园林植物挥发物气相色谱实验技术与方法综述

王慧丽

摘 要：植物挥发物关系到人类的生活和健康，是近年来研究的热点。气相色谱广泛应用于园林植物挥发物研究，特别是动态顶空气体循环采集法和热脱附-气相色谱-质谱联用技术（TDS-GC-MS），其实验技术有很强的应用价值。该文阐述了这套技术的实验原理和作用、实验课的设计思路和实验内容。

关键词：TDS-GC-MS；植物挥发物；实验综述报告

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）05-20-02

气相色谱的应用领域十分广泛，遍及中药制药、食品工业、环境监测、生物工程等生产生活的各个方面[1]。近年来，该技术在植物挥发物研究领域发展十分迅速，特别是动态顶空气体循环采集法和热脱附-气相色谱-质谱联用技术，是一种采集-吸附-分析相结合的技术。在植物挥发物研究中，全自动化的顶空进样器、气相色谱仪和现代高分辨率的质谱仪联用，具有操作简便、分离效能高、准确性高、节约样品制备时间等优点，可用于近自然状态下植物挥发物的定性分析。

根据安庆师范学院生命科学学院园林专业课程设置情况，植物学是主干基础学科，且学校十分注重学生实践技能的培养。本实验将以应用性为导向，通过气相色谱实验课学习，使学生进一步巩固园林植物的基础理论知识，并掌握气相色谱检测方法，为学生今后从事园林和科研工作打下坚实基础。

1 实验原理

1.1 园林植物挥发物 植物在生长发育过程中释放的分子量小于250，沸点低于340℃的次生代谢物，主要包括萜类、苯基/苯丙烷基和脂肪酸衍生物[2-3]，这些物质的含量相对较低，但其较高的化学活性不仅可增强植物的抗性，影响着我们的生活环境[4]。研究植物释放挥发物的种类和含量，将会最大限度地发挥园林植物的生态功能。

1.2 气相色谱法 气相色谱法（Gas Chromatography，简称GC），是利用试样中各组份在气相和固定液相间的分配系数不同，将混合物分离、测定的一种分析方法。当汽化后的试样被载气带入色谱柱当中运行时，组份就在其中的两相之间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长之后，便彼此分离，按流出顺序离开色谱柱进入检测器。特别适用于分析沸点低、含量少的气体和易挥发的液体。

1.3 质谱法 质谱法（Mass Spectrometry，简称MS），质谱中采用高速电子束撞击气态分子，把电离出的离子加速导入质量分析器中，然后按碎片离子质荷比（m/e）大小的顺序进行收集和记录，即得到质谱图，根据质谱峰的位置可以定性和结构分析，根据质谱峰的相对强度可以进行定量分析。

1.4 动态顶空分析法 采用惰性气体通入液体样品（或固体表面），把要分析的组分吹扫出来，使之通过一个盛有吸附剂的容器进行富集，然后再把吸附剂加热，使被吸附的组分脱附，用载气带入气相色谱柱中进行分析。适用于从液体或固体样品中萃取出的沸点低于200℃、溶解度小于2%的挥发性或半挥发性有机物。此法对样品的前处理无需使用有机溶剂，对环境不造成二次污染，而且具有取样量少、富集效率高、受基体干扰小、容易实现等在线检测等优点。

2 实验内容

2.1 实验课目的 了解动态顶空气体循环采集法与TDS-GC-MS联用技术仪器组成、工作原理及数据采集、数据分析的基本操作。掌握各种数据的计算、气相色谱的定性、定量分析方法，引导学生对各种定量计算方法进行总结。

2.2 实验材料 玫瑰（Rosa rugosa）属于蔷薇科、蔷薇属植物。它花型优美、花色丰富、芳香馥郁、四季常开，被广泛地用于造景、布置花镜、花坛等，具有很高的观赏价值。还可以用于提炼精油，具有很高的经济价值。

