[發(fā)明專利]森林可燃物中單萜類組分ɑ-蒎烯的提取、測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410288577.7
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104133007A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙鳳君;劉乃安;王明玉;舒立福;田曉瑞;周俊亮;王秋華;李世友
• 申請（專利權(quán)）人: 中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/06;G01N1/28
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;丁金玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種化合物的提取、測量方法，特別是涉及森林可燃物中揮發(fā)性油單萜類組分ɑ-蒎烯的提取及其含量的測量方法。

背景技術(shù)

森林火災(zāi)往往導(dǎo)致重大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。準(zhǔn)確地預(yù)測和把握森林火行為的發(fā)展趨勢，進(jìn)而制定出合理高效的撲火策略，可最大程度地降低由火災(zāi)導(dǎo)致的損失和傷亡。森林火行為的發(fā)展和變化除與氣象和地形條件密切相關(guān)外，與可燃物自身的理化性質(zhì)更是密不可分。

盡管森林可燃物的形態(tài)千差萬別，但其化學(xué)組分相似，可歸結(jié)為5大類：纖維素(38～50％)、半纖維素(7～26％)、木質(zhì)素(23～24％)、抽提物(<15％)、礦物質(zhì)(<1％)。纖維素和半纖維素的熱學(xué)性質(zhì)差別不大，熱值為16.13MJ/kg，木質(zhì)素的熱值為24.53MJ/kg。

抽提物是指可以用水(熱水、冷水)、有機(jī)溶劑(醚、苯醇等)或稀酸稀堿水液抽提出來的物質(zhì)的總稱。抽提物是影響可燃物燃燒過程的重要化學(xué)組分，因為它可以加速火線的燃燒。可燃物抽提物含量是研究森林燃燒性、樹種燃燒性及抗火性的重要理化指標(biāo)，也是林火管理的基本依據(jù)。

抽提物組成復(fù)雜，主要有2類化合物對燃燒和火行為的影響較大，第1類是脂溶性組分(脂肪和蠟)，主要存在于木質(zhì)部和樹皮中，俗稱“粗脂肪”；第2類是萜烯類化合物，主要存在于樹木的小枝和葉片中，以針葉樹種葉片中含量最大，俗稱“揮發(fā)油”。

揮發(fā)油的主要成分為萜烯類化合物(如表1所示)，是異戊二烯的聚合物，隨樹種不同在小枝和葉片中的含量變化很大，在針葉樹中所占比例較多，可達(dá)6％，其燃點低、易揮發(fā)、不需要熱解、極易燃燒，燃燒熱值大。

表1單萜化合物的沸點

“揮發(fā)油”一詞最早源自醫(yī)藥領(lǐng)域，又稱植物精油，是存在于植物體中一類具有揮發(fā)性、可隨水蒸氣蒸餾出來的油狀液體的總稱。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者對中藥揮發(fā)油的研究進(jìn)行了大量的實踐，并取得一定的成就。近年來揮發(fā)油在香料、食品、化妝品行業(yè)也有了一定的應(yīng)用，但在森林防火領(lǐng)域應(yīng)用很少。

揮發(fā)性油與林火的關(guān)系密切，它可以加速火線的燃燒，揮發(fā)性油含量高的地表枯落葉引燃時間短、火蔓延快、火焰高，同時揮發(fā)性油含量高樹種組成的森林發(fā)生火災(zāi)時，易出現(xiàn)樹冠火、火旋風(fēng)、轟燃等高能量火行為。最新的研究結(jié)果表明，可燃物中的揮發(fā)性油與特定條件下林火行為的突變具有重要關(guān)聯(lián)，因為它在火場熱量條件下不需熱裂解，即可快速釋放到周圍環(huán)境中，且可以在特定地形條件下進(jìn)行累積，累積后高濃度的揮發(fā)油性氣體，遇星星火源即可演變?yōu)楸l(fā)火，使火場形式突變，導(dǎo)致傷亡事故發(fā)生。

對于揮發(fā)性油與林火的密切關(guān)系，我國林火研究人員一直都很重視，并在揮發(fā)性油與可燃物易燃性評價和防火樹種篩選方面做了不少研究工作，但對于準(zhǔn)確測定可燃物中揮發(fā)性油含量，特別是與林火最密切相關(guān)的單萜揮發(fā)性油含量的方法則未有深入研究，森林防火中常用的水蒸汽蒸餾法存在很多不足。另外，雖然中藥、香料、食品和化妝品行業(yè)等對揮發(fā)性油提取有很多的研究，但他們關(guān)注的揮發(fā)性油多為具有一定藥理作用、香味等的萜烯類化合物及其衍生物，是萜烯類化合物中高沸程的部分，而對于低沸程的單萜類化合物，則認(rèn)為是藥用或香料揮發(fā)性油的雜質(zhì)，需極力去除的，因此對于單萜化合物提取方法和含量測定等目前尚無深入的研究。

ɑ-蒎烯是針葉樹含量最多的單萜揮發(fā)性油性化合物，在水蒸氣蒸餾法等獲得的針葉樹揮發(fā)油中含量高達(dá)60％以上，其沸點在單萜中也是較低的，為155～156℃(如表1所示)。

但由于揮發(fā)性油理化性質(zhì)的特殊性，一直以來對于揮發(fā)性油影響林火行為機(jī)理的研究大多停留在定性和假設(shè)的層面，缺乏定量科學(xué)數(shù)據(jù)的支撐。可燃物中揮發(fā)性油研究的難題在于揮發(fā)性油含量的精確測定。

在森林防火領(lǐng)域，水蒸氣蒸餾法(試驗設(shè)備如圖1所示)是提取森林可燃物中揮發(fā)油的傳統(tǒng)方法。其依據(jù)是利用了揮發(fā)油與水不相混合，受熱后，兩者大氣壓的總和與大氣壓相等時，溶液開始沸騰，繼續(xù)加熱揮發(fā)油可隨水蒸氣蒸餾出來的性質(zhì)。提取時，將可燃物樣品粉碎(40目)，裝入揮發(fā)油提取器中，加水蒸餾6-8小時，揮發(fā)油受熱隨水蒸氣同時蒸餾出來，收集蒸餾液，經(jīng)冷卻后分取油層，所得揮發(fā)油用無水硫酸鈉干燥，得到的揮發(fā)油為黃色油狀物。