尹文秀 陈哲 方云 王金砖 虞惠贞 吴姗 张晓峰 张明哲

黎财慧 王小玉 闫邦奇 游淑珠 姚丽峰 冯家望

CONTENTS

CHINA PORT SCIENCE AND TECHNOLOGY

◎ Feature • Morphological Identification of Endangered Species

04 Comparative Study on Identification Elements of Two Endangered Wood Species of Pterocarpus Genus and Their Shadow Commodities

…………………………………………………………… WANG Jing-Jing CHEN Xu-Dong DING Zhi-Ping WANG Ming-Sheng

12 Research Progress on Fluorescence Spectroscopy in Wood Identification

……… YIN Wen-Xiu CHEN Zhe FANG Yun WANG Jin-Zhuan YU Hui-Zhen WU Shan ZHANG Xiao-Feng ZHANG Ming-Zhe

18 Morphological Identification of Rhino Horns and Their Products

…………………… LU Guan-Ya ZHAO Xiao-Yan ZHAO Xiao-Na TAN Xiao GU Hao XU Ping-Ping TANG Tai-Shan ZHU He

◎ Monographs and Reviews

23 The Development Trend and Challenges of Carp Edema Virus Disease

………………… ZHANG Jia-Wei REN Tong MA Shu-Bao YIN Yi ZHAO Xiang-Peng ZHANG Xiao-Han DU Si-Le WANG Lin

29 A Review on Detection of Plankton in Ballast Water

………………………………………………… LYU Xiao-Ling DUAN Wei-Jun ZHAO Xiu-Ling CUI Jun-Xia KANG Li YU Ji-Mian

◎ Commodity Inspection

36 Quantitative Analysis of Microelement in Pterocarpus macrocarpus Kurz Woods from Different Regions

…………………………… LU Bo SUN Yuan-Dan CHEN Jian-Guo LIN Zhi-En MA Ming LI Jin-Hua KANG Li WANG Hai-Bo

41 Research Progress on Characterization and Solid Waste Property Identification Technology of Main Copper-containing Materials

……………………………………… ZHONG Jian-Hai TANG Meng-Qi DONG Qing-Mu FENG Jun-Li LIAO Bin -Ling LIU Shu

47 Discussion on Determination of Impurity Elements in Manganese Ore by Flame Atomic Absorption Spectrometer

……………………………………………………………………………………………… WANG Hong WEI Bing-Yan YANG Jin-Kun

◎ Animal and Plant Quarantine

52 Detection of Grapevine Leafroll-Associated Virus 3 by Real-time Fluorescent RT-PCR with Double Primers and One Probe

………………… LI Jin-Qing RUAN Guo-Dong SUN Ming-Lu XU Juan WANG Ke-Xia QU Zhi ZOU Qiang DUAN Xiao-Hui

58 Risk Analysis on the Introduction of Septoria passerinii Sacc. : a Fungus Causing Septoria Speckled Leaf Blotch on Barley

…………………………… SHI Ya-Qian XING Jun XIANG Cai-Yu ZHU Song-Qi CHENG Ying-Hui BAO Xian-Yu WANG Ying

◎ Health Quarantine

62 Development of Rapid Detection Equipment for Respiratory Infectious Diseases Based on Immunological Microfluidic Chip Technology

……………… SU Xiao-Jian TAO Li YANG Guo-Ping WU Xu-Dong FENG Zhen TIAN Wen GENG He-Yuan YANG Qing-Gui

68 Evaluation of Preventive Disinfection Effect of Physical Disinfectors on Natural Bacteria in Indoor Air

……………………………………… Bakhetgul-Manatbay LI Yan Telek-Bolashakh WANG Ke-Ke Alfina-Serik WAN Yong-Liang

◎ Food Safety

73 Solid Phase Extraction Combined with Gas Chromatography-Mass Spectrometry for the Determination of Ethoxyquin Residues in Farmed Fish

………………………………………… YI Bi-Hua WANG Shi-Dong LI Wen-Min LU Liu-Jun CEN Jin-Ying JIANG Xiao-Liang

79 A Study on Influencing Factors of Rhodamine B Migration in Composite Packaging Bags

………………………………………………………………………… KOU Hai-Juan LUO Shi-Peng LIU Li-Na SHANG Gui-Qin

◎ Biotechnology

85 Duplex Real-time PCR for Accurate Identification of Tiger-Derived Materials in Animal Products

…………………… ZHAO Xiang-Peng PU Jing CHONG Yan GAO Zhi-Qiang DU Si-Le BAI Zi-Long LAI Ping-An WANG Lin

