趙利容，趙子科，張才學

(廣東海洋大學 海洋資源與環(huán)境監(jiān)測中心，廣東 湛江 524088)

杉葉蕨藻揮發(fā)性有機物的組成特點

趙利容，趙子科，張才學

(廣東海洋大學 海洋資源與環(huán)境監(jiān)測中心，廣東 湛江 524088)

杉葉蕨藻是全球具有較強破壞力的入侵海藻. 不同于頂空固相微萃取-GC/MS測試方法，研究采用吹掃/捕集-GC/MS，根據(jù)標準化合物圖庫直接對杉葉蕨藻的揮發(fā)性有機物(VOCs)成分進行定性和半定量分析，共分離鑒定出65種VOCs，主要是酚類、呋喃類、醛類、醇類、酮類等化合物. 其中酚類、呋喃類等具有一定毒性的化合物百分比含量較高，可能對其它海藻的生長具有抑制作用. 對大氣環(huán)境具有重要影響的鹵代烴、苯系物以及含硫有機化合物在杉葉蕨藻揮發(fā)性組分中也有大量檢出.

杉葉蕨藻; 揮發(fā)性有機物; 吹掃/捕集-GC/MS

海洋是大氣揮發(fā)性有機物(VOCs)重要的天然來源，對大氣VOCs的源匯平衡起著舉足輕重的作用，其中大型海藻是海洋生物成因VOCs的主要因素[1-3]. 杉葉蕨藻(Caulerpataxifolia)屬于綠藻門蕨藻科蕨藻屬的一種藻類，由于其“入侵性”受到廣泛關(guān)注，被國際自然保護聯(lián)盟(IUCN)列入全球100種最具破壞力的入侵物種名單，稱為生態(tài)殺手. 杉葉蕨藻在我國分布廣泛，如丁蘭平等[4-8]指出，我國硇州島、海南島、流沙灣等海域均有分布.

吹掃/捕集-GC/MS法是分析測試各種介質(zhì)中揮發(fā)性組分的常用方法之一，目前已作為我國水體、固體廢物、沉積物、土壤等揮發(fā)性有機組分測試的國家或行業(yè)標準方法. 此方法由于捕集效率、靈敏度高，捕集的目標物質(zhì)種類多等特點，廣泛應用于水體、土壤、固體廢物、化妝品、食品、植物、動物等揮發(fā)性組分的研究[9-14]. 目前，海藻揮發(fā)性組分的測試主要采用頂空固相微萃取(HS-SPME)-GC/MS 測試法[15-19]，直接采用吹掃/捕集-GC/MS法還鮮有報道. 本研究將利用Tekmar Atomax吹掃捕集儀的固體樣品模式和GC/MS直接對海藻VOCs進行測試，分析杉葉蕨藻揮發(fā)性有機物的組成特征，為探討杉葉蕨藻的入侵機制和開發(fā)利用價值提供一些參考.

1 試驗部分

1.1 儀器

Tekmar Atomax吹掃捕集儀(美國TELEDYNE TEKMAR，固體吹掃捕集模式)；三重四極桿GC/MS(TSQ Quantum XLS，美國Thermo Scientific)，色譜柱為DB-624(Agilent Technologies，規(guī)格:60 m×0.32 mm×1.80 μm).

1.2 樣品前處理

2015年11月，在硇洲島(廣東省湛江市)采集約1 kg新鮮杉葉蕨藻樣品于密封袋中，立即帶回實驗室保存于冰箱中. 測試前，用蒸餾水沖洗海藻，濾紙吸干水，稱取約3 g海藻樣品于40 mL的玻璃樣品瓶中，取3個平行樣.

1.3 儀器條件

采用吹掃/捕集-GC/MS方法直接測定. 吹掃氣為氮氣，流量為40 mL/min，溫度為40 ℃，吹掃時間10 min，傳輸溫度200 ℃. GC/MS進樣口溫度200 ℃；EI源70 eV；SCAN掃描模式；程序升溫為初始溫度40 ℃，以6 ℃/min升溫至200 ℃，保持10 min. 數(shù)據(jù)處理采用儀器自帶的Xcalibur軟件，未知化合物的定性利用軟件自動檢索功能，將未知化合物譜圖與NIST庫或WILEY庫標準譜圖比對，選擇SI和RSI高于600，可信度(Prob)70%以上的化合物作為目標化合物. 定量采用峰面積歸一法，計算各組分的相對百分含量.

2 結(jié)果和討論

2.1 VOCs的總體特征

杉葉蕨藻VOCs測試的總離子色譜圖如圖1所示. 由圖1可見，共分離鑒定出包括醛類、酚類、鹵代烴、芳烴(主要指苯系物)等11類65種化合物(如表1所列). 其中，醛類有15種，占總數(shù)量的23%；其次為烷烴、烯烴和炔烴類，定性出10種；酚類和酮類各定性出8種化合物，有機酸類和含硫有機化物檢出較少，分別為2種. 從峰面積的百分比來看，酚類化合物占有絕對優(yōu)勢，百分比為63.2%；其次為有機酸類和醛類，分別為11.2%和7.8%. 相對地，鹵代烴和酯類化合物的百分比僅有0.1%.

