实时直接分析质谱技术在木材识别研究中的应用
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科学技术在木材检验工作中的应用我国在森林资源含有量方面一直都处于较落后的情况下,这样也使得我国在发展经济的同时对林业建设更加重视。
近年来,我国在造林抚育方面一直给予了高度重视,但是,即使这样,新林在成长过程中需要很长的时间,在这个过程中人们对原有的森林资源进行了不断的采伐,这样也使得森林资源在使用方面远远超过了更新的速度,因此,在木材检验过程中更好的利用科学技术能够保证木材的使用效率,同时也能保证森林资源的保有量,为环境保护贡献力量。
标签:森林资源;木材检验;措施在我国经济增长过程中,木材产业所占的比重是非常大的,木材及其衍生产品创造出来的产值对我国的国民经济发展意义非常大。
我国在木地板的产量、人造板产量和木质家具的制造已经具有了一定的规模。
木材是非常重要的建筑装修材料,而且,在使用过程中也对人体没有任何的危害,因此,也受到了人们的青睐。
但是,由于木材资源对环境改善的作用也非常大,因此,过度的开发使用对环境也会带来很大影响。
森林是人们获取木材的主要产地,同时也是可以进行再生的材料,因此,人们在对森林资源进行利用的时候出现了过度开发的情况。
森林受到破坏对人们生活的环境会产生很大的影响,因此,在人们的思想意识发生变化的时候对环境保护问题就更加重视了,为此,我国推出了天然林保护工程,这样能够更好的提高我国的森林保有量,但是,由于树木在成长过程中要经历漫长的时间,因此,在一边种植一边开发利用的过程中,会出现森林砍伐严重的情况,同时,也导致了即使在不断种植过程中,森林的保有量也一直在呈现减少的情况。
森林资源在开发使用过程中出现了有减无增的情况会导致我国的木材价格出现不断上涨。
在未来的很长时间内,我国的木材市场会出现供不应求的情况,这也是导致价格上涨的主要原因。
为了能够更好的解决林业资源存在的短缺情况,一定要提高资源的利用效率,保护林业资源,同时也能更好的利用有效的资源发挥最大的经济效益。
我国林业系统在发展过程中,一定要将其社会效益发挥出来,同时,在对木材进行检验的时候,一定要应用先进的技术,保证在质量和数量方面进行控制。
木材的色谱和电泳分析木材作为一种天然材料,其化学组成复杂多样,主要由纤维素、半纤维素、木质素和提取物等组成。
为了深入了解木材的化学成分,色谱和电泳分析技术被广泛应用于木材化学研究领域。
本文将重点介绍这两种技术在木材化学分析中的应用。
1. 色谱分析色谱分析是一种基于物质在固定相和流动相之间分配系数不同的原理,实现混合物中各组分分离和检测的技术。
木材化学成分的分析中,常用的色谱技术有气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)和薄层色谱(TLC)等。
1.1 气相色谱(GC)气相色谱是一种以气体为流动相的色谱技术,适用于分析挥发性较好的化合物。
在木材分析中,GC常用于检测木材中的抽提物、挥发性有机物等。
例如,通过GC分析可以确定木材中不同抽提物的含量,从而评估木材的化学组成和性质。
1.2 高效液相色谱(HPLC)高效液相色谱是一种以液体为流动相的色谱技术,适用于分析非挥发性化合物。
在木材化学分析中,HPLC常用于测定木材中的纤维素、半纤维素和木质素等。
通过HPLC可以获得木材中这些主要成分的含量,进而评价木材的质量和利用价值。
1.3 薄层色谱(TLC)薄层色谱是一种以固体或液体作为固定相,液体或气体作为流动相的色谱技术。
TLC在木材化学分析中的应用较为广泛,如用于鉴定木材中的抽提物、木质素等。
通过TLC分析可以快速、简便地了解木材中化合物的种类和含量。
2. 电泳分析电泳分析是一种利用电场力将带电粒子在电泳介质中分离的技术。
在木材化学分析中,电泳技术主要用于分析木材中的蛋白质、酶等生物大分子。
2.1 琼脂糖凝胶电泳(AGP)琼脂糖凝胶电泳是一种常用于分析生物大分子的电泳技术。
