泥炭组成成分的GC-MS分析

王宇琦 孔令瑶 王磊

摘要：在常温下，依次采用石油醚、二硫化碳、乙醚、乙酸乙酯和丙酮萃取泥炭样品，然后利用硅胶柱色谱对萃取液进行分离，并对每级洗脱液进行气相色谱质谱（GC-MS）分析。结果表明：在各萃取剂中，石油醚对泥炭的萃取率最高，为4.7%;而乙醚最低，仅为0.54%。通过GC-MS检测出200余种化合物，其中烷烃/氯代烷烃种类最为丰富，有51种;芳香族化合物次之，有41种。这些化合物中，多数含有不饱和键，分子呈链状或环状结构。

关键词：泥炭;GC-MS;柱层析

基金项目：吉林省大学生创新创业项目（项目编号2017109）

中图分类号： O6-332;O657.6                             文献标识码：  A              DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2019.06.020

泥炭又称泥煤或草炭，是沼泽中死亡植物残体转化积累形成的有机矿产资源[1，2]，其形成时间比煤的形成时间短，是成煤的初级阶段，所以在现代仍然可得到缓慢补充[3]。泥炭的有机质和纤维含量丰富，是经济效益、环境效益都十分明显的自然资源[4]。同时泥炭在改善水土结构，防止土壤退化等方面有重要应用[5]。许多科研人员在泥炭的应用方面做出了许多研究：刘梅堂等阐述了泥炭在腐殖酸开发上的巨大潜力[6];薛积彬等通过对泥炭环境代用指标的分析，得到了区域气候变化的特征[7];满秀玲等对小兴安岭泥炭中有机碳、磷等元素的分布特征进行研究[8];曹小勤还对泥炭的聚煤作用做出浅析[9]。泥炭还在化工领域中有重要应用，泥炭中的许多化学成分都是化工生产中的重要原材料。N. Bambalov研究发现，全球只有不到1%的泥炭被应用到化学加工领域，这其中化学品大多应用于吸附剂、染料、生物活性物质、药物的生产加工中 [10]。据报道，泥炭经过化学加工可制得富含腐殖酸的产品，可以作为粘合剂、表面活性剂、染色分散剂等;泥炭中的粗脂经漂白和乙二醇酯化可用于化妆品的加工制造;在我国，泥炭可以用于蓄电池阴极板膨胀剂的制备以及用于水泥添加剂等[11]。此外，泥炭还可以作为燃料用于保暖发电，但此举无疑会对环境造成很大的不良影响，也会对泥炭资源造成极大的浪费，所以加大对泥炭非燃料价值的利用研究十分必要，而探明泥炭中化学物质的组成成分可以为其研究提供参考信息。

本文利用溶剂萃取技术、柱层析技术以及气相色谱质谱联用技术对泥炭的组成成分进行分离分析，探究了泥炭的化学组成，获得了泥炭中有机物的客观信息，为泥炭的合理开发利用提供参考。

1 试验准备

1.1 试验材料、仪器与试剂

试验材料：泥炭（采自吉林省梅河口郊区）。

仪器： GC-MS QP2010气相质谱联用仪（日本岛津公司）;B-491＼R-215旋转蒸发仪（瑞士BUCHI公司）;AL204电子天平（上海梅特勒-托利多仪器有限公司）;XS-10 500 g多功能粉碎机（上海兆申科技有限公司）。

试剂：石油醚（60-90）、二硫化碳，乙醚、乙酸乙酯、丙酮、甲醇、正己烷、环己烷、二氯甲烷、四氯化碳，上述试剂均为市售分析纯，经旋转蒸发仪精制后使用;硅胶（200目）。

1.2 试验方法

泥炭：粉碎，过80目筛，80℃下真空干燥至恒重，备用。

对泥炭样品依次使用石油醚、二硫化碳、乙醚、乙酸乙酯、丙酮超声逐级萃取，分别得到萃取物（F1～F5）和萃余物（R1～R5），对每级萃余物称重，记为mi（i=1～5）。

泥炭逐级萃取物柱层析色谱分离：固定相：200目硅胶。石油醚萃取物流动相：正己烷、环己烷、四氯化碳、二氯甲烷、乙醚、丙酮、甲醇;二硫化碳萃取物流动相：正己烷、环己烷、二氯甲烷、甲醇;乙醚萃取物流动相：二硫化碳、二氯甲烷、四氯化碳、甲醇;乙酸乙酯萃取物流动相：二氯甲烷、乙醚、丙酮、甲醇;丙酮萃取物流动相：乙醚、乙酸乙酯、甲醇。

GC-MS分析条件[12]  下气相色谱条件：色谱柱Rxi-5MS型（30m 0.25mm 0.25μm）;载气为高纯氦;柱流速为1.0mL/min;进样口温度为280℃;采用程序升温，初始温度40℃，保持4min，以5℃/min程序升温至180℃，保持8min，以25℃/min程序升温至280℃，保持5min;进样模式为分流进样，分流比为100∶1。质谱条件：离子源为电子轰击（EI）源;离子源温度为230℃;电子能量为70eV;接口温度为280℃;溶剂延迟4.5min;质量范围m/z40～500;检索谱库为美国N1ST11.LIB、N1ST11s.LIB。

