自然狀態(tài)下杉木木材揮發(fā)物成分的初步研究

自然狀態(tài)下杉木木材揮發(fā)物成分的初步研究

蒸發(fā)是指蒸發(fā)、可隨著蒸餾水蒸發(fā)的油液體。揮發(fā)物不是均一的化合物,它是有多種化學(xué)性質(zhì)不同的成分組成的混合物,一種揮發(fā)物可能含有幾十種乃至一、二百種化學(xué)成分。揮發(fā)物中有許多成分具有較強(qiáng)的生理活性。對(duì)人體健康而言,其中有些有益,而有些有害。隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)以及對(duì)身心健康的日益重視,關(guān)于揮發(fā)物與人體健康之間的關(guān)系越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但由于受到研究手段以及已有醫(yī)學(xué)知識(shí)等諸多限制,如揮發(fā)物的采集方法問題,因?yàn)椴杉椒ú煌?所得揮發(fā)物的化學(xué)成分會(huì)有所不同,一直以來(lái)最為常用的是浸提液法、水蒸氣蒸餾法等,但都未能做到將材料處于自然狀態(tài)下進(jìn)行揮發(fā)物采集,如何才能采集到自然狀態(tài)下材料的揮發(fā)物成分一直處于探索與完善之中;另外,象揮發(fā)物中一些成分到底有哪些生理活性,對(duì)人體健康究竟有哪些影響等,也知之甚少,正因如此,這方面的研究工作長(zhǎng)期以來(lái)一直較少。近年來(lái)氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)日趨成熟,并在物質(zhì)分離、成分結(jié)構(gòu)鑒定方面得到廣泛應(yīng)用,揮發(fā)物采集技術(shù)(如動(dòng)態(tài)頂空采集法、液空采集法等)也在不斷提高,這些都為材料在自然狀態(tài)下的揮發(fā)物采集和成分的精確測(cè)定與分析提供了可能。不過,總體來(lái)看,自然狀態(tài)下材料的揮發(fā)物及其與人體健康方面的研究才剛剛起步,許多方面都有待于進(jìn)一步深入探索。揮發(fā)物不僅是植物中一類常見的重要成分,而且也是木材的組成成分之一,如從木材中提取的α-和β-蒎烯是工業(yè)上合成樟腦和多種香料的重要原料。木材中逸出的揮發(fā)油成分,賦予木材具有氣味。不同樹種木材中揮發(fā)油的含量和成分差別很大。今天,木材在室內(nèi)裝修、家具等方面得到大量使用。由于揮發(fā)物的存在,這些材料自然要向室內(nèi)空間揮發(fā)其所含有的各種揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì),改變著室內(nèi)空氣環(huán)境,從而對(duì)室內(nèi)居民的身心健康造成影響。因此,研究室內(nèi)建筑裝修和家具廣泛應(yīng)用的木質(zhì)材料中揮發(fā)物化學(xué)組成及其對(duì)人體的影響,對(duì)于正確選擇有益人身健康的材料,避免使用有害木質(zhì)材料及其制品,創(chuàng)造一個(gè)潔凈、健康的室內(nèi)空氣環(huán)境具有重要意義?；谶@種目的,作者以我國(guó)最為重要的商品材杉木作為研究對(duì)象,在國(guó)內(nèi)首次采用動(dòng)態(tài)頂空套袋采集法和TCT-GC/MS聯(lián)用技術(shù),對(duì)自然狀態(tài)下木材揮發(fā)物成分進(jìn)行了采集、測(cè)定與分析,并從生理、心理等角度進(jìn)一步分析了揮發(fā)物成分對(duì)人居環(huán)境、人體健康的影響,試圖為木質(zhì)材料揮發(fā)物成分及其對(duì)人體健康影響方面的研究摸索出一些新的方法、途徑與思路。