爱丁堡一体化稳态瞬态荧光光谱仪FS5-NIR, 发射光波长范围: 230~1 100 nm。

乙醇、 乙酸乙酯、 乙腈、 正己烷等化学试剂均为色谱纯, 乙酸乙酯和乙腈混合试剂(按照体积比计算乙酸乙酯:乙腈=10:1), 实验用水为Milli-Q级纯。 研究所用的交趾黄檀和奥氏黄檀样品来自南京林业大学、 南京市产品质量监督检验院、 厦门市产品质量监督检验研究院等, 选择的五种交趾黄檀和奥氏黄檀依次编号为JZHT-1, JZHT-2, JZHT-3, JZHT-4, JZHT-5, ASHT-1, ASHT-2, ASHT-3, ASHT-4, ASHT-5。

选择交趾黄檀和奥氏黄檀木材心材样品, 用刀具在新切面取碎屑100 mg, 置于4 mL EP管中, 加入色谱纯化学试剂, 盖上盖子并用封口膜进行密封。 在室温下摇床中浸泡12 h, 期间每隔1 h进行超声10 min, 得到木材样品的提取液。

将从交趾黄檀和奥氏黄檀木材上切下的碎屑在室温下放置, 间隔1年称取100 mg试样按照步骤1进行荧光物质的提取, 得到木材样品的提取液。

荧光物质通常为有机小分子化合物, 其极性强弱与其分子量的大小、 极性基团存在的多少关系重大^[15]。 根据极性相似相溶原理, 本文选取了极性不同的化学试剂进行两种红木样品荧光物质的提取, 并运用超声波萃取技术提高目标化合物的提取效率。 在相同提取时间的情况下观察不同极性溶剂的提取效果, 选择试剂包括正己烷、 乙酸乙酯、 乙腈、 乙醇和水, 对交趾黄檀(JZHT-1)和奥氏黄檀(ASHT-1)红木样品进行荧光物质提取液进行拍照(365 nm光照射), 结果如图1和图2。 图1结果显示, 交趾黄檀样品选用正己烷、 水作为提取溶剂, 对应的荧光照片观察不到荧光现象, 表明没有荧光物质被提取出来, 而用乙酸乙酯、 乙腈、 乙醇作为提取溶剂, 三种试剂的提取液均呈现出明显的荧光, 其中乙腈和乙醇的提取液在365 nm紫外光照射下呈现的荧光更亮, 表明交趾黄檀样品中存在的荧光物质能够被有效提取, 而乙酸乙酯提取液荧光相对弱一些。 由于乙醇存在活泼氢, 容易与一些荧光小分子化合物分子间形成氢键对荧光谱图产生影响^[16], 因此选择乙腈作为交趾黄檀样品荧光物质的提取试剂。 不同溶剂提取奥氏黄檀样品荧光物质的结果如图2所示, 结果表明用正己烷、 水作为提取溶剂, 同样没有荧光物质被提取出来, 对应的荧光照片观察不到荧光现象, 而用乙酸乙酯、 乙腈、 乙醇作为提取试剂, 三种试剂的提取液均呈现出明显的荧光, 其中乙酸乙酯和乙腈作为试剂的提取液荧光更明显, 表明这两种试剂更加适用于奥氏黄檀样品中荧光物质的提取。 综上, 交趾黄檀样品中荧光物质的最佳提取试剂为乙腈, 奥氏黄檀样品中荧光物质最佳提取试剂是乙酸乙酯和乙腈的混合试剂, 优化的体积混合比例为10:1。 同时研究表明使用正己烷和水作为提取溶剂, 两种红木树种样品均没有荧光物质被提取, 最为重要的是国家标准GB/T 18107中没有对这两个树种的存在荧光现象进行描述, 而本研究证明了上述两个树种样品中均有荧光物质的存在。

图1

Fig.1

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	图1 不同试剂的交趾黄檀(JZHT-1)样品提取12 h的提取液荧光照片(365 nm光照射)Fig.1 The fluorescence photographs (365 nm light irradiation) of the extract solution are obtained by soaking Dalbergia cochinchinensis Pierre (JZHT-1) sample in different reagent for 12 hours

图2

Fig.2

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	图2 不同试剂的奥氏黄檀(ASHT-1)样品提取12 h的提取液荧光照片(365 nm光照射)Fig.2 The fluorescence photographs (365 nm light irradiation) of the extract solution are obtained by soaking Dalbergia oliveri Prain (ASHT-1) sample in different reagent for 12 hours

