張景朋，張卿碩，吳玉章，蔣明亮*

(1. 中國林業(yè)科學研究院林業(yè)新技術研究所，北京 100091； 2. 中國林業(yè)科學研究院木材工業(yè)研究所，北京 100091)

木材作為一種生物質材料，在使用過程中極易遭受蟲蛀以及腐朽菌、霉菌等微生物的侵害[1-2]。木材防腐處理可以延長木材使用壽命5倍左右[3]，是節(jié)約木材的重要措施，對木材資源高效利用具有重要意義。木材防腐劑包括銅基、硼基防腐劑，以及有機殺菌劑和天然提取物為主成分的防腐劑[4-6]，目前戶外防腐材使用最廣泛的為銅基防腐劑和有機防腐劑，市場占有率超過95%。銅唑(CA)是由銅胺絡合物和三唑殺菌劑復配而成的一種水載型木材防腐劑，其中三唑藥劑是戊唑醇(TEB)和丙環(huán)唑(PPZ)[3]，銅唑制劑抗流失性強、防腐防白蟻性能優(yōu)良[7-8]，處理材野外耐久9年完好[9]，已在我國大量推廣應用。戊唑醇和丙環(huán)唑(兩者簡稱PT)作為麥角甾醇生物合成抑制劑對擔子菌、子囊菌等木材腐朽菌有很好的防治效果[10]，已被列入GB/T 27654—2011《木材防腐劑》和GB/T 27651—2011《防腐木材的使用分類和要求》，室外地上使用載藥量在300 g/m3以下，使用成本較低、環(huán)境相容性好[8]。

為了保證含PT防腐劑處理木材的質量，建立一種簡便、準確分析防腐材中戊唑醇和丙環(huán)唑含量的方法非常重要。戊唑醇和丙環(huán)唑一般采用高效液相色譜法(HPLC)分析[11]，將戊唑醇和丙環(huán)唑從木材中充分抽提是準確分析其含量的關鍵，Miyauchi等[12]和馬紅霞等[13]報道了超聲波提取木材中戊唑醇的方法，其中木材抽提物的干擾色譜峰通過固相萃取預處理減弱或消除，可實現戊唑醇的準確分析。不同木材的抽提物組成和含量會有差別[14]，抽提物色譜峰的干擾對PT的準確分析影響較大。目前關于防腐木中PT的提取以及HPLC分離分析的研究鮮有報道，僅有GB/T 23229—2009《水載型木材防腐劑分析方法》和GB/T 33021—2016《有機型木材防腐劑分析方法 三唑及苯并咪唑類》公布了關于PT及其處理木材中含量的分析方法，其中關于防腐木分析的前處理用時較長、操作步驟煩瑣，對防腐木樣品的前處理進行優(yōu)化研究，可為相關標準修訂提供支撐。

在前期PT分析方法[15]研究基礎上，筆者重點對超聲波提取木材中PT方法的提取溶劑種類、溶劑用量、提取時間進行優(yōu)化，運用最佳提取方法對輻射松、杉木、楊木、橡膠木和竹材的處理材進行前處理，對處理液采用HPLC進行PT的含量分析，為防腐材中PT的含量分析提供簡便快捷的前處理方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

輻射松(Pinusradiata)產地新西蘭；杉木(Cunninghamialanceolata)產自湖南??；橡膠木(Heveabrasiliensis)產自海南省樂東縣；楊木(Populusspp.)，107品系，產自山東省長青縣。選取無明顯節(jié)子、變色等缺陷的邊材制成規(guī)格20 mm×20 mm×20 mm(縱向×弦向×徑向)的試件。毛竹(Phyllostachysedulis)，竹齡4年，產于浙江省杭州市，刨去竹青、竹黃后的竹條，制成50 mm×20 mm×5 mm(縱向×弦向×徑向)的試件。

石油醚、環(huán)己烷、丙酮、乙醇，均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司；甲醇、乙腈，均為色譜純，購自美國Thermo-Fisher公司；丙環(huán)唑(質量分數≥95%)，褐色黏稠狀液體；戊唑醇(質量分數≥97%)，白色粉末，購自溫州綠佳農藥進出口有限公司；戊唑醇標準品(純度≥99.5%，甲醇中丙環(huán)唑溶液標準物質1 000 mg/L)，購自北京北方偉業(yè)計量技術研究院；PT制劑，其中戊唑醇質量分數7.2%、丙環(huán)唑質量分數7.4%，由本實驗室自制。

