利用TD-NMR技术研究杨木高温干燥过程水分分布

木材中水分状态变化和迁移对木材的物理性质有重要影响.通过时域核磁共振技术(TD-NMR)可以从分子层面解读木材与水分的关系,可以为木材干燥、木制品加工提供理论依据和实践参考.该研究以北京杨为研究对象,通过对高温干燥过程中木材内部水分变化的自由感应衰减(FID)曲线和横向弛豫时间(T_2)进行测定与分析,探究木材干燥过程中水分状态变化及迁移过程.研究结果表明,FID和T_2信号量与木材含水率高度线性相关,由此可以计算木材在干燥过程中任意时刻的含水率.通过对干燥过程中水分T_2分布的分析表明:心材试件在干燥过程中,长弛豫时间自由水(c状态水分)的拟合面积出现了先减小后增大然后再减小的趋势,而边材试件中则不存在这种现象.在北京杨心材试件中含量最多的是弛豫时间为10 ms数量级的水分,而在边材试件中各状态水分含量差异较小,含量最多的是弛豫时间为100 ms数量级的水分.在高温干燥过程中,边材试件内各状态水分百分含量减少的速度快于心材,各试件中自由水的蒸发速度明显快于结合水.     

利用核磁共振测定木材吸着水饱和含量

利用核磁共振(NMR)技术研究了室温与-3 ℃ 条件下 5 种树种木材内水分质子的自旋-自旋弛豫时间(T₂)特性,室温下各树种木材试样 T₂ 弛豫时间特性的不同是由木材微观构造导致的．通过对比冷冻前后各树种试样的信号反演峰面积,确定了其吸着水饱和含量,樟子松 38.3%,杉木 38.5%,杨木 36.0%,白蜡木 35.6%,轻木 47.6%,均高于通过吸湿外推法估算数值,与溶剂排出法、多孔板法、离心法等实测法获得的吸着水饱和含量的结果相近,核磁共振技术可作为木材内吸着水含量快速测定的实验方法．
     

核磁共振研究木材吸着过程中水分吸附机理

核磁共振方法以质子(H)为探针,为研究木材与水分的关系提供了一个新的视角. 该文通过研究杨木在32 ℃恒温、相对湿度为98%恒湿环境下杨木吸着过程中质子的自旋-自旋弛豫时间T₂的变化,进而来分析木材吸着过程中水分的分布与迁移特性. 探测木材吸着过程中水分的迁移行为,为解释木材与水分的关系提供了一个有力的理论依据,同时从微观层面揭示木材吸着过程中水分的吸附机理,其水分吸附机理同样适用于食品等领域. 实验结果证实核磁共振是揭示木材与水分的复杂关系的一个有效的手段.     

人造板吸水过程的 TD-NMR 动态研究

利用时域核磁共振(TD-NMR)技术,为研究人造板和水分的关系提供新方法．该文通过研究胶合板(Plywood)、刨花板(Particle board)、中密度纤维板(Medium Density Fiberboard) 3 种常用人造板吸水过程中水分的自由感应衰减(FID)信号的变化,得出传统称重法得到的吸水率与吸水过程中测得的 FID 信号高度线性相关, 24 h 吸水率由大到小依次为胶合板>刨花板>中密度纤维板．通过 3 种人造板 24 h 吸水过程中自旋-自旋弛豫时间(T₂)大小及分布的实验数据,分析了吸水过程中人造板中水分的状态．实验结果证实了TD-NMR 是研究人造板与水分的关系的一个有效手段．
     

用于木材水分检测的单边核磁共振传感器设计

为了实现对木材水分的无损检测,设计了一种单边核磁共振（unilateral nuclear magnetic resonance,UMR）传感器,该传感器由单边磁体、抗涡流板、射频线圈、阻抗匹配和调谐电路构成．在距离传感器表面上方75 mm处的50 mm×50 mm的平面内,建立了71.1 mT（共振频率为3.027 MHz）的静态磁场．本文详细介绍了该传感器的设计思路和实现方法,并开展了初步的木材水分无损测量实验．对圆柱形树桩的径向水分分布进行了一维扫描测量,观察了水分由树皮向树芯逐步深入过程中横向弛豫时间（T₂）的变化规律,还使用UMR仪对木材干燥过程中水分的挥发进行了测量.实验结果表明,随着干燥的加剧,被测样品T₂谱的长T₂波峰明显左移、积分面积渐减,而且积分面积与木材样品含水率呈正比．本文为木材研究提供了一种便携的NMR测量设备设计方案,且可以实现野外活体树木的无损测量．     

