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萃取液進行分離，并對每級洗脫液進行氣相色譜質譜（GC-MS）分析。結果表明：在各萃取劑中，石油醚對泥炭的萃取率最高，為4.7%;而乙醚最低，僅為0.54%。通過GC-MS檢測出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，多數含有不飽和鍵，分子呈鏈狀或環狀結構。

關鍵詞：泥炭;GC-MS;柱層析

基金項目：吉林省大學生創新創業項目（項目編號2017109）

中圖分類號： O6-332;O657.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ?DOI編號： 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體轉化積累形成的有機礦產資源[1，2]，其形成時間比煤的形成時間短，是成煤的初級階段，所以在現代仍然可得到緩慢補充[3]。泥炭的有機質和纖維含量豐富，是經濟效益、環境效益都十分明顯的自然資源[4]。同時泥炭在改善水土結構，防止土壤退化等方面有重要應用[5]。許多科研人員在泥炭的應用方面做出了許多研究：劉梅堂等闡述了泥炭在腐殖酸開發上的巨大潛力[6];薛積彬等通過對泥炭環境代用指標的分析，得到了區域氣候變化的特征[7];滿秀玲等對小興安嶺泥炭中有機碳、磷等元素的分布特征進行研究[8];曹小勤還對泥炭的聚煤作用做出淺析[9]。泥炭還在化工領域中有重要應用，泥炭中的許多化學成分都是化工生產中的重要原材料。N. Bambalov研究發現，全球只有不到1%的泥炭被應用到化學加工領域，這其中化學品大多應用于吸附劑、染料、生物活性物質、藥物的生產加工中 [10]。據報道，泥炭經過化學加工可制得富含腐殖酸的產品，可以作為粘合劑、表面活性劑、染色分散劑等;泥炭中的粗脂經漂白和乙二醇酯化可用于化妝品的加工制造;在我國，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電，但此舉無疑會對環境造成很大的不良影響，也會對泥炭資源造成極大的浪費，所以加大對泥炭非燃料價值的利用研究十分必要，而探明泥炭中化學物質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、柱層析技術以及氣相色譜質譜聯用技術對泥炭的組成成分進行分離分析，探究了泥炭的化學組成，獲得了泥炭中有機物的客觀信息，為泥炭的合理開發利用提供參考。

1 試驗準備

1.1 試驗材料、儀器與試劑

試驗材料：泥炭（采自吉林省梅河口郊區）。

儀器： GC-MS QP2010氣相質譜聯用儀（日本島津公司）;B-491＼R-215旋轉蒸發儀（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（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、環己烷、二氯甲烷、四氯化碳，上述試劑均為市售分析純，經旋轉蒸發儀精制后使用;硅膠（200目）。

1.2 試驗方法

泥炭：粉碎，過80目篩，80℃下真空干燥至恒重，備用。

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

泥炭逐級萃取物柱層析色譜分離：固定相：200目硅膠。石油醚萃取物流動相：正己烷、環己烷、四氯化碳、二氯甲烷、乙醚、丙酮、甲醇;二硫化碳萃取物流動相：正己烷、環己烷、二氯甲烷、甲醇;乙醚萃取物流動相：二硫化碳、二氯甲烷、四氯化碳、甲醇;乙酸乙酯萃取物流動相：二氯甲烷、乙醚、丙酮、甲醇;丙酮萃取物流動相：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;進樣模式為分流進樣，分流比為100∶1。質譜條件：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;質量范圍m/z40～500;檢索譜庫為美國N1ST11.LIB、N1ST11s.LIB。

2 結果與討論

2.1泥炭萃取率

用不同極性的溶劑對泥炭進行超聲波萃取，其萃取率見表1。石油醚、乙酸乙酯對泥炭的萃取率較高，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

將萃取物經過GC-MS檢測后，將圖譜與美國NIST11.LIB、NIST11s.LIB譜庫進行相似度檢索，對化學組分進行定性分析，利用峰面積歸一化法進行定量分析。圖1～圖5為各級萃取物的總離子流圖。泥炭各級萃取物樣品的各組分相對百分含量（質量百分比）分布如圖6所示。石油醚為萃取劑時，萃取物組成最為豐富，其中包括烷烴、烯烴、醇、酮等10類物質。在二硫化碳萃取物中，芳香族化合物含量達到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，酮類物質相對百分含量最多，為44.00%。

GC-MS檢測結果顯示：在泥炭的各級萃取物中共發現200余種物質，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，有機酸12種，含N化合物9種，還有少數醚類物質。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到的物質種類最少，僅有19種。

在各級萃取物中，烷烴可分為：正構烷烴、支鏈烷烴和環烷烴;在芳香族化物中，包括大量的多取代苯和少數稠環化合物;酯類物質主要有脂肪酸酯，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，如己內酰胺、棕櫚酰胺、油酸酰胺等;此外，還檢測到角鯊烯、山萮醇、龍腦烯醛、桃金娘烯醛、植酮、無羈萜、桉葉油素等天然產物。這些化學組分大部分含有不飽和鍵，具有鏈狀或環狀結構，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形成的交替演化階段，是煤化程度很低的煤，同時這些成分也是化工中的重要原材料，可以應用于生產生活的各個領域。

3 結論和展望

通過超聲逐級萃取，硅膠柱層析分離和GC-MS檢測對泥炭的化學組成成分進行分離分析，初步明確其中的化學組成與成分類型，從中可知泥炭絕大部分由烷烴、醇、酮等成分構成，其中富含天然產物，環化程度較低，多數具有不飽和鍵，可以判斷泥炭正處于植物殘體發展成煤的初級階段，為泥炭的利用和研究提供了參考。

參考文獻

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作者簡介：王宇琦，在讀本科生，研究方向：分析化學。

通訊作者：孔令瑤，碩士，研究方向：分析化學。