泥炭組成成分的GC-MS分析

王宇琦 孔令瑤 王磊

摘要：在常溫下，依次采用石油醚、二硫化碳、乙醚、乙酸乙酯和丙酮萃取泥炭樣品，然后利用硅膠柱色譜對(duì)萃取液進(jìn)行分離，并對(duì)每級(jí)洗脫液進(jìn)行氣相色譜質(zhì)譜（GC-MS）分析。結(jié)果表明：在各萃取劑中，石油醚對(duì)泥炭的萃取率最高，為4.7%;而乙醚最低，僅為0.54%。通過(guò)GC-MS檢測(cè)出200余種化合物，其中烷烴/氯代烷烴種類最為豐富，有51種;芳香族化合物次之，有41種。這些化合物中，多數(shù)含有不飽和鍵，分子呈鏈狀或環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：泥炭;GC-MS;柱層析

基金項(xiàng)目：吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)2017109）

中圖分類號(hào)： O6-332;O657.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ?A ? ? ? ? ? ? ?DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2019.06.020

泥炭又稱泥煤或草炭，是沼澤中死亡植物殘?bào)w轉(zhuǎn)化積累形成的有機(jī)礦產(chǎn)資源[1，2]，其形成時(shí)間比煤的形成時(shí)間短，是成煤的初級(jí)階段，所以在現(xiàn)代仍然可得到緩慢補(bǔ)充[3]。泥炭的有機(jī)質(zhì)和纖維含量豐富，是經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益都十分明顯的自然資源[4]。同時(shí)泥炭在改善水土結(jié)構(gòu)，防止土壤退化等方面有重要應(yīng)用[5]。許多科研人員在泥炭的應(yīng)用方面做出了許多研究：劉梅堂等闡述了泥炭在腐殖酸開(kāi)發(fā)上的巨大潛力[6];薛積彬等通過(guò)對(duì)泥炭環(huán)境代用指標(biāo)的分析，得到了區(qū)域氣候變化的特征[7];滿秀玲等對(duì)小興安嶺泥炭中有機(jī)碳、磷等元素的分布特征進(jìn)行研究[8];曹小勤還對(duì)泥炭的聚煤作用做出淺析[9]。泥炭還在化工領(lǐng)域中有重要應(yīng)用，泥炭中的許多化學(xué)成分都是化工生產(chǎn)中的重要原材料。N. Bambalov研究發(fā)現(xiàn)，全球只有不到1%的泥炭被應(yīng)用到化學(xué)加工領(lǐng)域，這其中化學(xué)品大多應(yīng)用于吸附劑、染料、生物活性物質(zhì)、藥物的生產(chǎn)加工中 [10]。據(jù)報(bào)道，泥炭經(jīng)過(guò)化學(xué)加工可制得富含腐殖酸的產(chǎn)品，可以作為粘合劑、表面活性劑、染色分散劑等;泥炭中的粗脂經(jīng)漂白和乙二醇酯化可用于化妝品的加工制造;在我國(guó)，泥炭可以用于蓄電池陰極板膨脹劑的制備以及用于水泥添加劑等[11]。此外，泥炭還可以作為燃料用于保暖發(fā)電，但此舉無(wú)疑會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的不良影響，也會(huì)對(duì)泥炭資源造成極大的浪費(fèi)，所以加大對(duì)泥炭非燃料價(jià)值的利用研究十分必要，而探明泥炭中化學(xué)物質(zhì)的組成成分可以為其研究提供參考信息。

本文利用溶劑萃取技術(shù)、柱層析技術(shù)以及氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)泥炭的組成成分進(jìn)行分離分析，探究了泥炭的化學(xué)組成，獲得了泥炭中有機(jī)物的客觀信息，為泥炭的合理開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)材料、儀器與試劑

試驗(yàn)材料：泥炭（采自吉林省梅河口郊區(qū)）。

儀器： GC-MS QP2010氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀（日本島津公司）;B-491＼R-215旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（瑞士BUCHI公司）;AL204電子天平（上海梅特勒-托利多儀器有限公司）;XS-10 500 g多功能粉碎機(jī)（上海兆申科技有限公司）。

試劑：石油醚（60-90）、二硫化碳，乙醚、乙酸乙酯、丙酮、甲醇、正己烷、環(huán)己烷、二氯甲烷、四氯化碳，上述試劑均為市售分析純，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀精制后使用;硅膠（200目）。

1.2 試驗(yàn)方法

泥炭：粉碎，過(guò)80目篩，80℃下真空干燥至恒重，備用。

對(duì)泥炭樣品依次使用石油醚、二硫化碳、乙醚、乙酸乙酯、丙酮超聲逐級(jí)萃取，分別得到萃取物（F1～F5）和萃余物（R1～R5），對(duì)每級(jí)萃余物稱重，記為mi（i=1～5）。