基于TD-NMR的PMMA木塑复合材吸湿和吸水研究

本研究采用时域核磁共振(TD-NMR)技术探究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)木塑复合材在吸湿与吸水过程中水分的状态和自旋-自旋弛豫(T2)特征.并比较PMMA木塑复合材的阻湿率和拒水率,分析PMMA木塑复合材的阻湿和防水性能与原理.研究对象为浸渍甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体聚合生成的PMMA木塑复合材.首先对绝干的PMMA木塑复合材进行核磁共振T2检测,然后分别进行吸湿和吸水实验,并每隔一段时间测定试件质量及其T2信号量.结果表明：PMMA木塑复合材的吸湿率和吸水率低于未处理材,具有良好的阻湿和防水性能,且MMA浸渍浓度为100%,浸渍时间为24 h时,在温度为(40±0.2)℃相对湿度为(96.4±0.4)%恒温恒湿环境下木塑复合材吸湿率低于15%,常温下吸水试件的吸水率低于30%.PMMA木塑复合材的吸湿率和吸水率明显降低,T2峰面积也逐渐减小.这说明木塑复合材内部的PMMA起到了防止水分进入的作用.     

一种测量大型原木内部水分的微型NMR 传感器

木材中的水分对木材的性能有着决定性的影响,目前测量木材水分的方法多适用于小型木材的检测．然而,当树木被砍伐后,在加工前希望了解其内部水分状态,因此需要一种方法来检测大型原木的水分．该文设计了一种微型核磁共振(NMR)传感器,该传感器为圆柱型结构（直径为 28 mm,长度为 60 mm）,测量区域位于传感器外侧,形成与传感器同轴的圆环．测量前,需在被测部位凿一个与传感器直径相当的孔．测量时传感器沿着孔壁测量即可获得对应位置的 NMR 参数信息．初步实验结果表明,该传感器可以分辨被测木材中自由水和束缚水的分布以及各部位水分的相对含量．

     

利用时域核磁共振研究脲醛树脂的固化过程

利用时域核磁共振(TD NMR)技术对无固化剂的脲醛树脂在不同温度下固化过程进行了研究,实验结果表明:脲醛树脂在120℃左右时开始固化,在180℃左右时固化反应基本结束.随着温度的升高,自旋-自旋弛豫时间(T2)的总峰面积逐渐减少,当温度高于140℃时,总峰面积减少的程度较大.在30℃~140℃温度范围内,自旋-晶格弛豫时间T1(1)=0.014ms时,随着温度的升高,峰面积先逐渐减少而后略微增加;T1(2)=327.455 ms时,随着温度的升高,峰面积逐渐减少.在30℃~180℃温度范围内,自旋-晶格弛豫时间(T1)分布的总峰面积随着温度的升高而逐渐减少.在固化过程中,随着温度的升高,脲醛树脂体系的质量逐渐减少,说明脲醛树脂胶黏剂体系发生了缩聚交联反应,同时生成了甲醛和水.     

水溶液中结合水的定义与量化

水溶液中溶质的结合水具有不同于远离溶质的自由水的结构和性质.结合水的存在对水和溶质结构和动力学性质均具有显著甚至决定性的影响.然而,对结合水动力学和热力学性质的定量理解在诸多方面一直存在争议甚至严重分歧,其中重点包括如何定义和量化结合水,如何表征结合水和自由水的动力学差别,结合水如何参与生物大分子各种生物功能过程,以及溶质或界面影响结合水结构与性质的途径等.给出结合水定义的物理学依据和量化方法,是深入理解上述问题的第一步.本文简述了各种不同谱学方法定义结合水的基本原理及量化的困难,强调具有不同时间和空间响应尺度的测试方法所得结合水数不必完全可比.此外,系列水溶液物性随浓度升高会明显改变其浓度依赖关系,相应拐点浓度常被用于量化稀溶液中的溶质结合水数.我们近期研究的水溶液玻璃化转变温度-浓度关系,为结合水的定义、量化和水溶液的三区划分提供了物理依据,同时揭示了上述利用性质-浓度关系拐点浓度量化结合水方法的不足.     

