園林植物揮發物氣相色譜實驗技術與方法綜述

王慧麗

摘 要：植物揮發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物研究，特別是動態頂空氣體循環采集法和熱脫附-氣相色譜-質譜聯用技術（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容。

關鍵詞：TDS-GC-MS；植物揮發物；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、環境監測、生物工程等生產生活的各個方面[1]。近年來，該技術在植物揮發物研究領域發展十分迅速，特別是動態頂空氣體循環采集法和熱脫附-氣相色譜-質譜聯用技術，是一種采集-吸附-分析相結合的技術。在植物揮發物研究中，全自動化的頂空進樣器、氣相色譜儀和現代高分辨率的質譜儀聯用，具有操作簡便、分離效能高、準確性高、節約樣品制備時間等優點，可用于近自然狀態下植物揮發物的定性分析。

根據安慶師范學院生命科學學院園林專業課程設置情況，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。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 園林植物揮發物 植物在生長發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境[4]。研究植物釋放揮發物的種類和含量，將會最大限度地發揮園林植物的生態功能。

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的液體。

1.3 質譜法 質譜法（Mass Spectrometry，簡稱MS），質譜中采用高速電子束撞擊氣態分子，把電離出的離子加速導入質量分析器中，然后按碎片離子質荷比（m/e）大小的順序進行收集和記錄，即得到質譜圖，根據質譜峰的位置可以定性和結構分析，根據質譜峰的相對強度可以進行定量分析。

1.4 動態頂空分析法 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%的揮發性或半揮發性有機物。此法對樣品的前處理無需使用有機溶劑，對環境不造成二次污染，而且具有取樣量少、富集效率高、受基體干擾小、容易實現等在線檢測等優點。

2 實驗內容

2.1 實驗課目的 了解動態頂空氣體循環采集法與TDS-GC-MS聯用技術儀器組成、工作原理及數據采集、數據分析的基本操作。掌握各種數據的計算、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。

2.2 實驗材料 玫瑰（Rosa rugosa）屬于薔薇科、薔薇屬植物。它花型優美、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，具有很高的經濟價值。

2.3 實驗步驟

2.3.1 揮發物采集方法 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）將袋內空氣抽成瞬時的真空，再利用采樣儀泵入經活性炭過濾后的空氣，當袋內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，進行揮發物采集。采集過程中，氣體循環流量為100mL/min，采氣時間25min，采樣重復3次。

2.3.2 揮發物分析方法 儀器及參數設置參考已發表文獻[5]。熱脫附系統（TD3型，德國GERSTEL公司生產）工作條件：系統載氣壓力為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）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 實驗結果

數據處理與質譜檢索：獲得氣相色譜和質譜圖，再利用該儀器上的有機物數據譜圖庫系統對各組分進行計算機自動檢索。采用氣質聯用儀計算機的NIST 2008譜庫，并結合手工檢索、定性分析組分的質譜數據，確認揮發物的各種化學成分，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、表格將觀察結果和數據表示出來，并結合自己的實驗結果對自己所學的基礎知識做進一步佐證。

4 注意事項

（1）動態頂空氣體循環采集法獲得的氣樣中，除了植物揮發物外，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 結語

通過本實驗讓園林專業的學生了解植物揮發物對人體健康和建設城市綠化生態環境的重要意義，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，記錄好實驗結果并作討論和分析，增強學生解決實際問題的能力。

參考文獻

[1]譚芳.《氣相色譜》實驗課程教學淺談[J].實驗科學與技術，2012，10（6）：106-109.

[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聯用分析[J].浙江農林大學學報，2011，28（2）：326-332.

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

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

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

（責編：吳祚云）