園林植物揮發(fā)物氣相色譜實驗技術與方法綜述

王慧麗

摘 要：植物揮發(fā)物關系到人類的生活和健康，是近年來研究的熱點。氣相色譜廣泛應用于園林植物揮發(fā)物研究，特別是動態(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（TDS-GC-MS），其實驗技術有很強的應用價值。該文闡述了這套技術的實驗原理和作用、實驗課的設計思路和實驗內(nèi)容。

關鍵詞：TDS-GC-MS；植物揮發(fā)物；實驗綜述報告

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）05-20-02

氣相色譜的應用領域十分廣泛，遍及中藥制藥、食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、生物工程等生產(chǎn)生活的各個方面[1]。近年來，該技術在植物揮發(fā)物研究領域發(fā)展十分迅速，特別是動態(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，是一種采集-吸附-分析相結(jié)合的技術。在植物揮發(fā)物研究中，全自動化的頂空進樣器、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、準確性高、節(jié)約樣品制備時間等優(yōu)點，可用于近自然狀態(tài)下植物揮發(fā)物的定性分析。

根據(jù)安慶師范學院生命科學學院園林專業(yè)課程設置情況，植物學是主干基礎學科，且學校十分注重學生實踐技能的培養(yǎng)。本實驗將以應用性為導向，通過氣相色譜實驗課學習，使學生進一步鞏固園林植物的基礎理論知識，并掌握氣相色譜檢測方法，為學生今后從事園林和科研工作打下堅實基礎。

1 實驗原理

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)的含量相對較低，但其較高的化學活性不僅可增強植物的抗性，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、測定的一種分析方法。當汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱當中運行時，組份就在其中的兩相之間進行反復多次分配，由于固定相對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入檢測器。特別適用于分析沸點低、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)構分析，根據(jù)質(zhì)譜峰的相對強度可以進行定量分析。

1.4 動態(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，使之通過一個盛有吸附劑的容器進行富集，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行分析。適用于從液體或固體樣品中萃取出的沸點低于200℃、溶解度小于2%的揮發(fā)性或半揮發(fā)性有機物。此法對樣品的前處理無需使用有機溶劑，對環(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、容易實現(xiàn)等在線檢測等優(yōu)點。

2 實驗內(nèi)容

2.1 實驗課目的 了解動態(tài)頂空氣體循環(huán)采集法與TDS-GC-MS聯(lián)用技術儀器組成、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)的計算、氣相色譜的定性、定量分析方法，引導學生對各種定量計算方法進行總結(jié)。

2.2 實驗材料 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，具有很高的觀賞價值。還可以用于提煉精油，具有很高的經(jīng)濟價值。

2.3 實驗步驟

2.3.1 揮發(fā)物采集方法 選擇晴朗無風的天氣，采樣時間固定在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)空氣抽成瞬時的真空，再利用采樣儀泵入經(jīng)活性炭過濾后的空氣，當袋內(nèi)氣體量達到采樣袋體積的3/4時，停止充氣，再使用硅膠管連接形成一個閉合回路，接通吸附管采樣氣體，進行揮發(fā)物采集。采集過程中，氣體循環(huán)流量為100mL/min，采氣時間25min，采樣重復3次。

2.3.2 揮發(fā)物分析方法 儀器及參數(shù)設置參考已發(fā)表文獻[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）、進樣口溫度250℃、冷阱溫度-100℃（保持3min）、冷阱進樣時溫度驟然升溫至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℃，四級桿溫度150℃。

3 實驗結(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物數(shù)據(jù)譜圖庫系統(tǒng)對各組分進行計算機自動檢索。采用氣質(zhì)聯(lián)用儀計算機的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)，確認揮發(fā)物的各種化學成分，運用峰面積歸一化法，求得各成分相對含量（相對含量=該化合物峰面積/各化合物峰面積之和×100%）。

玫瑰揮發(fā)物檢測出的主要成分及相對含量如下：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。學生實驗報告要求用圖形、文字、表格將觀察結(jié)果和數(shù)據(jù)表示出來，并結(jié)合自己的實驗結(jié)果對自己所學的基礎知識做進一步佐證。

4 注意事項

（1）動態(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，為了保證實驗的準確性，需要將植物氣樣與對照空氣氣樣中的相同成分進行比較，去除質(zhì)量色譜峰面積相近的成分。

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

（3）儀器通入載氣和輔助氣后，應按要求進行檢漏。

（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

通過本實驗讓園林專業(yè)的學生了解植物揮發(fā)物對人體健康和建設城市綠化生態(tài)環(huán)境的重要意義，更加堅定學習園林基礎知識和實驗方法的動力，增強學生的環(huán)保意識。鼓勵學生設計探索性實驗，采用其他植物材料，引導學生對各種定量計算方法進行總結(jié)，記錄好實驗結(jié)果并作討論和分析，增強學生解決實際問題的能力。

參考文獻

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[2]高群英，高巖，張汝民，等.3種菊科植物香氣成分的熱脫附氣質(zhì)聯(lián)用分析[J].浙江農(nóng)林大學學報，2011，28（2）：326-332.

[3]左照江，張汝民，王勇，等.冷蒿揮發(fā)性有機化合物主要成分分析及其地上部分結(jié)構研究[J].植物生態(tài)學報，2010，34（4）：462-468.

[4]郭阿君，岳樺.觀賞植物揮發(fā)物的研究[J].北方園藝，2003（6）：36-37.

[5]周帥，馬楠，林富平，等.樟樹花揮發(fā)性有機化合物日動態(tài)變化分析[J].浙江農(nóng)林大學學報，2011，28（6）：986-991.

（責編：吳祚云）