阅读说明：本技术 利用气相色谱质谱联用技术对含瘿瘤木材进行鉴定的方法 (Method for identifying gall-containing wood by gas chromatography-mass spectrometry ) 是由 朱涛 卓金勋 张秋龙 林龙 郑承镇 彭建泉 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开利用气相色谱质谱联用技术对具特殊性气味含瘿瘤木材进行鉴定的方法,包括以下步骤：第一步,使用去离子水将降香黄檀和大果紫檀试验材料表面灰尘去除干净,气干后用带锯机锯成小块置于粉碎机进行粉碎,筛选40～60目的木粉作为待测样品,放置于干燥器中遮光保存备用；第二步,将待测样品粉末在80℃条件下加热孵化30min；第三步,分别将含瘿瘤的降香黄檀和大果紫檀的待测样品置于顶空采样瓶后,置于气相色谱质谱联用仪上样分析,初始温度50℃,保留时间1min后以10℃/min升温至300℃,保持10min。对获得样品总离子流图进行分析,获取样品各自主要特征峰及其对应的保留时间,并作为其主要识别特征。本发明所提供的采用顶空直接进样方式,结合GC-MS技术,对含瘤疤降香黄檀木材进行识别和鉴定,解决传统识别方法对含瘤疤降香黄檀木材识别鉴定束手无策的问题。(The invention discloses a method for identifying gall-containing wood with special odor by using a gas chromatography-mass spectrometry combined technology, which comprises the following steps: firstly, removing dust on the surfaces of test materials of dalbergia odorifera and pterocarpus macrocarpus by using deionized water, after air drying, sawing into small blocks by using a band saw, putting the small blocks into a crusher for crushing, screening wood powder of 40-60 meshes as a sample to be detected, and putting the sample into a dryer for shading and storing for later use; secondly, heating and incubating the sample powder to be tested for 30min at the temperature of 80 ℃; and thirdly, respectively placing the samples to be tested of the rosewood and the pterocarpus macrocarpus containing galls in a headspace sampling bottle, placing the samples in a gas chromatography-mass spectrometer for sample loading analysis, wherein the initial temperature is 50 ℃, the retention time is 1min, then the temperature is increased to 300 ℃ at the speed of 10 ℃/min, and the temperature is kept for 10 min. And analyzing the obtained sample total ion flow graph, and obtaining respective main characteristic peaks and corresponding retention time of the samples as main identification characteristics of the samples. The method provided by the invention adopts a headspace direct sample introduction mode, combines a GC-MS technology, identifies and identifies the dalbergia odorifera wood containing the scars, and solves the problem that the traditional identification method cannot identify and identify the dalbergia odorifera wood containing the scars.)

利用气相色谱质谱联用技术对含瘿瘤木材进行鉴定的方法

技术领域

本发明涉及利用气相色谱质谱联用技术对含瘿瘤木材进行鉴定的方法，属于木材鉴定技术领域。

背景技术

目前检测机构对于木材材种鉴定是基于传统木材鉴定方法，即通过对木材宏观特征(质量、纹理、颜色、气味等)和微观构造特征(管孔特征、木射线类型、轴向薄壁组织类型等)进行观察记载，后查阅相关专业书籍并与标样进行比对，进而实现对待测木材样品鉴定，出具相应的木材检验报告。随着科学技术的不断发展，越来越多的新技术被应用于木材鉴定之中。其中，气相色谱质谱联用技术因对待测木材样品具有较好的分离和定性作用。近年来，已被应用于木材鉴定当中。

顶空直接采样法是指待测样品无需进行抽提预处理，而直接将待测木材样品粉末置于顶空瓶中，采用GC-MS技术对其直接进行上样分析，对获取的总离子流图进行分析，根据对应保留时间的特征峰相对面积和质谱图库匹配确定待测样品特征性化学成分，从而实现对待测样品的指纹图谱的构建。该种方法具有检测效率高，待测样品损耗小的特点。研究人员曾通过该技术实现对降香黄檀和越南香枝，交趾黄檀(Dalbergia cochinchinensis)和微凹黄檀(Dalbergia retusa)的区别和鉴定。近年来，市场出现一种名为染料紫檀的木材，因其宏观构造与微观构造特征均与檀香紫檀极为相似，传统的木材鉴定方法无法将二者准确区分出来，研究人员取少量二者的木材粉末，采用超声波萃取，结合GC-MS技术实现对二者所获取的总离子流图进行相关性分析，进而实现二者的区别和鉴定。该方法属于间接导入法，存在前期制样准备较为繁琐的问题。对于一些有特征性气味的非红木木材(桢楠属Phoebe spp.和润楠属Machilus spp.)，研究人员也曾采用顶空进样方式实现对二者的区别和鉴定。