92 Comparative Analysis of Three Types of Light Sources for Detection of Living Bacteria

………………………………………… LI Cai-Hui WANG Xiao-Yu YAN Bang-Qi YOU Shu-Zhu YAO Li-Feng FENG Jia-Wang

CHINA PORT SCIENCE AND TECHNOLOGY

木材是野生动植物种国际贸易中重要的组成部分，全球贸易量和价值均盘踞高位，据联合国粮农组织等机构预测，到2030年全球对工业原木的需求将增长至26.3亿m^{3 [1]}，对锯材的需求量将增长至约5.94亿m^{3 [2]}。木材全球贸易量的持续增长，导致贸易情况复杂多变，贸易形势日益严峻。一方面，木材非法贸易猖獗，估计每年全球木材非法贸易额高达100亿～150亿美元^[3]，包括伪造文书虚假瞒报、走私夹带非法木材等各类不法行为；另一方面，濒危管制日趋严格，随着《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES）管制范围加速延伸，越来越多的材种被列入CITES附录，已经从2004年管制的100种上升至目前的520种。我国是CITES缔约国，始终采取比CITES公约更为严格的管理措施，以此加强对进口濒危和珍稀木材的贸易控制^[4]，同时我国也是木材进口大国，年进口量超过1亿m³，呈现出进口量多、来源国多、进口品种多、进境口岸多的特征。中国海关是我国履约CITES的重要执法部门，在进出境木材监管工作中查获了品名伪报、走私夹带以及口岸漂移等各类木材非法贸易案件。近年来，利用伪报瞒报走私紫檀属濒危木材的案件屡有破获，本文就是根据海关查获的真实案例，针对檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）、刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）两种紫檀属濒危木材及其“影子商品”开展鉴定要素比较研究，为一线查验关员及口岸初筛实验室提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）与刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）两种紫檀属濒危木材及其“影子商品”的木样，均为张家港海关国家材种鉴定与木材检疫重点实验室馆藏标本（表1）。

表1 两种紫檀属濒危木材及其“影子商品”

Table 1 Two endangered wood species of Pterocarpus genus and their shadow commodities

1.2 方法

目前，国际通用的木材鉴定方法是木材形态学方法，即通过观察木材的宏观特征及微观特征来识别木材。国家标准GB/T 29894-2013《木材鉴别方法通则》将阔叶材的宏观特征归纳为生长轮、心材、边材等15大类，将微观特征归纳为管孔、管间纹孔式、轴向薄壁组织等12大类^[5]，国际木材解剖学家协会（IAWA）的“阔叶树材识别显微特征表”进一步将阔叶材的微观特征细分至162小类^[6]。

本文在综合分析两种紫檀属濒危木材及其“影子商品”形态学特征的基础上，归纳总结鉴定要素，通过识别木材颜色、管孔、轴向薄壁组织、波痕、气味、气干密度、荧光反应等宏观特征，结合管孔、木射线、木纤维等微观特征，可实现对檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）、刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）及其“影子商品”的区分。

木材横端面宏观特征的识别需要使用刨刀或打磨工具（砂纸、打磨机等）对木样的横端面进行处理，再通过体视显微镜观察并采用12倍放大拍摄其宏观特征。微观特征的识别需将经软化处理的木样用切片机切取三切面切片（即横切面、弦切面、径切面），再经染色、脱水、透明、封片等步骤制取永久切片，将永久切片置于光学显微镜下观察并拍摄其微观特征，其中横切面微观特征采用50倍放大拍摄，弦切面及径切面微观特征采用100倍放大拍摄。

2 结果

2.1 檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）及其“影子商品”鉴定要素比较

檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）隶属于蝶形花科紫檀属，产自印度，CITES附录Ⅱ管制物种。檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）生长缓慢，有“寸檀寸金”之说^[7]，是国家标准GB/T 18107-2017《红木》中列入的29种红木之一^[8]，在流通市场具有极高的经济价值，因此成为走私案件的主要品种。非洲紫檀（Pterocarpus soyauxii）、印度紫檀（Pterocarpus indicus）均隶属于蝶形花科紫檀属，具有极强的隐蔽性。

2.1.1 宏观特征鉴定要素比较

木材颜色是最为直观的宏观特征，也是最重要的宏观特征之一。由图1～3可见，檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）与两种“影子商品”的板面颜色存在差异，檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）主要为橘红色至紫红色；非洲紫檀（Pterocarpus soyauxii）血红色至紫褐色；印度紫檀（Pterocarpus indicus）为金黄色至红褐色。