1材料和方法1.1材料提取物的提取1.1.1空氣過濾及采氣時(shí)間的確定采用動(dòng)態(tài)頂空套袋采集法。其裝置如圖1所示。具體操作步驟如下:(1)用塑料袋套住適量的地板材以后,立刻將袋內(nèi)的空氣抽走。(2)抽走袋內(nèi)的空氣后,用泵泵入通過活性炭和GDX-101過濾后的凈化空氣,并密閉系統(tǒng)。(3)待密閉30min后,如圖1所示開始循環(huán)采氣。采氣時(shí)間根據(jù)材料揮發(fā)物釋放量有所不同,以保證目標(biāo)成分可達(dá)到儀器的檢測(cè)限,又不穿透吸附劑為宜。本試驗(yàn)中材料揮發(fā)性有機(jī)物的采集,流量為100mL·min-1,采樣的時(shí)間為30min。采樣時(shí)的環(huán)境溫度為26℃,空氣濕度為50%。1.1.2白色實(shí)驗(yàn)先把采樣袋中的空氣抽盡,然后沖入過濾的空氣。待袋中空氣達(dá)2/3體積時(shí)接吸附管,循環(huán)采氣。1.1.3氣泵和流量計(jì)的選型采樣氣路。循環(huán)采樣要求有較好的氣密性,管路盡量不形成干擾物質(zhì),因此選用硅膠管作為連接管路。采樣袋。采樣袋位于過濾器后,并直接與吸附管連接,因此對(duì)采樣袋要求較高。其材質(zhì)要求不與被測(cè)組分產(chǎn)生吸附、發(fā)生化學(xué)變化或形成干擾物質(zhì)。本試驗(yàn)采用的是美國(guó)ReynoldsMetalsCompany生產(chǎn)的ReynoldsOvenBag,該產(chǎn)品材質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫,可保證不釋放揮發(fā)性氣體。袋子的大小為482mm×596mm。采樣所用的吸附管和吸附劑。采樣所用的吸附劑要求具有良好的熱穩(wěn)定性,能有效地吸附/解吸揮發(fā)性有機(jī)物。本試驗(yàn)選用的TenaxGR(60~80mesh),Tenax-GR能高效地吸附/解吸低分子量有機(jī)物,適用于揮發(fā)性有機(jī)成分的富集與分析。采樣管選用Chrompack公司的產(chǎn)品。長(zhǎng)16cm,內(nèi)徑3mm。平均每根采樣管裝0.2000左右的Tenax-GR。采樣前將裝有吸附劑的吸附管放在熱脫附器上,在275℃溫度條件下,通N2老化120min。首次用于裝柱的吸附劑應(yīng)按說明用溶劑清洗并通N2吹干后再老化。氣泵及流量計(jì)。本實(shí)驗(yàn)采用的是北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所生產(chǎn)QC-1型大氣采樣儀。轉(zhuǎn)子流量計(jì)使用前經(jīng)皂膜流量計(jì)校正。本試驗(yàn)所采用的這種方法,其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在:可采集材料在自然狀態(tài)下的揮發(fā)成分,循環(huán)吸附可將含量很低的揮發(fā)性成分累積富集,高質(zhì)量的采集袋、吸附管和吸附劑保證了揮發(fā)性成分的有效采集、吸附與解吸,熱脫附方法保證了揮發(fā)性成分的準(zhǔn)確分析。1.2儀器和工作條件1.2.1實(shí)驗(yàn)儀器TCT-GC/MS,型號(hào):CP-4010PT/TCT(CHROMPACK公司);TRACEGC2000(CEINSTRUMENT公司);VOYAGERMASS(FINNIGANG公司)。1.2.2儀器的工作條件TCT的主要條件:SystemPressure,20kPa;Rodtempreture,250℃;TrapPrecool,-100(3min)TubeDesorption,250℃(10min);Trapinject,260℃。