降香黄檀(Dalbergia odorifera)属于红木国家标准GB/T18107规定香枝木类的木材,因其良好的外观、卓越的物理性能、资源稀缺,加之其固有的浓郁辛辣香味，一直深受消费者青睐。近年来，随着资源的不断减少，越来越多含有瘤疤的降香黄檀木材被应用于木质工艺品加工生产之中，含瘤疤的木材亦称为瘿木，瘤疤的产生主要是由于其在自身生长过程中，树木本身产生病变，是树木病态增生的结果。瘤疤有大有小，小者多出现在树身，而大者多生在树根部。该类木材因含有天然瘤疤形成的天然花纹，该纹理错落有致、行云流水、使其外观性能显著提升，价格亦水涨船高，随之市场出现一些不良商户用外观相似，且同样含瘤疤的其他树种木材对其进行假冒，以谋求暴利，严重损害消费者利益。该类木材含有瘤疤，木材纹理交错扭曲，木材鉴定人员因无法准确找到其三切面，进而不能对其做切片，在显微镜下观察记载其微观构造特征，故无法通过传统的木材鉴定方法对其鉴定，一旦检测机构收到含有瘤疤降香黄檀木材的委托鉴定，往往束手无策，这就需要检测机构寻求其他新技术对其进行鉴定。

查阅国内外相关文献,目前对降香黄檀木材的鉴定,越来越多的新技术已被应用于其鉴定之中。余敏等曾对不同产地的降香黄檀木材及其近缘种多裂黄檀木材的rDNA-ITS序列进行测定和差异分析，为利用ITS条形码序列鉴定提供理论技术支撑，但该方法实验成本较高，目前尚无法应用于实际的检测之中。此外，研究人员还利用近红外光谱技术(NearInfrared Spectrum Instrument，NIRS)，对国家标准规定的8类红木通过化学主成分分析，实现香枝木区别于其他木材的鉴定，说明近红外光谱技术应用于木材鉴定的可行性，但目前该研究尚处于科学探索阶段，距离实际应用尚有一段距离。本专利发明人曾于2013年采用GC-MS技术采用两种不同进样方式(即间接导入法和直接导入法)对9种红木进行鉴定，结果表明，顶空采样方式可以实现对降香黄檀木材的鉴定，但该研究并未对含瘤疤降香黄檀进行研究。

目前，传统的木材鉴定方法主要是通过木材宏观和微观构造特征相结合的方式进行鉴别。但含瘿瘤木材纹理扭曲无法实现对该类木材的鉴别。目前尚未见到对含瘿瘤木材的鉴别方法。对正常木材目前基于气相色谱质谱联用技术的间接导入法，即先对木材样品采用不同有机溶剂进行抽提处理，或采用辅助提取方式如采用超声波萃取，对所获取的有机木材抽提液，结合GC-MS技术实现对所获取的总离子流图进行相关性分析，进而实现二者的区别和鉴定。该方法属于间接导入法，存在前期制样准备较为繁琐的问题。对于一些有特征性气味的不含瘿瘤的木材(桢楠属Phoebe spp.和润楠属Machilus spp.)，研究人员也曾采用顶空进样方式实现对二者的区别和鉴定。

采用传统的根据木材解剖特征无法实现对含瘿瘤木材的鉴定，因为该类木材纹理扭曲，无法准确找到其木材三切面，进而无法通过其三切面构造特征实现对其进行鉴别。采用间接方法进样处理，需要采用不同有机抽提液对样品进行抽提预处理，增大了时间成本。同时鉴于木材属于天然高分子材料，化学成分复杂，所获取的总离子流图容易出现特征峰叠加的情况，即同一保留时间对应不止一个特征峰。采用直接进样方式，样品进样前不对样品进行孵化加热预处理，存在所获取的出峰时间等不稳定，影响实验结果的可靠性和准确度。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种鉴定准确度高、方法简单成本低的含瘿瘤木材鉴定方法。

