木质素的紫外光谱分析
第3章 木质素
2. Björkman木素(1957) MWL — Milled Wood Lignin(磨木木素) (1)木素分离步骤 20目的木粉经有机溶剂抽提后放在Lampén磨中磨48 hr、再 在振动球磨中磨48 hr,磨料介质采用甲苯 (因木素、纤维素和半纤维素在甲苯中不发生润胀)。 经细磨后,用含少量水的二氧六环进行抽提,然后把溶剂蒸 发,把木素溶于醋酸水溶液中,再在水中沉淀、干燥,又溶 于二氯乙烷-乙醇(体积比2:1)中,在乙醚中沉淀、洗涤、干 燥,这样分离出的木素成为“磨木木素”。 Björkman木素为黄褐色非晶体粉末状。
伴随有化学变化
伴随着化学变化 伴随着化学变化 化学变化少
1.Brauns木素(Brauns Native Lignin 1939) (1)Brauns木素分离步骤 在室温下用乙醇抽提木粉(100~200目) 抽提液经浓缩,然后注入水中,作为沉淀物进行回收。 将所得到的粗木素溶于二氧六环,并用乙醚使之沉淀提纯。 乙醚溶解非木素物质(nonlignin),而将木素沉淀出来, 沉淀木素是浅奶油色粉状。
——优良化工原料,其利用备受关注
3.1 木素在植物体内的分布及生物合成机理
一、木素的存在
仅次于纤维素的最丰富和最重要的有机高聚物。 1.木素在植物内的作用 在植物中木素作为一种填充和粘结 物质,在植物细胞壁中能以物理或化学 的方式使纤维素纤维之间粘结和加固, 增加植物的机械强度和抵抗微生物侵蚀 的能力,使木化植物直立挺拔和不易腐 朽。
第二章 木素
木素的高分子化
第二节 木素的分离与精制
一、从植物原料中分离木素 二、从纸浆中分离木素
三、从制浆废液中分离木素
四、木素-碳水化合物复合体的分离
有关木素的几个术语
• 原本木素(protolignin):以天然状态存在于植物 体中的木素。 • 分离木素(isolated lignin):用各种方法从植物体 中分离出来的木素,又称木素制备物。 • 木素衍生物:在木素结构单元上引入其他基团而生 成的产物。
• 研究木素的化学构造主要包括:木素的结构单元的类型、 结构单元量的比例、结构单元间的连接方式、官能团的分 布等。 • 对木素化学构造的研究,都是采用与木素结构类似的模型 物为参照,间接的推断而得,并不是采用化学或物理的方 法直接测定而得。
一、木素的结构单元
• 木素的基本结构单元为苯基丙烷,可用C9(或C6.C3) 表示。如何证实木素结构单元为苯基丙烷结构? – 可采用化学法和仪器分析法,借用模型物进行对比 研究。
3. 木素的乙醇解和酸解
• 木素的乙醇解反应是由加拿大木素化学家 H.Hibbert于1939年开始研究的。对于证实木素的 结构很有帮助。
1. 实验步骤
• 木素3g或木材10g在含3%盐酸的300mL无水乙醇 中,在100℃回流反应48h,对木素进行乙醇解, 分解产物称为希伯特酮的多种酮类化合物。
– 如:硫酸盐木素,氯化木素,硝化木素,木素磺酸盐等。 (木素结构特性已改变)
硫酸法测木质素含量原理
硫酸法测木质素含量原理
一、引言
木质素是植物细胞壁中的一种重要化合物,具有抗菌、抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性。因此,准确测定木质素含量对于评价植物材料的质量和开发木质素相关产品具有重要意义。硫酸法是目前常用的测定木质素含量的方法之一,其原理简单、操作方便,被广泛应用于木质素的测定领域。
二、硫酸法测定木质素含量的原理
硫酸法利用硫酸对木质素的溶解能力,通过测定溶液中木质素产生的吸光度,从而计算出木质素的含量。其基本原理如下:
1. 样品预处理
首先将待测样品粉碎成细粉,并用乙醇进行提取,以去除杂质和溶解木质素。
2. 硫酸溶解
将提取后的木质素样品与浓硫酸混合,硫酸能够将木质素溶解。3. 吸光度测定
将溶液置于紫外可见分光光度计中,测定在特定波长下的吸光度。由于木质素对紫外光有较强的吸收能力,吸光度与木质素的含量呈正相关关系。
4. 含量计算
根据已知浓度的标准溶液的吸光度与含量之间的关系,可以得到待测样品中木质素的含量。
三、硫酸法测定木质素含量的优缺点
硫酸法作为一种常用的测定木质素含量的方法,具有以下优点:1. 简单易行:硫酸法操作简单,不需要复杂的设备和试剂,适用于常规实验室操作。
2. 灵敏度高:硫酸对木质素的溶解能力较强,能够充分提取样品中的木质素。
3. 稳定性好:硫酸对环境和温度的变化较不敏感,可以在较宽的条件下使用。
然而,硫酸法也存在一些缺点:
1. 破坏性强:硫酸对木质素的溶解是一种破坏性的过程,样品在溶解过程中可能发生结构变化,导致测定结果的偏差。
2. 选择性差:硫酸法对于其他杂质的选择性较差,可能导致测定结果的误差。
木材的发光和光谱特性
在木材加工中的应用
木材发光特性可以用于制作发光家 具和装饰品
木材发光和光谱特性可以用于木材 加工过程中的质量控制
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木材光谱特性可以用于木材分类和 鉴定
