造纸原料和纸浆 碳水化合物组分的测定 征求意见稿

2造纸原料和纸浆碳水化合物组分的测定本文件描述了两种造纸原料和纸浆中碳水化合物组分的测定方法，包括离子色谱法和气相色谱法。本文件适用于绝干造纸原料或纸浆中浓度超过1mg/g的单糖的测定。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ISO638-2:2022，MOD）GB/T740纸浆试样的采取（GB/T740—2003，ISO7213:1991，IDT）GB/T2677.1造纸原料分析用试样的采取GB/T22902纸浆丙酮可溶物的测定（GB/T22902—XXXX，ISO14453:2014，MOD）注：GB/T22902—XXXX《纸浆丙酮可溶物的测3术语下列术语和定义适用于本文件。3.1碳水化合物组分carbohydratecomposition五种主要的中性单糖的量，即样品中的阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖和木糖的量。4原理采用硫酸进行两步酸水解，将造纸原料或纸浆中的纤维素和半纤维素水解成单糖溶液。使用离子色谱法（IC）或气相色谱法（GC）测定不同单糖的含量，并采用内标法定量。若使用气相色谱法，水解后的样品会被还原和乙酰化，然后通过气相色谱分离和测定单糖的醛醇乙酸酯。5仪器5.1带有40目筛网的研磨机或同等设备。5.2过滤设备：过滤烧瓶；玻璃砂芯过滤坩埚（中等或细孔隙率，30mL）；过滤坩埚适配器，虹吸管（可选）。过滤坩埚也可使用其他类型，例如内衬玻璃纤维垫的铝坩埚或的多孔瓷坩埚。3注：玻璃砂芯过滤坩埚的孔隙率选择取决于特定类型样品的过滤速度。对尤其是在低产亚硫酸盐浆中，木质素会形成细小的分散体，堵塞过滤器的孔隙。使用5.3恒温水浴：能保持温度在（30±1）℃。5.4高压灭菌锅：能保持温度在（120±3）℃。5.5烘箱：能保持温度在（105±2）℃,用于按GB/T462测定绝干物含量。5.6离子色谱仪（IC）：配有用于测定单糖的阴离子交换柱和脉冲安培检测器（PAD）。5.7恒温水浴：能保持温度在（40±0.5）℃。5.8气相色谱仪（GC）：配有适合测定单糖的色谱柱和氢火焰离子化检测器（FID）。6试剂除非另行说明，所有化学品均为优级纯或更高级别。6.1水，GB/T6682，一级。或使用蒸馏水和去离子水。6.2单糖标准品：阿拉伯糖（C5H10O5）、半乳糖（C6H12O6）、葡萄糖（C6H12O6）、甘露糖（C6H12O6）和木糖（C5H10O5）。混合标准溶液用蒸馏水配置，每个标准溶液都含有五种单糖。6.3硫酸（H2SO4）溶液，质量比为72％。在400mL水中缓慢加入650mL浓硫酸（优级纯，比重为1.84同时在冷水龙头下冷却。当温度与环境温度达到平衡时，小心加入浓硫酸或水，使用比重计将硫酸溶液比重调节至1.6338。6.4淋洗液，用于离子色谱法。采用浓度为2mmol/L氢氧化钾溶液已被证明对测试是可行的。6.5氨水（NH3·H2O），浓度为13mol/L。氨水（25％)和水按9∶1混合。6.6氢氧化钾（KOH）溶液，浓度为7.5mol/L。称取105g氢氧化钾颗粒放入250mL烧杯中，缓慢加入约150mL水并搅拌，将溶液转移至250mL容量瓶，再用（20～30）mL水冲洗烧杯。该反应是放热反应，将溶液冷却至室温后，再用水稀释至刻度。6.7硼氢化钾（KBH4）溶液。将150mg硼氢化钾溶解在250μL氨水（13mol/L）和750μL蒸馏水，置于4mL隔膜小瓶中。应每天使用前现用现配。6.8浓乙酸（CH3COOH）。6.9乙酸酐（C4H6O3）。6.101-甲基咪唑（C4H6N2）。6.11乙醇（C2H6O），体积分数为95％～99％。6.12无水硫酸钠（Na2SO4）。6.13内标物溶液，2-脱氢半乳糖（C6H12O5浓度为20mg/mL。称取1.00g2-脱氧半乳糖（精确至0.1mg定量转移至50mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。除2-脱氧半乳糖外，也可使用其他内标物（例如岩藻糖或肌醇），但应在报告中说明。中和、还原和衍生化反应，例如TAPPIT249中所述的试剂和步7取样如果评价造纸原料，则报告样品来源，如果可能，还应报告取样步骤。应保证所取样品具有代表性，并将原料磨碎至40目～60目。