木材的横端面能观察到最丰富的宏观特征，由图4～6可见，檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）与非洲紫檀（Pterocarpus soyauxii）均为散孔材，而印度紫檀（Pterocarpus indicus）具有半环孔倾向。在12倍体视显微镜下，檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）的管孔最小，几乎不可见，非洲紫檀（Pterocarpus soyauxii）的管孔最大，印度紫檀（Pterocarpus indicus）则介于两者之间。

在气味方面，使用打磨工具对木样横端面进行处理时能发现檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）与印度紫檀（Pterocarpus indicus）均具香气，但印度紫檀（Pterocarpus indicus）为明显的奶香气，非洲紫檀（Pterocarpus soyauxii）在多数情况下无特殊气味。在气干密度方面，檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）最高，达到1.05～1.26 g/cm³；非洲紫檀（Pterocarpus soyauxii）约0.72 g/cm³；印度紫檀（Pterocarpus indicus）则由于株间密度差异的原因，气干密度变异最大。

檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）与两种“影子商品”宏观特征鉴定要素比较详见表2。

2.1.2 微观特征鉴定要素比较

由图7～15的三切面微观特征图可见，檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）与印度紫檀 （Pterocarpus indicus）的管孔类型均为单管孔及少数径列复管孔，而非洲紫檀（Pterocarpus soyauxii）则未见径列复管孔。管孔平均弦径存在较大差异，檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）的管孔仅为92 μm，非洲紫檀（Pterocarpus soyauxii）达到213 μm，印度紫檀（Pterocarpus indicus）为141 μm。由于均为紫檀属木材，木射线均为单列且叠生但在射线高度上略微存在差异。檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）与两种“影子商品”微观特征鉴定要素比较详见表3。

表3 檀香紫檀与两种“影子商品”微观特征鉴定要素比较

Table 3 Comparison of microscopic identification elements between Pterocarpus santalinus and two shadow commodities

2.2 刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）及其“影子商品”鉴定要素比较

刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）隶属于蝶形花科紫檀属，产自非洲热带国家，CITES附录Ⅱ管制物种。根据CITES 2022年6月8日发布的第45号缔约方通知，暂停刺猬紫檀全球贸易，适用于加纳、塞内加尔等16个非洲主要出口国^[9]。缅茄（Afzelia spp.）隶属于苏木科缅茄属，分布于东南亚、非洲及马达加斯加热带地区^[10]。腺瘤豆（Piptadeniastrum spp.）隶属于含羞草科腺瘤豆属，分布于热带非洲，常从利比里亚、喀麦隆、刚果（布）、加蓬、赤道几内亚进口^[11]。

2.2.1 宏观特征鉴定要素比较

由图16～18可见，刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）与两种“影子商品”的板面颜色较为接近，刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）为浅黄褐色至红褐色，缅茄（Afzelia spp.）为红褐色，腺瘤豆（Piptadeniastrum spp.）为浅黄褐色至金黄褐色，由此可见，“影子商品”确实具有一定的迷惑性。利用放大镜观察板面可以发现刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）具有波痕，可与“影子商品”区分。

通过图19～21进一步观察3种木材的横端面，可发现刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）与两种“影子商品”的宏观特征差异较大。刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）具有明显的半环孔倾向，但是缅茄（Afzelia spp.）与腺瘤豆（Piptadeniastrum spp.）均为典型的散孔材。轴向薄壁组织的差异最为直观，刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）主为聚翼状及带状，缅茄（Afzelia spp.）主为翼状及轮界状，腺瘤豆（Piptadeniastrum spp.）主为环管状、翼状及轮界状。

从气味来看，刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）与腺瘤豆（Piptadeniastrum spp.）均有难闻气味，且臭味各不相同。此外，刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）具有紫檀属的典型特征，即木屑水浸出液呈黄绿至淡蓝色荧光。刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）与两种“影子商品”在气干密度方面略有差异。

刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）与两种“影子商品”宏观特征鉴定要素比较详见表4。

2.2.2 微观特征鉴定要素比较

由图22～30的三切面微观特征图可见，刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）与两种“影子商品”的区别主要集中在木射线方面。刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）的木射线叠生，单列射线，高主为6～11细胞，射线组织同形单列。缅茄（Afzelia spp.）木射线局部叠生，主要为多列射线，宽2～3细胞，高主为10～20细胞，射线组织同形单列及多列。腺瘤豆（Piptadeniastrum spp.）木射线非叠生，多列射线宽2～5细胞，高主为16～36细胞，射线组织同形多列，并且腺瘤豆（Piptadeniastrum spp.）具分隔木纤维。刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）与两种“影子商品”微观特征鉴定要素比较详见表5。

