硼氢化钠还原对褐腐木质素结构特征的影响

采用FTIR、UV-Visible、NMR和GPC分析手段研究了褐腐木质素被NaBH₄还原前后的化学结构变化。FTIR表明褐腐木质素还原后1 677 cm-1处与苯环共轭的羰基峰消失,1 715 cm-1处非共轭羰基峰强度减弱,1 509和1 603 cm-1处苯环骨架振动吸收峰强度变化很小;UV表明褐腐木质素还原后位于288 nm的最强吸收峰和300～400nm区域的吸收强度降低;1H NMR表明褐腐木质素还原后甲氧基和酚羟基数量减少,醇羟基数量增加,褐腐木质素芳香环和结构单元联接键上的氢质子数增加;GPC表明褐腐木质素还原后分子量分布向高分子区域扩展,数均和重均分子量增大,分子量分布明显变宽。NaBH₄在碱性环境中可以将褐腐木质素中的共轭羰基完全还原为羟基,非共轭羰基部分还原为羟基,其侧链结构部分被改变,苯环结构稳定,褐腐木质素在还原过程中发生了缩合反应。     

四种黑檀心材的红外光谱差异化与聚类分析

利用红外光谱结合模式识别和二维相关光谱对乌木、东非黑黄檀、风车木和成对古夷苏木四种黑檀硬木心材进行鉴别和聚类分析。红外光谱显示四种木材中的主体成分为纤维素（特征吸收峰位置在~1 370, ~1 158, ~1 034和~895 cm-1附近）、木质素（特征吸收峰位置~2 935, ~1 510, ~1 462和~1 426 cm-1附近）和草酸钙（特征吸收峰位置~1 615, ~1 318和~781 cm-1附近）。三种主体成分在四种木材红外光谱之间的相对峰强度H表明：乌木和东非黑黄檀中木质素含量较高,风车木中草酸钙含量较高,成对古夷苏木中含有一定量的脂类成分。根据红外光谱的差异性选取不同的波段,优选计算参数,分别对四种硬木心材进行相关系数判别分类和SIMCA聚类分析。相关系数判别分类模式识别中,成对古夷苏木中有一个样本未得到有效的验证,但是其余三个木材样品均得到了有效验证。SIMCA聚类模式识别中,四种木材心材之间的识别率、拒绝率和验证率都达到100%,说明不同木材之间没有重叠区域,可以完全的区分识别。二维相关红外光谱中,乌木与东非黑黄檀在升温过程中纤维素的C—O和C—C基团对温度敏感性较高,风车木中草酸钙热敏性较高,成对古夷苏木中木质素的热敏性高于纤维素。红外光谱结合聚类分析和二维相关红外光谱,不仅可以对木材主体成分进行的定性和相对含量的分析,在完善聚类模型基础上还可以对木材种类进行快速、有效的分类模式识别。     

柠檬酸和乙二胺改性前后麦秸秆的红外光谱分析比较

对天然麦秸秆(NWS)、柠檬酸改性麦秸秆(CWS)、乙二胺改性麦秸秆(EWS)的红外光谱进行了比较分析.NWS的红外吸收光谱主要由碳水化合物如木质素、纤维素等吸收带组成.NWS表面的羟基吸收峰出现在3405.16cm-1、2916.81cm-1处的吸收峰来自亚甲基中C—H的伸缩振动.1736.02cm-1和1602.21cm-1处的吸收峰是由C=O的伸缩振动引起的;苯环的骨架伸缩振动峰出现在1511.33cm-1;1425.47cm-1处的吸收峰是来自羧基的C—O伸缩振动,1376.19cm-1处为CH2的弯曲振动峰.与NWS的红外光谱图相比,CWS的主要变化为1738.13cm-1和1592.06cm-1处C=O吸收峰强度显著增加;EWS的主要变化为3405.16cm-1处的吸收峰蓝移至3417.43cm-1,且强度增加,1736.02cm-1处的吸收峰消失,CH2的C—H伸缩振动峰(2903.49cm-1)和弯曲振动峰(1382.91cm-1)强度显著增加,结果说明改性后分别引入了羧基和胺基.     