在测试前应按GB/T22902用丙酮进行抽提，风干，混合均匀，备用。4如果评价一批纸浆，应按GB/T740采取试样。纸浆样品应使用适当的研磨机（5.1）进行研磨，使得样品能较好的在硫酸溶液中进行水解。对于树脂含量高的磨木浆或高得率浆，在测试前应按GB/T22902用丙酮进行抽提。注2：丙酮被认为是从造纸原料和纸浆中提取树脂的有效溶剂。其他方法中采用的二氯甲烷和乙醇/苯（1:2）会危8试样制备一式两份进行准备和测试。确保所取试样对所收到的样品具有代表性。9试验步骤9.1绝干物含量的测定造纸原料和纸浆的绝干物含量按GB/T462进行测定，将2g～3g试样在105℃±2℃烘箱（5.5）中烘干至恒重。若试样用丙酮进行抽提，则应根据提取后的试样测定绝干物含量。9.2酸水解试样制备从第7章中称取一份（300±10）mg（精确至0.1mg）试样，放入体积至少为150mL的烧杯中。计算并记录试样绝干物质量M。9.3水解9.3.1用移液管移取3mL硫酸溶液（6.3）放入装有试样的烧杯（9.2），用玻璃棒搅拌均匀，直到试样开始溶解。将玻璃棒留在烧杯中。注：对于纸浆不吸收酸、不容易分散的情况，加入酸后，将烧杯置于真空干燥器中抽9.3.2将烧杯放入（30±1）℃水浴锅（5.3）中水浴1h进行水解，并不时使用玻璃棒搅拌。用84mL水（6.1）分数次清洗玻璃棒，确保所有洗涤液都被洗入烧杯中。用铝箔盖住烧杯，置于（120±3）℃高压灭菌锅（5.4）中水解1h。取出后，将烧杯及其内容物冷却至约80℃。9.4单糖含量的测定9.4.1离子色谱法（IC）9.4.1.1溶液制备水解后的残留物（9.3）主要由不溶性木质素组成，将冷却后的烧杯（9.3.2）在不搅拌的情况下，通过过滤坩埚（5.2）倾析或虹吸上清液至250mL的过滤烧瓶（5.2）中。将滤液转移至250mL容量瓶中，用2×30mL温水（6.1）洗涤沉淀，并将洗涤液加入容量瓶中。加入适量的内标物溶液（6.13），冷却至室温并加水至刻度。取适量溶液，过0.45μm水系滤膜或同等规格的PVDF膜，进离子色谱仪分析。9.4.1.2校准5使用含内标物溶液（6.13）的单糖标准溶液（6.2）校准仪器。9.4.1.3测定用离子色谱仪（5.6）测定制备好的样品溶液（9.4.1.1得到样品中阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖和木糖的峰面积（Ai计算样品中每种单糖的含量。若待测试样溶液的浓度超出标准工作曲线的浓度范围，则稀释后重新测定。9.4.1.4仪器参考条件按照仪器说明书操作离子色谱仪。以下分析条件可供参考，采用其他条件应验证其适用性：a）色谱柱：CarboPacPA203×150mm（分析柱），CarboPacPA203×50mm（保护柱）；b）检测器：脉冲安培检测器；c）工作电极：Au电极；d）参比电极：AgCl/Ag；e）淋洗液和淋洗程序：在0～25min用2mmol/LKOH溶液淋洗；f）柱流量：1.0mL/min；g）柱温：30℃;9.4.2气相色谱法（GC）9.4.2.1溶液制备水解后的残留物（9.3）主要由不溶性木质素组成，将冷却后的烧杯（9.3.2）在不搅拌的情况下，通过过滤坩埚（5.2）倾析或虹吸上清液至100mL的过滤烧瓶（5.2）中。将滤液转移到100mL容量瓶中，用2×5mL热蒸馏水（6.1）洗涤沉淀，并将洗涤液加入容量瓶中。加入2mL内标物溶液（6.13），冷却至室温并加水至刻度。注3：在此阶段加入内标物溶液是为了确保整个过程中注4：也可以使用其他试剂（6.5～6.12）和步骤（9.4.2.2、9.4.2.3和9.4.2.4）进行中和、还原和衍生化反应，例如TAPPIT249中所述的试剂和步骤，但须在报告中注明。9.4.2.2中和反应将1mL溶液（9.4.2.1）转移到试管中。加入100μL氨水（13mol/L6.5）。用玻璃棒和pH试纸检查pH是否大于7。9.4.2.3还原反应在9.4.2.1中和的上清液中加入100μL新配制的KBH4溶液（6.7），并将试管置于40℃水浴（5.7）中1h。加入100μL浓乙酸（6.8）以去除过量的KBH4。9.4.2.4衍生化反应在加入乙酸酐的过程中用冷水冷却试管。将盖拧紧并小心地混合溶液，试管置于冷水浴中静置10min。