【摘要】：隨著全球森林資源消耗量的急劇增加,木材尤其是瀕危與珍貴木材物種已迅速成為國(guó)際社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。正確地識(shí)別與鑒定木材,有助于合理、有效地保護(hù)、管理、利用木材資源,進(jìn)一步規(guī)避和化解木材進(jìn)出口貿(mào)易風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的木材識(shí)別方法建立在木材解剖學(xué)的基礎(chǔ)上,通過(guò)木材宏觀和微觀特征相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。其操作過(guò)程復(fù)雜、對(duì)專業(yè)知識(shí)要求高,一般很難鑒定到“種”。最新發(fā)展的木材化學(xué)指紋識(shí)別方法有助于打破傳統(tǒng)方法的局限性,為保護(hù)木材資源和木材合法貿(mào)易提供新的技術(shù)支撐。本研究以宏觀和微觀構(gòu)造特征高度相似的檀香紫檀(Pterocarpus santalinus)和染料紫檀(Pterocarpus tinctorius)作為研究對(duì)象,針對(duì)來(lái)自木材標(biāo)本心材的薄片(氣干、70℃處理、120℃處理)、粉末、抽提液(蒸餾水、乙醇和水、乙酸乙酯及苯醇抽提)等八種不同加工處理?xiàng)l件的樣品,分別采用實(shí)時(shí)直接分析-傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜(Direct analysis in real time-Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry,簡(jiǎn)稱 DART-FTICR-MS)和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(Gas chromatography-mass spectrometry,簡(jiǎn)稱GC-MS)方法,比較分析檀香紫檀和染料紫檀主要特征化合物的差異,揭示了不同加工處理?xiàng)l件對(duì)木材化學(xué)指紋圖譜的影響規(guī)律。同時(shí),結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析方法,篩選出區(qū)分檀香紫檀和染料紫檀的標(biāo)志性特征化合物。本研究采用DART-FTICR-MS和GC-MS指紋圖譜方法,可實(shí)現(xiàn)檀香紫檀和染料紫檀木材的科學(xué)準(zhǔn)確識(shí)別,為基于特征化合物的木材化學(xué)指紋識(shí)別方法提供了科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)。主要結(jié)果歸納如下:(1)檀香紫檀和染料紫檀心材的宏觀構(gòu)造、微觀構(gòu)造特征非常相似,水提取物均有明顯的藍(lán)色熒光反應(yīng)。單純利用傳統(tǒng)的解剖識(shí)別方法很難將二者區(qū)分開(kāi),需要進(jìn)一步發(fā)展新的方法來(lái)進(jìn)行輔助識(shí)別。(2)通過(guò)DART-FTICR-MS化學(xué)指紋圖譜,建立了木材快速識(shí)別方法。在DART-FTICR-MS圖譜中,檀香紫檀和染料紫檀既有共有峰,也有各自的特征峰。從整體上看,兩個(gè)樹(shù)種的DART-FTICR-MS圖譜存在顯著差異。多元統(tǒng)計(jì)分析表明,氣干木材薄片、70℃處理木材薄片、木材粉末和乙酸乙酯抽提液四種不同加工處理?xiàng)l件的樣品均呈現(xiàn)出最高的分類預(yù)測(cè)精度(100%),而對(duì)于120℃處理木材薄片,兩個(gè)樹(shù)種的分類預(yù)測(cè)精度最低(66.67%),說(shuō)明120℃處理?xiàng)l件顯著影響采用DART-FTICR-MS化學(xué)指紋方法對(duì)檀香紫檀和染料紫檀進(jìn)行分類的有效性。綜合考慮制樣難度以及預(yù)測(cè)精度,氣干木材薄片被選為適用于DART-MS方法進(jìn)行木材樹(shù)種識(shí)別的最佳樣品條件。結(jié)合OPLS-DA模型中的S載荷圖、VIP圖以及t檢驗(yàn)中的p值等依據(jù),對(duì)氣干木材薄片樣品共篩選出5個(gè)特征化合物,分別是477.3、254.2、473.3、272.2和258.2 m/z。這5個(gè)差異變量在檀香紫檀樣品中的相對(duì)峰強(qiáng)度明顯高于染料紫檀。(3)提出了基于GC-MS的木材化學(xué)指紋識(shí)別方法規(guī)程。檀香紫檀和染料紫檀的抽提液成分以及木材中的揮發(fā)性成分在種類和相對(duì)含量方面均存在較大的差異。