【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于木质素检测，具体涉及一种环境样品中木质素的表征方法。
技术介绍
1、木质素是一种仅来自维管植物的芳香族大分子，是环境样品中的主要有机成分之一。植物凋落物是土壤、天然水体和沉积物中木质素的主要来源。木质素主要由松脂醇、松香醇和对香豆醇三个亚基组成，这些亚基通过抗水解的碳碳键和碳氧键连接在一起。因此，土壤中的木质素会受到生物和环境参数(如ph值、湿度、温度)的影响而缓慢变化，并对全球碳循环做出贡献。
2、氧化铜氧化木质素产生11种木质素酚单体。它们被分为四种类型：香草酚(v型)、丁香酚(s型)、对羟基酚(h型)和肉桂基酚(c型)。v型、s型和h型中每种都含有一个醛、一个酮和一个酸；通常，同一类型中醛酚比酮酚和酸酚更多。样品中各型酚的相对含量由植物来源决定(fate of lignins in soils: a review)。例如，裸子植物木材含有约80%的v型酚和少量的c型酚；相比之下，被子植物木材主要产生大致相等数量的v型和s型酚。因此，三种类型酚的相对贡献(如s/v和c/v比值)通常用于表征样品中的木质素。另一方面，随着木质素的改变(如生物降解)，样品中酚的组成也不断变化。与v型和s型酚中含有醛基的酚相比，含有羧酸基团的酚的增加导致这两种类型酚中酸/醛比值的增加。在木质素降解过程中，丁香基和肉桂基单元(s-和c-型)比愈创木基单元(v-型)损失更快，导致s/v和c/v比值下降。由于h-型酚类是非木质素来源，很少用作地球化学示踪剂。因此，准确表征木质素为地球化学样品的性质提供了重要信息。cuo/naoh
3、然而，c18柱的回收效率受到质疑，因为kogel等人只报告了香草醛的回收率，而其他单体的回收率仍然未知。kaiser等利用基于聚合物的spe(n-乙烯基吡咯烷酮和二乙烯基苯的共聚物)而不是c18柱来萃取单体木质素酚。所有木质素酚的回收率都非常好，从87%到90%不等。ting等人比较了使用c18 spe柱和基于聚合物的spe柱对木质素单体的回收率，发现c18柱对含有羧基的单体(如丁香酸和阿魏酸)的回收率较低。可能由于担心c18柱的回收率低，一些研究者仍然使用乙酸乙酯或乙醚来纯化混合物。然而，c18柱仍然被广泛应用于用纯化木质素。相比之下，kaiser的基于聚合物的spe方法很少被采用。
4、用有机溶剂萃取会导致其他可溶性化合物与木质素酚一起浓缩。bstfa/tmcs是一种高活性衍生化试剂，不仅能与木质素酚的酚羟基和羧基反应，还能与杂质的醇羟基反应，从而形成复杂的挥发性混合物和复杂的色谱图。复杂的色谱图对产品的鉴别和定量提出了挑战；复杂的组分会污染气相色谱的进样口、毛细管柱和fid检测器，以及质谱的真空室和离子源。此外，木质素酚的三甲基硅烷(tms)衍生物对水分很敏感，在室温下会发生异构化和分解。通常情况下，样品在衍生化后应立即通过gc或gc-ms进行分析。分析的即时性限制了样品的分析通量，因为将样品放在自动进样器的架子上过夜可能会导致分解。
5、热辅助水解和甲基化(thm)是另一种广泛研究的表征环境样品中木质素的方法。木质素在四甲基氢氧化铵(tmah)存在下解聚，所得木质素单体在250～770℃下甲基化。由于不同的解聚机制，tmh工艺产生18种甲基化木质素单体酚，其中一些与cuo氧化产生的酚不同。对于这些甲基化单体中的大多数，没有市售的的标准品，这使得保留时间和响应因子的测定变得困难。高温也会产生复杂的色谱图(characterisation of wood by pyrolysisderivatisation-gas chromatography/mass spectrometry)，只有ms检测器可以用来表征木质素。此外，thm工艺中的许多因素，包括tmah的浓度、溶剂和温度，影响产品的分布(influence of parameters on pyrolysis-gc/ms of lignin in the presence oftetramethylammonium hydroxide)。比较研究表明，cuo氧化工艺比thm工艺提供了更准确的木质素信息(comparison of two thermochemolytic methods for the analysis oflignin in decomposing gymnosperm wood: the cuo oxidation method and themethod of thermochemolysis with tetramethylammonium hydroxide (tmah))。本领域技术人员亟待开发一种高样品通量、低维护成本的环境样品中木质素的表征方法。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种环境样品中木质素的表征方法。本专利技术首次公开了一种新的衍生化方法，用于转化从cuo氧化得到木质素单体。这些单体在二氯甲烷中用四丁基氢氧化铵/碘甲烷定量甲基化。稳定的甲基化产物可以用硅胶柱色谱进行纯化，使样品的气相色谱图更简单，使gc-fid分析成为可能和可靠，并减轻了仪器维护的负担。此外，稳定的产品可以在任何时候进行分析，从而提高了样品通量。
2、氧化铜氧化木质素产生11种木质素酚单体。它们被分为四种类型：香草基酚(v型)、丁香基酚(s型)、对羟基酚(h型)和肉桂基酚(c型)，具体如附图1所示。
3、一种环境样品中木质素的表征方法，包括对纯化后的环境样品在二氯甲烷中用四丁基氢氧化铵/碘甲烷对样品进行甲基化反应的步骤外，还包括以下步骤：(1)采用cuo/naoh反应体系对环境样品进行氧化；(2)cuo氧化产物的纯化：用乙醚萃取酸化的水溶液，并用预处理的硅胶柱对浓缩后的样品进行进一步纯化；(3)在二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种环境样品中木质素的表征方法，包括对纯化步骤后的环境样品在二氯甲烷中用四丁基氢氧化铵/碘甲烷对样品进行甲基化反应的步骤外，其特征在于，还包括以下步骤：(1)采用CuO/NaOH反应体系对环境样品进行氧化；(2)纯化：用乙醚萃取酸化水溶液，并用预处理的硅胶柱对蒸发后的样品进行进一步纯化，得到纯化后的环境样品；(3)甲基化产物混合物用乙醚萃取纯化，然后用硅胶柱对浓缩样品进行后续纯化，配制样品溶液；(4)将样品溶液注入到气相色谱分析仪中进行分析检测。