小分子荧光物质通常为有机化合物, 荧光物质的发射波长越长, 共轭化学键越长, 化合物稳定性变差^[17]。 为了研究交趾黄檀和奥氏黄檀样品中存在的荧光物质的稳定性, 本文选择相同的提取条件对储存不同时间(0年、 1年、 2年)的红木样品进行荧光物质的提取并通过荧光照片观察其荧光现象是否稳定存在, 结果如图3和图4。

图3

Fig.3

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	图3 室温条件下放置时间0年、 1年、 2年交趾黄檀样品的乙腈提取剂提取12 h的提取液荧光照片(365 nm光照射)Fig.3 The fluorescence photographs (365 nm light irradiation) of the extract solution are obtained by soaking Dalbergia cochinchinensis Pierre sample in acetonitrile for 12 hours; The sample of Dalbergia cochinchinensis Pierre is stored for 0, 1 and 2 years at the room temperature

图4

Fig.4

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图4 室温条件下放置时间0年、 1年、 2年奥氏黄檀(ASHT-1)样品的混合试剂提取12 h的提取液荧光照片(365 nm光照射), 混合试剂为乙酸乙酯和乙腈按体积比10:1制备Fig.4 The fluorescence photographs (365 nm light irradiation) of the extract solution are obtained by soaking Dalbergia oliveri Prain sample in mixed reagent for 12 hours; The sample of Dalbergia oliveri Prain is stored for 0, 1 and 2 years at the room temperature; The mixed reagent is prepared according to the volume ratio of ethyl acetate and acetonitrile equals 10:1

图3和图4结果显示, 交趾黄檀和奥氏黄檀样品在室温下存放0年、 1年和2年的时间, 其荧光物质提取液在365 nm光照射下均呈现出明显的荧光, 交趾黄檀提取物质荧光的颜色为浅绿色, 奥氏黄檀提取物质荧光的颜色为浅蓝色; 且不同存放时间的两种红木试样提取液的荧光强弱没有明显变化, 表明交趾黄檀和奥氏黄檀样品中存在的荧光物质能够长时间保持其化学稳定。 这一研究结果表明荧光特征信息对于长时间放置的红木树种样品识别与鉴定具有潜在的应用价值。

不同来源、 相同红木树种荧光特征信息的一致性是决定本研究适用性的关键。 本文通过采用相同的溶剂提取不同来源的交趾黄檀(来源为JZHT-1, JZHT-2, JZHT-3, JZHT-4, JZHT-5)和奥氏黄檀(来源为ASHT-1, ASHT-2, ASHT-3, ASHT-4, ASHT-5)木材样本中的荧光物质, 在365 nm紫外光照射下拍摄照片, 结果如5和图6。 图5和图6结果显示, 无论是交趾黄檀样品的乙腈提取液还是奥氏黄檀样品的乙酸乙酯和乙腈混合提取液均呈现出明显的荧光, 且不同来源的交趾黄檀和奥氏黄檀在365 nm紫外光激发下呈现的荧光颜色和亮度存在明显的一致性。

图5

Fig.5

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	图5 不同来源的5种交趾黄檀样品乙腈提取12 h的提取液荧光照片(365 nm光照射)Fig.5 The fluorescence photographs (365 nm light irradiation) of the extract solution are obtained by soaking five wood samples of Dalbergia cochinchinensis Pierre from different areas in acetonitrile for 12 hours

图6

Fig.6

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	图6 不同来源的5种奥氏黄檀样品混合试剂提取12 h的提取液荧光照片(365 nm光照射), 混合试剂为乙酸乙酯和乙腈按体积比10:1制备Fig.6 The fluorescence photographs (365 nm light irradiation) of the extract solution are obtained by soaking five wood samples of Dalbergia oliveri Prain from different areas in mixed reagent for 12 hours; The mixed reagent is prepared according to the volume ratio of ethyl acetate and acetonitrile equals 10:1

交趾黄檀和奥氏黄檀提取液的荧光照片特征信息只能观察到样品的宏观荧光现象, 而且样品提取液中存在的大量其他化学抽提物^[18], 可能对呈现的荧光现象产生一定的影响, 因此研究它们更加详细稳定的荧光特征信息对于其树种识别与鉴定具有重要的意义。 通常有机化合物的荧光是非常灵敏的, 浓度增大将导致产生的荧光猝灭, 因此进行荧光谱图测试需要对试样进行稀释, 同时考虑溶剂会对荧光谱图产生一定的影响, 因此选择相同的溶剂(乙酸乙酯)作为基体溶液进行荧光谱图测试。