木材发光和光谱特性可以用于木材 加工过程中的环保监测
在其他领域的应用
家具制造:利用木材的发光特 性,制作出具有特殊效果的家 具
3
木材发光和光谱特性的 关系
发光和光谱特性的关联性
木材发光原理: 木材中的荧光 物质在受到紫 外线或可见光 照射后,会发
出可见光。
光谱特性:木 材发光的波长 范围主要集中 在可见光范围 内,不同种类 的木材发光波 长有所不同。
发光强度与光 谱特性的关系: 发光强度与木 材中的荧光物 质含量、木材 的密度、木材 的湿度等因素
有关。
光谱特性与木 材种类的关系: 不同种类的木 材发光波长有 所不同,可以 通过光谱特性 来鉴别木材种
类。
发光和光谱特性的协同作用
木材发光原理:木材中的荧光物质 在受到紫外线或可见光照射后,会 发出可见光。
协同作用:木材的发光和光谱特性 之间存在协同作用,即木材的发光 强度和光谱特性之间存在一定的关 系。
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光谱特性:木材的光谱特性是指木 材在吸收和发射光线时,不同波长 的光线对木材的影响不同。
第二章-6 木质素物理性质
一、颜色
Wood Chemistry
第六节 木质素的物理性质
原本木质素——接近白色或浅乳酪色; 分离木质素——取决于分离条件。
缓和条件下分离:色浅,如MWL,CEL 剧烈条件下分离:色深,如Klason木质素
轻工科学与工程学院
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二、相对密度
1.33~1.45,比高聚糖低。
红外光谱 在结构鉴定中
c、区分不同来源的木质素 d、研究化学反应后木质素的变化 如280 nm处最大吸收消失,表明木质素的苯环遭到破坏。 轻工科学与工程学院 轻工科学与工程学院 的作用主要是判断分子中 是否存在某些官能团。
木质素IR光谱的主要吸收带
Wood wenku.baidu.comhemistry
Wood Chemistry
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1
五、比表面积
Wood Chemistry
六、木质素的热性质
Wood Chemistry
180 m2/g,具网状结构,比表面积大,吸附 性能好。 吸附农药——可控长效农药
热塑性的高分子化合物,无固定熔点,只有软化点 (玻璃化温度)。
软化点:随分离方法、树种、分子量和含水率而异。
1、苯环的骨架振动:1500 cm-1,1600 cm-1,1430 cm-1 针叶材木质素 阔叶材木质素
木质素物理化学性质分离测定[1]
木质素物理化学性质分离测定[1]
木质素
不同制浆工艺和提取方法得到的木质素的主要理化性质包括以下几个方面:
1,木质素的颜色
原来木质素是一种白色或接近无色的物质。我们看到的木质素颜色是在分离和制备过程中造成的。由于分离和制备方法的不同,它呈现出不同的色调。
酸性木质素、铜胺木质素和高碘酸木质素颜色较深。介于浅黄棕色和深棕色之间的云杉木质素,由布雷恩斯分离出来,因其呈浅奶油色而得名。
2和木质素的分子量分布
普通高分子化合物的相对分子量一般为几十万、几百万甚至几千万。尽管木质素也是一种高分子化合物,但分离出的木质素湍流的相对分子量要低得多,一般在数万至数万之间。只有原始木质素可以达到几十万相对分子质量与分离方法有关。
聚合物的一个重要特征是它的多分散性,即它的相对分子质量有一定的范围。聚合物的分子量具有统计平均显著性,不同测试方法测得的结果不同。通常测量重均分子量和数均分子量,分散性用重均分子量和数均分子量之比表示。
木质湍流是一种天然聚合物,其分子量也是多分散的。针叶木木素
重均分子量为2000,而阔叶木素略低。用硫酸从黑色
溶液中沉淀出的木材分子量为330-63000,其中65%-80%的木质素分子量为500-50000草浆中木质素的分子量也表现出多分散性,其分散系数一般大于2。3.高聚物
木质素的溶解过程实质上是一个溶剂分子进入高聚物,克服大分子作用力,实现大分子和溶剂分子相互混合的过程。与低分子物质相比,聚合物的溶解过程一般分为溶胀和溶解两个阶段,整个溶解过程更加复杂和缓慢。木质素
是一种结构中含有许多极性基团,特别是许多羟基的聚集体。木质素具有很强的分子内能量和分子间氢键,因此木质素原本不溶于任何溶剂。当木质素被分离时,许多物理性质和溶解性由于收缩降解而改变。
克莱森木素含量测定方法 硫酸
克莱森木素含量测定方法硫酸
测定木质素含量的方法有法克莱森、紫外分光光度法、红外光谱定量分析法、同位素法。
由于红外光谱法和同位素法对实验室要求较高,所以应用并不普遍,克莱森法是测定木质素含量的经典方法,其原理是用72%硫酸除去纤维素,难溶的木质素经过滤、洗涤、干燥称重、计算等步骤可得到其含量,但测定所需原料较多,限制了在名贵中药材如人参尤其是野山人参、移山参上应用。而紫外分光光度法测定木质素仅需微量原料,在珍稀药材的研究中更具可行性和实用性。