3 讨论

本文以海关查获的真实案例为依据，针对檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）、刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）两种紫檀属濒危木材及其“影子商品”开展研究，为执法一线及口岸初筛实验室提供参考。

（1）通过综合分析两种紫檀属濒危木材及其“影子商品”的形态学特征，归纳总结出鉴定要素，包括木材颜色、管孔、轴向薄壁组织、波痕、气味、气干密度、荧光反应等宏观特征，以及管孔、木射线、木纤维等微观特征。通过识别以上鉴定要素可实现对两种紫檀属濒危木材及其“影子商品”的区分。

（2）根据鉴定要素比较，发现檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）与两种“影子商品”在木材颜色、管孔分布类型、管孔大小、气味及气干密度5个宏观特征鉴定要素存在差异，在管孔大小及木射线高度2个微观特征鉴定要素存在差异。

（3）根据鉴定要素比较，发现刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）与两种“影子商品”在管孔分布类型、轴向薄壁组织类型、波痕、气味、木屑水浸出液荧光反应及气干密度6个宏观特征鉴定要素存在差异，在木射线叠生构造、木射线宽度、木射线类型及分隔木纤维4个微观特征鉴定要素存在差异。

（4）根据本文的研究，发现“影子商品”均在某一特质上与濒危木材近似，具有较高的隐蔽性，存在监管风险，如檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）的两种影子商品为同科同属木材，刺猬紫檀（Pterocarpus erinaceus）与两种“影子商品”木材颜色近似。因此，针对濒危木材及其“影子商品”开展研究，将其纳入风险数据管理，是持续做好濒危木材进出境监管的重要基础工作，对口岸一线执法具有重要意义。

参考文献

[1]曹志强. 2030年世界木材供需将面临严重的挑战[J]. 国外林产工业文摘, 2000, 6: 23.

[2]进行全球森林资源评估, 支持可持续森林管理: 2012—2030年长期战略[R]. 联合国粮农组织林业委员会第二十一届会议, 2012.

[3]孙久灵, 陆文明. 国际木材非法采伐与相关贸易问题研究[J].林业经济, 2009(6): 76-79.

[4]张亚敏. 加入《濒危野生动植物种国际贸易公约》40周年 我国积极推进履约行动成效瞩目[J]. 国土绿化, 2021(4): 47-48.

[5] GB/T 29894-2013 木材鉴别方法通则[S]. 北京: 中国标准出版社, 2014.

[6]杨家驹, 程放. 木材识别——主要乔木树种[M]. 北京: 中国建材工业出版社, 2009: 85-89.

[7]方崇荣. 现代红木家具鉴赏——再谈紫檀木家具[J].浙江林业, 2017, 5: 24-25.

[8] GB/T 18107-2017 红木 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.

[9] CITES. Notification to the Parties 2022/045: Outcomes of the expedited application of Article XIII for West African rosewood Pterocarpus erinaceus for all range States[EB/OL].https://cites.org/sites/default/files/notifications/E-Notif-2022-045.pdf, 2022-6-8.

[10]徐峰, 刘红清. 木材比较鉴定图谱[M]. 北京：化学工业出版社, 2016: 160.

[11]郭喜良, 陈旭东. 进口木材原色图鉴（第二版）[M]. 上海：上海科学技术出版社, 2016: 182.

第一作者：王晶晶（1983—），女，汉族，浙江杭州人，硕士，高级农艺师，主要从事木材鉴定研究，E-mail: 40625226@qq.com

通信作者：陈旭东（1970—），男，汉族，江苏宜兴人，本科，主要从事木材鉴定研究，E-mail: 799853998@qq.com

1. 张家港海关 张家港 215600

1. Zhangjiagang Customs, Zhangjiagang 215600

中国口岸科学技术

图2 非洲紫檀板面

Fig.2 Panel surface of

Pterocarpus soyauxii

图1 檀香紫檀板面

Fig.1 Panel surface of

Pterocarpus santalinus

图3 印度紫檀板面

Fig.3 Panel surface of

Pterocarpus indicus

图4 檀香紫檀横端面（12×）

Fig.4 Cross surface of

Pterocarpus santalinus (12×)

图5 非洲紫檀横端面（12×）

Fig.5 Cross surface of

Pterocarpus soyauxii (12×)