取50 μ L交趾黄檀(来源为JZHT-1, JZHT-2, JZHT-3, JZHT-4, JZHT-5)的乙腈提取液, 用4 mL乙酸乙酯稀释得到交趾黄檀稀释液; 同理, 取50 μ L奥氏黄檀(来源为ASHT-1, ASHT-2, ASHT-3, ASHT-4, ASHT-5)的乙酸乙酯和乙腈混合试剂的提取液, 用4 mL乙酸乙酯稀释得到奥氏黄檀稀释液。 交趾黄檀稀释液和奥氏黄檀稀释液荧光谱图测试条件的激发光波长范围为260~350 nm, 发射光谱波长范围为280~450 nm, 结果如图7和图8所示。 图7结果显示交趾黄檀提取液的最大激发波长为297 nm, 其最大荧光发射波长为327 nm, 在其他波长位置没有观察到荧光发射峰出现, 表明交趾黄檀提取液中仅存在一种荧光化合物, 斯托克斯位移为30 nm。 图8结果显示奥氏黄檀存在两个最大激发和两个最大发射荧光谱图, 其中最大激发波长分别为317和333 nm, 最大荧光发射波长分别为342和358 nm, 表明奥氏黄檀提取液中存在两种荧光物质或者存在一种含两种荧光团的荧光物质, 而且荧光非常明显, 最为重要的是二维荧光谱图比荧光照片能够提供两个树种更加详细的荧光特征信息, 为两个红木树种的识别与鉴定提供更加有力的支撑, 确保树种识别与鉴定的准确性、 可靠性。 图中结果显示不同来源的交趾黄檀和奥氏黄檀样品之间二维荧光谱图存在明显的一致性, 并且具有各自的特征, 可以作为它们各自的特征信息用于其树种识别和鉴定。 结果显示两个红木树种的5个样品提取液的荧光强度存在不同, 产生这种现象原因可能是不同木材样本之间存在的荧光物质含量不同, 导致提取进入试液中的荧光物质含量存在差异; 另外, 提取液中浸出的其他有机化合物对产生的荧光存在吸收现象, 这些将直接影响荧光强度的变化。

图7

Fig.7

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	图7 乙腈提取剂的5种不同来源交趾黄檀样品提取12 h的提取液二维荧光谱图Fig.7 Two-dimensional fluorescence spectrum of the extract solution are obtained by soaking five kinds of Dalbergia cochinchinensis Pierre from different areas in acetonitrile for 12 hours

图8

Fig.8

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	图8 混合提取剂的5种不同来源奥氏黄檀样品提取12 h的提取液二维荧光谱图; 混合试剂为乙酸乙酯和乙腈按体积比10:1制备Fig.8 Two-dimensional fluorescence spectrum of the extract solution are obtained by soaking five kinds of Dalbergia oliveri Prain from different areas in mixed reagent for 12 hours; The mixed reagent is prepared according to the volume ratio of ethyl acetate and acetonitrile equals 10:1

前述2.2部分通过荧光照片对两个红木样品的荧光稳定性进行了展示, 荧光照片显示两个红木样品在不同的存储时间条件下均能够呈现出明显的荧光现象, 但是该结果并没有直观展示荧光强度的变化。 本研究通过二维荧光谱图观察不同存储时间木材样品(交趾黄檀样品为JZHT-4、 奥氏黄檀样品为ASHT-1)提取液的荧光强度变化, 结果如图9和图10所示。 结果显示0年、 1年和2年不同储存时间的交趾黄檀和奥氏黄檀样品提取液激发光谱和发射光谱强度变化非常微弱, 表明试样中存在的荧光化合物具有高的稳定性。 另外有机化合物的荧光通常是非常灵敏的, 储存过程样品中荧光物质微弱的衰减对其荧光强度影响较小。 研究结果表明不同存储时间的交趾黄檀和奥氏黄檀样品的提取液具有稳定的荧光强度, 对于长时间存储的红木树种的鉴定具有潜在应用价值。

图9

Fig.9

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	图9 乙腈提取剂的不同存储时间交趾黄檀样品(JZHT-4)提取12 h的提取液二维荧光谱图Fig.9 Two-dimensional fluorescence spectrum of the extract solution are obtained by soaking Dalbergia cochinchinensis Pierre sample (JZHT-4) with different storage time in acetonitrile for 12 hours

