花椒化学成份的红外光谱分析.docx
- 文档编号:26825132
- 上传时间:2023-06-23
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:373.58KB
花椒化学成份的红外光谱分析.docx
《花椒化学成份的红外光谱分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《花椒化学成份的红外光谱分析.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
花椒化学成份的红外光谱分析
2014年度本科生毕业论文(设计)
花椒化学成份的红外光谱分析
教学系:
化学与工程学院
专业:
化学
2014年5月
毕业论文(设计)原创性声明
本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究功效。
据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包括其他个人已经撰写或发表过的研究功效。
对本论文(设计)的研究做出重要奉献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名:
日期:
毕业论文(设计)授权利用说明
本论文(设计)作者完全了解文山学院有关保留、利用学生毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子版和纸质版。
有权将论文(设计)用于非获利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。
学校能够发布论文(设计)的全数或部份内容。
保密的论文(设计)在解密后适用本规定。
作者签名:
指导教师签名:
日期:
日期:
毕业论文(设计)答辩委员会(答辩小组)成员名单
毕业论文(设计)答辩委员会(答辩小组)成员名单
姓名
职称
单位
备注
主任(组长)
摘要
花椒中富含挥发油、生物碱、酰胺、木脂素、香豆素、脂肪酸等,因品种、产地的不同这些物质组分有较大的区别。
在食物工业上花椒作为调味剂利用并被加工成各类深加工产品,同时花椒作为中药也被普遍应用。
本文以花椒为原料,用不同极性溶剂(依次采用乙醇、乙酸乙酯、四氯化碳提取)采用超声波法提取花椒果皮和花椒籽的化学成份,提取的最佳条件料液比为1000:
4(㎎:
ml),提取温度为40℃,提取时刻为30min。
并用红外光谱法对不同地方不同种类的花椒壳、花椒籽和不同溶剂提取物的成份进行分析测定。
分析时采用红外光谱数据进行了相关二维、三维谱图的绘制。
通过研究发觉红外光谱技术能够为花椒及不同溶剂提取物中化学成份的分析提供一个丰硕的红外数据库,同时红外光谱数据的二维、三维处置方式增强了谱图的识别能力,超级有利于花椒种类的辨别,且红外光谱法样品制样简单便捷、分析速度快,吸收特征性强,仪器设备普及性强,因此可作为花椒的整体质量控制和不同提取工艺工程中成份分析的依据。
关键词:
花椒;红外光谱法;二维谱图;三维谱图
ChemicalconstituentsofdifferentsolventextractsfromChinesepricklyashandinfraredspectralanalysis
ABSTRACT
Pepperisrichinessentialoils,alkaloids,amides,Lignans,coumarin,fattyacids,duetodifferentvarieties,originsofthematerialcomponentsarequitedifferent.Sichuanpeppercornsusedasaflavoringagentinthefoodindustryandprocessedintoavarietyofproducts,andSichuanpeppercornsarealsowidelyusedastraditionalChinesemedicine.Pepper,thispaperasrawmaterials,withdifferentpolaritysolvents(ethanol,ethylacetateandcarbontetrachlorideextractedsequentially)usingultrasonicextractionofChinesepricklyashPeelandchemicalcomponentsofChinesepricklyashseed,solidtoliquidratioofoptimalconditionsforextractionof1000:
4(㎎:
ml),extractiontemperatureof40°c,andextractiontimeis30min.Usedinfraredspectroscopytodifferentplacesanddifferentkindsofpepper,Chinesepricklyashseedaswellasdifferentsolventextractofcompositiondetermination.Infraredspectroscopicdatawereusedintheanalysisoftwo-dimension,three-dimensionspectrumgraphtodraw.ResearchshowsinfraredspectroscopyforchemicalconstituentsofdifferentsolventextractsfromChinesepricklyashandanalysisprovidesarichdatabaseofinfraredandinfraredspectraldataoftwo-dimension,three-dimensionapproachenhancesthespectrum'sabilitytoidentify,verybeneficialtospeciesidentificationofChinesepricklyash.Infraredspectrometricanalysisofsamplepreparationsimpleandconvenient,fast,andstrongabsorptioncharacteristics,equipmentaccessibility,andthusservesastheoverallqualitycontrolofChinesepricklyashandanalysisofdifferentextractionprocessengineeringcomponentsbasedon.