GC的工作條件:色譜柱,CP-Si18LowBleed/ms(60m×0.25mm×0.25μm)。程序升溫:40℃(3min)-6℃·min-1-250℃(3min)Postrun270℃(5min)。MS的工作條件:IonizationMode,EL;E-energy:70eV;Massrange,29~350amu;l/F,250℃;Sre,200℃,EmissionCurrent,150μA。1.2.3檢索譜庫(kù)NIST98。1.3蒸發(fā)效率分析從藥物生理和芳香療法的角度,分析揮發(fā)物對(duì)人體健康的影響。2結(jié)果與分析2.1揮發(fā)物成分及強(qiáng)度分析鑒定結(jié)果,杉木木材揮發(fā)物主要為55種化合物組成的混合物,具體見圖2和表1。由表1中可見,杉木木材揮發(fā)物成分和其它材料一樣,都是由脂肪族化合物、芳香族化合物和萜類化合物三類化合物組成,符合揮發(fā)物成分的共性。進(jìn)一步分析,在這些成分中,有脂肪族化合物15種,芳香族化合物5種,萜類化合物35種;在揮發(fā)物強(qiáng)度方面,以萜類化合物相對(duì)較強(qiáng),脂肪族化合物相對(duì)較弱。很明顯,杉木木材揮發(fā)物的主要組分是萜類化合物。2.2杉木木材的-烯類及及其他類化合物的功能眾所周知,揮發(fā)物對(duì)人類的身心健康會(huì)產(chǎn)生影響。而這些影響從根本上說,都是由揮發(fā)物中所含有的化合物成分決定的。在組成揮發(fā)物的三大類成分中,最具生理活性的當(dāng)數(shù)萜類化合物。萜類化合物種類繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,性質(zhì)各異,生理活性表現(xiàn)多種多樣。例如:雷公藤內(nèi)酯、雷公藤羥內(nèi)酯具有抗血病、抗腫瘤活性;馬桑內(nèi)酯類化合物具有治療神經(jīng)分裂癥作用;芍藥甙能夠抑制血小板凝集、擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈、增強(qiáng)免疫功能;齊墩果酸具有促進(jìn)肝細(xì)胞再生活性;戎蘆素B、E具有防治肝硬變、肝炎的活性;鬧羊花毒素Ⅲ對(duì)重癥高血壓有緊急降壓作用并對(duì)室上性心動(dòng)過速有減慢心率作用;雪膽甲素能夠抗菌消炎等等。另外,不少單萜和倍半萜成分都具有祛痰、止咳、平喘、驅(qū)風(fēng)、健胃、解熱及鎮(zhèn)痛等功效;有些成分還是香料、化妝品工業(yè)的重要原料。本試驗(yàn)中得到的萜類化合物成分,已確定具有生理活性的化學(xué)成分有:α-蒎烯有明顯鎮(zhèn)咳和祛痰功能,并有抗真菌(如白念珠菌)作用;β-蒎烯也具有抗炎,祛痰,抗真菌作用;α-香葉烯(月桂烯)能夠祛痰,鎮(zhèn)咳。檸檬烯可治療膽結(jié)石,并有刺激性祛痰作用;β-水芹烯有令人愉快的香氣對(duì)支氣管有溫和的刺激作用,吸入作為祛痰劑,并可作殺蟲劑和驅(qū)白蟻劑;莰酮興奮中樞神經(jīng)系統(tǒng),強(qiáng)心、升壓,少量胃腸舒適,抗真菌(但誤服有毒性);莰醇抗心肌缺血,促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng),止痛防腐、抗炎等;α-石竹烯具有平喘作用;雪松醇能起到解痙功效;杜松醇具有祛痰作用……當(dāng)然除上述化學(xué)成分以外,還有其它成分,這些成分由于沒有經(jīng)過藥理試驗(yàn),其作用目前尚不清楚,有待今后進(jìn)一步研究。