儀（QC-2型）將袋內(nèi)空氣抽成瞬時(shí)的真空，再利用采樣儀泵入經(jīng)活性炭過濾后的空氣，當(dāng)袋內(nèi)氣體量達(dá)到采樣袋體積的3/4時(shí)，停止充氣，再使用硅膠管連接形成一個(gè)閉合回路，接通吸附管采樣氣體，進(jìn)行揮發(fā)物采集。采集過程中，氣體循環(huán)流量為100mL/min，采氣時(shí)間25min，采樣重復(fù)3次。

2.3.2 揮發(fā)物分析方法 儀器及參數(shù)設(shè)置參考已發(fā)表文獻(xiàn)[5]。熱脫附系統(tǒng)（TD3型，德國GERSTEL公司生產(chǎn)）工作條件：系統(tǒng)載氣壓力為20kPa、脫附溫度250℃（10min）、進(jìn)樣口溫度250℃、冷阱溫度-100℃（保持3min）、冷阱進(jìn)樣時(shí)溫度驟然升溫至260℃。

色譜（7890A型，Agilent公司生產(chǎn)）工作條件：色譜柱為30m×250μm×0.25μm的HP-5MS柱。程序升溫過程為：初始溫度保持40℃（保持4min），以6℃/min的速率逐漸上升至250℃（保持3min），再以10℃/min的速率逐漸升至270℃（保持5min）。

質(zhì)譜（5975C型，Agilent公司）工作條件：所用的載氣為氦氣，電離方式為EI，電子能量為70eV。掃描方式：選擇離子掃描，質(zhì)量范圍為28～450amu，離子源溫度為230℃，接口溫度280℃，四級(jí)桿溫度150℃。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

數(shù)據(jù)處理與質(zhì)譜檢索：獲得氣相色譜和質(zhì)譜圖，再利用該儀器上的有機(jī)物數(shù)據(jù)譜圖庫系統(tǒng)對(duì)各組分進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索。采用氣質(zhì)聯(lián)用儀計(jì)算機(jī)的NIST 2008譜庫，并結(jié)合手工檢索、定性分析組分的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，確認(rèn)揮發(fā)物的各種化學(xué)成分，運(yùn)用峰面積歸一化法，求得各成分相對(duì)含量（相對(duì)含量=該化合物峰面積/各化合物峰面積之和×100%）。

玫瑰揮發(fā)物檢測(cè)出的主要成分及相對(duì)含量如下：苯乙醇36.05，香茅醇31.46，乙醇10.33，橙花醇3.9，正己醇0.62，5-甲基-2-己醇0.51，香茅醇乙酸酯8.13，β-乙酸苯乙酯0.98，乙酸己酯0.35，反式-玫瑰醚1.56，苯甲醚1.02，檸檬醛0.85，香茅醛0.45，羅勒烯0.42，β-蒎烯0.38，合歡烯0.29，十三烷酮0.11等。學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求用圖形、文字、表格將觀察結(jié)果和數(shù)據(jù)表示出來，并結(jié)合自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)自己所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)做進(jìn)一步佐證。

4 注意事項(xiàng)

（1）動(dòng)態(tài)頂空氣體循環(huán)采集法獲得的氣樣中，除了植物揮發(fā)物外，也包括了一些不能被過濾層完全吸附的外界成分，為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，需要將植物氣樣與對(duì)照空氣氣樣中的相同成分進(jìn)行比較，去除質(zhì)量色譜峰面積相近的成分。

（2）要控制好進(jìn)入色譜儀樣品用量的多少、進(jìn)樣時(shí)間的長短，否則都會(huì)使色譜峰變寬甚至變形。

（3）儀器通入載氣和輔助氣后，應(yīng)按要求進(jìn)行檢漏。

（4）注意儀器的用電安全，確保儀器的使用可靠性和人身安全。

5 結(jié)語

通過本實(shí)驗(yàn)讓園林專業(yè)的學(xué)生了解植物揮發(fā)物對(duì)人體健康和建設(shè)城市綠化生態(tài)環(huán)境的重要意義，更加堅(jiān)定學(xué)習(xí)園林基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法的動(dòng)力，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)，采用其他植物材料，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)各種定量計(jì)算方法進(jìn)行總結(jié)，記錄好實(shí)驗(yàn)結(jié)果并作討論和分析，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：吳祚云）