仪器分析结课论文

摘要概述了光谱分析法、色谱分析法和核磁共振等现代仪器分析技术在植物纤维原料化学分析方面的应用。关键词植物纤维原料；仪器分析技术；应用植物纤维原料的化学组成复杂，除了纤维素、半纤维素和木素这三种构成了植物体骨架的主要成分（总质量的80%〜95%）外，还含有诸如单宁、果胶质、树脂、脂肪、腊以及不可皂化物等少量组分［1］。光谱分析法1.1紫外光谱法1.1.1木素含量的测定［3］先用苯醇混合物抽提纤维原料，排除色素等的干扰。称取一定量的苯醇抽提物，用漠乙酰冰乙酸溶液（25%）加热溶解，过量的试剂用氢氧化钠溶液滴定分解；溶解反应过程中产生的漠及漠化物，通过加入盐酸羟胺还原排除干扰。用冰醋酸稀释溶解后的样品到一定体积，用紫外分光光度计（空白溶液参比）在波长280nm处测定溶液吸光度。根据朗伯2比尔定律测出木素含量。1.1.2 聚戊糖含量的测定将原料试样与12%（w/w）盐酸共沸，使其中的聚戊糖转化为糠醛，再用分光光度法定量测定出蒸馏出来的糠醛含量，然后换算成聚戊糖含量。另外，张曾、迟聪聪利用紫外2可见分光光度计的双波长比色法，以戊糖、己糖的等摩尔吸收波长和戊糖的特征吸收波长为基础，实现了阔叶木和草类原料半纤维素（聚戊糖含量高于聚己糖）提取液中总糖、戊糖和己糖含量的快速测定与分析［4］。1.2 红外光谱法1.2.1 木素定性/定量分析［5］1.2.1.1 定性分析红外光谱定性分析可分为功能基定性和结构分析两方面。功能基定性分析是根据木素的红外光谱特征吸收谱带测定它有哪些功能基，而结构分析通常是红外光谱与其他分析方法（如质谱、核磁共振、X2射线衍射、元素分析等）相结合确定其结构。木素的红外光谱定性和结构分析一般有如下步骤：试样制备：采用适宜的方法将木素从原料或纸浆试样中分离出来并加以纯化，制备成纯净的木素试样；制样和绘制谱图：木素分离试样用KBr研压制成透明的试片，并使用红外分光光度计得到相应的一35—现代仪器分析技术在植物纤维原料化学分析中的应用红外光谱图；谱图的解析：对木素所含基团的确定，通过所得试样谱图与前人证实的特征吸收峰加以对照比较来确定。红外光谱法进行定性与结构分析时，首先是在基频区（即基团的特征频率区,波数：4000〜1350cm-1）搜寻功能基的特征伸缩振动；再根据指纹区（波数：1350〜650cm-1）的吸收情况进一步确认该基团的存在及与其它基团的结合方式。1.2.1.2 定量分析红外光谱用于木素定量分析时，常以木素的芳环特征吸收峰，即波数为1500cm-1和1600cm-1处的吸收峰作为定量的依据；而糖类则在1200cm-1和1680cm-1处有特征吸收峰。测定简要步骤如下：作标准曲线（木素含量与相对吸光度D曲线）：取几种已知木素含量（化学法测定结果）的未漂纸浆试样磨成粉，加亚铁氤化钾作内标，与KBr研压后制成透明薄片，在红外分光光度计上得到红外光谱图。取木素在1595cm-1和亚铁氤化钾在2110cm-1处的特征吸收峰之比作为相对吸光度D，求出各种含量的木素与亚铁氤化钾的红外特征吸收峰之比（D1596/D2110），并以此绘制出木素的含量与相对吸光度的工作曲线，或求出木素含量与相对吸光度的线性回归方程；作样品的红外光谱图：取待测纸浆样品10mg，加入亚铁氤化钾1mg和KBr（过200目粉）300mg，在玛瑙研钵中研磨（约120次）后，将其置于真空干燥箱中，在真空度约0.1MPa、70°C下烘干8h以上。经烘干试样在压片模中（压力：15t）压制成透明薄片，在红外分光光度计上进行扫描，得到红外光谱图。结果计算：根据红外光谱图得到相对吸光度值D（D1595/D2100），再由该值查标准曲线，即可求得木素的含量。红外光谱用于木素定量测定时，测量谱带强度常用基线法。例如：选用2250cm-1和1850cm-1吸收峰处分别平行于边线的直线作为基线，分别计算相关强度。1.2.2纤维素结晶度的测定纤维素的结晶度指纤维素构成的结晶区占纤维素整体的百分数，表征纤维素聚集态形成的结晶程度，在一定程度上反映了纤维的物理和化学性质。测定纤维素结晶度的常用方法为：X2射线衍射法、红外法和密度法，也可应用喇曼光谱和核磁共振作为辅助方法。