克莱森木素含量测定方法:称取0.5g(w1)干样,放人研钵中,加入20ml72%的浓硫酸,用研磨棒搅拌均匀室温静置4h,然后将混合液移至1000mL的磨砂口三角烧瓶中,加入765ml的蒸馏水,在电炉上回流煮沸2h,用已恒重的砂芯坩埚(w2)抽除过滤,再将坩埚放在供箱中105℃烘至恒重,取出称重(W3)并按下式计算出木质素的含量。木质素含量=(w3-w2)/w1。
木质素的紫外光谱分析共81页文档
END
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木质素的紫外光谱分析
16、业余生活要有意义,不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰,也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人,而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着,就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书,莫被书掌握;要为生而读,莫为读而生。——布尔沃
木质素的研究进展
⽊质素的研究进展
Botanical Research 植物学研究, 2016, 5(1), 17-25
Published Online January 2016 in Hans. /doc/45ea9dfbf71fb7360b4c2e3f5727a5e9856a276d.html /journal/br
/doc/45ea9dfbf71fb7360b4c2e3f5727a5e9856a276d.html /10.12677/br.2016.51004
Progress in Research on Lignin
Yongbin Meng1*, Lei Xu1, Zidong Zhang1, Ying Liu2, Ying Zhang2, Qinghuan Meng2,
Siming Nie2, Qi Lu1,2
1National Engineering Laboratory for Ecological Use of Biological Resources, Harbin Heilongjiang
2Key Laboratory of Forest Plant Ecology, Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang Email:
347576614@/doc/45ea9dfbf71fb7360b4c2e3f5727a5e9856a276d.html , luqi42700473@/doc/45ea9dfbf71fb7360b4c2e3f5727a5e9856a276d.html
近红外光谱木质素和纤维素半纤维素
近红外光谱木质素和纤维素半纤维素
近红外光谱是一种常用的光谱分析技术,可用于分析各种化合物的结构和成分。在木材工业中,近红外光谱常用于分析木质素和纤维素半纤维素的结构和含量。本文将从近红外光谱的基本原理、木质素和纤维素半纤维素的结构特点、近红外光谱分析木质素和纤维素半纤维素的方法以及应用前景等方面进行探讨。
一、近红外光谱的基本原理
近红外光谱是指波长范围从780nm到2500nm的光谱,这一波长范围包括了可见光谱和红外光谱的一部分。近红外光谱的基本原理是物质分子在这一波长范围内发生振动和拉伸,而这些振动和拉伸的频率和强度可以通过近红外光谱仪器进行检测和分析。根据物质分子的振动和拉伸特点,可以获得物质的结构和成分信息。
二、木质素和纤维素半纤维素的结构特点
木质素是木材中的主要成分,其分子结构复杂,由苯丙烷单体组成,主要包括芳香环和侧链。纤维素半纤维素是木材中的另外一类主要成分,其分子结构主要由葡萄糖单体组成,通过β-1,4-键连接形成
的线性结构。这些结构特点使得木质素和纤维素半纤维素在近红外光
谱中具有特定的振动和拉伸频率,因而可以通过近红外光谱进行分析。
三、近红外光谱分析木质素和纤维素半纤维素的方法
近红外光谱分析木质素和纤维素半纤维素的方法主要包括样品的
制备、光谱仪器的使用和数据处理等步骤。首先,对木质素和纤维素
半纤维素进行样品的制备,通常是将木材样品磨成粉末或片状以获得
均匀的样品。然后,使用近红外光谱仪器对样品进行测试,获取光谱
数据。最后,通过数据处理和分析软件对光谱数据进行处理,提取木
近红外光谱木质素和纤维素半纤维素
近红外光谱木质素和纤维素半纤维素
近红外光谱(NIR)是一种常用的分析技术,可用于快速、非破坏
性地检测木质素和纤维素半纤维素的含量和性质。木质素和纤维素半
纤维素是植物细胞壁的主要成分,对植物的生长和形态具有重要影响。了解它们的含量和特性有助于更好地理解植物的生长和形态变化,同
时也为木材和纤维素材料的生产加工提供重要参考。本文将首先介绍
近红外光谱分析的基本原理和方法,然后分别讨论木质素和纤维素半