图10

Fig.10

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	图10 混合提取剂的不同存储时间奥氏黄檀样品(ASHT-1)提取12 h的提取液二维荧光谱图; 混合试剂为乙酸乙酯和乙腈按体积比10:1制备Fig.10 Two-dimensional fluorescence spectrum of the extract solution are obtained by soaking Dalbergia oliveri Prain sample (ASHT-1) with different storage time in mixed reagent for 12 hours; The mixed reagent is prepared according to the volume ratio of ethyl acetate and acetonitrile equals 10:1

为了获得奥氏黄檀和交趾黄檀更加直观的荧光特征信息, 本文研究了两种红木样品提取液荧光物质的三维荧光谱图。 按照前述方法进行荧光物质提取, 取50 μ L交趾黄檀(来源为JZHT-1, JZHT-2, JZHT-3, JZHT-4, JZHT-5)的乙腈提取液, 用4 mL乙酸乙酯稀释得到交趾黄檀稀释液; 取50 μ L奥氏黄檀(来源为ASHT-1, ASHT-2, ASHT-3, ASHT-4, ASHT-5)的乙酸乙酯和乙腈的混合试剂的提取液, 用4 mL乙酸乙酯稀释得奥氏黄檀稀释液; 采用荧光光谱仪测试交趾黄檀稀释液和奥氏黄檀稀释液的三维荧光谱图, 如图11和图12所示。

图11

Fig.11

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	图11 乙腈提取剂的5种不同来源交趾黄檀样品提取12 h的提取液三维荧光等高线谱图Fig.11 Three-dimensional fluorescence contour spectrum of the extract solution are obtained by soaking five wood samples of Dalbergia cochinchinensis Pierre from different areas in acetonitrile for 12 hours

图12

Fig.12

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	图12 混合提取剂的5种不同来源奥氏黄檀样品提取12 h的提取液三维荧光等高线谱图; 混合试剂为乙酸乙酯和乙腈按体积比10:1制备Fig.12 Three-dimensional fluorescence contour spectrum of the extract solution are obtained by soaking five wood samples of Dalbergia oliveri Prain from different areas in mixed reagent for 12 hours; The mixed reagent is prepared according to the volume ratio of ethyl acetate and acetonitrile equals 10:1

图11和图12显示不同来源的交趾黄檀和奥氏黄檀两种样品三维荧光等高线谱图之间存在明显的差异, 例如荧光物质的种类和数目、 最大激发波长、 最大发射波长均不同。 如图11结果表明交趾黄檀树种样品的荧光提取液呈现一个中心区, 表明该树种中存在一种荧光化合物, 中心区域对应的横坐标和纵坐标即为该荧光化合物的最大激发波长(297 nm)和最大发射波长(327 nm)。 图12结果表明奥氏黄檀树种样品的荧光提取物种存在两个中心区, 表明该树种中存在两种荧光化合物或者一种含有两个荧光团的化合物, 中心区域对应的横坐标和纵坐标即为该荧光团的最大激发波长(317和333 nm)和最大发射波长(342和358 nm)。 根据荧光物质发光机理, 这两个红木树种含有荧光物质种类和数量均存在差别, 表明红木树种的荧光性质含有的信息非常丰富。 图11和图12结果还显示不同来源的交趾黄檀和奥氏黄檀样品内部之间三维荧光等高线谱图保持明显的一致性, 并且具有各自的特征, 可以作为它们各自的特征信息用于其树种识别和鉴定。 另外, 图11和图12显示不同来源的红木样品提取液三维荧光谱图之间存在微小的差异, 这种差异可能原因是提取液中含有复杂的其他有机化合物, 这些有机化合物的存在对荧光化合物的激发和发射存在一定的干扰。 然而这些并没有影响到荧光物质的主体荧光谱图, 而且这些干扰可以通过荧光物质的分离提纯得到消除。 最重要的是交趾黄檀和奥氏黄檀两个红木树种在GB/T 18107— 2017 《红木》 国家标准中没有给出具有荧光现象的描述。 因此, 结果表明三维荧光谱图能够更加直观、 详细的表达红木树种样品荧光特征信息, 且呈现各自的专属性特征, 而且不同来源的样品数据表明这种专属的荧光特征信息与树种之间存在很强的关联性, 奥氏黄檀和交趾黄檀的荧光特征能够作为其重要的属性特征用于具体树种的识别与鉴定。