植物叶片中的羰基化合物研究.docx

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植物叶片中的羰基化合物研究

《仪器分析》

植物叶片中羰基化合物分析方法研究

姓名：

XXX

学院：

XXXXX工程学院

班级：

XXXX班

学号：

XXXXXX

目录

1前言.......................................................1

2植物对羰基化合物的排放与吸收............................2

2.1植物对羰基化合物的排放.....................................2

2.2植物对羰基化合物的吸收......................................2

3植物叶片中羰基化合物的检测...................................3

3.1采样.....................................................3

3.2前处理......................................................3

3.3仪器分析.....................................................3

3.3.1DNPH-HPLC-UV.............................................33.3.2DNPH-HPLC-UV-MS.........................................4

3.3.3DNPH-毛细管电色谱-紫外检测（UV/DAD）法....................4

3.4标准曲线和方法检测限........................................4

4结论.........................................................4

5展望....................................................5

参考文献.........................................................6

..

植物叶片中羰基化合物分析方法研究

摘要：

作为环境中重要的挥发性有机污染物，羰基化合物受到了广泛的关注，多种分析技术被应用于其相关样品的监测。

本文简要叙述了植物排放和吸收羰基化合物的情况，并从植物中羰基化合物的采样、前处理和仪器分析进行了分析，概述了植物叶片中羰基化合物分析研究方法。

目前，对植物叶片中羰基化合物的检测还没有统一的标准方法。

所以在未来的相关研究中，植物叶片中羰基化合物分析方法需要更多的研究。

关键字：

植物叶片；羰基化合物；采样；前处理；仪器分析

AnalysisMethodofcarbonylcompoundsinplantleaves

Abstract：

Astheenvironmentisimportantvolatileorganiccompounds,carbonylcompoundshasbeenwidespreadconcern,avarietyofanalyticaltechniquestobeappliedtomonitortheirassociatedsamples.Thispaperbrieflydescribesthecaseofplantemissionsandabsorptionofcarbonylcompounds,andfromthesamplingofcarbonylcompoundsinplants,pre-processingandinstrumentalanalysiswereanalyzed,andsummarizedtheanalysismethodsofcarbonylcompoundsinplantleaves.Currently,thedetectionofcarbonylcompoundsinplantleavesisstillnouniformstandardmethods.Therefore,infuturestudies,theplantleafanalysisofcarbonylcompoundsneedmoreresearch.

Keywords：

plantleaf;carbonylcompounds;sample;pre-processing;instrumentalanalysis

1前言

羰基化合物在大气化学反应中起着重要作用，不仅是大气光化学反应的重要中间产物，同时也是大气中的自由基、臭氧和过氧羧酸硝酸酐（PAN）的重要母体[1-3]。

此外，羰基化合物还是一类重要的环境污染物，严重影响着城市的空气质量。

无论在大气还是在水体中，甚至在食物、植物等方面，均受到了广泛关注。

羰基化合物大多有刺激性和毒性，对人的眼睛、鼻子、皮肤、肺、呼吸道有强烈刺激作用，且有“三致”作用[4-7]。

如甲醛已被美国环保署（USEPA）、美国国家职业安全和卫生研究所（NIOSH）以及职业安全和健康署（OSHA）列为人类的致癌物质[8]。

实验室研究表明，高浓度的甲醛环境对老鼠有致癌作用；其他的一些羰基化合物，尤其是丙烯醛和丙醛，即使在浓度很低的情况下也可引起眼睛、皮肤和上呼吸道黏膜刺激作用[9]。

而大气中羰基化合物的来源也非常复杂，主要有人为来源、自然来源和大气光化学反应等[10]。

其中，人为来源包括有化石燃料燃烧、汽车尾气、工厂排放、溶剂应用、生物质燃烧、抽烟等[11-12]。

自然来源则以植物排放为主[13-14]。

Guenther等[15]报道，全球森林每年向大气排放包括羰基化合物在内的挥发性有机物（volatileorganiccompounds，VOCs）约1150Tg，占VOCs总排放量的90%以上。

此外，植物还能吸收和净化羰基化合物[16-17]。

如许多室内观赏植物能够净化吸收室内空气中的甲醛、乙醛等羰基化合物[39]。

2植物对羰基化合物的排放与吸收

2.1植物对羰基化合物的排放

植物排放羰基化合物，包括植物的叶片、花和果实直接排放以及植物表皮角质层蜡和生物脂肪酸的臭氧分解而产生的羰基化合物[18]。

目前对植物排放羰基化合物的研究主要是研究植物叶片的排放。

已有越来越多的研究表明，许多植物可以释放出大量的羰基化合物[19-21]，如山楂[22]，松树（Pinusspp）[23]，油菜（Brassicanapus）[24]等。

Schäferetal.[25]和Kesselmeieretal.[26]报道，地中海地区的刺叶栎（Quercusilex）和意大利石松（Pinuspinea）能排放大量的甲醛和乙醛。