在木材分析中,AGP可用于测定木材中的蛋白质含量和种类。
例如,通过AGP可以了解不同树种木材中蛋白质的分布特点,从而为木材改良和利用提供理论依据。
2.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)聚丙烯酰胺凝胶电泳是一种适用于分析蛋白质和酶等生物大分子的电泳技术。
数据分析:质谱技术在化学分析中的应用
质谱技术在化学分析中的应用非常广泛,以下是具体的一些应用:
1. 药物分析:质谱分析技术在药物分析领域中发挥着重要作用。
药物的鉴定和定量分析通常需要高度准确和精确的结果,质谱分析技术正好能够满足这些需求。
例如,液相色谱-质谱联用技术在药物代谢和药代动力学研究中被广泛应用。
通过对药物代谢产物进行质谱分析,可以揭示药物在体内的代谢途径和代谢产物,为药物研发和临床应用提供重要依据。
2. 环境监测:质谱分析技术在环境监测领域中也有着广泛应用。
环境中的污染物通常含量极低,因此需要高灵敏度的分析方法进行监测。
质谱分析技术具有高灵敏度和高选择性的特点,能够对环境样品中的有机污染物、重金属和农药等进行准确鉴定和定量分析。
同时,质谱分析技术还可以用于研究污染物的来源、迁移和转化过程,为环境保护和治理提供技术支持。
总的来说,质谱技术在化学分析中的应用非常广泛,它能够提供高精度和高灵敏度的分析结果,为化学分析提供了重要的技术支持。
质谱分析技术的应用及新技术研究质谱分析技术是一种非常有用的分析工具,可以帮助科学家们进行分子结构的分析,确定质量和数量等相关参数。
在生物、化学、环境等领域,质谱分析技术都有着非常重要的应用,可以帮助人们更好地理解和探索世界。
一、质谱分析技术的应用质谱分析技术可以应用于各个领域,其中生物领域是其中的一个热点研究方向。
生物药物作为一种新型的药物,拥有体内活性、结构复杂等特点,需要进行有效的分析检测。
利用质谱分析技术,科学家们可以对生物药物进行结构分析,研究其特性和功能,帮助人们更好地了解药物的作用机制,为临床应用提供有力的支持。
除了生物领域,化学领域是另一个应用质谱分析技术的领域。
化学品在生产、储存、使用和废弃处理等环节中,都会产生各种化学分子和化合物,这些物质的安全性和环境污染问题对人类健康产生着重要影响。
而质谱分析技术可以对化学品进行分析,判定其存在的物质类型和数量等信息,为环保和人类健康提供有力的支持。
二、新技术研究随着科技发展的不断推进,质谱分析技术也不断呈现出新的技术研究方向。
目前,质谱分析技术主要面临的挑战是对大分子复合物的定性、定量分析等。
为此,科学家们在研究中引入聚合物质谱、超静态质谱、离子迁移技术等新技术。
聚合物质谱是一种新型的质谱分析技术,主要通过对聚合物结构进行分析来实现对聚合物的定性定量。
与传统技术相比,聚合物质谱可以进行高效的特征分析,而且对样品的标记没有太多的要求。
超静态质谱是另一种新型的质谱分析技术,利用高分辨率的质谱仪进行分析,不仅可以分析化合物,还可以研究物质在空气和水中的分布规律等。
离子迁移技术是一种基于离子迁移的分析技术,通过对药物、食品等的离子迁移行为进行研究,实现对样品的定性定量分析。
总之,质谱分析技术是一种非常重要的分析工具,对人类健康、环境保护等领域都有着不可替代的作用。
而新技术的推出,将会对质谱分析技术的应用和发展带来重要的突破和进步。
相信有了这样的推动和助力,质谱分析技术将成为更加高效、更加可靠的分析工具,为各个领域的研究和发展带来重大贡献。
基于人工智能的木材品质检测及分析随着社会的发展,木材作为一种重要的资源,不仅广泛应用于建筑、家具、工艺品等领域,而且也被广泛运用于包装、运输、托盘等领域。
为了保证产品的质量,对于木材的检测及分析也变得日益重要。
目前,传统的木材品质检测方法依靠人工目视检测、切割、刻度等步骤,这既费时费力,而且还具有一定的主观性。
然而,随着人工智能技术的迅猛发展,基于人工智能的木材品质检测及分析也异军突起,得到了广泛的应用。
本文将探讨基于人工智能的木材品质检测及分析的技术和应用。