紫外光辐照聚乙烯醇的1H NMR研究

用¹H NMR谱,自旋-晶格弛豫时间（T₁）和X-射线衍射研究了聚乙烯醇(PVA)在紫外光（UV）辐照后-OH基团与溶剂中残余水质子间氢键的生成与质子交换. 结果表明随着UV光辐照时间的增长,水峰与-OH质子峰逐渐相互靠近,同时水峰逐渐变宽,向低场方向移动,这与-OH基团与溶剂DMSO中残余水的质子之间既有氢键生成又有质子交换有关. 对辐照前后的PVA的DMSO溶液进行变温氢谱的研究,表明随着温度的升高,二者的-OH基团共振峰均逐渐变弱,溶剂残余水峰与-OH基团峰逐渐移向高场. PVA辐照前后随着浓度增大,羟基质子峰“变钝”. 辐照后的PVA的X-射线衍射表明聚集态结构中部分分子间氢键受到了破坏.     

基于TG-FTIR的杨木热解过程中脲醛树脂影响机理的模型物研究

热解是废弃人造板高效回收利用的方式,人造板中所含胶黏剂是其不同于生物质的主要特征。为了有效环保地利用热解技术处理废弃人造板,解明人造板热解过程中其所含脲醛树脂胶黏剂(UF)对木材热解特性的影响,深入探索UF对人造板中木材各组分的作用机制,以杨木及木材的三种主要组分(纤维素、半纤维素、木素)为研究对象,创新性地依据杨木的化学组成,以纤维素、木聚糖和木素配制成模型物,并加入UF模拟人造板的构成。利用热重红外光谱联用(TG-FTIR)分析法,对比分析了加入UF前后模型物以及杨木各主要组分的热失重特性及气相演变规律。热重及红外结果表明,UF促进了纤维素热解过程中水和羧酸类物质的生成。UF与木素结合生成热不稳定的含氮结构,释放大量氨气,并且在200～300 ℃区间内参与了木素的热解并直接影响木素热解产物的生成。由此推测,在人造板热解过程中,木材三种主要组分中与UF作用的主要成分是木素。     

Use of ultrasound at a pilot scale to accelerate the ageing of sherry vinegar

In the present work, the accelerated ageing process of sherry vinegar has been studied at pilot scale by means of the joint application of ultrasound, micro-oxygenation and wood chips (American oak, French oak and Spanish oak). The CIELab parameters have been studied as well as the polyphenolic and volatile content of the aged vinegar samples. Vinegars aged with American oak presented different chromatic characteristics to those aged with French and Spanish oak and a lower polyphenolic and volatile content than the latter ones. On the other hand, Spanish oak generated vinegars with a higher content of volatile compounds and an intermediate polyphenolic profile between those obtained using French and American oak. In addition, the use of ultrasound for a period between 4 and 21 days, generated vinegars with similar characteristics to others that were aged in the traditional way for between 2 and 6 months. It has been demonstrated that the use of ultrasound, combined with micro-oxygenation and chip addition, is a technique which can accelerate the ageing process of vinegars at a pilot scale, so it could be a viable alternative to obtain sherry vinegars aged in a shorter time.     

利用低温NMR技术测定木材及其热处理材纤维饱和点

实验基于核磁共振技术（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）检测的无损性,利用低场NMR技术测定热处理前后花旗松的纤维饱和点（Fiber Saturation Point,FSP）.在-3℃和25℃条件下,对CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脉冲测得的信号进行横向弛豫时间（T²）分析,对比试样冷冻前后信号反演峰面积,确定试样吸着水饱和含量,得到不同热处理条件下花旗松的纤维饱和点依次为38.76%（对照材）、32.82%（180℃热处理）、29.40%（200℃热处理）、24.90%（220℃热处理）.实验结果表明,热处理温度越高,纤维饱和点越低.该结果测试结果与木材学理论相符,表明NMR技术可应用于快速确定木材纤维饱和点.     