Keywords:
pepper,andinfraredspectroscopy,andtwo-dimensionalspectra;threespectrograms
第一章前言
花椒是芸香科(Rutaceae)花椒属(ZanthoxylumL.)植物花椒(ZanthoxylumBungeanumMaxim)或青椒(Zanthoxylumschinifolium)的成熟干燥果皮。
花椒属植物全世界约有250种,散布于亚洲、美洲、非洲及大洋洲的热带和亚热带地域。
我国约有45种,13个变种,尤以长江以南及西南诸省最多。
花椒作为我国特色辛香料和中药材,历史悠长,全国有二十几个省区都有花椒栽培的历史,其中以四川汉源、重庆江津、陕西韩城和凤县、山西芮城、甘肃武都和秦安、贵州、山东莱芜、河北涉县、等地域为我国花椒主要产区。
1.花椒的化学成份
花椒的化学成份主要有挥发油、生物碱、酰胺、香豆素等,木脂素、脂肪酸和黄酮等。
花椒挥发油
花椒挥发油的化学组分主要有烯烃类、醇类、酮类、环氧化合物类及酯类。
花椒中的挥发油含量因花椒的品种、产地等不同而有专门大的不同,其化学组分也不尽相同。
而且挥发油在放置后,其成份会发生转变,如生成对伞花烃等。
张庆勇[1]对四川汉源花椒和金阳青花椒进行了比较,汉源花椒挥发油主要成份为芳樟醇%),枞油烯%)和柠檬烯%)等;金阳青花椒挥发油主要成份为柠檬烯%),莰烯(camphene,%)和芳樟醇%)等。
山西榆次花椒挥发油的主要成份为α-蒎烯(α-pipene,%),枞油烯%)。
刘锁兰[2]等比较了花椒(产于北京)及青椒(产于辽宁丹东)的花椒挥发油的成份,鉴定出的33种化合物中18种为二者共有,青椒挥发油的主要成份为爱草脑%),而花椒挥发油的主体成份为柠檬烯%)、l,8-桉树脑%)、月桂烯%)等。
花椒中的生物碱
生物碱是指天然的含氮有机化合物,但不包括氨基酸、蛋白质、核苷、卟啉等开链的简单脂肪胺,它的氮原子常在环上,并具有复杂的环状结构和生理活性。
花椒属植物中普遍含有生物碱,按其母核可分为:
喹啉衍生物类、异喹啉衍生物类、苯并菲啶衍生物类。
刘锁兰等研究发觉,不同产地、不同品种的花椒果皮生物碱的含量有明显不同。
向瑛等从刺异叶花椒根的木质部中分得6种生物碱,别离为铁屎米-6-酮,乙氧基白屈菜红碱、去甲基白屈苯红碱、白藓碱、勒碱、氧化勒碱,利用化学方式和光谱数据证明了它们的结构。
这些生物碱成份在广义花椒属的化学分类和应用研究中均具有重要意义。
花椒中的酰胺类物质
花椒属植物中的酰胺大多为链状不饱和脂肪酸酰胺,其它则为连有芳环的酰胺。
链状不饱和脂肪酸酰胺中以山椒素类为代表,有些具有强烈的刺激性。
据研究,酰胺类物质是花椒中的主要麻味成份,即花椒麻味素,其主要散布在花椒壳中。
国内外学者己从花椒中分离鉴定出11种长链不饱和脂肪族酰胺类化合物,包括a-山椒素、羟基-α-山椒素、羟基-β-山椒素、γ-山椒素、羟基-γ-山椒素、异羟基-γ-山椒素、脱氢-γ-山椒素、花椒素(bungeanool)、异花椒素、双氢花椒素、四氢花椒素等。
其它类物质
花椒果皮中还含有其它物质,如香柑内脂(bergapten)、脱草肠素(hemiarin)、7-羟基-6-甲氧基香豆素(scopoletin)、伞形花内脂(umbelliferone)、甾醇、不饱和脂肪酸、二十九烷(n-nonacosane)等物。
花椒在我国作为调味品利用已有二千连年的历史,但其产品主要局限于整粒或磨碎的花椒粉。
花椒果皮是常常利用食物调料、药用原料,果皮中挥发油是花椒的主要香气成份。
最近几年来,随着农业结构调整,各地域花椒产业均有较大的进展。
据资料我国花椒种植规模每一年以20%~30%的速度递增,目前种植面积已经超过12万hm2,产花椒12万吨左右,形成了一个年产值达15亿元左右的庞大特色产业。
花椒进展的速度相当快,随之有关花椒方面的研究也愈来愈多。