圖1 杉葉蕨藻揮發(fā)性有機物(VOCs)的總離子色譜圖Fig.1 GC/MS TIC chromatogram of VOCs in Caulerpataxifolia

序號類別峰面積百分比/%化合物數(shù)量1酚類63.282醛類7.8153酮類4.584呋喃類2.255烷烴、烯烴和炔烴3.6106鹵代烴0.147芳烴2.348酯類0.139醇類1.1410有機酸11.1211含硫有機化合物4.02總量10065

2.2 酚類和呋喃類化合物

杉葉蕨藻VOCs成分中有8種酚類化合物和5種呋喃類化合物. 陳姣等[16]對9種海洋硅藻揮發(fā)性成分分析中也檢測出部分此類化合物. 8種酚類化合物中包括5種二甲基苯酚和3種乙基苯酚的同分異構(gòu)體. 色譜圖中分離出5個二甲基苯酚的色譜峰，總百分比為2.23%；3種乙基苯酚分別是2-乙基苯酚、3-乙基苯酚和4-乙基苯酚，總百分比為60.94%，其中3-乙基苯酚占總乙基苯酚的99.9%. 5種呋喃類化合物分別是2-甲基呋喃、3-甲基呋喃、2-乙基呋喃、2-丙基呋喃和2-丁基呋喃，百分比分別為0.78%、0.73%、0.44%、0.21%和0.04%，共2.19%.

酚類和呋喃類化合物具有一定的毒性，杉葉蕨藻VOCs成分中高百分比的此類化合物可能影響其它海藻的生長繁殖.

2.3 醛類、酮類、醇類和酯類化合物

陳姣等[16-17]、胡傳明等[18]對3種海洋硅藻不同培養(yǎng)階段揮發(fā)性成分和紫菜揮發(fā)性成分的研究指出醛類、酮類等化合物是主要的揮發(fā)性成分. 杉葉蕨藻VOCs成分中也有多種醛類、酮類、醇類和酯類化合物檢出，其中定性的15種醛類化合物(如表2所列)包括單烯醛、二烯醛、飽和醛類和苯甲醛類化合物，分別占總?cè)╊惢衔锏?6.7%、15.4%、24.8%和3.1%，其中甲基丙烯醛、異戊烯醛、己醛和2,4-庚二烯醛的百分比較高，分別為28.5%、19.6%、21.2%和11.7%，共占醛類化合物的81.0%.

表2 杉葉蕨藻醛類化合物的百分比Table 2 Area percentages of aldehyde compounds in Caulerpataxifolia

酮類化合物分別是2-丁酮、1-戊烯-3-酮、1-庚烯-3-酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2,2,6-三甲基環(huán)己酮、6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮、3，4，4-三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮和1-(2-甲基-1-環(huán)戊烯基)乙酮，其中1-戊烯-3-酮和1-庚烯-3-酮百分比最高，分別占總酮類化合物的57.3%和19.9%. 1-戊烯-3-醇、1-己烯-3-醇、1-辛烯-3-醇和2-乙基己醇等4種醇類化合物檢出，僅有3種酯類化合物檢出，分別是乙酸正戊酯、(Z)-2-戊烯醇乙酸酯和2-乙基己基乙酸酯.

酮、醛、酯類化合物是構(gòu)成風味成分的重要物質(zhì)，低級飽和脂肪醛一般具有強烈的刺鼻氣味，隨著鏈長的增加其刺激性氣味逐漸減弱，但不飽和醛大多有愉快的香氣，如2-己烯醛呈現(xiàn)青草氣味，而2.4-庚二烯醛被認為具有魚腥味和金屬味[20-23]. 杉葉蕨藻的復雜氣味與各種酮、醛、酯類化合物密切相關(guān).

2.4 鹵代烴和苯系物

鹵代烴和苯系物是大氣中重要的揮發(fā)性有機物，在杉葉蕨藻的VOCs檢測中也有檢出. 鹵代烴主要是氯仿，二溴甲烷、1-氯-3-甲基丁烷和溴仿等鹵代烴類化合物，其中氯仿和溴仿百分比分別為0.09%和0.05%，是主要的鹵代烴化合物. 苯系物對人體具有毒害性，苯、甲苯、對間二甲苯和苯乙烯在本研究中均有檢出，其中甲苯占總苯系物的69.04%.

雖然苯系物和鹵代烴化合物占總VOCs的含量較少，百分比僅有2.3%和0.1%，但其釋放后對大氣的作用卻十分重要，是城市大氣中主要的毒害有機污染物之一，可通過皮膚接觸、呼吸或飲水進入人體. 鹵代烴化合物在大氣中通過光化學作用直接造成臭氧減少，通過吸收紅外輻射而產(chǎn)生溫室效應，對全球氣候和大氣環(huán)境產(chǎn)生重要影響. 杉葉蕨藻分布廣泛、生產(chǎn)量大，其釋放的鹵代烴和苯系物化合物對大氣的貢獻不容忽視.