技术方案：利用气相色谱质谱联用技术对含瘿瘤木材进行鉴定的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，使用去离子水将降香黄檀和大果紫檀试验材料表面灰尘去除干净，气干后用带锯机锯成小块置于粉碎机进行粉碎，筛选40～60目的木粉作为待测样品，放置于干燥器中遮光保存备用；

第二步，将待测样品粉末在80℃条件下加热孵化30min；加热孵化主要是为了在样品进样前使其主要易挥发化学成分挥发出来，使所获取的结果更加稳定可靠。

第三步，分别将含瘿瘤的降香黄檀和大果紫檀的待测样品置于顶空采样瓶后，置于气相色谱质谱联用仪上样分析，初始温度50℃，保留时间1min后以10℃/min升温至300℃，保持10min；

第四步，通过气相色谱质谱联用仪的化学工作站分析软件，获取各自总离子流图并进行分析，获得各自的主要特征峰及对应的保留时间，筛选出各自保留时间出峰稳定且相对峰面积大于1.0％的峰作为其各自识别特征峰，同时特征峰容易出现叠加的情况，当相邻保留时间大于0.1min时作为2个特征峰处理，否则当做同一特征峰，同时通过质谱库NIST2017和Wily10.0对各自的特征峰对应的化学成分进行识别匹配，获取各自的特征性化学成分；

第五步，通过对含瘿瘤降香黄檀木材样品粉末反复试验，获取其相对稳定的特征峰的保留时间及其对应特征峰面积作为其主要识别特征，对其他待测木材与其进行相关性和特征成分对比分析，当相关系数大于0.900或其主要化学成分一致时，认为其为含瘿瘤降香黄檀木材，该方法可实现对含瘿瘤木材鉴定。

本发明进一步限定的技术方案为：在第三步中，色谱条件为Aglient CP-Sil8CB为分离色谱柱，其尺寸为30m*0.25mm*0.50μm，长度×内径×涂层厚度；载气及流速分别为氦气，1.4ml·min-1；进样口温度280℃，分流比20∶1，进样量1μL。

作为优选，在第三步中，质谱条件为扫描模式Scan；离子源扫描范围35-550aum；离子源温度250℃；传输线温度280℃；电离方式EI；电子能量70eV；质谱库为NIST2017和Wiley10.0。

有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的采用顶空直接进样方式，结合GC-MS技术，在样品进样前对其进行加热孵化预处理，使其主要易挥发成分挥发出来后再进行进样分析，可以提升检验结果的精确度，其保留时间对应的色谱峰不易发生漂移。可实现对含瘤疤降香黄檀木材进行识别和鉴定，解决传统识别方法对含瘤疤降香黄檀木材识别鉴定束手无策的问题，提供了应用GC-MS直接采样技术鉴定含瘤疤降香黄檀木材的相关技术，有望解决该类木材识别和鉴定的技术瓶颈，以期为木材鉴定机构及贸易单位快速准确识别该类木材提供强有力的技术支撑。传统依靠木材解剖特征的鉴定方法无法实现对含瘿瘤木材的鉴定，在样品顶空进样前对木材样品进行加热处理孵化，使其主要特征性化学成分在进样前挥发出来，可以提高结果的准确性，同时采用顶空进样方法可以快速高效的实现对该类木材的鉴别。

附图说明

图1为含瘿瘤降香黄檀的总离子流图。

图2为含瘿瘤大果紫檀木材总离子流图。

图3为两个批次的含瘿瘤降香黄檀和大果紫檀的聚类分析结果。

图4为含瘿瘤降香黄檀和大果紫檀的指纹图谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如图1-4所示，利用气相色谱质谱联用技术对含瘿瘤木材进行鉴定的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，使用去离子水将降香黄檀和大果紫檀试验材料表面灰尘去除干净，气干后用带锯机锯成小块置于粉碎机进行粉碎，筛选40～60目的木粉作为待测样品，放置于干燥器中遮光保存备用；

