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稳定同位素技术用于活性炭种类鉴别、核桃产地溯源的方法研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 同位素简介

1.3 稳定同位素技术的基本原理

1.4 国内外稳定同位素技术在林产品鉴别及溯源中的研究进展

1.4.1 稳定同位素技术在林产品鉴别研究中的应用

1.4.2 稳定同位素技术在林产品溯源研究中的应用

1.5 主要研究内容、研究目标和技术路线

1.5.1 主要研究内容

1.5.2 研究目标

1.5.3 技术路线

1.6 论文创新点

第二章 稳定同位素测试方法学研究

2.1 同位素比率质谱仪工作原理

2.2 仪器的准备

2.2.1 检漏

2.2.2 设定载气、参考气、温度

2.2.3 气体ON/OFF测试

2.3 稳定同位索测试标准品

2.4 方法的精确度、准确度和稳定性测定

第三章 EA-IRMS方法用于鉴别活性炭种类的研究

3.1 引言

3.2 实验仪器、材料

3.2.1 实验仪器

3.2.2 实验材料

3.3 实验方法

3.3.1 样品预处理

3.3.2 碳同位素含量测定

3.3.3 氢氧同位素含量测定

3.3.4 数据计算及分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 碳氧同位素分析

3.3.2 碳氢同位素分析

3.3.3 SEM手段辅助活性炭种类的鉴别

3.3.4 结果验证

3.4 本章小结

第四章 EA-IRMS方法用于核桃产地溯源的研究

4.1 引言

4.2 实验仪器与材料

4.2.1 实验仪器

4.2.2 实验材料

4.3 实验方法

4.3.1 样品预处理

4.3.2 样品测定

4.4 结果与讨论

4.4.1 地域差异分析

4.4.2 判别分析

4.5 本章小结

第五章 GC-IRMS方法测定单体化合物稳定同位素用于核桃产地溯源的研究

5.1 引言

5.2 实验仪器与材料

5.2.1 实验仪器

5.2.2 实验材料

5.3 实验方法

5.3.1 溶液的配制

5.3.2 脂肪酸提取

5.3.3 衍生化方法

5.4.1 不同地区核桃单体化合物碳、氧同位素比例特征分析

5.4.2 判别分析不同省份核桃

5.5 本章小结

第六章 结论与讨论

6.1 结论

6.2 讨论

参考文献

附录

在读期间的学术研究

致谢

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摘要

稳定同位素技术是一项应用前景非常广阔的鉴别和产地溯源技术。本论文利用稳定同位素技术对煤质活性炭、杏壳活性炭、椰壳活性炭的种类进行了鉴别研究,对不同地区的核桃进行了产地溯源研究,并探索了利用核桃单体化合物对产地溯源结果的影响,通过线性判别分析(LDA)等得出相关结论。主要研究内容和结果如下:
  1.稳定同位素仪器测试方法的研究:介绍了元素分析联用同位素比率质谱(EA-IRMS)和气相色谱联用同位素比率质谱(GC-IRMS)的工作原理,阐述了仪器的准备过程以及对测定方法的精确度、准确度和稳定性的要求。
  2.煤质活性炭、杏壳活性炭与椰壳活炭鉴别方法的建立:使用稳定同位素技术对水蒸气活化法生产的椰壳、杏壳、煤质来源的活性炭种类鉴别进行了初步探索,通过统计产品与服务解决方案软件(SPSS)统计分析了65个活性炭样品后发现:不同原料的活性炭其δ13C值不同,煤质活性炭的δ13C值在-24.228‰~-22.168‰;杏壳活性炭的δ13C值在-25.792‰~-24.423‰;而椰壳活性炭的δ13C值在-26.475‰~-24.628‰之间。分析3种活性炭的碳氧同位素比值的散点图发现,以碳同位素值为纵坐标,不同种类的活性炭分散于上、中、下三个不同的区间,煤质活性炭位于Y=-24.322以上的区域,大部分杏壳活性炭分部在Y=-25.031~-24.322之间的区域,大部分的椰壳活性炭分部在Y=-25.031以下的区域,煤质活性炭与杏壳活性炭、椰壳活性炭具有非常明显的区别。虽然杏壳和椰壳活性炭的δ13C之间有差异,但二者仍有部分的重叠。利用这一结果对三种活性炭进行验证,结果表明对煤质活性炭的判别率为100.0%;杏壳活性炭为80.0%;椰壳活性炭为90.3%。
  3.核桃产地溯源方法的建立:利用EA-IRMS测定来自河南、新疆、河北、甘肃、陕西、四川、湖北、云南、广西等省的344个核桃样品的碳、氢、氧、氮同位素比值,用元素分析仪测定氮元素含量并转化为粗蛋白含量,用理化分析方法测定粗脂肪含量。结果表明核桃中的δ2H、δ18O值随纬度的降低而减小;河南省亚地区核桃的δ13C值随海拔的增加而增加。LDA判别发现,碳、氢、氧、氮同位素比值对不同省份、河南省亚地区核桃产地的正确判别率为71.5%和57.9%;结合粗脂肪、粗蛋白含量后,总体正确判别率分别提升至80.2%和68.6%。说明稳定同位素结合有机成分能提高核桃产地的判别效果,且不同省份间的判别率明显高于亚地区的判别率。
  4.利用核桃单体化合物建立核桃产地溯源方法:利用GC-IRMS测定南、新疆、河北、甘肃、陕西、四川、湖北、云南、广西等省核桃5种脂肪酸甲酯的碳、氧同位素比值。脂肪酸甲酯的δ13C值小于核桃整的体δ13C值,出现13C贫化,且随着脂肪酸碳链的增长,13C和18O都出现贫化现象。利用LDA对9省总体的正确判别率为94.6%;河南省亚地区的总体正确判别率为85.0%。说明利用5种脂肪酸单体化合物的碳、氧同位素对核桃产地溯源具有一定的可行性。

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