纤维素的近红外光谱分析应用研究,最后总结近红外光谱在木质素和
纤维素半纤维素分析中的优势和局限性。
一、近红外光谱分析基本原理和方法
近红外光谱是指在700~2500nm波长范围内的光谱区域,该区域的
吸收峰对应了物质中的振动、弯曲和伸缩等分子运动。当分子受到特
定波长的电磁辐射作用时,会吸收部分能量并发生特定的谱线。近红
外光谱法是利用红外光线被样品吸收或散射的特性,通过检测样品对
不同波长光线的吸收率差异,从而对样品的成分和性质进行分析的一
种方法。
近红外光谱分析的基本方法包括光谱采集、数据处理和定量分析。首先,需要通过近红外光谱仪器对样品进行光谱采集,得到样品在
700~2500nm范围内的光谱信息。然后,通过数据处理软件对光谱数据
进行预处理,如基线校正、波长校正等,使得光谱数据更加清晰和准确。最后,利用建立的定量分析模型,通过与已知含量的标准样品对比,可对未知样品的成分和性质进行定量分析。
二、木质素的近红外光谱分析
木质素是植物细胞壁的重要成分之一,其主要含有苯丙烷结构单元,是植物细胞壁中的结构性材料。木质素具有很高的紫外吸收能力,使得其在近红外光谱中呈现出较为复杂的特征吸收峰。因此,近红外
造纸黑液木质素及其综合利用
造纸黑液木质素及其综合利用
造纸工业是现代社会中不可或缺的重要产业之一,然而,其在生产过程中产生的造纸黑液却一直被视为废弃物,对其处理和利用也面临着诸多难题。然而,随着科技的不断发展,人们逐渐发现了造纸黑液中蕴含的一种宝贵资源——木质素。本文将详细探讨造纸黑液木质素的来源、分类、性质,以及如何实现对其综合利用。
木质素是一种天然高分子化合物,主要来源于植物细胞壁,具有优良的化学和物理性能。在造纸工业中,木质素主要来源于木材纤维和半纤维素等原料。造纸黑液中的木质素是在生产过程中未被完全分离出的残留物,主要分为硫酸盐木质素和碱木质素两大类。
造纸黑液木质素是一种具有多重特性的复杂有机化合物。它具有较高的碳含量和氧含量,这为后续的化学反应提供了良好的条件。它含有多种官能团,如羟基、甲氧基和羧基等,这些官能团可以参与多种化学反应。木质素还具有较好的稳定性,这使得其在高温和酸碱环境下仍能保持稳定。
随着科技的不断进步,对造纸黑液木质素的利用已经不再局限于传统的造纸工业。目前,木质素已经在化工、医药、食品等领域展现出广泛的应用前景。例如,通过化学改性,木质素可以用于制备高性能材
料、燃料和润滑油等;在医药领域,木质素可以用于制备抗肿瘤药物和抗炎药物等;在食品领域,木质素可以作为天然食品添加剂,具有抗氧化、抗菌等作用。
要实现造纸黑液木质素的综合利用,需要不断地推动技术创新和产业升级。应加强木质素分离和提取技术的研发,提高木质素的纯度和产量。应探索新的木质素改性和应用技术,以拓展其应用领域。应推动产业联合,促进造纸工业与其它相关行业的合作,实现资源共享和优势互补。
木质素的结构研究与应用
木质素的结构研究与应用
一、本文概述
木质素是一种天然的高分子有机化合物,广泛存在于植物细胞壁中,是构成植物骨架的主要成分之一。由于其独特的化学结构和生物降解性,木质素在多个领域具有广泛的应用价值。本文旨在深入探讨木质素的结构特点、化学性质及其在不同领域的应用现状,以期为木质素的高效利用和可持续发展提供理论支持和实践指导。
本文将对木质素的基本结构进行详细介绍,包括其分子组成、化学键合方式以及空间构型等方面。通过对木质素结构的深入剖析,有助于我们更好地理解其化学性质和潜在应用价值。
本文将重点阐述木质素在不同领域的应用情况。例如,在生物质能源领域,木质素可作为生物质燃料和生物柴油的原料;在材料科学领域,木质素可用于制备高性能的复合材料、塑料和胶粘剂等;在环境保护领域,木质素可用于土壤改良、污水处理和生物质炭的制备等方面。通过对这些应用案例的分析,我们可以充分了解木质素在不同领域的优势和局限性。
本文还将对木质素的应用前景进行展望,探讨如何通过技术创新和产
业升级来推动木质素的高效利用和可持续发展。我们也将关注木质素研究领域的未来发展趋势,以期为相关领域的研究人员和从业者提供有益的参考和启示。
本文将从多个角度对木质素的结构研究和应用进行全面综述,旨在为木质素的高效利用和可持续发展提供理论支持和实践指导。
二、木质素的结构特性
木质素是一种复杂的高分子聚合物,其结构特性独特且复杂。从化学组成上看,木质素主要由苯丙烷单元构成,这些单元通过各种化学键(如醚键、碳-碳键和酯键)相互连接,形成了复杂的网络结构。这些苯丙烷单元主要有三种类型:愈创木基(G)、紫丁香基(S)和对羟基苯基(H),它们的比例和连接方式因植物种类的不同而有所差异。
木质素的紫外光谱分析
• 当电子发生跃迁时,不可避免地要伴随着 分子振、转能级的改变,加之溶剂的作用, 一般UV谱图不会呈现尖锐的吸收峰,而是 一些胖胖的平滑的峰包。在识别谱图时, 以峰顶对应的最大吸收波长λmax和最大摩尔 吸收系数εmax为准。
• 有机化合物UV吸收的λmax和εmax在不同 溶剂中略有差异。因此,有机物的UV吸收 谱图应标明所使用的溶剂。