一、基于人工智能的木材品质检测技术1.计算机视觉技术计算机视觉技术是基于数字图像的自动分析和理解,也是人工智能技术的一种重要分支。
在木材品质检测中,利用计算机视觉技术可以快速、高效地进行木材图像的处理和分析,提取木材图像中的颜色、纹理、形状等特征,通过特定的算法进行分析比较,从而实现对木材的品质检测。
2.深度学习技术深度学习技术是人工智能技术的一个分支,其主要特点是利用多层的神经网络进行自动化的分析和处理。
在木材品质检测中,利用深度学习技术可以通过大量的数据训练出高度准确的检测模型,在检测木材的大小、形状、颜色等方面可以得到更为准确的结果。
3.机器学习技术机器学习是一种以数据为基础的自动化分析技术,与深度学习技术相同,都可以利用大量的数据进行模型的训练和学习。
在木材品质检测中,通过机器学习技术可以从大量的木材数据中进行分析比较,对木材的特征进行学习和训练,从而得到较为准确的检测结果。
二、基于人工智能的木材品质检测应用1.自动化检测生产线在传统的木材生产流程中,往往很大程度上是依赖于人工进行检测和判定的。
这不仅效率极低,而且还容易出错。
基于人工智能的木材品质检测技术可以实现自动化的检测生产线,极大地提高生产效率,同时还可以提高木材品质的稳定性和可靠性。
2.安全监测基于人工智能的木材品质检测技术除了可以用于生产线上的检测以外,还可以应用于安全监测上。
DART实时直接分析仪性能指标用途:DART是一种非表面接触型解析/离子化-质谱分析技术。
能在几秒钟内分析存在于气体、液体、固体或材料表面的化合物。
样品无需冗繁的样品制备和分离,或仅需要简单的前处理。
对食品、药品、体液、包装材料、玩具、日用品、玻璃、环境、现场等样品中的活性成分或毒性化合物实施快速、无接触、无损耗的定性和定量分析检测。
在药物研发、食品和药品安全控制与检测、司法鉴定与物证分析、临床检验、材料分析、天然产物品质鉴定、及相关化学和生物化学分析等领域广泛应用。
第三代产品,DART®-SVP,更实现了标准化大气压和标准电压条件下的自动化数据采集。
通过增加自动样品扫描模块,实现重现和高通量分析操作,提高定性分析和定量分析的精密度和准确度。
简化的硬件设计降低背景噪音信号,并方便用户自行更换栅网等附件,以保持初装时的性能状态。
性能:1.广泛应用于TOF、QTOF、离子阱、Orbitrap,单四极杆、三重四级杆、或其他各种类型的串联质谱仪。
2.DART能与AB-SCIEX,安捷伦,布鲁克,JOEL,赛默飞世尔和沃特斯等质谱仪厂家的LCMS质谱仪联机。
3.通过和质谱厂家质谱系统组合可构建原位DART-MS质谱分析检测系统。
4.降低甚至消除样品基质可能带来的基质抑制效应,无需繁杂的样品制备和耗时的色谱分离。
5.单一样品分析在几秒钟内完成,样品分析周期极短。
6.采用氮气或氦气为载气,无需消耗化学溶剂,为“绿色”检测技术。
7.DART 技术无需液体流动相,无需高电压,无需色谱分离用消耗品。
可供调节的实验参数较少,操作简便,易学。
8.DART离子信号单纯,质谱图干净,没有Na+和K+的加合离子或多电荷离子产生,便于解析。
9.化合物的离子化过程不受溶剂(如四氢呋喃,二甲基亚砜,十二烷基硫酸钠等)和非挥发性缓冲盐类(如饱和氯化钠,磷酸盐,硼酸盐等)的抑制。
这些溶剂和缓冲液通常严重抑制或淬灭常规的LC-MS离子化过程。
4种樟属木材GC-MS化学辅助鉴别研究
樟属(Cinnamomum)是常绿乔木和灌木,包括超过300个品种,分布在亚洲、澳大利
亚和太平洋群岛等地区。
樟属木材因其香气和良好的物理性质而广泛用于家具、建筑材料
和装饰等方面。
由于市场上存在着伪劣的樟属木材,鉴别正宗的樟属木材变得越来越重要。
本文旨在介绍通过GC-MS化学辅助鉴别樟属木材的研究进展。
GC-MS是气相色谱-质谱联用技术,可以对复杂样品进行分离和鉴定,特别适用于复杂混合物的分析。
在樟属木材的研究中,通过GC-MS技术可以分析木材中的挥发物组成,从
而实现对木材的鉴别。
以下是四种樟属木材的GC-MS化学辅助鉴别研究的概述:
1. 澳洲樟木:
澳洲樟木是一种常见的樟属木材,具有淡黄色、均质细致的特点。
研究表明,通过
GC-MS技术分析澳洲樟木的挥发物组成可以鉴别其真伪。
研究发现,澳洲樟木的挥发物主
要包括α-长石烯、β-长石烯和香叶醇等成分,而伪澳洲樟木的挥发物组成与其不同。
通过GC-MS化学辅助鉴别樟属木材是一种有效的方法。
通过对木材中挥发物的分析,
可以识别正宗的樟属木材并鉴别伪劣品。
需要指出的是,GC-MS技术在鉴别木材时仍存在
一些局限性,对于某些极少量的化学成分可能无法进行准确鉴别。
还需要进一步完善分析
方法,提高鉴别木材真伪的准确性和可靠性。
实时直接分析-飞行时间质谱新技术在微量物证检验中的应用刘占芳;周红;孙振文;朱军;张冠男;乔婷;赵彦彪;徐建中【摘要】本文应用实时直接分析-飞行时间质谱(DART-TOFMS)新技术对法庭科学领域的爆炸残留物、动植物油脂、消字笔、印章等微量物证进行检验分析,实现了环境大气压状态下,气体、液体、固体和复杂基质表面的标志性化合物的直接分析.该技术突破了传统质谱分析的局限性,在物证检验鉴定方面更具优越性:①分析过程中无需前处理,减少了杂质干扰和样品损耗,提高了检验灵敏度和准确性;②不破坏检材,保存了物证鉴定中检材的完整性;③广谱性分析方法,得到更加丰富完善的数据信息,为后期质谱分析提供有力的数据支撑.因此,DART-TOFMS质谱分析新技术将成为未来法庭科学物证检验技术的一种新趋势.【期刊名称】《刑事技术》【年(卷),期】2017(042)002【总页数】4页(P147-150)【关键词】法庭科学;微量物证;DART-TOFMS;爆炸残留物;动植物油脂;消字笔【作者】刘占芳;周红;孙振文;朱军;张冠男;乔婷;赵彦彪;徐建中【作者单位】公安部物证鉴定中心,北京100038;公安部物证鉴定中心,北京100038;公安部物证鉴定中心,北京100038;公安部物证鉴定中心,北京100038;公安部物证鉴定中心,北京100038;公安部物证鉴定中心,北京100038;公安部物证鉴定中心,北京100038;公安部物证鉴定中心,北京100038【正文语种】中文【中图分类】DF794.3传统质谱作为一种快速、微量、精确测定相对分子质量的方法,而成为微量物证鉴定的主要手段[1]。
然而,由于现场提取到的物证大多附着在基质表面且量极少,加大了未知样品鉴定的难度。
同时,在应用传统质谱进行样品分析时,需要复杂的前处理环节,包括样品的溶解、提纯、浓缩、净化等,极易造成检材的破坏和样品的损失,从而降低物证鉴定的灵敏度和准确性,增加鉴定的难度和风险。
V ol. 32 No. 1Jan. 2012第32卷 第1期2012年1月中 南 林 业 科 技 大 学 学 报Journal of Central South University of Forestry & Technology 近红外光谱技术在木材解剖特征预测中的研究进展罗 莎1,吴义强1,2 ,刘 元1,黄 军3(1.中南林业科技大学 材料科学与工程学院,湖南 长沙 410004;2. 竹业湖南省工程研究中心,湖南 长沙 410004;3.湖南省林产品质量检验检测中心,湖南 长沙 410004)摘 要: 近红外光谱技术作为一种新型现代分析手段,具有操作简单、检测快速、结果准确、成本低廉和对样品无损坏等优点,已经广泛应用于制浆造纸、木材材性预测、木材加工利用、木质复合材料、木材防腐与木材保护等方面的研究。
在介绍近红外光谱技术基本工作原理与主要特点基础上,重点论述了近红外光谱技术预测木材纤维素结晶度、木材微纤丝角和纤维形态等木材解剖特征中的研究现状,并展望了其应用前景。
