[发明专利]森林可燃物中单萜类组分ɑ-蒎烯的提取、测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化合物的提取、测量方法，特别是涉及森林可燃物中挥发性油单萜类组分ɑ-蒎烯的提取及其含量的测量方法。

背景技术

森林火灾往往导致重大的财产损失和人员伤亡。准确地预测和把握森林火行为的发展趋势，进而制定出合理高效的扑火策略，可最大程度地降低由火灾导致的损失和伤亡。森林火行为的发展和变化除与气象和地形条件密切相关外，与可燃物自身的理化性质更是密不可分。

尽管森林可燃物的形态千差万别，但其化学组分相似，可归结为5大类：纤维素(38～50％)、半纤维素(7～26％)、木质素(23～24％)、抽提物(<15％)、矿物质(<1％)。纤维素和半纤维素的热学性质差别不大，热值为16.13MJ/kg，木质素的热值为24.53MJ/kg。

抽提物是指可以用水(热水、冷水)、有机溶剂(醚、苯醇等)或稀酸稀碱水液抽提出来的物质的总称。抽提物是影响可燃物燃烧过程的重要化学组分，因为它可以加速火线的燃烧。可燃物抽提物含量是研究森林燃烧性、树种燃烧性及抗火性的重要理化指标，也是林火管理的基本依据。

抽提物组成复杂，主要有2类化合物对燃烧和火行为的影响较大，第1类是脂溶性组分(脂肪和蜡)，主要存在于木质部和树皮中，俗称“粗脂肪”；第2类是萜烯类化合物，主要存在于树木的小枝和叶片中，以针叶树种叶片中含量最大，俗称“挥发油”。

挥发油的主要成分为萜烯类化合物(如表1所示)，是异戊二烯的聚合物，随树种不同在小枝和叶片中的含量变化很大，在针叶树中所占比例较多，可达6％，其燃点低、易挥发、不需要热解、极易燃烧，燃烧热值大。

表1单萜化合物的沸点

“挥发油”一词最早源自医药领域，又称植物精油，是存在于植物体中一类具有挥发性、可随水蒸气蒸馏出来的油状液体的总称。长期以来，国内外学者对中药挥发油的研究进行了大量的实践，并取得一定的成就。近年来挥发油在香料、食品、化妆品行业也有了一定的应用，但在森林防火领域应用很少。

挥发性油与林火的关系密切，它可以加速火线的燃烧，挥发性油含量高的地表枯落叶引燃时间短、火蔓延快、火焰高，同时挥发性油含量高树种组成的森林发生火灾时，易出现树冠火、火旋风、轰燃等高能量火行为。最新的研究结果表明，可燃物中的挥发性油与特定条件下林火行为的突变具有重要关联，因为它在火场热量条件下不需热裂解，即可快速释放到周围环境中，且可以在特定地形条件下进行累积，累积后高浓度的挥发油性气体，遇星星火源即可演变为爆发火，使火场形式突变，导致伤亡事故发生。

对于挥发性油与林火的密切关系，我国林火研究人员一直都很重视，并在挥发性油与可燃物易燃性评价和防火树种筛选方面做了不少研究工作，但对于准确测定可燃物中挥发性油含量，特别是与林火最密切相关的单萜挥发性油含量的方法则未有深入研究，森林防火中常用的水蒸汽蒸馏法存在很多不足。另外，虽然中药、香料、食品和化妆品行业等对挥发性油提取有很多的研究，但他们关注的挥发性油多为具有一定药理作用、香味等的萜烯类化合物及其衍生物，是萜烯类化合物中高沸程的部分，而对于低沸程的单萜类化合物，则认为是药用或香料挥发性油的杂质，需极力去除的，因此对于单萜化合物提取方法和含量测定等目前尚无深入的研究。

ɑ-蒎烯是针叶树含量最多的单萜挥发性油性化合物，在水蒸气蒸馏法等获得的针叶树挥发油中含量高达60％以上，其沸点在单萜中也是较低的，为155～156℃(如表1所示)。

但由于挥发性油理化性质的特殊性，一直以来对于挥发性油影响林火行为机理的研究大多停留在定性和假设的层面，缺乏定量科学数据的支撑。可燃物中挥发性油研究的难题在于挥发性油含量的精确测定。

在森林防火领域，水蒸气蒸馏法(试验设备如图1所示)是提取森林可燃物中挥发油的传统方法。其依据是利用了挥发油与水不相混合，受热后，两者大气压的总和与大气压相等时，溶液开始沸腾，继续加热挥发油可随水蒸气蒸馏出来的性质。提取时，将可燃物样品粉碎(40目)，装入挥发油提取器中，加水蒸馏6-8小时，挥发油受热随水蒸气同时蒸馏出来，收集蒸馏液，经冷却后分取油层，所得挥发油用无水硫酸钠干燥，得到的挥发油为黄色油状物。