仪器分析在材料中的应用

1、X射线衍射仪测微纤丝角 植物纤维的微纤丝角与纤维的强度、弹性模量等有着密切的关系，对木材加工和制浆造纸性能都有重要的决定作用。本幻灯片介绍了常用的几种测量微纤丝角的方法，着重介绍X射线衍射法测量木材纤维的微纤丝角的方法和计算，比较了X射线衍射法测纤维微纤丝角的特点。并通过一个X射线衍射仪测量木材纤维微纤丝角的峰值图，详细说明了测量纤维平均微纤丝角的方法。2022-4-132一微纤丝角的概念 微纤丝角(Microfibril angle,MFA)为细胞次生壁S2层微纤丝排列方向与细胞主轴所形成的夹角,或可表述为细胞壁中纤维素链的螺旋卷索与纤维轴之间的夹角。2022-4-133一微纤丝角的概念 M

2、LPS1S2S3S2022-4-134一微纤丝角的概念 微纤丝角愈小则细胞的抗张强度愈大。木材细胞壁次生壁中层(S2)的微纤丝角是木材机械性能的主要决定因子之一,特别影响木材的弹性模量和异向收缩性;微纤丝角与木材密度也存在一定的相关关系,并与木材强度和硬度密切相关。单个管胞中微纤丝角与纸浆纤维的抗拉强度和伸缩性密切相关,微纤丝角小,抗拉强度大;微纤丝角大,则伸缩性强。2022-4-135二测量微纤丝角的方法 微纤丝角是在细胞水平上的一个微观量,目前测定微纤丝角的方法主要有: 碘染色法、汞浸法、偏光显微镜法、光学显微镜观察法和射线衍射法。2022-4-136二测量微纤丝角的方法碘染色法,即用光学

3、显微镜技术研究微纤丝的方向角。用光学显微镜不能直接观察木材细胞壁S2层的纤丝,但胞壁经脱木素处理后,用碘化钾溶液染色,使其间隙中填以碘的针状结晶;该碘结晶的方向,即显示出纤丝或微纤丝的排列方向。汞浸法,以水银加压纤维浸注纤维胞腔,用偏光显微镜观察。2022-4-137二测量微纤丝角的方法偏光显微镜法,偏振片能吸收某一方向的光振动。木材纤丝长轴方向平行于胞壁层,成层状排列。当垂直胞壁面入射的完全偏振光振动面平行于主截面,通过木材纤维试样后的光矢量振动方向不变。在正交偏光下,就出现消光。消光角即微纤丝角。光学显微镜观察法,在光学显微镜下观察木材纵切面或单根纤维与微纤丝方向一致的特征,如胞壁上的条纹

4、,裂隙和纹孔等。现在测量中用的较少。2022-4-138三X射线衍射测量微纤丝角计算射线是在20世纪30年代就用于纤维的研究。射线衍射法的准备和观察简易迅速,从(002)面衍射强度曲线求得平均微纤丝角,有40%法、50%法、函数法、0.6T法4种方法。在这几种方法中用射线(002)弧0.4%法,所测得的数据和其它实验数据较一致。0.6法除具一定理论基础外,在实际操作中也有其优越性。2022-4-139三X射线衍射测量微纤丝角计算 平均微纤丝与峰值高度40%处的宽度相对应，通常假定峰值高度40%（002）弧的角宽度一半等于平均微纤丝角；与平均微纤丝角衍射强度曲线 50%处的宽度对应，通常假定峰值

5、高度50%（002）弧的角宽度一半等于平均微纤丝角；2022-4-1310三X射线衍射测量微纤丝角计算利用微纤丝的分布函数 f(u)=uf(u)du计算u ；在强度分布曲线上确定两拐点，并分别作切线，它与横轴两交点之间的 1/2宽定义为角距离T, u =0.6T。记为:M0.6T2022-4-1311X射线衍射测量微纤丝角0.4T法M440%峰峰值高度值高度2022-4-1312X射线衍射测量微纤丝角0.5T法M550%峰峰值高度值高度2022-4-1313X射线衍射测量微纤丝角0.6T法T拐点拐点切线切线2022-4-1314三X射线衍射测量微纤丝角计算M5M440%峰峰值高度值高度50%峰

6、峰值高度值高度T拐点拐点切线切线2022-4-1315三X射线衍射测量微纤丝角计算 试材 方法湖南安徽第10生长轮第40生长轮边材早材晚材早材晚材碘染色法12.311.815.212.316.7X射线衍射法0.6T16.411.912.912.214.140%12.813.314.114.314.750%10.611.512.312.412.82022-4-1316三X射线衍射测量微纤丝角计算碘染色法测量值比实际值稍小；立体角的平面投影M0.6T一般略大于碘染色法；立体空间结构M0.6T有一定的理论基础，在实际应用中也有优越性；角度大于20度也适用，平顶峰40%法和50%法作为经验法被采用；与

7、其他试验数据较一致2022-4-1317四X射线衍射的原理2022-4-1318五X射线衍射仪的工作原理2022-4-1319六X射线衍射测量微纤丝角试验将木材沿弦切面切成0.5-0.6mm厚的薄片，编号待用。按照X射线衍射仪说明书，在广角测量仪部分，换上纤维样品架，并调节好。装上样品，使入射X射线垂直样品，并选 =22.6;绕转样品，使角从0 转动到360 ，同时在记录仪上记录强度分布曲线。按0.6T法，根据衍射曲线,算出木材样品的平均微纤丝角。2022-4-1320六X射线衍射测量微纤丝角试验2022-4-1321七X射线衍射测量微纤丝角特点射线衍射在一次操作中得到的衍射图样,即能反映出几

8、百个细胞平均微纤丝角的测定数。射线衍射测定试样不需作任何预处理,这可免除各种直接法测定中木材受化学处理而产生胞壁胀缩变化的缺点。其余方法都是用显微镜观察，因纤丝角是三维空间的角度，故显微镜观察到的并不是纤丝角本身，而射线法不存在此问题。2022-4-1322参考文献：阮锡根等，应用X射线衍射-（002）衍射弧法测定木材纤维次生壁的微纤丝角，林业科学，1982.18(1):64-70刘粤惠等，X射线衍射分析原理与应用，化学工业出版社，2003.10费本华，X射线衍射法测定铜钱树木材微纤丝角及其变异的研究，安徽农业大学学报，1995.22(3):262-265。2022-4-1323参考文献：洑香香等，木材微纤丝角研究的现状和发展趋势