关键词: 近红外光谱;木材解剖特征;预测;研究进展中图分类号: S784 文献标志码: A 文章编号: 1673-923X(2012)01-0037-06Research advance of near-infrared spectroscopy inwood anatomical characteristics estimationLUO Sha 1, WU Yi-qiang 1,2, LIU Yuan 1, HUANG Jun 3(1.School of Materials Science and Engineering ,Central South University of Forestry & Technology ,Changsha 410004,Hunan ,China ;2. Hunan Provincial Engineering Research Center of Bamboo Industry ,Changsha 410004,Hunan ,China ;3. Central of Hunan Forest Products Quality Inspection and Testing, Changsha 410004,Hunan ,China)Abstract: As a newly current advanced analysis technology, the near-infrared (NIR)spectroscopy possesses advantages of easy operation, fast and accurate detection, low cost and non-destructive test, has been widely used in the fi elds including pulp manufacturing and paper-making, wood properties estimation, wood progressing, wood composites producing and wood protection. In present work, based on introduction of the basic principles of NIR and its main characteristics, an overview was conducted focusing on the research status of wood anatomical characteristics (including cellulose crystallinity, micro fi bril angle and fi ber morphology) estimation by using NIR spectroscopy. Moreover, the application trends were prospected.Key words: near-infrared spectroscopy ; wood anatomical characteristics ; estimation ; study advances收稿日期:2011-12-13基金项目:国家自然科学基金项目(31070496);人力资源和社会保障部留学归国人员科技活动择优资助项目;湖南省杰出青年基金项目(09JJ1003);中南林业科技大学木材科学与技术国家重点学科资助项目作者简介:罗 莎(1987—),女,湖北黄石人,硕士研究生,主要从事木材材性及功能性改良方面的研究; E-mail :luosha0713@ ;通讯作者:吴义强(1967—),男,河南固始人, 教授,博士,博士生导师,主要从事木材科学,木材功能性改良与生物质复合材料研究;E-mail :wuyq0506@木材作为一种特殊的生物质材料,具有来源丰富、天然再生、比强度高、环境友好等特性,亘古至今,在国民经济与工业生产中发挥着至关重要的作用。
DART实时直接分析质谱离子源技术------升级你的LC/MS2005年美国PITTCON金奖,及R&D 100金奖产品DARTSVPSystem自2005年发明以来,直接实时分析-质谱(DART-MS)作为一种崭新的质谱分析技术被快速广泛地应用于药物发现与开发(ADME)、食品药品安全检测、司法鉴定、材料分析及相关化学和生物化学分析等领域,跨国制药公司(如Roche,Merck, Amgen, GSK, Pfizer,Eli Lilly)、国家执法部门(如FBI,FDA,EPA)等相继采用。