红外测定纤维素结晶度的方法有重氢取代法、沃康诺经验法及纳尔森2沃康诺经验法。沃康诺结晶度指数和纳尔森2沃康诺结晶度指数的测定步骤为：称取经粉碎的试样（80〜120目）3.5〜4.0mg和350mgKBr（小于200目粉），将其放入玛瑙研钵中和匀研细。称取300mg混合物置于称量瓶中，然后在60C、真空度接近760mmHg条件下烘4h。烘干后倒入压片模，在10〜100MPa压力下加压3min，可得到全透明压片。然后，用红外分光光度计测出样品的红外光谱。计算波峰为1372cm-1和2900cm-1（或1429cm-1和890cm-1）的两个峰强度之比，即可得到纤维素的红外结晶度指数N.O'KI（或O'KI）。据中国制浆造纸工业研究院对12种纸浆（包括不同制浆方法的木浆、草浆和麻浆）纤维素红外结晶度指数的测定结果，N.O'KI指数为0.39〜0.47，O'KI指数为1.0〜1.9。1.3 近红外光谱技术［6］近红外光谱分析技术是光谱测量技术与化学计量学学科的有机结合，具有操作快捷、制样简单、不损坏样品、可以对样品的成分和结构进行定性和定量分析的特点，已广泛用于农业、食品、石油化工、医药等。李小梅等采用近红外漫反射测定方式，对植物纤维原料组成进行了测定，主要步骤如下：基础数据测定：采用国标标准方法测定造纸植物纤维原料中各种成分的含量。43种纤维原料的各个化学成分以国家标准方法测定，所得数据为实测值。取31个样品建立数学模型，并随机从中抽取17个样品进行内部验证。另外，取未参与建模的12个样品进行外部验证；光谱采集：将样品装于漫反射样品槽中，在400〜2500nm间扫描，每个样品重复2次；校正方法：光谱数据采用WINISIII专用近红外分析软件进行全光谱(400〜2500nm)处理，并建立数学模型一36—2010年第2期《黑龙江造纸》结果采用化学计量学中的偏最小二乘回归法(PLS)处理验证，根据MPLS回归方法建立的数学模型样品的近红外值和实测值具有较好的线性关系，对造纸纤维原料主要成分含量测定是可行的。方法可靠、较准确，快捷，是一种环保、对样品无损的分析测定方法。它对造纸纤维原料的快速鉴定和筛选利用具有重要的意义，为造纸纤维原料品质的管理与“按质论价”打下了良好的基础，为提高纸浆及纸品的质量提供了科学依据［4］。扰；紫丁香基、愈疮木基，对香豆酸的峰分开，不受其他基团干扰。4结语仪器分析技术在植物纤维原料分析中已得到十分广泛的应用，并且还在深入发展着。可以简单概括为：紫外2可见光谱法(UV)与红外光谱法(IR)在木素、半纤维素和纤维素的定性与定量方面的分析(红外着重于结构分析)；质谱(MS)、核磁共振(NMR)、X2衍射能谱(EDXA)在木素和糖类结构方面的分析；气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)用于碳水化合物各单糖组分的分离鉴定、木素降解产物及树脂组分分析等；凝胶渗透色谱用于测定木素和纤维素的分子量及分布；扫描电子显微镜(SEM)和透视电子显微镜(TSM)用于显微超微结构研究，半纤维素在显微细胞壁中的分布研究；扫描电镜2X2射线能谱(TEM2EDXA)用于测定木素、硅和硫等在植物纤维细胞各形态区中的分析；电导分析(EC)中的非水电导滴定法测定木素中酚羟基、羧基、羰基和磺酸基等功能基含量等[13,14]。[参考文献]杨淑蕙.植物纤维化学[M].北京：中国轻工业出版社,2001:528.⑵石淑兰，何福望.制浆造纸分析与检测[M].北京：中国轻工业出版社,2003:2922356.刘铭祥.应用紫外分光光度法测定造纸原料中木素含量 [J].中国造纸,1982(3):14217.张曾，迟聪聪.快速测定半纤维素提取液中戊糖和己糖含量的方法[P].中国专利：200910037365,2009-07-29.钟颖，樊永明.仪器分析在木素化学中的应用[J].现代仪器,2006(3):11212.李小梅，黎庆涛，罗伟强，等.近红外光谱法分析植物纤维原料的组成[J].纸和造纸,2008,27(5):58261.郭慧萍.色谱分析技术在造纸工业中的应用