2.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（1）环境样品为水、植物、土壤、沉积物、污水、淤泥中的其中一种。
3.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（4）气相色谱仪分析的条件为：进样口和检测器的温度为300℃，色谱柱为毛细管色谱柱，毛细管色谱柱为SE-54毛细管柱，规格为50m长，0.25mm内径，0.25mm膜厚，固定相为5%苯基和95%甲基聚硅氧烷，检测器为氢火焰离子化检测器，载气为纯度＞99.999%的氮气作为，载气流速为1mL/mi
4.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（4）的气相色谱分析仪为ShimadzuGC-2014C气相色谱仪。
5.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（4）气相色谱仪的升温程序为：起始温度50℃，以升温速率4℃/min升温至170℃并保持20min，再以升温速率10℃/min升温至270℃并保持20min。
6.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（1）氧化反应为在总容量为10mL圆柱形不锈钢反应容器进行，反应容器内装有聚四氟乙烯磁力搅拌子、500mg氧化铜，200mg六水合硫酸铁铵和500mg环境样品，将反应容器转移到一个塑料袋中，连接到真空氮气管线并密封塑料袋，抽空并回充氮气四次，反应容器内加入7mL的2mol/L浓度的NaOH溶液，反应容器的混合物以1800转搅拌，温度保持在40℃下30min，以5℃/min升高至170℃，并保持180min，然后反应容器用自来水冷却10min。
7.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（2）打开反应容器，立即向其中注入200μL乙基香草醛在2mol/L NaOH中的水溶液，封闭反应容器并以1800转磁力搅拌30s，将每个反应容器以9000转离心60s，将上清液迅速倒入50mL塑料离心管中，在离心管中预先加入1mL浓盐酸和搅拌子，并将离心管的底部1/3浸入冰水中，沿每个反应容器的内壁注入2mL浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，用手拧紧盖子并水平旋转30s，将容器中的混合物以1800转搅拌60s，然后将每个容器再次离心，并将上清液加入离心管中，重复洗涤过程两次，将离心管中的溶液用6mol/L盐酸酸化至pH 2，用8mL乙醚萃取酸化后的溶液，并以4500转离心60s，用玻璃移液管将乙醚层转移到50mL锥形瓶中，重复萃取过程三次，用无水硫酸钠干燥乙醚溶液10min，将乙醚萃取液通过一层玻璃棉过滤到50mL蒸发烧瓶中，并将锥形瓶用2mL乙醚洗涤三次，室温下在旋转蒸发器上浓缩至干，在蒸发期间，烧瓶可浸入25℃以下的水浴中，用0.5g硅胶柱对烧瓶中的残留物进行纯化，预先连续用水、甲醇和乙醚清洗柱子，用乙醚洗涤烧瓶中的残留物，并将该溶液加到硅胶柱子上部，再重复清洗三次，用额外的7mL乙醚清洗柱子，用25mL烧瓶接收洗脱液后于室温下在旋转蒸发器上浓缩，用乙醚将浓缩后的残留物转移到5mL Hungate反应小瓶中，浓缩该溶液，并在添加搅拌子后在真空下进一步干燥20min。
...【技术特征摘要】
1.一种环境样品中木质素的表征方法，包括对纯化步骤后的环境样品在二氯甲烷中用四丁基氢氧化铵/碘甲烷对样品进行甲基化反应的步骤外，其特征在于，还包括以下步骤：(1)采用cuo/naoh反应体系对环境样品进行氧化；(2)纯化：用乙醚萃取酸化水溶液，并用预处理的硅胶柱对蒸发后的样品进行进一步纯化，得到纯化后的环境样品；(3)甲基化产物混合物用乙醚萃取纯化，然后用硅胶柱对浓缩样品进行后续纯化，配制样品溶液；(4)将样品溶液注入到气相色谱分析仪中进行分析检测。
2.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（1）环境样品为水、植物、土壤、沉积物、污水、淤泥中的其中一种。
3.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（4）气相色谱仪分析的条件为：进样口和检测器的温度为300℃，色谱柱为毛细管色谱柱，毛细管色谱柱为se-54毛细管柱，规格为50m长，0.25mm内径，0.25mm膜厚，固定相为5%苯基和95%甲基聚硅氧烷，检测器为氢火焰离子化检测器，载气为纯度＞99.999%的氮气作为，载气流速为1ml/min，进样量为1.0~2.0μl，分流比为2:1。
4.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（4）的气相色谱分析仪为shimadzugc-2014c气相色谱仪。
5.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（4）气相色谱仪的升温程序为：起始温度50℃，以升温速率4℃/min升温至170℃并保持20min，再以升温速率10℃/min升温至270℃并保持20min。
6.根据权利要求1所述的一种环境样品中木质素的表征方法，其特征在于，所述步骤（1）氧化反应为在总容量为10ml圆柱形不锈钢反应容器进行，反应容器内装有聚四氟乙烯磁力搅拌子、...
【专利技术属性】
技术研发人员：左亚杰，仲崇民，仲卓然，朱思颖，崔喆，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：
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