UV与IR、NMR不同,它不能用来鉴别具体 的官能团,而主要是通过考察孤对电子及π 电子的跃迁来提示分子中是否存在共轭体 系。 部分化合物的UV吸收见下表:
• UV主要反映共轭体系和芳香族化合物的结 构特征。往往两个化合物分子中相同的共 轭结构,而分子的其它部分截然不同,却 可以得到十分相似的紫外谱图。
• 用这种方法测定酚羟基的含量需要先测定 酚模型物的摩尔吸光系数. • Aulin Erdtman等测定了云杉木质素可溶性部 分以及云杉和异叶铁杉Brauns木质素的酚羟 基含量
• 导数紫外光谱是以吸光度对波长的导数(dnA/dλn) 对波长λ的图谱。随着n的变化,可以得到不同阶数 的导数光谱。导数紫外光谱一般可以通过三种方法 获得。第一种是通过特殊的光学设计来产生导数光 谱,此为化学法;第二种是电子学方法获得导数光 谱,第三种则是数值微分法。无论哪一种导数光谱, 其本质都是测量信号强度分布的斜率。导数光谱可 以显著地减小谱带宽度,而且随着导数阶数的增加, 谱带变锐,带宽变窄,因此可将零级光谱基本相似 的物质分开。 • 一般地说,微分阶数越高,分辨率越好,抗干扰性 强,但同时所需技术要求也越高。因此导数光谱微 分阶数需要在实际工作中确定。目前一阶和二阶导 数光谱使用较多。
木质素不同级分的结构与其紫外线吸收能力的研究
·木质素级分结构·
木质素不同级分的结构与其紫外线吸收能力的研究
刘邦粹1
李兵云1,
*
付时雨1何光华2
(1.华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;
2.四川宜宾纸业股份有限公司,四川宜宾,644000)
摘要:采用乙酸乙酯、丁酮、丙酮依次处理竹硫酸盐木质素(KL ),得到不同溶剂萃取的木质素及
木质素残余部分,并对其进行表征。结果表明,有机溶剂分级可以将木质素按照相对分子质量有效地分离,提高了对木质素不同级分化学结构与紫外线吸收能力之间关系分析的准确性;其中乙酸乙酯萃取显著改善了木质素的均一性,分离了碳水化合物杂质,提高了有利于紫外线吸收的结构含量,使木质素总体紫外线吸收能力明显提高。
关键词:木质素;有机溶剂分级;结构;紫外吸收中图分类号:TS79
文献标识码:A
DOI :10.11980/j.issn.0254-508X.2021.12.004
Study on Structures and Ultraviolet Absorption Capacity of Fractionated Lignin
LIU Bangcui 1LI Bingyun 1,*
FU Shiyu 1HE Guanghua 2
(1.State Key Lab of Pulp and Paper Engineering ,South China University of Technology ,Guangzhou ,Guangdong Province ,510640;
2.Sichuan Yibin Paper Industry Co.,Ltd.,Yibin ,Sichuan Province ,644000)
硫酸法测木质素含量原理
硫酸法测木质素含量原理
引言:
木质素是一类存在于植物细胞壁中的复杂有机化合物,其含量的测定对于了解木材的性质和应用具有重要意义。硫酸法是目前常用的测定木质素含量的方法之一,它基于木质素的独特性质和硫酸与木质素的化学反应机制。本文将介绍硫酸法测木质素含量的原理及其应用。
一、硫酸法测木质素含量的原理
硫酸法测木质素含量是基于硫酸与木质素的化学反应。木质素中的苯环结构在硫酸存在下会被硫酸氧化,生成具有紫色或蓝色的吸收物质,其吸收峰位于280-310nm的紫外光区域。该吸收物质的含量与木质素的含量成正比关系,因此可以通过测定吸光度来间接测定木质素的含量。
二、硫酸法测木质素含量的步骤
硫酸法测木质素含量一般包括样品的制备、硫酸处理、吸光度测定等步骤。
1. 样品的制备:将待测样品粉碎成细粉,确保样品的均匀性和代表性。
2. 硫酸处理:将样品与稀硫酸混合,并加热反应。硫酸的浓度和反
应温度可以根据具体情况进行调整,一般浓硫酸和高温能够提高反应速度和产物的稳定性。
3. 吸光度测定:将反应产物与溶剂进行稀释,并用紫外可见光分光光度计测定其吸光度。通常选择在280-310nm波长范围内进行测定,根据吸光度与木质素含量的标准曲线进行计算,得出样品中木质素的含量。
三、硫酸法测木质素含量的应用
硫酸法测木质素含量广泛应用于木材、纸浆、纸张等领域。具体应用包括以下几个方面:
1. 木材品质评估:木质素含量是评估木材品质的重要指标之一,高含量的木质素通常表示木材具有较好的硬度、耐久性和抗腐蚀性能。
2. 纸浆制备:纸浆的制备过程中,木质素含量对纸浆的颜色、强度和抗老化性能等具有重要影响。通过测定木质素含量可以优化纸浆的制备工艺,提高纸张的质量。
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• 为什么在205nm处测定? • 因为280nm处有碳水化合物的降解产物(注 意不是碳水化合物本身!)