杉木光变色的FTIR光谱分析

暴露于室外环境的木材或木制品,由于受气候因子的作用其表面性状和品质发生劣化,主要表现为木材变色,大大降低其利用价值。以人工林杉木为研究对象,利用模拟太阳辐射的氙光衰减仪对木材表面进行光劣化处理,采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术分析了木材光变色过程中化学成分的变化,建立了木材变色与化学成分变化之间的关系。试验结果表明:光照过程中,1 512,1 462,1 269和1 227 cm-1处与木质素有关的吸收峰强度明显降低,1 720～1 735 cm-1处非共轭羰基伸缩振动吸收明显增强,木材表面发生光氧化反应,木质素明显降解,同时不断有新的羰基化合物生成;光照80 h内,木质素的降解以及羰基化合物的生成速度较快,此后变化不显著;木材表面部分多糖物质(纤维素和半纤维素)被氧化降解。研究表明,木材光照过程中的颜色变化(ΔE*)与木质素的降解以及羰基官能团的生成密切相关。     

杉木综纤维素和木质素的近红外光谱法测定

用近红外光谱法对杉木中综纤维素和木质素含量进行了快速测定。用常规湿化学方法测定了48个杉木木材样品的综纤维素和木质素,用近红外光谱仪采集相应的光谱,进行二阶微分处理和平滑预处理后,用偏最小二乘法和完全交互验证方式建立相应预测模型。综纤维素校正模型和预测模型的相关系数分别为0.96和0.93;预测标准误差分别为0.39和0.50;木质素校正模型和预测模型的相关系数分别为0.99和0.90;预测标准误差分别为0.10和0.28。结果表明,近红外光谱法可以快速分析木材中综纤维素和木质素含量。     

梧桐树叶吸附铜离子前后红外光谱分析比较

本文对吸附Cu2 前后梧桐树叶的红外光谱进行了分析比较.梧桐树叶的红外吸收光谱图主要由碳水化合物如木质素、纤维素等吸收带组成.1735cm-1和1615cm-1处的吸收峰是由C=O的伸缩振动引起的;1515cm-1的吸收峰是苯环的骨架振动峰,1243cm-1处是苯羟基中C-O的伸缩振动峰.1447cm-1处的吸收峰为CH3和CH2的不对称弯曲振动峰,1370cm-1处是甲基的弯曲振动峰.吸附Cu2 后,羧基的羰基峰(1735cm-1附近)向低波数移动1-2cm-1,酮羰基峰(1616cm-1附近)向高波数移动2-8cm-1;天然树叶1242cm-1处的吸收峰红移至1238cm-1处.红外光谱比较分析的结果表明吸附Cu2 后树叶的结构仍保持完整.     

基于木材化学组分的银杏系统进化问题研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)法测定了银杏、苏铁、毛白杨等22个针阔树种木材的红外光谱,分析了指纹区内吸收峰数目差异以及纤维素、木质素两种物质的特征吸收峰位置和相对强度的变化规律,进而探讨了银杏的系统进化问题。结果表明：银杏的红外光谱与苏铁差异较大,与松杉类等针叶树种比较相似,说明银杏在木材的化学组成上较苏铁更为进化,与松杉类等针叶树有较近的亲缘关系;银杏木材木质素的含量较一般针叶树高,这可能是一种遗留下来的古老性状;银杏木材中含有较多的紫丁香基木质素,表明银杏有向阔叶树进化的趋势。     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。     

肺癌患者及正常人指甲的红外光谱比较研究

用傅立叶变换红外光谱研究了6例肺癌患者和16例正常人手指甲的红外光谱.结果表明,它们在峰形,峰频率,峰强等方面均有差异:在3315cm-1处蛋白质酰胺A带N-H峰向低波数频移,而在3061cm-1处蛋白质酰胺B带N-H峰向高波数频移;在1539cm-1处蛋白质酰胺I带和1396cm-1处角蛋白脂质CH3弯曲振动向低波数频移;CH2和CH3的相对吸收强度比值A2848/A2872和A2918/A2956在肺癌患者指甲中要小于正常人指甲;在1072cm-1处核酸分子磷酸二酯基团PO-2的对称伸缩振动的相对吸收强度明显高于正常人指甲;在1041cm-1处糖原C-O的伸缩和弯曲振动峰向高波数频移了约6cm-1.     