在芬兰，Hellénetal.[19]在以针叶林和落叶林为主的森林里检测到C1-C12的羰基化合物22种。

针叶树如欧洲刺松（Pinussylvestris）和挪威云杉（Piceaabies）能排放大量的乙醛和丙酮[23]；而在以挪威云杉和欧洲刺松为主的针叶林，其森林上空大气中的羰基化合物不但有乙醛和丙酮，还有甲醛[19,23,27-28]。

而一些农作物[29-30]还可释放6个碳原子的羰基化合物，如棉花和苜蓿会排放n-hexanal和（E）-2-hexanal[22]。

2.2植物对羰基化合物的吸收

植物不仅能够排放出羰基化合物，还可以吸收、净化沉降到其表面的羰基化合物。

植植物的这种对羰基化合物的吸收能力已被重视并加以利用。

近年来，一些植物已用于监测大气中一些有害化合物。

如松针用于监测多氯联苯（PCBs,polychlorinatedbiphenyls）[31]，杜鹃（Rhododendronsimsii）叶片、车前草（Plantagoasiatica）和黑麦草（LoliumperenneLinn）吸收半挥发性有机碳（SOCs）[32]叶片监测大气中的多环芳烃（PAHs,polyaromatifchydrocarbs）[33]。

Frank和Frank的研究表明[34]，四氯乙烯在云杉（Piceaabies）针叶中的浓度与其在大气中的浓度有相关性，故云杉可被用于监测大气中的四氯乙烯。

当Douglasfir（Pseudotsugamenziesii（Mirb.））暴露在气态的甲苯环境中，其针叶中甲苯的浓度与其暴露时间的也有密切关系[35]。

Hiatt研究发现[36]，在清早，松树和草本植物的叶片能在微风的吹拂下迅速清除大气中的VOCs。

当草本植物暴露在低浓度的苯和甲苯的环境中，它们还可以通过自身的代谢活动来吸收周围环境中的苯和甲苯[37]。

因此，一些有机化合物在叶片中的浓度水平可被用于瞬时监测大气污染物的水平[38]。

羰基化合物的叶片水平也能显示这些化合物在大气中的浓度，并可监测大气的污染状态；而且，它们的叶片水平还能间接证明它们的植物来源，并预测植物累积和代谢它们的能力。

植物叶片是羰基化合物的排放和吸收的重要部位，也是目前研究较多的部位。

因此，在研究植物与大气之间的羰基化合物交换关系时，需对植物叶片中的羰基化合物进行检测[39]。

本文将针对植物叶片中羰基化合物检测方法作简要的叙述。

3植物叶片中羰基化合物的检测

3.1采样

选取植物向阳的枝条，摘取第三、四片叶作为实验材料。

为了减少叶片保存过程中所产生的实验误差，叶片在摘取后被立即碾磨和萃取。

从植物中提取有价值的物质，超声萃取是一个重要的方法[40-42]。

从植物叶片中超声萃取化合物的机理是将叶片组织和细胞壁破碎，从而产生气穴泡沫溃灭，这是液体基质在超声波的作用下会出现的一个现象[43]。

因此，超声能促进溶剂中的物质转移到叶片基质，也同时促进叶片基质中可溶解的组分向溶剂中转移。

与其他的萃取方法如微波萃取相比较，超声设备价格更为低廉，其操作也较之简单[44-45]。

Zhangetal.[46]证明，超声萃取能缩短萃取时间，降低萃取所需温度，并减少溶剂的使用量。

现今，超声萃取已被用于从新鲜植物材料如根、叶和果实中萃取化合物[47-49]。

在当前的研究中，超声萃取和DNPH衍生化反应被同时运用，一起提取新鲜叶片中的羰基化合物。

3.2前处理

称取一定量碾磨过的叶片（<0.01g），放入试管中，而后加入0.5mLDNPH衍生溶液和1mL诱萃取试剂（乙腈）。

当叶片样品重量>0.01g时，DNPH衍生溶液和诱萃取试剂的使用量根据叶片样品的多少酌情增加。

溶剂加入操作完成后，立即将试管盖上盖子，并混合均匀[50]。

溶剂的加入操作全部在手套箱内（Etelux,Beijing,China）充满氮气的环境下进行，以避免实验室的污染。

当DNPH与羰基化合物进行衍生化反应时，室温被认为是最适合的反应温度[51]。

在本研究中，衍生化反应亦在室温条件下进行。

超声萃取的温度也被控制在35℃以下。

样品被超声萃取30min，超声后将样品放入手套箱内静置30min，以保证羰基化合物被完全提取，试管内的叶片组织自由沉降，以代替离心这一步骤。

因为实验室存在甲醛、丙酮和其他羰基化合物，且丙酮的浓度特别高，离心过程将会使样品受到污染，故离心的步骤舍去。

试管中的上层溶液被取出，并用0.2µm的尼龙膜将其过滤，转移到样品瓶中，利用HPLC-UV进行检测分析[50]。

3.3仪器分析

2,4-二硝基苯肼（DNPH）是使用最广泛的衍生剂,羰基化合物最常用的检测方法是将其与2,4-二硝基苯肼（DNPH）反应生成苯腙，该反应速度快,产物稳定。