1.2 試驗方法

1.2.1 色譜條件

根據參考文獻[11,16]，結合各種木材的抽提物分離條件，確定如下色譜條件：SilGreen C18色譜柱(長×柱徑=250 mm×4.6 mm，填料粒徑5 μm，購自北京綠百草科技發(fā)展有限公司)；柱溫30 ℃；流動相V甲醇∶V乙腈∶V水=1∶1∶1，流速1.2 mL/min；檢測波長220 nm；進樣量20 μL。

1.2.2 標準溶液配制

稱取0.010 0 g戊唑醇標準品于10 mL容量瓶中，加入色譜甲醇定容至刻度得1 000 mg/L標準溶液。分別量取1 000 mg/L的戊唑醇和丙環(huán)唑標準溶液各5 mL混合均勻，得到質量濃度均為500 mg/L的PT標準溶液。將上述溶液用甲醇稀釋，配得質量濃度梯度為5，20，40，60，80和100 mg/L的PT系列標準溶液，在相同的色譜條件下進樣分析，繪制標準曲線。

1.2.3 輻射松試件的防腐處理

稱取10.000 g的PT制劑于2.5 L燒杯中，加水至1 000 g稀釋得到一定濃度的處理藥液。選取無節(jié)子、變色等缺陷的輻射松試材，在28 ℃烘箱中，自然氣干，含水率為9.2%。稱取處理前質量(精確至0.001 g)，將試件放入處理槽中，用重物壓穩(wěn)，注入防腐處理液，置于真空干燥箱中，抽真空至-0.09 MPa，保持15 min，卸壓后常壓浸泡10 min。處理完畢后取出試件，用濾紙擦去表面殘留藥液，稱取處理后質量(精確至 0.001 g)，在28 ℃烘箱中，自然氣干7天，含水率為9.2%。試件中藥劑的載藥量按如下公式計算：

R0=(m2-m1)c/m1×103

(1)

式中：R0為試件中防腐劑的載藥量，mg/g；m1為試件吸藥前質量，g；m2為試件吸藥后質量，g；c為防腐劑中有效成分的質量分數，%。

圖1 PT溶液色譜圖Fig. 1 PT solution chromatograms

1.2.4 木竹材樣品的制備與分析

1)輻射松分析樣品的預處理方法優(yōu)化：將處理的輻射松鋸解成厚5 mm的小試件，用植物粉碎機粉碎過 30目(孔徑為0.55 mm)篩。準確稱取約0.300 0 g木粉于30 mL螺蓋樣品瓶中，準確加入體積為V的溶劑，旋緊螺蓋，置于超聲波清洗器中，保持溫度25 ℃，超聲提取一定時間。結束后，取上層清液，過孔徑為0.45 μm有機濾膜后，用于HPLC分析，每組樣品重復3次，取平均值。根據防腐劑的回收率對超聲預處理的溶劑種類、溶劑用量、提取時間因素進行優(yōu)化。試件中防腐劑載藥量的測定值按如下公式計算：

R=V×C/(m×103)

(2)

式中：R為試件中防腐劑載藥量的測定值，mg/g；V為提取溶劑體積，mL；C為測得的有效成分質量濃度，mg/L；m為木粉的質量，g。

2)5種木竹材樣品的制備與分析：將輻射松、杉木、橡膠木、楊木和竹材的素材試件用植物粉碎機制成木粉。準確稱取0.300 0 g木粉于30 mL螺蓋樣品瓶中，用移液槍量取戊唑醇和丙環(huán)唑質量濃度為714和734 mg/L的PT溶液1 mL 加入樣品瓶中，敞口在自然狀態(tài)下充分氣干得戊唑醇和丙環(huán)唑質量載藥量分別為2.380和2.447 mg/g的分析樣品；使用戊唑醇和丙環(huán)唑質量濃度為178.5和183.5 mg/L的PT溶液用同樣的方法處理，得到載藥量分別為0.595 和0.612 mg/g 的分析樣品。采用優(yōu)化出的超聲提取條件進行處理，處理后樣品液過孔徑為0.45 μm有機濾膜后，用于HPLC分析，每組進行5次重復，計算平均值。

2 結果與分析

2.1 HPLC分析方法的評價

質量濃度約為24 mg/L的PT制劑溶液的色譜圖見圖1a，色譜圖中基線較穩(wěn)，色譜峰峰形較好，無拖尾，兩者分離效果理想。其中戊唑醇保留時間在14.3 min，丙環(huán)唑的出峰時間在17.1 min左右，其與GB/T 33021—2016中戊唑醇和丙環(huán)唑保留時間相比有所延長，主要原因是本研究所用色譜柱規(guī)格不同，且流動相流速較慢所致。丙環(huán)唑色譜峰出現分叉是因為對映體的存在。此外，檢測防腐木竹材中防腐劑的含量，色譜分析最關鍵的是實現木材抽提物色譜峰和防腐劑色譜峰的完全分離。采用上述流動相對防腐輻射松抽提后進行液相色譜分析，如圖1b所示，輻射松抽提物種類較多，大部分在防腐劑出峰之前已分離出來，在丙環(huán)唑出峰后僅有1個小雜峰，抽提物色譜峰對戊唑醇和丙環(huán)唑色譜定量分析無干擾。