• 进行木质素的紫外光谱分析时,溶剂的选 择极为重要。如果选择不当,则很难得到 理想的结果。
• 首先,所用溶剂必须是待测样品的良溶剂 ,这样才可能形成样品的真溶液,并且最 终测得最大的吸光度。如果样品有少量不 溶,则导致测得的摩尔光系数偏低。其实 ,要为木质素和木质素的模型化合物找到 一种合适的溶剂并难,但是高相对分子质 量的木质素和水不溶性木质素中往往含有 一些难溶胶质。这些杂质的存在是造成测 定结果偏差的主要原因。
– 木质素UV定量分析的步骤. 实验时要注意哪些 问题? – 无论是磨木木素、酶解木素还是工业木素,都 或多或少含有一些木素碳水化合物复合体(LCC)、 低分子酚、糖等。这些杂质是否会干扰木质素 的紫外光谱分析? 如果有干扰的话, 应当如何消 除干扰? – 如何用紫外光谱法测定木质素的酚羟基含量? – 溶剂如何影响木质素的紫外吸收? 要数据!
木质素的紫外光谱分析
紫外吸收光谱的原理
• 紫外光谱的产生是由于有机分子在入射光 的作用下,发生了价电子的跃迁,使分子 中的价电子由基态E0跃迁到激发态E1。
• 分子的结构不同,跃迁电子的能级差不同, 从而分子UV吸收的λmax不同;另外,发生 各种电子跃迁的机率也不同,反映在紫外 吸收上为εmax不同。 • 因而可根据λmax和εmax了解一些分子结构的 信息。
• B带和E带 • B—德文Benzienoid(苯系) E—德文Ethylenic(乙烯 型) 起源:均由苯环的π-π*跃迁引起。是苯环的UV特征吸 收。 特点: ①B带为宽峰,有精细结构 (苯的B带在230~270nm)
εmax偏低:200<ε<3000
(苯的ε为215);
② E1带特强,(εmax >10000) ; E2带中等强度,(2000<εmax <10000) ③ 苯环上引入取代基时,E2红移,但一般不超过 210nm。如果E2带红移超过210nm,将衍变为K带。
注意事项
• 木质素和木质素模型化合物易受空气氧化 和光降解,在稀碱溶液中尤其易发生这些 变化。因此用于UV分析的木质素样品溶液 最好是现配现用。另外要注意,溶液应当 在常温下配制,不可加热。切不可将溶液 置于强光尤其是强紫外光下。做离子化差 谱分析时需要配制木质素的碱性溶液,则 碱液应当在测定前才加到木质素中性溶液 中。
• 苯基香豆满结构(λmax=280 nm)在酸解过程中 易发生脱水生成苯基香豆酮结构, 后者在 310nm处有强吸收。
UV与IR、NMR不同,它不能用来鉴别具体 的官能团,而主要是通过考察孤对电子及π 电子的跃迁来提示分子中是否存在共轭体 系。 部分化合物的UV吸收见下表:
• UV主要反映共轭体系和芳香族化合物的结 构特征。往往两个化合物分子中相同的共 轭结构,而分子的其它部分截然不同,却 可以得到十分相似的紫外谱图。
• 当电子发生跃迁时,不可避免地要伴随着 分子振、转能级的改变,加之溶剂的作用, 一般UV谱图不会呈现尖锐的吸收峰,而是 一些胖胖的平滑的峰包。在识别谱图时, 以峰顶对应的最大吸收波长λmax和最大摩尔 吸收系数εmax为准。
• 有机化合物UV吸收的λmax和εmax在不同 溶剂中略有差异。因此,有机物的UV吸收 谱图应标明所使用的溶剂。
用于木质素紫外分析的溶剂
样品 硫酸盐木质素,碱木质素,有机溶剂木 质素 木质素磺酸盐 磨木木质素 木质素模型化合物 溶剂 二甲基甲酰胺,2-甲氧基乙醇/水 (8:2,v/v) 水,乙醇/水(8:2,v/v) 二甲基甲酰胺,乙醇/水(8:2, v/v),2甲氧基乙醇/水(8:2, v/v) 水,环己烷,乙醇,2-甲氧基乙醇/水 (8:2, v/v)
例如,雄甾-4-烯-3-酮(a)和4-甲基-3-戊烯-2-酮(b)的紫外光谱。 二者 结构差别很大, 但紫外光谱非常接近.