第二步，将待测样品粉末在80℃条件下加热孵化30min；加热孵化主要是为了在样品进样前使其主要易挥发化学成分挥发出来，使所获取的结果更加稳定可靠；

第三步，分别将含瘿瘤的降香黄檀和大果紫檀的待测样品置于顶空采样瓶后，置于气相色谱质谱联用仪上样分析，初始温度50℃，保留时间1min后以10℃/min升温至300℃，保持10min；

第四步，通过气相色谱质谱联用仪的化学工作站分析软件，获取各自总离子流图并进行分析，获得各自的主要特征峰及对应的保留时间；筛选出各自保留时间出峰稳定且相对峰面积大于1.0％的峰作为其各自识别特征峰，同时特征峰容易出现叠加的情况，当相邻保留时间大于0.1min时作为2个特征峰处理，否则当做同一特征峰；同时通过质谱库NIST2017和Wily10.0对各自的特征峰对应的化学成分进行识别匹配，获取各自的特征性化学成分。

第五步，通过对含瘿瘤降香黄檀木材样品粉末反复试验，获取其相对稳定的特征峰的保留时间及其对应特征峰面积作为其主要识别特征，对其他待测木材与其进行相关性和特征成分对比分析，当相关系数大于0.900或其主要化学成分一致时，认为其为含瘿瘤降香黄檀木材，该方法可实现对含瘿瘤木材鉴定。

本发明进一步限定的技术方案为：在第三步中，色谱条件为Aglient CP-Sil 8CB为分离色谱柱，其尺寸为30m*0.25mm*0.50μm，长度×内径×涂层厚度；载气及流速分别为氦气，1.4ml·min-1；进样口温度280℃，分流比20∶1，进样量1μL。

作为优选，在第三步中，质谱条件为扫描模式Scan；离子源扫描范围35-550aum；离子源温度250℃；传输线温度280℃；电离方式EI；电子能量70eV；质谱库为NIST2017和Wiley10.0。

鉴于降香黄檀具有特殊性香味，而基于GC-MS技术顶空进样法可以实现对含瘤疤降香黄檀挥发性气味化学成分的鉴定，通过对其自身色谱峰及其特征性化学成分的分析，找出其特有的色谱峰以及化学成分，并作为其主要识别特征。将其他外观相似冒充该类木材的色谱峰和特征性化学成分与之相对比，可实现对其鉴定。同时也可以分别以所有特征峰面积分别与最大色谱峰面积的比值作为纵坐标，保留时间为横坐标建立其特征性指纹图谱，最后将待测样品指纹图谱与其进行比对，亦可实现对含瘤疤降香黄檀木材的鉴定。这对于解决木材鉴定工作的技术瓶颈，打击不法商贩，维护消费者利益，促进木制品市场良性发展具有重要意义。

具体实验数据如下表1-5所示：

表1含瘿瘤降香黄檀木材相对峰面积汇总

Table Relative peak areas of Dalbergia odorifera

表2含瘿瘤大果紫檀木材相对峰面积汇总

Table 2 Relative peak areas of Pterocarpus macrocarpu

表3含瘿瘤降香黄檀与大果紫檀木材相关性分析

Table 3 Coefficient correlations between Dalbergia odorifera andPterocarpus macrocarpu with burl

表4含瘿瘤降香黄檀木材主要化学成分

Table 4 Main chemical compositions of Dalbergia odorifera with burl

表5含瘿瘤大果紫檀木材主要化学成分

Table 5 Main chemical compositions of Pterocarpus macrocarpu withburl

本实施例是基于GC-MS技术，采用顶空进样方式得到含瘿瘤降香黄檀和大果紫檀木材的总离子流图，两种木材均有不同于彼此的一组特征峰。对两种含瘿瘤木材总离子流图积分后相对峰面积相关性进行分析，上述实验结果表明，同种木材两个批次之间的相关系数均大于0.900，而不同种木材之间无相关性；系统聚类分析结果也得到同样的结论；两种木材所含主要易挥发化学成分的数量和种类也完全不同。相关性分析、聚类分析和特征性成分分析三种分析方法的结果高度一致，说明采用该方法可实现对含瘿瘤木材的区别和鉴定，解决传统木材解剖难以鉴定含瘿瘤木材的难题。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。