這為利用GC-MS識(shí)別兩種木材提供了理論依據(jù)。通過(guò)主成分分析可知,除120℃處理木材薄片之外,其余加工處理?xiàng)l件的樣品均可以按照各自的樹(shù)種標(biāo)簽進(jìn)行聚類。利用OPLS-DA建立樹(shù)種分類的判別模型并預(yù)測(cè)未知樣品。結(jié)果表明,氣干木材薄片、70℃處理木材薄片、木材粉末、乙醇和水抽提液呈現(xiàn)最高的分類預(yù)測(cè)精度(100%)。與DART-FTICR-MS的結(jié)果類似,而對(duì)于120℃處理木材薄片,兩個(gè)樹(shù)種的分類預(yù)測(cè)精度最差(77.78%),說(shuō)明120℃處理?xiàng)l件顯著影響采用GC-MS化學(xué)指紋方法對(duì)檀香紫檀和染料紫檀進(jìn)行分類的有效性�？紤]到氣干處理木材制樣簡(jiǎn)單、分類精度高等特點(diǎn),在利用GC-MS方法識(shí)別檀香紫檀和染料紫檀時(shí),推薦以氣干處理木材作為研究對(duì)象。綜合OPLS-DA模型中的S載荷圖、VIP圖以及t檢驗(yàn)中的p值等依據(jù),對(duì)氣干木材薄片樣品共篩選出2個(gè)可能是區(qū)分檀香紫檀和染料紫檀的特征化合物,2-Naphthalenemethanol,1,2,3,4,4a,5,6,7-octahydro-α,α,4a,8-tetramethyl-,(2R-cis)-(15.69 min)和 2-Naphthalenemethanol,decahydro-α,α,4a-trimethyl-8-methylene-,[2R-(2α,4aα,8aβ)]-(15.38 min)。(4)通過(guò)相似性網(wǎng)絡(luò)融合算法對(duì)DART-FTICR-MS和GC-MS化學(xué)指紋圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,顯著提高了基于化學(xué)指紋的檀香紫檀和染料紫檀木材識(shí)別精度。對(duì)DART-FTICR-MS和GC-MS的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析后,相似性矩陣圖顯示代表同一樹(shù)種的區(qū)域顏色較深,兩個(gè)樹(shù)種的區(qū)分性顯著提高。利用融合后的數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)集的樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)。在120℃處理木材薄片、苯醇抽提液、乙醇和抽提液、乙酸乙酯抽提液等4種不同加工處理?xiàng)l件中,所有預(yù)測(cè)集樣品均被準(zhǔn)確識(shí)別,分類預(yù)測(cè)精度達(dá)到100%。與單項(xiàng)數(shù)據(jù)類型的結(jié)果相比,預(yù)測(cè)能力得到顯著提高。這說(shuō)明對(duì)DART-FTICR-MS和GC-MS數(shù)據(jù)進(jìn)行相似性網(wǎng)絡(luò)融合分析,可以實(shí)現(xiàn)兩種方法的相互補(bǔ)充,最終提高對(duì)檀香紫檀和染料紫檀的判別分類能力。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

２．３．１．宏觀特征逡逑本部分將從構(gòu)造、材色、紋理、氣味等宏觀特征入手，對(duì)檀香紫檀和染料紫檀兩逡逑個(gè)樹(shù)種的宏觀特征進(jìn)行分析和比較。圖２－１顯示了檀香紫檀縱切面掃描圖片和橫切面逡逑立體顯微圖片，從圖中可以看到兩個(gè)樹(shù)種的心材都是褐色但檀香紫檀的心材顏色略逡逑深。隨后利用放大鏡對(duì)兩個(gè)樹(shù)種實(shí)體木塊的三切面進(jìn)行觀察，結(jié)果如下：檀香紫檀為逡逑散孔材，，心邊材區(qū)分明顯，心材的新切面呈拮紅色至紫紅色，久置后變?yōu)樯钭仙蚝阱义献仙�；有微弱香氣；管孔肉眼下幾乎不可�?jiàn)，管孔內(nèi)含有深色樹(shù)膠；軸向薄壁組織為逡逑細(xì)線狀；木射線可見(jiàn)，弦切面波痕明顯；木材結(jié)構(gòu)細(xì)，有光澤，紋理直，略交錯(cuò)。染逡逑料紫檀為散孔材，心材的新切面呈鮮紅色，久置后變?yōu)樯钭仙�；香味不明顯；管孔肉逡逑眼下幾乎不可見(jiàn)，管孔內(nèi)含有深色樹(shù)膠；軸向薄壁組織為細(xì)線狀；木射線可見(jiàn)，弦切逡逑面波痕明顯；木材結(jié)構(gòu)細(xì)
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S781.4

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本文編號(hào)：2698071