图6 印度紫檀横端面（12×）

Fig.6 Cross surface of Pterocarpus indicus (12×)

表2 檀香紫檀与两种“影子商品”宏观特征鉴定要素比较

Table 2 Comparison of macroscopic identification elements between Pterocarpus santalinus and two shadow commodities

图8 檀香紫檀弦切面（100×）Fig.8  Tangential section of

Pterocarpus santalinus (100×)

图9 檀香紫檀径切面（100×）

Fig.9  Radial section of

Pterocarpus santalinus (100×)

图7 檀香紫檀横切面（50×）

Fig.7  Transverse section of

Pterocarpus santalinus (50×)

图10 非洲紫檀横切面（50×）

Fig.10  Transverse section of

Pterocarpus soyauxii (50×)

图11 非洲紫檀弦切面 （100×）

Fig.11  Tangential section of

Pterocarpus soyauxii (100×)

图12 非洲紫檀径切面（100×）

Fig.12  Radial section of

Pterocarpus soyauxii (100×)

图13 印度紫檀横切面（50×）

Fig.13  Transverse section of

Pterocarpus indicus (50×)

图14 印度紫檀弦切面（100×）

Fig.14  Tangential section of

Pterocarpus indicus (100×)

图15 印度紫檀径切面（100×）

Fig.15  Radial section of

Pterocarpus indicus (100×)

表4 刺猬紫檀与两种“影子商品”宏观特征鉴定要素比较

Table 4 Comparison of macroscopic identification elements between Pterocarpus erinaceus and two shadow commodities

图19 刺猬紫檀横端面（12×）

Fig.19 Cross surface of

Pterocarpus erinaceus (12×)

图20 缅茄横端面（12×）

Fig.20 Cross surface of Afzelia spp. (12×)

图21 腺瘤豆横端面（12×）

Fig.21 Cross surface of

Piptadeniastrum spp. (12×)

表5 刺猬紫檀与两种“影子商品”微观特征鉴定要素比较

Table 5 Comparison of microscopic identification elements between Pterocarpus erinaceus and two shadow commodities

基金项目：国家重点研发计划课题（2017YFF0210304），自然科学基金探索项目（LTGC23C160001）

第一作者：尹文秀（1990—），女，汉族，甘肃静宁人，硕士，农艺师，主要从事木材鉴定及植物物种鉴定，E-mail: ywx@zaiq.org.cn

通信作者：张明哲（1982—），男，汉族，浙江永康人，博士，研究员，主要从事物种鉴定及转基因检测工作，E-mail: zmz@zaiq.org.cn

1. 浙江省检验检疫科学技术研究院 杭州 310016

2. 浙江农林大学 杭州 311300

3. 杭州海关技术中心 杭州 311215

4. 钱江海关 杭州 310012

5. 南京市产品质量监督检验院 南京 210019

1. Zhejiang Academy of Science and Technology for Inspection and Quarantine, Hangzhou 310016

2. Zhejiang Agriculture and Forestry University, Hangzhou 311300

3. Hangzhou Customs Technology Center, Hangzhou 311215

4. Qianjiang Customs, Hangzhou 310012

5. Nanjing Institute of Product Quality Inspection, Nanjing 210019

近年来，以红木为代表的珍贵木材已迅速成为《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES）关注的焦点。截至目前，CITES管制的木材在附录Ⅰ中有7属7种，附录Ⅱ中有21属506种，附录Ⅲ中有5属7种，共计520种^[1]。随着木材消费需求日益增长，国际木材贸易快速发展，木材非法贸易受利益驱动也随之猖獗，木材走私案屡见不鲜^[2]。2021年5月，南宁海关所属水口海关缉私分局查获涉嫌走私入境的红木原木约20吨，涉案案值约120万元。经鉴定，该批涉嫌走私的红木原木以红酸枝（交趾黄檀）和黄花梨（降香黄檀）为主，属于CITES附录Ⅱ中列明的保护树种。2021年11月，黄埔海关缉私局成功破获一批低报价格走私进口木材案件。经查，走私团伙从境外采购“菠萝格”“黑核桃木”“美洲白栎木”“ 阔叶黄檀”等各种木材，委托国内通关公司通过制作虚假单证，以低报价格、少报数量等方式申报进口。经查证，上述团伙涉嫌走私进口各种木材约10万立方米，案值约5.2亿元。