相比于现行通用的液-质联用(LC-MS)技术,DART-MS 分析将不再需要繁杂的样品制备和耗时的色谱分离。
作为一种“绿色”分析检测技术,DART-MS 将急剧缩短样品分析周期,极大地减少对化学溶剂的消耗和对固定资产及人员的投资。
DART(direct analysis in real time)工作原理:DART 是一种非表面接触型解析/离子化质谱分析离子源技术。
其原理是在大气压条件下,中性或惰性气体(如氮气或氦气)经放电产生激发态原子,对该激发态原子进行快速加热和电场加速,使其解析并瞬间离子化待测样品表面的标志性化合物或待测化合物,进行质谱或串联质谱检测,从而实现样品的实时直接分析。
DART主要功能:快速--DART能在几秒钟内分析存在于气体、液体、固体或材料表面的化合物,从而对样品无损耗定性和定量分析。
简便--样品再也无需冗繁的样品处理和制备。
对块状样品和形状怪异的固体样本的分析特别有效,再无需关注样本的几何形状。
高效--在沥青、混凝土、玻璃、塑料、人皮肤、水果、蔬菜、衣服以及名片信用卡表面的化学战剂、爆炸物、毒品药物、体液(血液、唾液以及尿) 、代谢物、肽、低聚糖、高分子材料以及金属有机化合物等均可以进行实时、无接触检测。
DART适用性:用于离子检测的质谱仪可以是各种类型的质谱仪(如TOF,离子阱,四极杆或各类串接或杂合质谱)。
综 述 DOI:10.19455/j.mcgy.20190108 实时直接分析质谱技术在木材识别研究中的应用张毛毛1,蒋劲东2,刘波1,郭娟1,焦立超1,殷亚方1(1. 中国林科院木材工业研究所,北京 100091;2. 浙江省木雕红木家具产品质量检验中心,浙江东阳 322100)摘要:实时直接分析质谱(Direct Analysis in Real Time Mass Spectrometry,简称DART-MS)是一种新型常温常压离子化质谱技术,可直接对固体样品进行检测,操作方便、准确度高、稳定性好、分析速度快,目前已开始应用于木材识别领域研究。
文中介绍DART-MS技术的基本原理以及在木材识别研究中的应用,比较分析了DART-MS数据处理和分析方法,并建议采用DART-MS技术实现木材树种的科学精确识别。
关键词:木材;树种鉴定;实时直接分析质谱;化学指纹图谱;无监督分类法;有监督分类法中图分类号:S781 文献标识码:A 文章编号:1001-8654(2019)01-0029-05Application of Direct Analysis in Real Time Mass Spectrometry (DART-MS)for Wood IdentificationZHANG Mao-mao1,JIANG Jin-dong2,LIU Bo1,GUO Juan1,JIAO Li-chao1,YIN Ya-fang1(1. Research Institute of Wood Industry,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China;2. Zhejiang Hongmu Carved Furniture Product Quality Inspection Center,Dongyang 322100,Zhejiang,China)Abstract: Direct analysis in real time mass spectrometry (DART-MS) is a new atmospheric ionization technology under ambient temperature. It can be used in chemical investigation for solid samples in an easy, accurate, stable and direct