不過從上述已知的萜類化合物所具有的各種生理活性推定,富含萜類化合物的杉木木材總體上具有明顯的抗菌、消炎、祛痰、鎮(zhèn)咳作用,并能解除緊張,令人放松,有利于居住者的身心健康。續(xù)表1Continue研究揮發(fā)物作用的一個(gè)重要新興領(lǐng)域?yàn)榉枷惘煼?Aromatherapy)。所謂芳香療法是指將植物中的芳香物質(zhì)(精油或揮發(fā)物),通過各種方式吸入人的體內(nèi),從而對(duì)人的身心健康發(fā)揮作用的一種方法。大量研究證明,芳香療法對(duì)于生活節(jié)奏高度緊張而引起的身心疾病即所謂“現(xiàn)代病”的治療有良好效果。其作用主要表現(xiàn)在:芳香物質(zhì)能夠讓人心情愉快、輕松舒適(如春黃菊油),能使人鎮(zhèn)靜、令人清醒(如檸檬香),能使人精力集中、工作效率提高(如迷迭香),還能活化循環(huán)機(jī)能(如薄荷腦)甚至具有減肥功效等等。有關(guān)具體的研究如:在室內(nèi)送入檸檬等香氣,發(fā)報(bào)人員的失誤率明顯降低;吸入宜人的香氣,可使α腦波的功率譜密度較早地恢復(fù)到1/f型漲落譜狀態(tài),使人輕松自然;側(cè)柏等植物精油的吸入能導(dǎo)致伴隨性陰性變動(dòng)(事件關(guān)連電位,CNV)早期成分減少,起鎮(zhèn)靜作用,茉莉等植物精油的吸入導(dǎo)致CNV早期成分加,起覺醒作用;臺(tái)灣扁柏材油芳香物質(zhì)的吸入,可使人的血壓下降,R-R間隔即脈搏每拍間隔的變動(dòng)系數(shù)減少,工作效率提高,自然感增強(qiáng);另外,低濃度的α-蒎烯的吸入,可使人的精神性發(fā)汗減少,,指尖血流量增加,脈搏少而穩(wěn)定,可抑制交感神經(jīng)的興奮,促進(jìn)副交感神經(jīng)的作用,使人趨于放松,減輕疲勞感。因此,從芳香療法的角度來(lái)看,由于杉木木材中含有的α-蒎烯等萜類化合物多具有較強(qiáng)的香氣和生理活性,因而可能具有良好的芳香療法效果。揮發(fā)物中的脂肪族化合物和芳香族化合物,通常數(shù)量較少,杉木木材揮發(fā)物也是如此,因此揮發(fā)物中這兩類化合物的生理活性相對(duì)而言少有研究。不過,從香精香料方面的研究來(lái)看,其中有些化合物也具有較好的香氣。醛有檸檬香氣和玫瑰香韻,庚醛有芳香性等等……因此,這些香氣的吸入,理論上來(lái)說,也會(huì)起到一定程度的芳香療法作用。但一般來(lái)說脂肪族化合物和芳香族化合物芳香成分在揮發(fā)物中的含量相對(duì)較少,揮發(fā)物的香氣及其芳香療法作用主要還是由大量的萜類化合物中芳香成分所決定。從上述揮發(fā)物成分的生理活性以及芳香療法作用現(xiàn)有分析來(lái)看,杉木木材揮發(fā)物中具有許多有益成分,尤其是各種萜類化合物,它們多具有抗菌、消炎、祛痰、鎮(zhèn)咳作用,并能解除心理上的緊張與疲勞,令人感覺自然、輕松、舒適、愉快等良好的生理活性及芳香療法作用,能夠積極改善空氣品質(zhì),不論在生理上,還是心理上,對(duì)居住者的身心健康都較為有利。當(dāng)然杉木揮發(fā)物中某些成分的效用以及整個(gè)揮發(fā)物的實(shí)際效用等問題都還有待以后進(jìn)一步試驗(yàn)。3杉木木材中揮發(fā)油成分采用動(dòng)態(tài)頂空套袋采集法和TCT-GC/MS聯(lián)用等技術(shù)進(jìn)行揮發(fā)物成分采集與分析,具有十分自然、真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠等特點(diǎn),是分析自然狀態(tài)下材料揮發(fā)物成分的有效方法。杉木木材的揮發(fā)油成分以萜類化合物種類