木质素在植物细胞壁中含量较高,约占生物量干质量的15%-30%,主要由带侧链的芳香环及通过各种强共价键连接的—OCH3和OH基团构成,并且其化学性质和结构相对稳定,仅有少数微生物才能将其分解。因此,木质素的难分解性造成其周转速率远低于其他碳组分,通常用它作为土壤中植物来源碳的主要标志物。
但是,木质素的绝对含量很难被量化,常用氧化铜催化提取木质素酚的单体,包括肉桂基(cinnamylphenols,C;阿魏酸、对香豆酸)、丁香基(syringylphenols,S;丁香醛、丁香酮、丁香酸)、香兰基(vanillylphenols,V;香草醛、香草乙酮、香草酸),这8类单体常被用作植物源碳的生物标志物。木质素酚含量、不同单体间的比值既可以表征植物来源碳,也可以指示木质素的降解程度。
未经分离的木质素无法进行直接分析,因此,一般先将木质素氧化降解成特征的小分子酚类化合物,然后采用气相色谱法(GC)进行测定。
检测方法要点:上述11种单体通常经碱性CuO氧化(155°C,过量CuO)从木质素基质中释放,随后通过液液萃取或固相微萃取富集,经硅烷化衍生(如BSTFA)后进入GC-MS或GC-FID分析。部分实验室也采用硝基苯氧化结合HPLC法,在290 nm下检测各单体含量。由于酚酸类单体挥发性较低,其检测限通常高于醛、酮类单体。需要强调的是,前处理条件对最终结果影响较大,建议在方法建立阶段进行充分验证。
木质素酚单体分类表
| 分类 | 名称 | CAS | 化学结构式 |
|---|---|---|---|
| 香草酚基 | 香草醛(香茅/香兰素/香草醛/香兰醛/香英兰醛/香英兰素/3-甲氧基-4-羟基苯甲醛) Vanillin |
121-33-5 | |
| 香草酮(4-羟基-3-甲氧基苯乙酮/香草乙酮/3-甲氧基-4-羟基苯乙酮) Acetovanillone |
498-02-2 | ||
| 香草酸(4-羟基-3-甲氧基苯甲酸) Vanillic acid |
121-34-6 | ||
| 丁香酚基 | 丁香醛(3,5-二甲氧基-4-羟基苯甲醛) Syringaldehyde |
134-96-3 | |
| 丁香酮(乙酰丁香酮/3,5-二甲氧基-对羟基苯乙酮) Acetosyringone |
2478-38-8 | ||
| 丁香酸(3,5-二甲氧基-4-羟基苯甲酸/4-羟基-3,5-二甲氧基-苯甲酸/醋酸-3,5-二甲酸) Syringic acid |
530-57-4 | ||
| 肉桂酚基 | 对香豆酸(对羟基肉桂酸/p-香豆酸/反式对羟基肉桂酸/反式-桂皮酸/对羟苯丙烯酸/对羟基苯基丙烯酸) p-Coumaric acid |
501-98-4 | |
| 阿魏酸(4-羟基-3-甲氧基肉桂酸) trans-Ferulic acid |
537-98-4 | ||
| 苯酰基 | 对羟基苯甲醛 4-Hydroxybenzaldehyde |
123-08-0 | |
| 对羟基苯乙酮(4-乙酰苯酚/4-羟基苯乙酮) 4-Hydroxyacetophenone |
99-93-4 | ||
| 对羟基苯甲酸 4-Hydroxybenzoic acid |
99-96-7 |