way. Recently, DART-MS was introduced into wood forensic identification.In this paper, working principles of DART-MS and its applications in wood identification, data processing and statistical methods were reviewed to provide basic information for more scientific and precise wood identification.Key words: wood;species identification;DART-MS;chemical fingerprint spectrum;unsupervised classification;supervised classification木材是一种天然的高分子复合材料,具有独特的自然属性。
不同的树种,其木材具有不同的构造特征与加工利用性质。
正确地认识与鉴别木材,是实现合理有效地保护、管理和利用木材资源的重要前提,也是规避和化解木材进出口贸易风险的技术基础。
此外,木材识别技术在木质文物的保护和修复、木制品市场的健康发展等方面,也具有重要的实际意义。
传统的木材识别技术建立在木材解剖学基础上,主要通过木材宏观和微观特征相结合的方法实现,但操作过程复杂、耗时较长,对专业知识要求高,且一般只能识别到“属”或“类”,同时也无法实现木材产地的识别[1]。
最新发展的木材识别技术·29·中,DNA条形码技术,是通过提取和分析木质部细胞中特异性的DNA片段,实现木材“种”的鉴别,但也因为测试周期长、成本高,DNA提取难度大,技术不易普及[2]。
稳定同位素技术可以对木材进行产地追踪,但对样品来源要求高,识别精度低(一般大于250 KM),且需要建立通用的分析数据库[3]。
因此,亟待开发新的木材识别技术,对实现木材树种的快速准确识别,意义重大。
化学指纹图谱(Chemical Fingerprint)是木材识别研究领域的重要应用技术。
木材的化学成分主要包括纤维素、半纤维素、木质素和抽提物,不同树种之间木材化学成分差异很大。
但由于受遗传因素影响,同种木材的化学成分通常比较相似,难以细分。
近年来,基于化学指纹图谱技术,国内外学者相继采用了包括色谱质谱、核磁共振、光谱等在内的化学分析方法,应用在木材识别研究领域。
其中,实时直接分析质谱(Direct Analysis in Real Time Mass Spectrometry,简称DART-MS)是最近快速发展起来的一种新技术,由实时直接分析离子源与不同类型质谱仪串联而成,不需要复杂的样品前处理、可以直接对固体样品进行检测,具有操作方便、准确度高、稳定性好、分析速度快等优点,已经在食品、药品、材料以及环境检测领域得到广泛应用[4-7]。
DART-MS技术在木材识别方面的应用研究国外已有报道[8-11],然而在我国木材科学研究领域至今未见报道。
笔者通过归纳近年来DART-MS在木材识别领域方面的研究进展,旨在突破传统方法的局限性,为木材识别技术研究的进一步发展,提供新的思路。
1 DART-MS技术的应用1.1 应用原理及范围实时直接分析(DART),是Robert Cody和Jim Laramee等在2005年发明的常温常压离子化质谱技术[12],原理是在常温常压下,载气(如 He 或N2)经放电产生的激发态原子,解吸并离子化样品中的化合物,进而以质谱或串联质谱检测,实现对样品的实时直接分析。
该技术对样品的适用性强,可检测液体、气体、固体样品,摒弃了传统质谱复杂的样品前处理过程,具有快速实时反应机制,可轻松实现高通量检测等特点[12-14]。
迄今为止,DART已成功与各种质谱仪实现串联,包括飞行时间质谱、傅立叶变换质谱、离子阱质谱、三重四级杆质谱等。