段世清[3]等曾利用红外光谱法研究了花椒的有效成份,林培英[4]等曾利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱法结合聚类分析方式定性辨别花椒属生药材。
2.傅里叶变换红外光谱法
傅里叶变换红外光谱法是常常利用的有机化合物结构鉴定的一种分析方式,已被普遍应用在各个研究领域。
纯化合物的分子振动光谱,反映了分子内部存在的各类基团具有指纹特性的振动。
对于一个混合物体系,其分子振动光谱的峰形、峰位、峰强代表着体系中所含各类相应基团的谱峰的叠加。
混合物组成的转变,将直接致使分子振动光谱整体谱图的转变,但仍能维持其谱图的宏观指纹性,因此红外光谱法正愈来愈多的应用于药用动、植物,食物,化学工业,农业,烟草等领域的真伪好坏辨别。
傅里叶红外吸收光谱能够反映出不同花椒成份的分子结构信息,可从本质上对花椒成份进行表述。
红外光谱结合光谱数据处置[5],能够显示出不同地方同种样品结构的不同,借助这种手腕,在实际工作中能够识别不同的花椒,也为成立不同品种花椒识别方式提供了技术支持。
因此,研究采用傅里叶变换红外光谱技术[6],来对不同地方青花椒、红花椒和他们的籽的化学成份分析具有重要意义。
本文以同一地方的籽与壳、不同地方的籽及不同地方的壳、和不同极性溶剂[7]提取的同种地方的籽与壳为研究对象,通过比较他们红外光谱的特征吸收峰,二维散布图,三维散布图来对它们进行辨别区分。
第二章实验步骤
1.实验仪器及样品
实验仪器
FTIRprestige-21型傅立叶红外变换光谱仪(日本,岛津国际贸易上海有限公司),XT220A电子天平(瑞士,Precisa),800型离心机,
SK2200HP超声波提取仪(上海科导),螺纹摇摆式小型粉碎机,
压片干机和压片模具,玛瑙研钵,红外干燥灯,
DHG-9076A型电热恒温鼓风干燥箱等。
实验试剂
溴化钾(AR)乙醇、乙酸乙酯、四氯化碳均为分析纯
实验样品
本文选取了采自云南昭通鲁甸县和曲靖陆良县的青花椒、红花椒、和他们的籽为实验材料,利用傅里叶变换红外光谱仪测定了它们的红外吸收光谱。
2红外光谱分析样品的处置及测定
样品的预处置
将不同地方的花椒经60℃烘干6h,把籽与壳分开并别离粉碎,将几分样品贴上标签。
溴化钾压片的制作
溴化钾压片技术是处置固体样品和液体样品以进行红外分析时常常利用的背景载体。
进入实验室,打开红外干燥灯,把溴化钾固体颗粒放到红外干燥灯下进行干燥。
先取200mg左右的KBr(充分烘干)于玛瑙研钵中,研磨至KBr颗粒直径约2μm,用擦镜纸把压片模具擦干净,带上手套,用不锈钢式样勺把溴化钾样品均匀的平铺在模具内,放好模具,把模具放到压片干机上加压到60KN,大约两分钟,掏出,然后把做好的溴化钾压片用镊子小心的移出来,将压制作好的溴化钾压片放到支架上,压制好的纯溴化钾片放置于红外光谱固体挂件上用于背景扫描。
(注:
溴化钾晶片必需无裂痕,局部无发白现象,像玻璃一般透明,不然就要重做。
)
固体样品的测定
取约样品粉末,溴化钾=1:
50(㎎:
㎎)置于研钵中混合研磨,压片,并用红外光谱测定,扫描范围4000~400cm-1,分辨率cm-1,扫描次数10次。
提取物的测定
先用移液管移取溶剂滴在纯固体溴化钾片上经红外扣除溶剂背景,再滴等量的相应溶剂提取液在另一个溴化钾片上,迅速放到红外光谱仪样品室里进行测定,绘制出相应的红外光谱图。
3.谱图处置
把测量取得的红外光谱图进行谱图叠加,并进行标注,观察同一地方籽与壳的不同和不同地方同一部位的不同。
同时对谱图标出特征吸收峰,将其数据导出,以便能更快的找出它们的不同。
还可用实验得出的数据来绘制二维图形、三维图形进行分析,从而更为直观的看出它们之间的区别。
第三章实验结果与讨论
按照花椒籽与壳的红外光谱图、叠加图,数据处置得出的二维图形、三维图形进行分析。
别离对不同地方不同种类花椒的籽与壳,同一地方不同种类的花椒籽、不同种类的花椒壳,和不同溶剂提取的同一地方不同种类花椒的籽与壳的红外光谱图、叠加图、二维图形及三维图形进行分析比较。
1.同一地方花椒籽与壳的分析比较