2.3 实验步骤

2.3.1 挥发物采集方法 选择晴朗无风的天气，采样时间固定在10：00～11：00，使用微波炉采集袋套在处于盛花期的玫瑰鲜花上，然后在使用大气采样仪（QC-2型）将袋内空气抽成瞬时的真空，再利用采样仪泵入经活性炭过滤后的空气，当袋内气体量达到采样袋体积的3/4时，停止充气，再使用硅胶管连接形成一个闭合回路，接通吸附管采样气体，进行挥发物采集。采集过程中，气体循环流量为100mL/min，采气时间25min，采样重复3次。

2.3.2 挥发物分析方法 仪器及参数设置参考已发表文献[5]。热脱附系统（TD3型，德国GERSTEL公司生产）工作条件：系统载气压力为20kPa、脱附温度250℃（10min）、进样口温度250℃、冷阱温度-100℃（保持3min）、冷阱进样时温度骤然升温至260℃。

色谱（7890A型，Agilent公司生产）工作条件：色谱柱为30m×250μm×0.25μm的HP-5MS柱。程序升温过程为：初始温度保持40℃（保持4min），以6℃/min的速率逐渐上升至250℃（保持3min），再以10℃/min的速率逐渐升至270℃（保持5min）。

质谱（5975C型，Agilent公司）工作条件：所用的载气为氦气，电离方式为EI，电子能量为70eV。扫描方式：选择离子扫描，质量范围为28～450amu，离子源温度为230℃，接口温度280℃，四级杆温度150℃。

3 实验结果

数据处理与质谱检索：获得气相色谱和质谱图，再利用该仪器上的有机物数据谱图库系统对各组分进行计算机自动检索。采用气质联用仪计算机的NIST 2008谱库，并结合手工检索、定性分析组分的质谱数据，确认挥发物的各种化学成分，运用峰面积归一化法，求得各成分相对含量（相对含量=该化合物峰面积/各化合物峰面积之和×100%）。

玫瑰挥发物检测出的主要成分及相对含量如下：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，柠檬醛0.85，香茅醛0.45，罗勒烯0.42，β-蒎烯0.38，合欢烯0.29，十三烷酮0.11等。学生实验报告要求用图形、文字、表格将观察结果和数据表示出来，并结合自己的实验结果对自己所学的基础知识做进一步佐证。

4 注意事项

（1）动态顶空气体循环采集法获得的气样中，除了植物挥发物外，也包括了一些不能被过滤层完全吸附的外界成分，为了保证实验的准确性，需要将植物气样与对照空气气样中的相同成分进行比较，去除质量色谱峰面积相近的成分。

（2）要控制好进入色谱仪样品用量的多少、进样时间的长短，否则都会使色谱峰变宽甚至变形。

（3）仪器通入载气和辅助气后，应按要求进行检漏。

（4）注意仪器的用电安全，确保仪器的使用可靠性和人身安全。

5 结语

通过本实验让园林专业的学生了解植物挥发物对人体健康和建设城市绿化生态环境的重要意义，更加坚定学习园林基础知识和实验方法的动力，增强学生的环保意识。鼓励学生设计探索性实验，采用其他植物材料，引导学生对各种定量计算方法进行总结，记录好实验结果并作讨论和分析，增强学生解决实际问题的能力。

参考文献

[1]谭芳.《气相色谱》实验课程教学浅谈[J].实验科学与技术，2012，10（6）：106-109.

[2]高群英，高岩，张汝民，等.3种菊科植物香气成分的热脱附气质联用分析[J].浙江农林大学学报，2011，28（2）：326-332.

[3]左照江，张汝民，王勇，等.冷蒿挥发性有机化合物主要成分分析及其地上部分结构研究[J].植物生态学报，2010，34（4）：462-468.

[4]郭阿君，岳桦.观赏植物挥发物的研究[J].北方园艺，2003（6）：36-37.

[5]周帅，马楠，林富平，等.樟树花挥发性有机化合物日动态变化分析[J].浙江农林大学学报，2011，28（6）：986-991.

（责编：吴祚云）