自2005年DART商业化设备问世以来,DART-MS技术发展迅速,可直接用于分析固体样品,因此在中药质量控制领域得到了广泛应用,也被引入医学临床分析领域,及成为法检领域物证分析重要工具,可快速筛查有毒化学品、区分纸张和油墨、检测爆炸物等。
同时,DART-MS技术在食品安全检测[15]、环境污染检测领域[6]以及在包装、纺织、建筑等材料的有毒有害物质检测[16-17]方面,也取得了突破性进展。
1.2在木材识别研究领域的应用相比其他领域,DART-MS在木材识别领域的应用起步较晚,相关研究报道主要来自于DART的发明人Cody,以及美国鱼类及野生动物管理局的研究团队。
2012年,DART-MS被引入到沉香产品中的2-(2-苯基乙基)色酮研究中,确定了鉴定沉香的特征离子319.118 m/z或349.129 m/z,为沉香的鉴定提出了新方法[18]。
DART-MS还被应用于针叶材的鉴别,通过研究窄叶南洋杉(Araucaria angustifolia)、异叶南洋杉(A. heterophylla)、新西兰贝壳杉(Agathis australis)和瓦勒迈杉(Wollemia nobilis)的心材和边材,证实DART-MS有助于帮助区分南洋杉科(Araucariaceae)中不同树种的木材[19]。
此外,非法的木材贸易和跨国运输往往会掩盖其地理来源,DART-MS技术除了用于木材解剖特征相似树种的鉴别之外,在确定木材地理来源方面也发挥着作用。
研究表明,来自两个不同地理位置的北美黄杉(Pseudotsuga menziesii)木材,其DART-MS 质谱图中呈现32种与地理位置显著相关的化合物。
虽然由于可选木材样本产地较少,对距离100 km内两个产地的识别正确率仅为70%~76%,但未来通过扩大更多产地样本的研究,将有助于提高木材识别精度[20]。
已有研究表明DART-MS在木材识别方面具有很大潜力,但离子模式、样品状态、树种等因素还是会影响DART-MS对木材树种的识别效果。
1)离子模式:DART-MS在正负离子模式下得到的结果会有所差异,进而影响对木材树种的识别·30·效果。
如正离子模式下,美洲白栎(Quercus alba)和红栎(Q. rubra)木材之间差异不显著,但在负离子模式下,两个树种差异显著,经进一步线性判别分析后,未知样品均被准确识别,证实DART-MS负离子模式鉴别美洲白栎和红栎木材的可行性,同时揭示了离子模式对识别效果的显著影响[13]。
2)样品状态:在针对濒危野生动植物种国际贸易公约(CITES)管制的黄檀属(Dalbergia)木材的识别研究中,通过DART-MS方法,可以有效区分巴西黑黄檀(Dalbergia nigra)和亚马逊黄檀(D. spruceana),木材甲醇提取物的分析结果与干燥木材薄片的结果一致[10],说明DART-MS对不同形态的木材样品具有一定的适用性。
同时,现有应用DART-MS的木材识别研究中,大部分木材样品都为自然状态,未经过加热或粉碎处理。
尽管有研究推测,当质谱中能够有效保留鉴别物种的特征标记物时,样品处理条件对木材树种鉴别能力可能影响不大[21]。
但由于干燥或其他加热处理所引起的木材化学组分的变化,将会直接影响其DART-MS质谱图的主要特征,从而最终影响木材树种的识别精度。
3)树种:通过对8种黄檀属树种以及6种非黄檀属树种心材的DART-MS谱图进行分析,发现巴西黑黄檀和亚马逊黄檀之间,以及伯利兹黄檀(D. stevensonii)和危地马拉黄檀(D. tucurensis)之间较易区分,而微凹黄檀(D. retusa)和中美洲黄檀(D. granadillo)则无法区分。
从而推断,两者可能属于同一物种[9, 11]。
虽然微凹黄檀和中美洲黄檀是否同种异名仍有待考证,但树种的正确定名会直接影响DART-MS对木材的识别精度。
因此,在利用DART-MS建立木材指纹图谱数据库时,应采用经正确定名、来源可靠的木材标本。
2 DART-MS数据处理和分析方法DART-MS由实时直接分析离子源与不同类型质谱仪串联而成,最终得到不同类型的质谱数据。