泥炭逐級(jí)萃取物柱層析色譜分離：固定相：200目硅膠。石油醚萃取物流動(dòng)相：正己烷、環(huán)己烷、四氯化碳、二氯甲烷、乙醚、丙酮、甲醇;二硫化碳萃取物流動(dòng)相：正己烷、環(huán)己烷、二氯甲烷、甲醇;乙醚萃取物流動(dòng)相：二硫化碳、二氯甲烷、四氯化碳、甲醇;乙酸乙酯萃取物流動(dòng)相：二氯甲烷、乙醚、丙酮、甲醇;丙酮萃取物流動(dòng)相：乙醚、乙酸乙酯、甲醇。

GC-MS分析條件[12] ?下氣相色譜條件：色譜柱Rxi-5MS型（30m 0.25mm 0.25μm）;載氣為高純氦;柱流速為1.0mL/min;進(jìn)樣口溫度為280℃;采用程序升溫，初始溫度40℃，保持4min，以5℃/min程序升溫至180℃，保持8min，以25℃/min程序升溫至280℃，保持5min;進(jìn)樣模式為分流進(jìn)樣，分流比為100∶1。質(zhì)譜條件：離子源為電子轟擊（EI）源;離子源溫度為230℃;電子能量為70eV;接口溫度為280℃;溶劑延遲4.5min;質(zhì)量范圍m/z40～500;檢索譜庫(kù)為美國(guó)N1ST11.LIB、N1ST11s.LIB。

2 結(jié)果與討論

2.1泥炭萃取率

用不同極性的溶劑對(duì)泥炭進(jìn)行超聲波萃取，其萃取率見(jiàn)表1。石油醚、乙酸乙酯對(duì)泥炭的萃取率較高，分別為4.70%、4.60%;二硫化碳、丙酮的萃取率分別為3.97%、3.71%，而乙醚對(duì)泥炭的萃取率較低，僅在0.54%左右。

2.2 泥炭萃取物組成及含量

將萃取物經(jīng)過(guò)GC-MS檢測(cè)后，將圖譜與美國(guó)NIST11.LIB、NIST11s.LIB譜庫(kù)進(jìn)行相似度檢索，對(duì)化學(xué)組分進(jìn)行定性分析，利用峰面積歸一化法進(jìn)行定量分析。圖1～圖5為各級(jí)萃取物的總離子流圖。泥炭各級(jí)萃取物樣品的各組分相對(duì)百分含量（質(zhì)量百分比）分布如圖6所示。石油醚為萃取劑時(shí)，萃取物組成最為豐富，其中包括烷烴、烯烴、醇、酮等10類物質(zhì)。在二硫化碳萃取物中，芳香族化合物含量達(dá)到50%左右，在乙酸乙酯萃取物中芳香族化合物也占有很大比例，約占總量的36.31%。在乙醚萃取物中，烯烴含量較多，約占總量的52.12%。在丙酮萃取物中，酮類物質(zhì)相對(duì)百分含量最多，為44.00%。

GC-MS檢測(cè)結(jié)果顯示：在泥炭的各級(jí)萃取物中共發(fā)現(xiàn)200余種物質(zhì)，其中烷烴/氯代烷烴53種，烯烴14種，醇類29種，醛類14種，酮類16種，芳香族化合物41種，酯類32種，有機(jī)酸12種，含N化合物9種，還有少數(shù)醚類物質(zhì)。在石油醚萃取物中得到的化合物種類最多，有156種，而在乙醚萃取物中檢測(cè)到的物質(zhì)種類最少，僅有19種。

在各級(jí)萃取物中，烷烴可分為：正構(gòu)烷烴、支鏈烷烴和環(huán)烷烴;在芳香族化物中，包括大量的多取代苯和少數(shù)稠環(huán)化合物;酯類物質(zhì)主要有脂肪酸酯，羧酸類化合物中多是脂肪酸，如月桂酸、油酸、芥酸等;含N化合物以酰胺居多，如己內(nèi)酰胺、棕櫚酰胺、油酸酰胺等;此外，還檢測(cè)到角鯊烯、山萮醇、龍腦烯醛、桃金娘烯醛、植酮、無(wú)羈萜、桉葉油素等天然產(chǎn)物。這些化學(xué)組分大部分含有不飽和鍵，具有鏈狀或環(huán)狀結(jié)構(gòu)，多具支鏈，且分子量不大，聚合程度不高，這表明泥炭處于植物分子正在分解新的物質(zhì)形成的交替演化階段，是煤化程度很低的煤，同時(shí)這些成分也是化工中的重要原材料，可以應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。

3 結(jié)論和展望

通過(guò)超聲逐級(jí)萃取，硅膠柱層析分離和GC-MS檢測(cè)對(duì)泥炭的化學(xué)組成成分進(jìn)行分離分析，初步明確其中的化學(xué)組成與成分類型，從中可知泥炭絕大部分由烷烴、醇、酮等成分構(gòu)成，其中富含天然產(chǎn)物，環(huán)化程度較低，多數(shù)具有不飽和鍵，可以判斷泥炭正處于植物殘?bào)w發(fā)展成煤的初級(jí)階段，為泥炭的利用和研究提供了參考。

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作者簡(jiǎn)介：王宇琦，在讀本科生，研究方向：分析化學(xué)。

通訊作者：孔令瑤，碩士，研究方向：分析化學(xué)。