采用外標法定量分析PT含量，以質量濃度為橫坐標、峰面積為縱坐標作圖，得戊唑醇(丙環(huán)唑)線性相關曲線(圖2)。在5～100 mg/L線性范圍內：戊唑醇線性方程為y=35.465x+0.349 3，決定系數R2=0.999 7；丙環(huán)唑線性方程為y=35.653x-12.660 0，決定系數R2=0.999 7。

圖2 戊唑醇和丙環(huán)唑的標準曲線Fig. 2 Standard curves of tebuconazole and propiconazole

6份平行試樣在相同色譜條件下進行進樣分析，精密度結果見表1。其中，戊唑醇的平均含量為7.17%，標準偏差為0.07%，變異系數為0.98%；丙環(huán)唑的平均含量為7.45%，標準偏差為0.06%，變異系數為0.83%。戊唑醇和丙環(huán)唑的相對標準偏差均非常小，表明平行分析結果之間數據非常接近，分析方法精密度高。

表1 精密度試驗結果Table 1 Precision test results

在戊唑醇和丙環(huán)唑質量濃度分別為11.970和12.440 mg/L的PT樣品中添加一定質量濃度的PT標準品，在相同色譜條件下進行測定，計算回收率，結果見表2。測得戊唑醇和丙環(huán)唑的回收率分別為99.0%～101.3%和98.9%～100.8%，表明該方法準確度較高。由此可知，本研究所采用的分析方法標準曲線線性相關性好，精密度及準確度較高，可準確應用于有效成分戊唑醇和丙環(huán)唑的含量分析。

表2 準確度試驗結果Table 2 Accuracy test results

2.2 防腐輻射松中PT提取方法的優(yōu)化

取防腐處理后的輻射松木粉，采用不同極性的有機溶劑對PT進行超聲提取，測定結果見圖3a。結果表明不同溶劑的提取效率不同，石油醚、環(huán)己烷和丙酮對戊唑醇的提取效果優(yōu)于丙環(huán)唑，回收率均小于60%，提取效果最差；乙腈、乙醇對戊唑醇和丙環(huán)唑的提取效果無差別，但乙腈和乙醇的回收率大約在50%和70%；采用強極性甲醇超聲提取戊唑醇和丙環(huán)唑的測定載藥量與理論載藥量一致，能夠很準確地提取檢測輻射松中PT的含量，優(yōu)先使用甲醇作為溶提取劑。出現上述差別，可能是因為木材表面有許多極性基團[14]，極性太小的溶劑，會很難滲透到木材內部，難以提取出木材內的藥劑。

a)提取溶劑; b)提取溶劑體積; c)液料比; d)超聲時間。圖3 防腐輻射松中PT提取方法的條件優(yōu)化Fig. 3 Optimization of conditions for PT extraction method in anti-corrosion Pinus radiata

水在提取中代替甲醇使用具有較高環(huán)保和經濟價值。在提取木材中的PT時，雖然水的極性最大，最易滲透木材，但PT在水中溶解度較小，很難將木材中的藥劑全部溶出，兼顧對木材滲透性和對藥劑的溶解性，需將水和甲醇混合。甲醇和水的體積比為9∶1和8∶2時，對輻射松中戊唑醇和丙環(huán)唑提取均比較完全，測定載藥量與上面采用甲醇提取的結果一致(圖3b)，但隨著甲醇與水的體積比增大到7∶3之后，對輻射松中戊唑醇和丙環(huán)唑的提取率下降到95%左右，在保證測定載藥量接近理論載藥量前提下，甲醇與水的體積比為8∶2較為合適，推薦為超聲提取中的適宜溶劑。

提取分析木材中藥劑時，溶劑用量越低越經濟，溶劑用量用液料比(溶劑體積與木粉質量之比，mL∶g)表示。用甲醇與水體積比為8∶2的混合液提取輻射松中的PT，不同液料比測定結果如圖3c所示。在液料比為10∶1時，戊唑醇和丙環(huán)唑的測定載藥量分別是1.170和1.262 mg/g，低于實際計算載藥量，表明溶劑用量過少，不能將杉木中的PT充分提取出來。隨著液料比增大到30∶1及以上時，測定載藥量均非常接近理論載藥量，后續(xù)分析采用30∶1的液料比最為合適。