13C CPMAS NMR spectroscopic analysis applied to wood characterization

Solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopic analysis were carried out on recent and archaeological wood. Cross-polarization-magic-angle spinning¹³C NMR spectra obtained from samples of poplar (Populus sp.), oak (Quercus sp.), and silver fir (Abies alba) were examined in this study. The most relevant peaks were assigned according to the extensive literature in the area, and the differences observed discussed in terms of lignin and cellulose composition: by fixing a lignin reference signal intensity, the cellulose and hemicellulose moieties showed a strong depletion compared to the lignin signals in archaeological wood.     

食品色素日落黄与诱惑红荧光特性的研究

应用英国Edinburgh FLS920P型稳态和时间分辨荧光光谱仪,对日落黄与诱惑红溶液进行荧光光谱的实验测量,得到日落黄荧光峰在420 nm,诱惑红荧光峰在432 nm。进一步,应用Gaussian 09W软件构建日落黄分子与诱惑红分子的基态和激发态的几何构型,基于密度泛函理论和含时密度泛函理论,完成对两种分子基态和激发态的优化和计算。优化过程中,采用MPWK泛函和6-31g(d)基组;计算过程中,采用B3LYP泛函和6-311g(d,p)基组。考虑到溶剂效应对计算结果的影响,因此在计算过程中引入了极化连续介质模型,最后计算得到日落黄的荧光峰在435 nm,与实验所得有3.57%的相对误差;计算得到诱惑红荧光峰在443 nm,与实验所得有2.55%的相对误差,两种分子荧光峰的相对误差都在允许范围之内,说明计算合理。在分析光谱特性时,发现两种分子荧光峰的产生与分子内电荷转移有关。     

Moisture Absorption Behavior of Wood/Plastic Composites Made with Ultrasound-Assisted Alkali-Treated Wood Particulates

The combined effects of alkali and ultrasound treatment of wood flour on the moisture absorption behavior of polypropylene-based wood/plastic composites (WPCs) were examined. FT-IR measurements confirmed that the alkali treatment removed both hemicellulose and lignin from the wood, and there was an increase in the number of hydroxyl groups on the cellulose surface. This process was promoted by ultrasound treatment. Particle size analysis of treated wood fibers revealed that alkali treatment reduced the particle size slightly, and the particle size was further reduced by the assistance of ultrasound. Moisture absorption measurements revealed the interplay between the presence of relative amounts of cellulose, hemicellulose and lignin in the wood and the amount of coupling agent added. It was found that appropriate alkali treatment and an optimum amount of added coupling agent could simultaneously improve composite mechanical properties and reduce both the rate and the maximum amount of moisture absorbed. Further improvements require preferential removal of hemicellulose from the wood and conditions that promote covalent bonding between the coupling agent and the wood reinforcement.     

水溶性CdTe量子点的稳态和纳秒时间分辨光致发光光谱

报道了以飞秒脉冲激光为激发光源的水溶性CdTe量子点(QDs)的稳态荧光光谱和纳秒时间分辨荧光光谱.实验发现CdTe量子点的荧光光谱峰值位置随激发波长变化发生明显移动，激发脉冲波长越长，荧光峰位红移越大.荧光动力学实验数据显示，在400nm和800nm脉冲激光激发下，水溶性CdTe量子点的荧光光谱中均含有激子态和诱捕态两个衰减成分，两者的发射峰相距很近，诱捕态的发射峰波长较长.在800nm脉冲激光激发下的诱捕态成分占总荧光强度的比重比400nm激发下的约高3倍，其相对强度的这种变化导致了稳态荧光发射峰位的红移. 关键词： CdTe 量子点 时间分辨 荧光光谱 上转换荧光