与此同时，国内珍贵木材消费市场以次充好、以假乱真等现象普遍存在。一方面商家用价格较低的红木冒充价格高昂的红木，如刺猬紫檀假冒大果紫檀^[3]、卢氏黑黄檀假冒檀香紫檀等^[4]；另一方面用非红木冒充红木，如染料紫檀、光亮杂色豆、小叶红豆等冒充檀香紫檀^[5-6]。红木家具的“身份鉴定”已成为决定其价值的首要因素。传统的木材鉴定主要采用木材解剖学方法，根据木材宏观和微观特征进行材种鉴定，但该方法对专业知识和从业经验要求高，且一般只能识别到“属”或“类”，该类木材材种鉴定工作存在一定的局限性。随着对木材识别技术的深入研究，应用光谱、色谱等化学技术识别木材的方法已屡见不鲜。在木材解剖识别技术的基础上，联合近红外光谱^[7-10]、气相色谱法^[11]、气相色谱质谱联用法^[12-13]、高效液相色谱法^[14-15]等技术进行综合识别已成为发展趋势。其中，荧光光谱技术是近几年快速发展起来的一类新型木材材种识别技术，它是一种利用化学物质荧光特征进行木材材种鉴定的新技术^[16-17]。为了让更多人了解该技术，本文对荧光光谱技术原理、特点以及在木材鉴定中的应用等方面进行简要介绍。

1 荧光光谱技术原理

物质发光本质上是该化合物分子的价电子的重新排列（跃迁），有机物的发光与它们的结构密切相关。分子对光的选择性吸收是对外辐射发光的基础，紫外可见光区内分子的吸光类型包括n→π^*和π→π^*跃迁，前者能量较低。分子的价电子吸光跃迁到高能激发态后再回到低能基态时可通过发射荧光、非辐射衰减（内转换）或光化学反应3种途径释放多余能量，3个过程的速率常数大小决定了它们的主导地位。Jablonski能级图（图1）展示了吸收光与发射光之间的过程关系，其中S₀、S₁和S₂分别表示分子中的电子基态、第一和第二电子激发单线态，T₁表示第一电子激发三线态；激发态S₁和T₁的区别主要在于电子自旋方向。当物质吸收一定能量的光子后，原子核周围能量最低的基态电子受到激发后跃迁至较高能级的激发态（S₁和S₂），这一过程可用紫外可见吸收光谱表征。处于激发态的电子不稳定，会从第一激发单线态（S₁）回到基态（S₀），同时伴随着热或发光形式的能量释放，当能量以光的形式释放时，即产生荧光。如果电子从第一激发单线态（S₁）通过系间窜跃至第一电子激发三线态（T₁），然后再从T₁回到S₀，并伴随着辐射发光，则为磷光。大多数情况下，荧光和磷光的波长比吸收波长长，能量更低^[18]。

在木材中，木质素是管胞细胞壁中的主要荧光团^[19-21]。由于木质素的存在，木材细胞壁会因紫外线和可见光的激发而发出荧光。木材荧光现象最早是1565年西班牙植物学家Nicolás Monardes发现的，他发现水接触到印度紫檀（后被称为“Ligum Nephriticum”）时会呈现蓝色荧光^[22]。直至1852年Stokes引入荧光是光发射的概念，他用分光计观察奎宁和叶绿素的荧光时发现荧光波长比入射光的波长稍微长些，从而确定这种现象是物质吸收光能后重新发射不同波长的光而导致的^[23-26]。1864年，Stokes首次提出了应用荧光的分析手段，并进行了历史上第一次荧光分析工作^[27]。1867年，Goppelsröder研究爪哇的木材抽提物的荧光时开始利用紫外线研究木材的荧光特性^[28]。木材鉴定中多借助木屑水浸出液或酒精浸出液的荧光现象进行辅助识别^[29-31]，IAWA《阔叶材识别纤维特征一览表》也详细地介绍了木材水浸出液荧光分析和乙醇浸出液荧光分析的实验方法，并规定使用长波紫外灯（约365 nm）对浸出液进行照射^[30]。荧光光谱法与通过肉眼对颜色进行感知的传统荧光法不同，它是通过荧光分光光度计测得光谱的不同荧光特征进行鉴别的。

图1 Jablonski能级图^[16]

Fig.1 Jablonski diagram 

2 荧光光谱的特点^{[16,26,32-36]}

常见的荧光光谱技术有常规荧光光谱技术、三维荧光光谱技术、导数荧光光谱技术等。这些荧光光谱的优点如下：

2.1 灵敏度高

灵敏度高是荧光光谱检测分析的最大优点。与紫外-可见分光光度法相比，荧光光谱检测的灵敏度提高了2～4个数量级。因为荧光信号是在暗背景下检测的，噪声小，微弱的信号也能被检测，且可以高倍放大。另外，荧光检测的激发光和发射光的光路夹角呈90°，而紫外-可见分光光度法的发射光与入射光在同一条光路上，荧光检测的荧光强度和激发光强度成正比，可以提高激发光的光强以增加荧光强度。

