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便携式热裂解-膜进样质谱定量检测杜仲中天然橡胶含量

2023-6-15 11:55| 发布者: admin_1| 查看: 991| 评论: 0|原作者: 北京化工大学橡胶植物研究中心

杜仲(EU)是我国特有的珍贵树种,而且,EU是经济效益、社会效益和生态效益结合最好的树种之一。EU基因组含有大量具有抗寒、抗旱、抗盐、抗病虫害的功能基因,非常适合改善脆弱地区的生态环境,为生态和城市建设提供较高的生态价值。 此外,杜仲的树皮、叶子、果实中含有EUG和珍贵的药用成分,具有很高的食用和药用价值,在治疗高血压、血脂、腰痛、代谢性疾病等方面具有独特的优势。

与橡胶草橡胶的顺式1,4-聚异戊二烯成分类似,杜仲橡胶(EUG)是一种以反式-1,4-聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物,是我国特有的天然橡胶资源。由于其出色的结晶能力和橡塑二重性,在医疗器械、国防军工等多个领域有广泛的应用。开发我国特有的杜仲橡胶作为第二天然橡胶并积极发展其产业是应对目前三叶橡胶资源短缺的最为有效的途径,发展杜仲橡胶产业在缓解我国天然橡胶资源严重匮乏的困境的同时,对于保障我国橡胶工业的可持续健康发展具有非常重要的意义,杜仲橡胶的快速定量技术及检测装备研发,是关乎我国杜仲胶产业发展的关键性技术之一。

我们设计了一种便携式热裂解膜进样质谱(PY-MIMS)(图1)来快速、准确、定量地鉴定EU中的橡胶含量。膜进样质谱 (MIMS) 是一种高效的分离技术,它使用半透膜从液相或气相系统中分离目标物质,无需色谱分离即可对复杂样品进行质谱分析。 MIMS根据其结构组成可分为膜入口、离子源和质量分析器。 MIMS 的分离原理是基于被分离物质在渗透膜两侧的气体压差驱动下,由于分子形状、大小和在膜中溶解度的差异而产生不同的渗透速率。 渗透率较高的物质在表面富集IDE更靠近离子源,达到分离的目的。 简而言之,MIMS就是将分离出的物质通过膜溶解、扩散的过程。大多数MIMS采用半透膜或选择性渗透膜作为分离方法,并选择小型便携式四极杆或离子阱质谱仪进行质量分析。

本研究团队自主研制的便携式PY-MIMS样机,是具有完全自主知识产权和具有国际领先水平的研究成果。我们首次使用PY-MIMS技术实现了杜仲橡胶含量的快速和定量检测,可为杜仲橡胶产业的可持续健康发展提供配套的技术支持和保障。该方法将EU中聚异戊二烯成分热解为小分子物质,直接通过膜进样质谱技术进行分析,产生的特征定量离子可实现该成分的定量。以我组开发的基准热裂解-气相色谱法作为该实验参考方法,两种方法橡胶含量测试结果的平均相对误差为1.153%,同时针对PY-MIMS做了检出限和回收率的测定,得到该方法检出限为1.36 μg/mg,样品回收率为95.04%~104.9%之间,RSD均值为5.96%。与现有的检测方法相比,新技术具有更高的灵敏度和精度,同时显着减少了测试时间和操作难度。该新技术的建立解决了实际生产种植过程中无法快速、精准、便捷检测EUG含量的问题,满足了橡胶检测领域对精确实时定量检测技术的需求。

这项研究工作已被《Molecules》杂志接受发表,DOI10.3390/molecules28083330

后续,我们期望这项技术能够拓展应用于其他替代产胶植物,如蒲公英橡胶草、银胶菊、莴苣等植株含胶量的快速、高通量定量检测。在橡胶草橡胶检测领域,PY-MIMS技术的高精确性和高分辨率,可以适用于对胶含量要求更为精细的应用场景,与我们开发的近红外光谱技术——快速性和非破坏性使其适用于大规模样品检测,能够满足快速筛选和批量检测的需求。这两项技术可以在橡胶草高品质种质资源筛选和高产栽培技术的研发中发挥作用,大幅提高选种和种植效率,为橡胶草胶含量检测提供更全面和准确的解决方案。


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