2 结果与讨论

2.1泥炭萃取率

用不同极性的溶剂对泥炭进行超声波萃取，其萃取率见表1。石油醚、乙酸乙酯对泥炭的萃取率较高，分别为4.70%、4.60%;二硫化碳、丙酮的萃取率分别为3.97%、3.71%，而乙醚對泥炭的萃取率较低，仅在0.54%左右。

2.2 泥炭萃取物组成及含量

将萃取物经过GC-MS检测后，将图谱与美国NIST11.LIB、NIST11s.LIB谱库进行相似度检索，对化学组分进行定性分析，利用峰面积归一化法进行定量分析。图1～图5为各级萃取物的总离子流图。泥炭各级萃取物样品的各组分相对百分含量（质量百分比）分布如图6所示。石油醚为萃取剂时，萃取物组成最为丰富，其中包括烷烃、烯烃、醇、酮等10类物质。在二硫化碳萃取物中，芳香族化合物含量达到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，约占总量的36.31%。在乙醚萃取物中，烯烃含量较多，约占总量的52.12%。在丙酮萃取物中，酮类物质相对百分含量最多，为44.00%。

GC-MS检测结果显示：在泥炭的各级萃取物中共发现200余种物质，其中烷烃/氯代烷烃53种，烯烃14种，醇类29种，醛类14种，酮类16种，芳香族化合物41种，酯类32种，有机酸12种，含N化合物9种，还有少数醚类物质。在石油醚萃取物中得到的化合物种类最多，有156种，而在乙醚萃取物中检测到的物质种类最少，仅有19种。

在各级萃取物中，烷烃可分为：正构烷烃、支链烷烃和环烷烃;在芳香族化物中，包括大量的多取代苯和少数稠环化合物;酯类物质主要有脂肪酸酯，羧酸类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，如己内酰胺、棕榈酰胺、油酸酰胺等;此外，还检测到角鲨烯、山萮醇、龙脑烯醛、桃金娘烯醛、植酮、无羁萜、桉叶油素等天然产物。这些化学组分大部分含有不饱和键，具有链状或环状结构，多具支链，且分子量不大，聚合程度不高，这表明泥炭处于植物分子正在分解新的物质形成的交替演化阶段，是煤化程度很低的煤，同时这些成分也是化工中的重要原材料，可以应用于生产生活的各个领域。

3 结论和展望

通过超声逐级萃取，硅胶柱层析分离和GC-MS检测对泥炭的化学组成成分进行分离分析，初步明确其中的化学组成与成分类型，从中可知泥炭绝大部分由烷烃、醇、酮等成分构成，其中富含天然产物，环化程度较低，多数具有不饱和键，可以判断泥炭正处于植物残体发展成煤的初级阶段，为泥炭的利用和研究提供了参考。

参考文献

[1]郝月，杨翔华，马学良.泥炭资源的综合利用[J].矿产综合利用，20060（01）：30-34.

[2]孟宪民.我国泥炭资源利用研究进展和展望[J].腐植酸，2004（05）：24-29.

[3]孟宪民.我国泥炭资源的储量、特征与保护利用对策[J].自然资源学报，2006（04）：567-574.

[4]王铭，刘子刚，马学慧等.中国泥炭地有机碳储量分区[J].湿地科学，2012（02）：156-163.

[5]沈彦.泥炭在水土保持生态修复中的应用[A].中国首届城市水土保持学术研讨会论文集[C].2013年.

[6]刘梅堂，王天雷，程瑶，等.中国泥炭褐煤资源及发展腐植酸钾产业潜力[J].地学前缘，2014，21（05）：255-266.

[7]薛积彬，钟巍，彭晓莹，等.南岭东部大湖泥炭沉积记录的古气候[J].海洋地质与第四纪地质，2007（05）：105-113.

[8]满秀玲，刘斌，李奕.小兴安岭草本泥炭沼泽土壤有机碳、氮和磷分布特征[J].北京林业大学学报，2010，32（06）：48-53.

[9]曹小勤.天祝县西大滩——景泰县寺儿滩盆地南营儿组（Tn）层序地层特征与聚煤作用浅析[J].甘肃科技，2010，26（21）：61-63.

[10]N. N. Bambalov.  Use of peat as an organic raw material for chemical processing. Institute for Nature Management，[J]. Belarussian Academy of Sciences. Solid Fuel Chemistry， 2012， 46 （05），282-288.

[11]朱之培.泥炭作為能源及其在化工中的利用[J].上海化工，1985（02）：17-19.

[12]薛晓丽，张心慧，孙鹏，等.六种长白山药用植物挥发油成分GC-MS分析[J].中药材，2016，39（05）：1062-1066.

作者简介：王宇琦，在读本科生，研究方向：分析化学。

通讯作者：孔令瑶，硕士，研究方向：分析化学。