图3-1曲靖青椒籽与壳的叠加图
图3-2曲靖红椒籽与壳的叠加图
图3-3昭通青椒籽与壳的叠加图
图3-4昭通红椒籽与壳的叠加图
2.不同地方同一部位的分析比较
图3-5不同地方青椒籽的叠加图
图3-6不同地方红椒籽的叠加图
图3-7不同地方红椒壳的叠加图
图3-8不同地方青椒壳的叠加图
表3-1不同地方不同种类花椒的特征吸收峰
实验样品
特征吸收峰(cm-1)
曲靖青壳
曲靖青籽
曲靖红壳
曲靖红籽
昭通青壳
昭通青籽
昭通红壳
昭通红籽
1111
分析结果如下:
3.8个固体样品红外光谱的一路特性
图3-一、图3-二、图3-3、图3-4是同一地方籽与壳的红外光谱叠加谱图,图3-五、图3-六、图3-7、图3-8是不同地方的籽及不同地方的壳的红外光谱叠加图,从8个叠加谱图和表3-1能够看出选取的8个花椒样品在4000~400cm-1范围内的红外吸收光谱大体相同[5],表此刻3008cm-1有不饱和碳的C-H伸缩振动峰,在2926cm-1、2852cm-1处有饱和碳的C-H伸缩振动峰,在1745cm-1处有C=O伸缩振动峰,在1458cm-1处有亚甲基的弯曲振动峰,在1163cm-1处有甘油三酯中C-O伸缩振动峰,在2360cm-1处有碳碳三键的伸缩振动峰。
花椒籽与壳、籽与籽、壳与壳的红外光谱出现的特征波数、峰位和峰形大体相同,说明同一地方籽与壳和不同地方同一物质的主要组分大体是相同的[8]。
4.8个固体样品红外光谱的不同性
从8个叠加谱图可知,虽然不同地方花椒籽与壳的红外特征吸收光谱大体相同,但它们之间在1745cm-1—1458cm-1波数范围内的红外谱图也存在着明显的不同。
比如在721cm-1处碳链骨架振动峰,1373cm-1处有—CH3的弯曲振动峰有所不同。
虽然不同地方花椒籽与壳的红外吸收光谱存在不同,可是由于它们的共性较多,因此单纯利用一维红外谱图无益于区分。
利用傅里叶变换红外光谱进行分析时,峰高(H)、峰面积(A)、校正峰高(Hc)和校正峰面积(Ac)等,这些都可作为判别分析的参数,因此,本实验别离用峰高、峰面积、校正峰高、校正峰面积作为特征峰参数,来进行判别分析,并对结果进行比较[6]。
经观察,所测定8个样品的红外光谱在1745—1458cm-1处有明显不同,此信息为花椒主要成份酰胺的C=O伸缩振动和芳环中的C=C的伸缩振动吸收峰。
而且在2926cm-1和3448cm-1处的特征吸收均较强。
因此选取1458cm-1、1745cm-1、2926cm-1和3448cm-1处的吸收峰相关参数来作为模式识别的原始数据。
针对不同地方花椒青壳、花椒红壳、花椒红籽、花椒青籽的红外光谱数据,将2926cm-1与3448cm-1波数处峰高(H)的比值A2926cm-1/A3448cm-1为横坐标,1458cm-1与1745cm-1波数处峰高(H)的比值A1458cm-1/A1745cm-1为纵坐标,采用Origin化学软件绘制二维散布图。
表3-2花椒籽与壳红外吸收光谱的特征吸收峰峰高之比
波数cm-1
曲靖
昭通
青壳
青籽
红壳
红籽
青壳
青籽
红壳
红籽
A2926/A3448
A1458/A1745
图3-9不同地方不同种类花椒(籽与壳)的二维散布图
从二维散布图中能够明显的看出8个固体样品的散布各异,因此能够专门好的利用此方式对同一地方籽与壳和不同地方的籽、不同地方的壳的不同进行辨别。
,分油停产,分油停产为了能够更直观、更便捷的对花椒籽、花椒壳和不同地方的花椒进行区分,将8个样品的特征吸收峰2926cm-1与3448cm-1峰高(H)的比值做为X轴,1458cm-1与1745cm-1峰高(H)的比值作为Y轴,和花椒主要成份的特征区最强峰1745cm-1的波数作为Z轴,绘制如下图3-10、图3-11三维散布图。
表3-3各花椒红外吸收光谱特征吸收峰峰高之比
波数cm-1
曲靖
昭通
青壳
青籽
红壳
红籽
青壳
青籽
红壳
红籽
A2926/A3448
A1458/A1745
Z
1743
1745