2.5 烷烴、烯烴和炔烴類

2種飽和烷烴、4種烯烴和3種炔烴類合物也是杉葉藻重要的VOCs組分，各類化合物的百分比分別為0.34%、2.36%和0.89%，包括正戊烷、環(huán)己烷、1，3-辛二烯、1，3，5-辛三烯、2，4，6-辛三烯、3,5,5-三甲基-1-己烯、1-己烯-3-炔、3,5-辛二炔和3,9-十二烷二炔，其中1，3-辛二烯和1，3，5-辛三烯是主要的烷烴類化合物，占總烷烴的28.3%和28.9%.

2.6 其它化合物

除上述主要化合物外，本研究還檢測出有機酸和含硫有機化合物，前者包括2-氨基丁酸和2-硝基苯乙酸，百分比分別為11.01%和0.13%. 含硫化合物為二甲基硫醚(DMS)和乙硫醇，百分比分別為3.98%和0.02%. 二甲基硫是海洋中最主要的揮發(fā)性有機硫化物, 對全球氣候變化和環(huán)境酸化產(chǎn)生重要影響[24-25]. 因此，本研究中杉葉蕨藻產(chǎn)高含量的二甲基硫醚值得關(guān)注.

3 結(jié)論

吹掃捕集和頂空固相微萃取是目前液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)VOCs測試的最常用的2種前處理方法，在海藻VOCs分析中多采用頂空固相微萃取法，如胡傳明等[18]、陳姣等[15-17]、張麗君等[19]采用此方法分析了硅藻、螺旋藻、紫菜中揮發(fā)性成分特征，杉葉蕨藻VOCs的成分特征與這些研究結(jié)果的共同性和差異性表現(xiàn)在：(1)各種海藻VOCs成分均較復雜，醛類、酮類、醇類、酯類、烷烴類、酚類、鹵代烴、雜環(huán)類等各類揮發(fā)性有機化合物均有檢出，但VOCs的成分構(gòu)成和各化合物百分比含量有所不同；(2)不同海藻VOCs的主成份不同，杉葉蕨藻的主成分是酚類化合物，占總VOC的63.2%，硅藻是醛類、其次是烷烴類化合物，紫菜是8-十一七烯和十五烷；(3)相對與硅藻和螺旋藻，杉葉蕨藻的酸類、含硫有機化合物和呋喃類化合物的百分含量較高，分別占總VOCs的11.1%、4.0%和2.2%. 杉葉蕨藻與硅藻、螺旋藻和紫菜揮發(fā)性組分的差異性一方面與海藻自身成分有關(guān)，另一方面與測試方法也有密切關(guān)系. 趙玥等[26]在茶葉香氣成分測定中指出SPME主要吸附大量的極易揮發(fā)性物質(zhì)，如烯類、醛類、醇類，吹掃捕集方法主要吸附較易揮發(fā)以及中等揮發(fā)性物質(zhì)，如酯類、烷烴類、雜環(huán)化合物、酚類等. 吹掃捕集法和SPME法對VOCs的測試各有側(cè)重點，獲得海藻VOCs的組成成分的信息也有所不同，本研究可作為海藻VOCs研究的另一測試方法.

杉葉蕨藻在全球都有廣泛分布，且生產(chǎn)力高，其VOCs成分復雜，其復雜的氣味與所含揮發(fā)性物質(zhì)的成分、量值相關(guān)，可能對其它海藻的生長帶來不利影響. 杉葉蕨藻產(chǎn)生的苯系物、鹵代烴、醛類、烷烴等對大氣環(huán)境具有重要影響的化合物應該得到關(guān)注.

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Characteristics of Composition of Volatile Organic Compounds inCaulerpataxifolia

ZHAO Li-rong, ZHAO Zi-ke, ZHANG Cai-xue

(MonitoringCenterforMarineResourcesandEnvironments,GuangdongOceanUniversity,Zhanjiang524088,GuangdongChina)

Caulerpataxifoliais an invasive alga that has caused serious environmental problem in global ocean. Differing from the other studies using HS-SPME/GC-MS method, in this study used a purge-trap method with GC-MS to analysis the components of volatile organic compounds(VOCs) inCaulerpataxifoliaisused. According to the standard spectrum library, 65 volatile organic compounds were identified and their contents were semi-quantified by the peak area normalization method. The area percentage contents, furan and phenolic compounds with some toxicity were relatively high, which may have adverse effect on the growth of other algae. Halohydrocarbon, organosulfur and benzene compounds which have important effects on atmospheric environment were also detected inCaulerpataxifolia.

Caulerpataxifolia; VOCs; purge/trap-GC/MS

2016-11-20;

2017-01-17.

海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201505027-1)

趙利容(1977-)，女，博士，講師，主要從事海洋有機污染研究，E-mail:zlrsms@163.com

趙子科，男，碩士，主要從事海洋有機物和重金屬研究，E-mail:932377192@qq.com.

O657.32

A

1006-3757(2017)01-0001-05

10.16495/j.1006-3757.2017.01.001

研究報告(001～005)