反应生成的苯腙主要用高压液相色谱法来分析[52]。

现今，这种检测方法也被用于检测分析大气以及一些特殊来源的羰基化合物。

3.3.1DNPH-HPLC-UV

所提取的样品可用HPLC-UV（Waters2695-2996）检测。

色谱柱为WatersSunfire–C18反相柱（250×4.6mm,5.0μm）[50]。

采用梯度洗脱，为了提高分离效果,采用乙腈、水和四氢呋喃作为流动相[53],也有用水和甲醇作流动相的[54]。

在45℃柱温、流速1.2mLmin-1、检测波长为360nm、样品进样量为20μL的条件下，利用梯度洗脱程序（表2.1）进行样品分析[50]。

资料来源：

黄娟.上海市大气羰基化合物浓度及其植物排放源研究[D].

该方法是使用最广泛、发展最成熟的方法,灵敏度高,能同时检测一系列的羰基化合物。

美国环保局将该方法作为分析甲醛和其他羰基化合物的标准方法,但是,其缺陷是一些相似或相近的化合物共洗脱,很难基线分离。

另外,如果没有标准样品,就无法鉴定分析未知化合物。

前一缺点可以通过改变流动相、色谱柱、提高柱温或使用两根色谱柱来克服,后一点则通过质谱检测器来提供未知物的结构信息[52]。

3.3.2DNPH-HPLC-UV-MS

由于单纯的紫外光检测器有一定的局限性,于是发展了紫外光检测器与质谱检测器联合检测或质谱检测器单独检测[53,55]。

大气压化学离子源（APCI）负离子模式是最适合检测方法,因为质谱图中只有[M-H]-离子峰,质谱/质谱（MS/MS）则可以很好分辨直链与支链、饱和与饱和羰基化合物[55]。

通过此方法,Grosjean等[56]136分析化学第33卷在大气样中检出了34种羰基化合物。

植物叶片中所提取出的羰基化合物也可通过此法检测。

3.3.3DNPH-毛细管电色谱-紫外检测（UV/DAD）法

DNPH衍生后,用毛细管电色谱（CEC）分离,再用UV/DAD检测。

相对于DNPH-HPLC-UV法,CEC显著的提高了分离效率,缩短了样品分析时间（<10min）[57],是一种有效快捷的方法。

3.4标准曲线和方法检测限

配置5个浓度的混合标样（0.3-10μgmL-1），通过标样的保留时间和色谱峰面积对叶片样品进行定性和定量分析。

将5个混合标样的色谱峰面积进行线性回归，相关系数（R2）≥0.995。

方法检测限（MDL）通过重复7次测定最低混合标样而计算。

方法检测限的范围在0.01-0.14μgmL-1[50]。

4结论

目前，对植物叶片中羰基化合物的检测还没有统一的标准方法。

植物叶片中羰基化合物的研究可利用DNPH衍生化反应，结合超声萃取技术萃取新鲜叶片羰基化合物。

叶片样品被置于诱萃取试剂和DNPH衍生化试剂中，衍生化反应和萃取一同进行。

研究证明超声萃取叶片羰基化合物的方法是可行的[50]。

Huang等[58]采用该方法,从樟树（Cinnamomumcampho-ra）、桂花（Osmanthusfragrans）、雪松（Cedrusdeo-dara）和水杉（Metasequoiaglyptostroboides）的新鲜叶片中提取测定了7种低分子量醛酮类化合物。

研究结果表明，乙醛，大气中含量最为丰富的羰基化合物之一[59-60]，也是植物叶片中的最丰富的羰基种类之一[61-62]。

大气中的芳香醛类一般被认为来源于机动车尾气或由于这些醛类被作其他用途而释放到大气中（如苯甲醛作为土地熏蒸剂）[63]。

细菌在特殊酶类的作用能将二甲苯氧化形成m/o-甲苯甲醛并进一步将其转化为甲基苯甲酸的研究也有较多报道[64-66]。

植物叶片中含有较高水平的外源m/o-甲苯甲醛，表明植物能累积或代谢芳香醛类[50]。

5展望

研究植物叶片中的羰基化合物是一个新的研究内容，也是羰基化合物在植物与大气之间的交换研究的一个十分重要的部分。

羰基化合物在叶片内的含量可以反映植物对它们的吸收净化量，并间接显示其在大气中的水平。

它们在叶片内的变化和最终归宿将更进一步解释植物净化的机理。

近年来，城市居住区的绿化条件不断得到改善，绿化面积及植物种植种类不断扩大。

因此，研究植物特别是绿化、景观植物排放或净化羰基化合物，对城市的绿化规划、绿化区植物选种搭配、室内植物的选择等都具有很大的现实意义及实用价值。

然而叶片内羰基化合物的检测比较困难，发展快速、便捷的检测叶片内羰基化合物的方法是目前迫切需要解决的问题。

所以在未来的相关研究中，植物叶片中羰基化合物分析方法需要更多的研究。

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