1743
1745
1734
1745
1734
1743
●代表籽◆代表壳
图3-10以吸收峰高度比及波数为参数的分析图
★代表昭通▲代表曲靖
图3-11以吸收峰高度比及波数为参数的分析图
利用绘制出的三维散布图,对8个样品进行判别分析,同时考察了不同选取参数对判别结果的影响。
结果表明花椒籽与壳,不同地方花椒之间有明显的散布不同。
5.不同极性溶剂的提取物
用不同极性溶剂别离提取花椒中的主要成份,并利用红外光谱法对同一地方的籽与壳、不同地方的籽、不同地方的壳进行分析鉴定。
结果发觉:
不同极性溶剂提取不同地方的籽,不同地方的壳的红外光谱图峰的形状,峰的位置都有明显的不同,因此能够用红外光谱法将不同地方的籽,不同地方的壳区分开来。
但对于同一地方籽与壳的红外光谱图分析,它们之间还存在较大的相似性,先将谱图进行叠加,如下图3-1二、图3-13图3-14、图3-1五、图3-1六、图3-17,在对它们进行分析比较。
乙醇提取物的红外光谱叠加图
图3-12乙醇提取曲靖红椒籽与壳红外光谱叠加
图3-13乙醇提取曲靖青椒籽与壳红外光谱叠加
乙酸乙酯提取物的红外光谱叠加图
图3-14乙酸乙酯提取曲靖青椒籽与壳红外光谱叠加
图3-15乙酸乙酯提取曲靖红椒籽与壳红外光谱叠加
四氯化碳提取物的红外光谱叠加图
图3-16四氯化碳提取曲靖青椒籽与壳红外光谱叠加
图3-17四氯化碳提取曲靖红椒籽与壳红外光谱叠加
分析结果:
花椒中化学成份主要有挥发油、生物碱、酰胺、香豆素、木脂素、脂肪酸和黄酮等。
其中酰胺是花椒的主要麻味成份[9],主要包括:
羟基-α-山椒素、羟基-β-山椒素、羟基-γ-山椒素、γ-山椒素、2、-羟基-N-异丁基-2,4,8,10,12-十四烷五稀酰胺、2、-羟基-N-异丁基-2,4,8,11-十四烷四稀酰胺、2、-羟基-N-异丁基-2,6,8,10-十四烷四稀酰胺、N-对羟基苯基甲基-2,7-二甲基-2,6辛二烯酰胺等[10]。
含氮的芳香杂环的骨架伸缩振动在1600—1500cm-1,不同的杂环在1500cm-1处的吸收强度变换专门大,存在于生物碱中的内酯。
环酮和内酰胺中的羰基伸缩振动吸收处在1660—1770cm-1之间,因环的大小和是不是具有双键共轭体系的存在等结构特征而有所不同。
香豆素内酯环的羰基在1725—1695cm-1显示强吸收峰,α、β不饱和双键的吸收出此刻1640—1625cm-1,并在1600—1500cm-1显示苯环的共轭双键吸收,在指纹区900—700cm-1苯环的骨架振动吸收峰和1280—1260cm-1的C-O单键的伸缩振动吸收。
木脂素均显示出苯环的特征吸收:
1600cm-1的伸缩振动和1585cm-1、1500cm-1的变形振动。
含有亚甲氧基的,在936cm-1处显示特征吸收,具有不饱和五元环内酯的木脂素,其内酯的羰基在1780—1760cm-1显示吸收,具有α、β不饱和内酯环的木脂素[11],其内酯的羰基将在1760—1750cm-1之间显示吸收。
5.4不同极性溶剂提取的花椒成份红外光谱的一路特性
用不同极性的溶剂提取同一地方不同种类花椒籽与壳,利用红外光谱对其成份进行分析,结果发觉他们吸收峰的形状及位置都有较大的共性。
其共性如下表3-4。
表3-4不同溶剂提取花椒成份的红外特征吸收峰
波数(cm-1)
基团及振动方式
波数(cm-1)
基团及振动方式
3385
2900
2800
1380
1370
1745
1450
1470
O-H伸缩振动
饱和C-H伸缩振动
—CH3对称弯曲振动
C=O的伸缩振动
—CH3、—CH2—不对称弯曲振动
1298
1240
1182
1162
1103
1085
1022
=C-O-R的反对称伸缩振动
C-O伸缩,=C-O-C反对称伸缩振动
C-O伸缩振动
不同极性溶剂提取花椒成份红外光谱分析的不
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 花椒 化学 成份 红外 光谱分析