光譜技術(shù)在木素結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)用

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1、萬方數(shù)據(jù)Vol22，No．3．2007中國遣紙學(xué)報TransactionsofChinaPulpandPaper光譜技術(shù)在木素結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用張愛萍1劉傳富啦孫潤倉L2任俊莉‘王新愛。(1．華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州．5106402-中科院廣州化學(xué)研究所纖維索重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州，510650)摘要：介紹了紫外光譜、紅外光譜、核磁共振譜(1H-NMR、13C-NMR，2D。H。3C-NMR、”P-十a(chǎn),m)、電子自旋共振譜等光譜技術(shù)的原理、特點(diǎn)廈其在術(shù)素結(jié)構(gòu)分析中的作用和優(yōu)缺點(diǎn)，為選擇適宜的檢測方法進(jìn)一步研究術(shù)紊結(jié)構(gòu)提供了一定的依據(jù)，關(guān)鍵詞：木紊

2、；光譜技術(shù)；結(jié)構(gòu)分析中圍分類號：X793文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：100C-6842(2007)03．00臥∞木素是植物纖維原料三大主要成分之一，其含量僅次于纖維素，成為第二豐富的天然有機(jī)物，是極其重要的可再生資源。為有效利用木素，了解木素結(jié)構(gòu)及其反應(yīng)特點(diǎn)非常重要。木素是由苯丙烷結(jié)構(gòu)單元通過C=C鍵、醚鍵連接而成的具有三維網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的大分子物質(zhì)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過傳統(tǒng)的化學(xué)研究方法難以了解木素結(jié)構(gòu)特征。近幾十年來，各種光譜技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展使木素結(jié)構(gòu)的探索成為可能。通常，由于構(gòu)成有機(jī)化合物的原子狀態(tài)不同，因而能吸收具有各種不同能量的光及電磁波。光譜分析方法是指利用物質(zhì)對光和

3、電磁波的吸收的各種分光學(xué)和波長的關(guān)系，來分析其結(jié)構(gòu)的方法，該方法具有迅速、靈敏、直接測定及要求試樣量少等優(yōu)點(diǎn)，因而在木素研究中得到了廣泛應(yīng)用。目前，用于木素結(jié)構(gòu)分析的光譜技術(shù)主要有：紫外光譜、紅外光譜、核磁技術(shù)、電子自旋共振譜等。這些技術(shù)一般需要同時使用，互相補(bǔ)充。l紫外光譜研究法紫外(UV)吸收光譜是在電磁輻射的作用下，多原子分子的價電子發(fā)生躍遷而產(chǎn)生的分子吸收光譜，又稱為電子光譜。目前紫外光譜在木素研究中的應(yīng)用，主要是定性和定量測定原料、紙漿和廢液中的木素含量。木素作為芳香族化合物，在紫外區(qū)域有一強(qiáng)烈的吸收光譜，其中在205nm附近和280nm附近有吸收峰，在23

4、0nm附近有較弱的吸收。在研究木素化學(xué)結(jié)構(gòu)時，可以依據(jù)木素吸收峰的特性來確定結(jié)構(gòu)單元的類型。Sunl”利用紫外光譜測定麥草漿的二氧六環(huán)木素。在280llm附近有一大的木素吸收峰，該吸收峰主要來源于木素中的非共軛酚型基團(tuán)，例如紫丁香醇、香草醇和少量的對羥苯甲醇。紫外光譜發(fā)現(xiàn)。采用堿性H2q(2％H202—2％NaOH)分離出的木素中愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)單元較紫丁香基結(jié)構(gòu)單元多。其結(jié)果與堿性硝基苯的氧化結(jié)果相符。Seca口’從蘆葦?shù)墓?jié)中提取了磨木木素，利用紫外光譜研究發(fā)現(xiàn)，其光譜圖中主要有3個吸收峰，分別為20811111處的芳香環(huán)上的Ⅱ一Ⅱ‘電子遷移、282nm處游離和醚化的羥

5、基咀及308nm處的含有cd—O的木素結(jié)構(gòu)單元中的n一Ⅱ·電子轉(zhuǎn)移和含有與苯環(huán)共軛的Ca誓．43連接鍵的"—啊·電子轉(zhuǎn)移。此外，木素中官能團(tuán)類型(如酚羥基、羰基、甲氧基等)及含量對吸收峰的形狀和吸光系數(shù)都有不同程度的影響。通常，可以采用4種差示光譜對木素中的官能團(tuán)進(jìn)行定性和定量測定，即離子差示光譜、還原差示光譜、氧化差示光譜和酸解差示光譜。其中，離子差示光譜可測定木素中的酚羥基含量。還原差示光譜可測定羰基種類和含量，氫化差示光譜可測定肉桂醛的含量，酸解差示光譜可測定苯基香豆?jié)M結(jié)構(gòu)的含量吲。2紅外光譜研究法當(dāng)分子中某個基團(tuán)的振動頻率和紅外光的頻率一致時，分子就吸收紅外光

6、的能量，從原來的基態(tài)振動能級躍遷到能量較高的振動能級。物質(zhì)對紅外光的吸收曲線稱為紅外吸收光潛。根據(jù)試樣的紅外吸收光譜進(jìn)行定性、定量分析和確定分子結(jié)構(gòu)的分析方法，稱為紅外吸收光譜法。紅外光譜的吸收能量較低，分子不產(chǎn)生電子能級的躍遷，只產(chǎn)生分子的振動、轉(zhuǎn)動．是一種分子的轉(zhuǎn)動光譜。與紫外光譜相比，紅外光譜收稿日期：2007-01—21(修改稿)作者簡介：張愛萍，女，1980年生；華南理工大學(xué)在讀博士研究生；研究方向：植物資源讓學(xué)。E-mail：aipin91029@163，CAlm萬方數(shù)據(jù)中同造紙學(xué)報第22卷第3期的頻率范圍較小、吸收峰數(shù)目多、吸收曲線復(fù)雜、吸收強(qiáng)度較弱。紅

7、外光譜在木素結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用可分為定性分析和定量測定兩個方面。紅外光譜定性分析有功能基定性和結(jié)構(gòu)分析兩種。功能基定性是根據(jù)木素的紅外光譜特征吸收峰測定其含有的功能基。結(jié)構(gòu)分析是由紅外光譜結(jié)合其他性質(zhì)測定來分析。紅外光譜的定量測定采用基線法，通常以1510或1600cm-1苯環(huán)吸收峰作為內(nèi)標(biāo)，以內(nèi)標(biāo)峰的吸收強(qiáng)度為100％，其他峰的吸收強(qiáng)度與之對比，即得出該吸收峰的相對吸收強(qiáng)度，從而測定木素中各種基團(tuán)的含量。木素含有羥基、羰基、甲氧基和羧基等多種官能團(tuán)，紅矯光譜法測定官能團(tuán)含量具有靈敏度高、操作方便等特點(diǎn)。付時雨[41利用傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)