木质素的紫外光谱
• 作为一种芳香化合物,木质素在紫外波段 有很强的吸收。一般的木质素在 200~208nm处和268~287nm左右有两个吸 收峰,而在227~233nm以及330~340nm处 有两个肩峰。其中,针叶木木质素的最大 吸收位于280~285nm, 而阔叶木木质素的最 大吸收位于274~276nm。
– 特点:助色团一般是带有p电子的基团。例如:
• 红移与蓝移
• 红移——由取代基或溶剂效应引起的λmax向长波 方向移动的现象。
•
蓝移——由取代基或溶剂效应引起的λmax向短波 方向移动的现象。
• 增色效应与减色效应 • • 深色效应——使最大吸收强度(εmax)增加的效应。 浅色效应——使最大吸收强度(εmax)降低的效应。
• 针叶材,阔叶材和非木材木质素的紫外光谱 有什么特点? • 前面讲过,木质素在200~208nm处和 268~287nm左右有两个吸收峰,而在 227~233nm以及330~340nm处有两个肩峰。 其中,针叶木木质素的最大吸收位于 280~285nm, 而阔叶木木质素的最大吸收位 于274~276nm,并且阔叶木木质素在 235.9nm, 239nm, 242.4nm等处也有吸收。 请大家查一下这些吸收峰的归属。
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中性光谱 离子差示光谱 还原光谱 导数光谱
• 酚羟基的含量可以通过测定中性和碱性溶 液中的吸光度之差加以确定。在强碱性溶 液中,最大吸收波长范围的吸光度会因为 酚盐离子的存在而增加。吸光度的增加可 以用于酚羟基的定量计算。 • 这种方法是Goldschmid等人在Δεi的基础上 提出的。现在称为离子差示紫外光谱法。
• K带[来自德文Konjugierte(共轭)] • 起源:由π-π*跃迁引起。特指共轭体系的π-π*跃迁。 K带是最重要的UV吸收带之一,共轭双烯、α,β-不饱和醛、酮, 芳香族醛、酮以及被发色团取代的苯(如苯乙烯)等,都有K带 吸收。例如:
• 特点: • • ① λmax 210-270nm,εmax>10000; ② 溶剂极性增加时,λmax不变(双烯)或发生红移(烯酮)。
• 其次,木质素的最大吸收波长会因溶剂的 改变而改变。溶剂对吸收光谱的影响主要 来自溶剂的极性,另外也与木质素苯环上 取代基的性质有关。极性溶剂,如水、乙 醇、甲基纤维素溶剂等,容易导致含有吸 电子取代基的木质素紫外光谱谱带蓝移。 同样的溶剂,可以使带有推电子取代基的 木质素紫外光谱发生红移。一个引起人们 兴趣的现象是,红移一般伴随有深色效应 ,而蓝移一般伴有浅色效应。
• 愈创木型模型物和愈创木型木质素一般在 三个区域里有吸收: 200~208nm( E1带), 227~233nm (E2带), 268~287nm (B带); 紫丁 香型结构木质素在愈创木型木质素的E2带 和B带之间还有吸收, 即235.9nm, 239nm, 242.4nm, 262.6nm和267.6nm. 具有芪类(对 称二苯代乙烯)
①同一种物质对不同波长光的吸光 度不同。吸光度最大处对应的波长 称为最大吸收波长λ max ②不同浓度的同一种物质,其吸收 曲线形状相似λ max不变。而对于不 同物质,它们的吸收曲线形状和 λ max则不同。 ③吸收曲线可以提供物质的结构信息,并作为物质定性分析 的依据之一。
UV谱图的作用及解析
• 当把二阶导数光谱应用于木质素模型化合 物、磨木木质素、木质素磺酸盐时,可以 观察到比普通紫外吸收光谱更细致的谱图, 并且,可以非常准确地测得样品的最大吸 收波长。
• 化学改性会对木质素的紫外吸收有一定影 响。一般地说,凡是向木质素侧链上引入 不饱和结构的改性反应,或者是向芳香环 引入取代基的反应,都可能使最大吸收峰 发生红移。反之,凡是封闭酚羟基或者是 减少发色基团的反应,都会使最大吸收峰 发生蓝移。这些规律可以用于帮助人们判 断木质素发生了何种改性反应。
• 红移一般伴随有深色效应,而蓝移一般伴 有浅色效应。
UV吸收带及其特征