在上述提取條件下，對輻射松在不同提取時間下的樣品溶液進行分析，結果如圖3d所示。超聲提取10 min時戊唑醇和丙環(huán)唑的測定載藥量為1.198 和1.265 mg/g，回收率較低；超聲提取時間延長到30 min時，戊唑醇和丙環(huán)唑的測定載藥量均接近各自的理論載藥量，可實現輻射松中PT的充分提取，因此從效率和能耗角度考慮，不必將時間延長到60 min或更長，選取超聲提取30 min作為最佳提取時間。

綜上所述，對防腐輻射松中的PT含量分析時，前處理采用超聲波提取法，優(yōu)化得到的最佳條件為：甲醇和水(體積比8∶2)為溶劑，采用30∶1(mL∶g)的液料比，提取時間30 min。與GB/T 23229—2009和GB/T 33021—2016相比，超聲提取的時間縮短至30 min，且超聲波提取木材中戊唑醇和丙環(huán)唑的前處理方法簡化了步驟：處理后的抽提液過濾后直接進行HPLC分析，不需先濃縮至干，再定容的操作。

2.3 提取方法對5種防腐木竹材的處理分析

除輻射松外的其他4種木竹材素材在相同處理條件下抽提物的液相分析在處理之前進行，結果顯示抽提物對PT分析均無干擾(圖4)。為進一步驗證所優(yōu)化出的防腐木中PT提取方法的可靠性和適用性，在上述優(yōu)化得到的最佳提取條件下進行前處理，除輻射松外，同時處理和分析了包括杉木、橡膠木、楊木和竹材在內的5種防腐木竹材樣品。

圖4 杉木、橡膠木、楊木和竹材的提取溶液色譜圖Fig. 4 Extraction solution chromatograms of Cunninghamia lanceolata, Hevea brasiliensis, Populus spp and bamboo

5種處理材的測試結果見表3，每個樹種2個水平的載藥量。結果表明：所有防腐木竹中戊唑醇和丙環(huán)唑的回收率分別為95.2%～102.1%和95.9%～104.0%，標準偏差分別為0.7%～3.0% 和 0.3%～2.8%，均在可接受范圍。出現回收率大于100%是由于系統(tǒng)誤差造成的，如前處理過程中個別樣品瓶未能完全密封導致部分溶劑的揮發(fā)，會使分析結果偏高。從表3可以看出，對輻射松、杉木、橡膠木和楊木的防腐處理材中PT的含量分析結果均接近實際載藥量值。對防腐處理竹材的PT含量分析結果稍低于實際載藥量，戊唑醇和丙環(huán)唑的回收率在96%左右，可能是因為混合溶劑(甲醇和水)對竹材的滲透性較差，相比于木材提取較慢，在超聲處理的30 min內不能將竹材里的藥劑全部提取出來，對防腐竹材前處理時可適當延長超聲提取時間或改為純甲醇溶劑提取。對于其他樹種防腐木中PT的含量分析也可參照此方法，但需確保抽提物的色譜峰對PT色譜峰無干擾。

表3 5種防腐木竹材的分析結果(n=5)Table 3 Analysis results of five kinds treated wood and bamboo (n=5)

3 結 論

1)采用紫外檢測器及C18反相色譜柱，檢測戊唑醇和丙環(huán)唑的色譜條件：甲醇、乙腈和水(體積比1∶1∶1)為流動相，流速1.2 mL/min，檢測波長220 nm；在5～100 mg/L范圍內，標準曲線決定系數R2均為0.999 7，線性相關性好，精密度及準確度較高，可用于戊唑醇和丙環(huán)唑含量分析。

2)超聲波法提取輻射松中戊唑醇和丙環(huán)唑，最佳條件為：甲醇和水(體積比8∶2)為溶劑，采用30∶1(mL∶g)的液料比，提取時間30 min。超聲波提取木材中戊唑醇和丙環(huán)唑的方法溶劑消耗少、提取時間短。

3)最佳提取和色譜條件下，處理分析輻射松、杉木、橡膠木、楊木和竹材5種樣品中戊唑醇和丙環(huán)唑的回收率分別為95.2%～102.1%和95.9%～104.0%，標準偏差分別為0.7%～3.0%和0.3%～2.8%。該方法可以檢測常用防腐處理材中戊唑醇和丙環(huán)唑的含量，具有前處理快捷、分析結果重現性好、適用性廣的優(yōu)點，同時提取過程減少了有機溶劑用量。