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《环境化学》杂志:阳光晾晒衣物为何飘香?国际跨学科合作揭示其背后的科学奥秘

已有 928 次阅读 2024-2-19 16:03 |个人分类:自然科学|系统分类:海外观察

《环境化学》杂志:阳光晾晒衣物为何飘香?国际跨学科合作揭示其背后的科学奥秘

原创 中国科学院西北生态环境资源研究院公共技术中心 原载:元素和同位素地球化学 公众号 2024-02-19 15:50 

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例如,晒干的毛巾会释放出戊醛,一种在豆蔻中发现的化合物;辛烷醇,散发出柑橘般的香气;还有壬醛,它有一种玫瑰般的气味。(图片来源:Toby Bochan/Flickr)

一项国际跨学科合作研究揭晓了人们熟悉的户外晾晒衣物所散发出的新鲜、宜人气息背后的化学原理。该研究成果已发表在《环境化学》,由来自丹麦哥本哈根大学、德国马克斯·普朗克化学研究所和丹麦奥胡斯大学等多个研究机构的一组科学家共同完成。

长久以来,许多人对阳光下晾晒衣物为何能产生这种独特的清新气味感到好奇,但其确切起源一直未能得到科学验证。这项最新研究揭示,晾衣气味实际上是大气中痕量碳氢化合物、阳光与湿润织物表面相互作用的独特结果。这一表面光化学反应可能广泛存在于自然材料的各种环境中。在实验中,研究人员选取棉质毛巾进行测试,首先使用超纯水水冲洗,并将毛巾分别置于户外自然晾干、室内晾干以及户外无阳光照射条件下晾干。晾干后的毛巾被放入密封的泰德拉袋(Tedlar,宇宙飞船用以保留热量的绝缘材料),然后利用一种先进的分析化学手段,即:热脱附-气相色谱/质谱联用技术(TD-GC/MS)(见附:仪器科普知识)分析逸出的挥发性化合物,得到了定性的气体色谱图和质谱数据。

当毛巾在户外日光下晾干时,检测到了一系列从C5至C9的氧化碳化合物,包括戊醛、己醛、庚醛、辛醛和壬醛等,而在其他干燥条件下并未发现这些物质。许多这类化合物具有令人愉悦的气味。实验数据显示,紫外线光照和水分的存在是生成这些化合物的关键因素。此外,研究团队还指出,由于这些氧化化合物具有极性,可以与棉纤维形成氢键,这可能是新鲜洗衣味相对持久的原因。基于此,他们提出晾晒过程中衣物表面发生的氧化光化学反应是产生清新气味的主要原因。此项突破性研究不仅解答了一个日常生活中的有趣现象,也为我们理解自然环境中多种物理化学过程提供了新的视角,同时也为未来开发模拟自然清新气味的产品提供了科学依据。

实验结果显示,无论是在彩色还是普通毛巾上,经过阳光曝晒后均检测到了大量醛类和酮类化合物。哥本哈根大学研究员Frydenlund博士作为该《环境化学》研究论文的合著者解释道:“经阳光晾晒的毛巾显示出最高浓度的氧化化合物(即香气成分)。换言之,阳光催化了光化学反应,生成了我们所发现的这些香味。”例如,晾晒后的毛巾释放出了戊醛(存在于小豆蔻中)、辛醛(具有柑橘香气)和壬醛(带有玫瑰花香)等多种化合物。实验还识别出了毛巾中最独特的几种化合物及其对应的气味:

  • methyl furan:甲基呋喃 = 巧克力味

  • 2-butylfuran:2-丁基呋喃 = 水果味、甜味

  • 3-methylbutyraldehyde:3-甲基丁醛 = 水果味、烘烤味

  • Fenofibric acid :非诺酸 = 蜡质味

  • heptaldehyde:庚醛 = 水果味、绿色、草本味

  • octyl aldehyde:辛醛 = 类似醛的、绿色气息

  • Heptan-2-one:2-庚酮 = 水果味、坚果味

  • n-nonyl aldehyde壬醛 = 新鲜、花香、柑橘味

  • valeraldehyde:戊醛 = 水果味

  • Vinyl ethyl ketone 乙烯基乙酮 = 苦味、胡椒味

  • 2-methyl-1-propanol:2-甲基-1-丙醇 = 以太味、葡萄酒味

  • 2-hexenal2-己烯醛 = 甜蜜、杏仁、水果味、绿色、叶子气息

  • methylacrolein甲基丙烯醛 = 花香

那么,为什么要专门研究毛巾呢?Frydenlund博士表示:“当我们四处带着湿毛巾去晾晒时,人们觉得这很有趣也略显奇特。”尽管表面看来这是一个简单的现象,但科学研究界对湿润表面与阳光和空气相互作用的具体过程了解尚不全面。尽管这项研究主要是为了鉴别晾晒衣物产生的气味,Frydenlund提出了一种可能的香味来源机制:“空气中的臭氧与湿毛巾中的材料发生反应会形成醛类和酮类,这恰好与我们在实验中鉴定出的香味一致。但这只是部分原因。我们认为,阳光直接作用也是关键因素之一,比如即使未处理过的毛巾中的色素或染料也能吸收阳光,并引发化学变化。”

这一机制几乎可以在所有暴露于空气和阳光下的表面上发生,对于环境中物质降解过程至关重要。因此,深入了解这些过程对我们来说极为重要。Frydenlund希望此次研究能够为此领域的探索开启新的篇章。此项研究得到了哥本哈根大学化学系的支持。

资料来源:哥本哈根大学

更多信息请阅读原文:Pugliese, S. D., Jespersen, M. F., Pernov, J. B. E., Shenolikar, J., Nygaard, J., Nielsen, O. J., & Johnson, M. S. Chemical analysis and origin of the smell of line-dried laundry. Environmental Chemistry, 17(5), 355-363. https://doi.org/10.1071/EN19206

附:仪器科普知识——热脱附-气相色谱/质谱联用技术

热脱附-气相色谱/质谱联用技术(Thermal Desorption-Gas Chromatography/Mass Spectrometry,简称TD-GC/MS)是一种先进的分析化学手段,主要用于检测和识别固体或液体样品中挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)以及半挥发性有机化合物(Semi-Volatile Organic Compounds, SVOCs)。具体操作流程是:首先使用热脱附装置对样品进行加热,使其中的挥发性及半挥发性成分从固态或液态转变为气态,并在惰性气体的携带下进入气相色谱柱。气相色谱利用不同化合物在固定相和流动相间分配系数的不同,实现混合物组分的分离;随后,分离后的各组分依次进入质谱仪进行离子化并根据其质量与电荷比(m/z)进行进一步定性和定量分析。

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热脱附-气相色谱/质谱联用技术原理(引自Ouchi 2019

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热解/热脱附-气相色谱/质谱联用技术

(图片来源:中国科学院西北生态环境资源研究院有机地球化学分析实验室)http://www.lig.cas.cn/huaxuefenxi/sypt/202209/t20220917_6514075.html)

参考资料:Ouchi, Y., Yanagisawa, H., & Fujimaki, S.* (2019). Evaluating Phthalate Contaminant Migration Using Thermal Desorption–Gas Chromatography–Mass Spectrometry (TD–GC–MS). Polymers, 11(4), 683. https://doi.org/10.3390/polym11040683



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