冷却试管时加入1.0mL乙醇（6.11），仔细混合溶液，混合物反应10min（此过程为乙醇和乙酸酐生成乙酸乙酯）。加入5mL水（6.1），混合并将试管置于冷水浴中。6警示——加入KOH溶液时必须冷却试管，否则形成的乙酸乙酯会蒸发。试验中冷水浴的水位应超过试管中混合物的水位。加入5mLKOH溶液（7.5mol/L）（6.6），将盖拧紧并混合。再加入5mLKOH溶液（7.5mol/L），小心将盖拧紧并用力摇晃试管充分混合。试管静置至少10min，直至试管中两个透明相分离。将上层相（乙酸乙酯）转移到装有少量无水硫酸钠（6.12）的试管中。小心操作，以免水相转移。晃动试管后，静置5min～10min。取适量澄清溶液过有机相滤膜，转移到隔膜小瓶中并密封，用于气相色谱分析。9.4.2.5校准使用含内标物溶液（6.13）的单糖标准溶液（6.2）校准仪器。9.4.2.6测定用气相色谱仪（5.8）测定制备好的样品溶液（9.4.2.4得到样品中阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖和木糖的峰面积（Ai计算样品中每种单糖的含量。用色谱峰保留时间定性，内标法定量，标准工作液和样品溶液中的单糖衍生物的响应值应在仪器检测的线性范围内。9.4.2.7仪器参考条件按照仪器说明书操作气相色谱仪。由于测定结果取决于所使用的仪器，因此不可能给出气相色谱的通用参数。设定的参数应保证色谱测定时被测定组分与其他组分能够得到有效的分离，下面给出的参数证明是可行的：a）色谱柱：30m×0.32mm（内径）×0.25μm（膜厚），DB-5石英毛细管柱；b）色谱柱温度程序：220℃保持15min，然后以2℃/min程序升温至260℃,保持10min；c）进样口温度：300℃;d）检测器温度：300℃;e）载气：氮气，纯度≥99.990.7mL/min；f）进样方式：分流进样，分流比为1:10，0.75min后开阀；g）进样量：1.0μL。10结果计算每种单糖的含量按公式（1）计算。……（1）式中：Xi——绝干试样中单糖i的含量，单位为毫克每克（mg/gAi——单糖i的色谱面积，以面积单位表示（即响应时间Ms——未稀释样品中内标物的质量，单位为毫克（mgCi——单糖i的无水系数（木糖和阿拉伯糖为0.88，甘露糖、半乳糖和葡萄糖为0.90As——内标物的色谱面积；M——试样绝干物质量，单位为克（gKi——单糖i的校正因子（无量纲）。单糖i的校正因子按公式（2）计算，将计算结果保留至整数。……（2）7式中：Mi,c——校准混合物中单糖i的质量，单位为毫克（mg）；Ms,c——校准混合物中内标物的质量，单位为毫克（mgAi,c——校准混合物中单糖i的色谱面积，以面积单位表示（即响应时间As,c——校准混合物中内标物的色谱面积。每种单糖的相对含量按公式（3）计算，结果精确至小数点后一位。yi=……（3）其中：Yi——单糖i的相对含量，%;Xi——绝干试样中单糖i的含量，单位为毫克每克（mg/gXtot——绝干试样中五种单糖的总含量，单位为毫克每克（mg/g）。11精密度五种单糖试验的精密度（重复性和再现性）见附录A。12试验报告试验报告应包括以下内容：a）本文件编号；b）试验日期和地点；c）完整识别样品所需的所有信息；d）试验结果，以绝干试样中单种单糖的含量表示结果（mg/ge）单糖的相对含量(%);f）用于校准的单糖；g）任何偏离本文件所述操作的情况，或任何可能影响结果的其他情况。8（资料性）精密度A.1概述2019年1月，来自4个国家的7个实验室参与了一次国际实验室间比对，分别是加拿大（2个实验室）、法国、日本（2个实验室）、瑞典（2个实验室）。这次比对试验采用了6种样品，代表了常见的机械浆和化学浆，参与实验室按本文件进行了重复测试，同时要求用丙酮提取其中一种机械浆样品（未漂白针叶木TMP），并对提取的样品进行碳水化合物组分分析。阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖和甘露糖的重复性和再现性数据见表A.1～表A.10。计算依据为ISO/TR24498。报告的重复性和再现性限值是指与在相同试验条件下，对相同材料得到的两组试验结果进行比较时，在95％置信概率下可能出现的最大差值的估算值。这种评价对不同材料或不同试验条件无效。注4：重复性和再现性限通过重复性标准偏差和再现性标准偏差乘以A.2重复性表A.1阿拉伯糖重复