2.2 选择性强

荧光分光光度法既能测定激发光谱，又能测定荧光光谱。特别是针对有机化合物的分析，对于激发光谱相似的化合物，可以通过荧光光谱的差异进行鉴别和分析。同样，对于荧光光谱相似的化合物，通过激发光谱的差异即可达到鉴别和分析的目的。还可以通过同步荧光光谱、导数荧光光谱等技术来区分荧光光谱相似或重叠的物质，减少干扰。此外三维荧光光谱可以同时显示激发和发射的信息，再结合时间分辨荧光光谱等进行进一步鉴定，极大地提高了选择性。

2.3 样品量少

荧光光谱检测的样品既可以是液体也可以是固体，还能对浑浊试样进行分析。由于荧光法的灵敏度非常高，因此所需样品量大大减少，适合对微量和痕量物质进行分析。对数量稀少或价格昂贵的样品检测表现出明显的检测优势。

2.4 信息量丰富

荧光光谱法可以提供激发光谱、发射光谱、荧光寿命、荧光量子产率、荧光强度、荧光偏振和各向异性、斯托克斯位移、谱带宽度等物理参数。这些参数有助于更深入研究物质的特性。同时，荧光技术分类众多，如导数光谱、同步荧光、三维荧光、时间分辨荧光等，这使得荧光法可以应用于多个领域。

2.5 方便、快捷

荧光光谱检测技术的样品前处理环节简单，检测过程时间短，是一种快速、便捷的检测技术。

2.6 环保

荧光光谱检测试样用量少，试验后的样品不污染环境，检测过程对环境也没有污染，是一种绿色环保的检测技术。

3 在红木识别中的应用

GB/T 18107-2017《红木》中规定：红木是指紫檀属、黄檀属、柿属、崖豆属及决明属树种的心材，其构造特征、密度和材色（大气中变深的材色）符合本标准规定要求的木材^[31]。近年来，针对红木识别的荧光光谱研究陆续开展。

2017年，朱续娜等^[37]探究大果紫檀在自然光和黑色紫外光源下水浸液的荧光性质，测量大果紫檀水浸液的三维荧光图谱和二维荧光图谱并进行分析。结果表明：三维荧光图谱中呈现出一个强荧光峰和一个弱荧光峰，最佳激发波长分别位于275 nm和430 nm，最佳发射波长相同，均是467 nm，主要含有一类荧光组分，可能为含取代基的芳香族化合物。同年，张韬等^[38]对交趾黄檀中荧光物质的提取及主要参数的测定进行了研究，实验发现对于交趾黄檀而言，无水乙醇在所用溶剂中对单一荧光物质的提取能力最佳，其提取的荧光物质的最强激发波长和最强发射波长分别为298 nm和330 nm，斯托克斯位移为32 nm。其他各种溶剂或因提取的荧光物质含量较少，或因提取的荧光物质种类较杂而不适合作为提取溶剂。

2019年，王金砖等^[34]通过荧光照片、二维荧光谱图和三维荧光谱图对交趾黄檀和奥氏黄檀两种红木存在的荧光物质种类和数量进行了确认。荧光照片结果显示交趾黄檀和奥氏黄檀均呈现明显的荧光特征且荧光物质能够随着存贮时间的变化稳定存在：结果显示交趾黄檀提取液中含有一种荧光物质，该物质的最大激发波长为297 nm，最大荧光发射波长为327 nm（与张韬的研究结果基本一致）^[38]；奥氏黄檀提取液荧光物质的最大激发波长分别为317 nm和333 nm，最大荧光发射波长为342 nm和358 nm，表明奥氏黄檀提取液中包含两种荧光物质或者存在一种含两种荧光团的荧光物质。同年，刘波等^[39-41]研究确定6种紫檀属木材荧光检测以2 mm×2 mm×10 mm（径×弦×纵）小木条的形态，重量1 g，在紫外线（黑背景）下观察为宜；样品自然静置3天或超声震荡0.5天，在常温（25±5）℃下进行实验，选取蒸馏水作提取溶剂，抽提物浓度约为1 g/L，溶液pH值为7.0的提取条件下进行检测，依据GB/T 18107-2017，确认檀香紫檀和染料紫檀的材色、气味、密度和解剖学特征后，水溶液荧光为蓝色，荧光强度大于l×10⁵可判定为檀香紫檀；荧光强度小于l×10⁵判定为染料紫檀。花梨木材色、气味、密度和解剖学特征确定后，荧光强度小于 l×10⁵为安哥拉紫檀，大果紫檀、刺猬紫檀和非洲紫檀的荧光强度则大于1×10⁵。