R带[来自德文Radikalartig(基团)] 起源:由n-π * 跃迁引起。或者说,由带孤 对电子的发色团产生。例如:
• 特点:① λmax>270nm,εmax<100;
• ② 溶剂极性增加时,λmax发生蓝移。
• 例如:
木质素侧基对最大吸收波长的影响
R 水 CH3OH H 278 275.5 最大吸收波长 (nm) 乙醇 279.5 277 2-甲氧基乙醇 环己醇 280 278 282
COOH
CHO COCH3
289
314 306
292
312 305
293
310 304.5
293.5
307.5 -
请大家课后查以下资料
• 波长范围:100~800 nm. • (1) 远紫外光区: 100~200nm • (2) 近紫外光区: 200~400nm • (3)可见光区:400~800nm • 普通紫外区对有机物结构分析的用处最大。共轭体系以 及芳香族化合物在此区域内有吸收,是紫外光谱讨论的 主要对象。 • 可见光区与普通紫外区基本上没有太大的差别,只是光 源不同,普通紫外区用氢灯,可见光区用钨丝灯。
UV术语
发色团
引起电子跃迁的不饱和基团。一般为带有π电子的基团. 例如 :
由于不同的有机分子所含有的发色团不同,组成它们的分子 轨道不同,能级不同,发生价电子跃迁的能量不同,故 λmax是UV用于结构分析的主要依据。
• 助色团
– 本身并无近紫外吸收,但与发色团相连时,常 常要影响λmax和εmax的基团。例如:
• 用这种方法测定酚羟基的含量需要先测定 酚模型物的摩尔吸光ห้องสมุดไป่ตู้数. • Aulin Erdtman等测定了云杉木质素可溶性部 分以及云杉和异叶铁杉Brauns木质素的酚羟 基含量
• 导数紫外光谱是以吸光度对波长的导数(dnA/dλn) 对波长λ的图谱。随着n的变化,可以得到不同阶数 的导数光谱。导数紫外光谱一般可以通过三种方法 获得。第一种是通过特殊的光学设计来产生导数光 谱,此为化学法;第二种是电子学方法获得导数光 谱,第三种则是数值微分法。无论哪一种导数光谱, 其本质都是测量信号强度分布的斜率。导数光谱可 以显著地减小谱带宽度,而且随着导数阶数的增加, 谱带变锐,带宽变窄,因此可将零级光谱基本相似 的物质分开。 • 一般地说,微分阶数越高,分辨率越好,抗干扰性 强,但同时所需技术要求也越高。因此导数光谱微 分阶数需要在实际工作中确定。目前一阶和二阶导 数光谱使用较多。
• 紫外光谱可用于结构鉴定和定量分析。
• 电子跃迁的同时,伴随着振动转动能级的
跃迁;紫外光谱的特征是带状光谱
– 为什么是带状光谱而没有明显的尖峰?
loge loge1
loge2
lmax1
lmax2
l/nm
• 横坐标——波长λ,以nm表示。 • 纵坐标——吸收强度,以A(吸光度)或ε(mol吸光系数)表示。
识别上述几种吸收带,对推导有机化合物的结构 将会有很大的帮助。
物质对光的选择性吸收及吸收曲线
M + 热
M + h 基态
E1
→
M* 激发态
M + 荧光或磷光
(△E)
E2
E = E2 - E1 = h 量子化 ;选择性吸收
吸收曲线与最大吸收波长 l max
用不同波长的单色光照 射,测吸光度
关于吸收曲线的讨论
• 紫外光谱可以用来研究木质素的官能团, 尤其是可以用于测定酚羟基的含量。例如 ,TAPPI标准UM250规定用紫外分光光度法 测定原料和纸浆中的酸溶木质素时, 需在 205nm波长处测定. 此波长下的吸光系数为 110L/(g· cm)。另外,苯基香豆满和松柏醛结 构也可以用波谱方法表征。还有一些具有 松柏基的模型物的结构也可以用紫外光谱 加以验证。
• 木质素改性对紫外光谱的影响: 一般地说, 凡是向木质素侧链上引入不饱和结构的改 性反应,或者是向芳香环引入取代基的反 应,都可能使最大吸收峰发生红移。反之, 凡是封闭酚羟基或者是减少发色基团的反 应,都会使最大吸收峰发生蓝移。
• 进行木质素的紫外光谱分析相当容易。用 紫外光谱可以用来研究木质素的官能团, 尤其是用这种方法可以测定酚羟基的含量。 离子化的羟基和醛基结构可以产生吸收峰 的红移。