2021年，Du H等^[42]提出了一种基于荧光特征的檀香紫檀木材识别方法，研究表明城市自来水（pH值为8.4±0.2）中的檀香紫檀提取液显示出明亮的蓝色荧光，并确定发射光谱取决于水的pH值。

以上学者通过荧光光谱技术分别对不同红木的样品要求、观察光源、提取条件等进行了探究，通过激发光谱和发射光谱来鉴定树种，初步实现了应用荧光光谱技术鉴定红木，但仍存在所涉及的红木种类少、不够全面等问题。

4 在其他木材识别中的应用

1998年，Pandey K K等^[43]对阿拉伯金合欢、阔荚合欢、印度紫檀等树种心材的木块、粉末及甲醇提取物的荧光激发和发射光谱进行研究，结果表明提取物的荧光光谱与激发波长有关，而固体干燥木材的荧光光谱与激发波长无关，说明甲醇提取物中存在多种荧光化学物质。1999年，Albinsson等^[19]对云杉的实验表明云杉木质素在240～320 nm波长激发下，荧光发射光谱在360 nm附近出现峰值。2007年，陈志刚等^[44]应用激光诱导荧光光谱对松树、榆树和杨树进行分析，得到这些木材荧光光谱的共性，同时也注意到它们的特性，并进行归纳，作为判断树种的依据。2008年，史晓凡等^[45]为各类现场常见阔叶材木屑的检验提供了一种简便、科学的方法。她根据木屑浸提成分紫外光谱（零阶光谱）图中吸收峰峰数的不同，将43个样品进行分类，30种不同树种的阔叶材木屑样品分为3类，13种不同产地的柳树木屑样品分为2类；再根据木屑浸提成分一阶导数光谱图正、负峰的峰位和振幅比值进一步鉴别，结果表明30种样品3类中Ⅰ类有2个样品无法区分，Ⅱ类有5组样品振幅比值相同，每组分别有5个、3个、3个、4个、3个样品无法区分；2类中Ⅰ类有2个样品无法区分，Ⅱ类有3组样品振幅比值相同，每组分别有3个、2个、4个样品无法区分。2011年，周欣欣等^[46]利用常规荧光光谱法和一阶导数荧光光谱法对30种常见树皮的浸提物进行了分析。先通过不同树种树皮浸提物的发射光谱、激发光谱图呈现的峰数、峰位、峰形等差异进行鉴别，对发射光谱和激发光谱特征相近的样品再进行一阶导数光谱分析，从而鉴别不同树种。

以上学者针对树皮、木块、木屑等不同形态的物质，应用紫外光谱、一阶导数光谱等技术来区分鉴别不同树种，但存在光谱特征相近的现象而无法进一步区分，可见荧光光谱法在选择性上还存在一定的局限，这一问题还有待研究和改进。

5 展望

荧光光谱技术可提供较多特征信息，如激发光谱、发射光谱、发光寿命、发光强度、量子产率、荧光偏振等，同时具有工作曲线的线性范围宽泛等优点，为微量及痕量物质的分析提供了新的方法。

荧光光谱法具有选择性和鉴别性，不同的木材因其所含有荧光物质分子结构及各荧光组分含量的差异，各自显示不同的吸收光谱和荧光光谱特性^{[19,34,37-38,42,44]}，所以荧光光谱技术可用于树种识别。当下，荧光光谱技术在国内主要用于红木的识别和案件侦破，涉及的树种尚少；通过荧光谱图可初定荧光物质的种类，但对于荧光物质本身的化学成分及具体的数量、种类尚未进行深入研究；不同科属的最佳提取条件也尚未形成规范^{[34,39-42,44-48]}。鉴于对濒危、珍稀树种管控力度的加大，可结合市场上的名贵易混木材，进行全面深入研究。为海关管控、市场贸易规范、消费者权益维护提供科学依据，建立荧光光谱技术识别木材的方法体系，确立不同木材产生各自荧光特征的理论依据，揭示不同木材荧光特征与其树种之间的潜在联系，有望为木材识别研究提供新的思路。

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