UV辐射前后乙酰化木材的化学组分结构变化与微观构造表征

以杨木木粉为试样,进行不同时长的乙酰化处理,利用紫外光加速老化,探讨不同乙酰化度对木材耐光性能的影响,根据FTIR光谱分析试样化学组分特征吸收峰强度的变化规律,建立乙酰化处理时间与木材化学组分变化之间的关系。结果表明：UV辐射前,乙酰化木粉在1 739 cm-1处饱和酯化合物中CO和 1 385 cm-1处乙酸酯基中C—H的特征吸收峰强度均大于原木粉,处理40 min木粉的吸收峰强度最大,增重率最高,木粉的乙酰化效果显著;UV辐射后,乙酰化木粉在1 504 cm-1处木质素中苯环特征吸收峰强度明显大于原木粉,且乙酰化处理40 min木粉的吸收峰强度最大,表明乙酰化处理能够有效抑制木材化学组分的光降解反应,提高木材的耐光老化性能,其中处理40 min的效果最佳;SEM图片显示,乙酰化处理木粉的纤维状表面较原木粉更加均匀,材料粒径更小,乙酰化处理能有效提高木材的稳定性。     

蜡样芽孢杆菌的二阶导数红外光谱研究

采用傅里叶变换红外光谱非破坏性地分析了蜡样芽孢杆菌,在获得完整全细胞组分的红外光谱信息基础上,进行了二阶导数光谱转换。结果表明,根据二阶导数光谱特征吸收峰可区分蜡样芽孢杆菌细胞的荚膜、芽孢、贮能物质等特殊结果物质。以1 654 cm-1附近的α-螺旋结构的蛋白酰胺带吸收峰与在1 601和1 403 cm-1附近显示的强羧基伸缩振动吸收峰可探测到细胞荚膜结构;根据1 617,1 372和1 569 cm-1附近的吡啶二羧酸(DPA)的吸收峰可认定细胞内芽孢的存在;此外,可在二阶导数红外谱图中同时找到多聚β-羟基丁酸(PHB)细胞粒、荚膜、芽孢的吸收峰。由二阶导数红外光谱可分辨重叠光谱来探测细胞多种结构物质,为从分子生物学与细胞生物学角度,为研究蜡样芽孢杆菌提供参考信息。     

近红外光谱分析杨木-桉木混合纸浆原料

近年来,随着林纸一体化战略的推进,多使用混合原料制浆。而混合原料比例及成分含量的快速分析难以实现已成为制约制浆工业发展的瓶颈。为解决此问题,以广泛使用的杨木-桉木混合原料为研究对象,用傅里叶近红外光谱仪采集了131个不同比例的杨木-桉木混合样品和30个单一杨木、桉木样品的近红外光谱;用化学法测定其综纤维素、聚戊糖及Klason木素含量。因主要化学成分含量的近红外光谱信息集中于7 600～4 000 cm-1区间,对该区间的光谱数据进行平滑、标准正态变换和一阶导数的预处理,运用LASSO算法建立了杨木含量与聚戊糖含量模型;对该区间数据进行平滑、标准正态变换和二阶导数预处理后结合LASSO算法建立了综纤维素含量模型;对该区间数据进行平滑、多元信号校正和二阶导数预处理后结合LASSO算法建立了Klason木素含量模型。杨木含量、综纤维素、聚戊糖、Klason 木素含量模型的预测均方根误差分别为1.82%,0.52%,0.67%和0.59%;绝对偏差范围分别为-3.01%～2.94%,-0.91%～0.83%,-0.91%～1.07%,-0.79%～0.92%。4种模型的性能总体上略优于传统偏最小二乘法所建的模型且满足实际需求,可以用于工业生产。     

FTIR结合主成分分析法对直肠癌转移淋巴结的研究

应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)联合主成分分析法(PCA),分析直肠癌转移淋巴结的谱学特征,并对直肠癌转移淋巴结和非转移淋巴结进行线性判别分析。80例直肠癌转移淋巴结和80例未转移淋巴结进行FTIR光谱分析,计算峰强并进行主成分分析,得出在波数4 000～1 700 cm-1范围主成分1(Principal components 1,PC1)是3 260 cm-1,PC2为1 740 cm-1。波数1 700～1 000 cm-1范围,PC1为1 640 cm-1,PC2为1 080 cm-1,将良、恶性淋巴结光谱3 260,1 740,1 640,1 080 cm-1相对峰强比(I/I_{1 460})和波数1 080和1 300 cm-1进行t检验,良、恶性结果差异有统计学意义(p<0.05),表明癌转移淋巴结中蛋白含量、蛋白的形成、氨基酸增多;脂肪含量明显减少与癌组织中无氧酵解脂肪含量减少有关。将相对峰强比(I_{1 080}/I_{1 460}, I_{1 640}/I_{1 460}, I_{3 260}/I_{1 460}, I_{1 740}/I_{1 460}, n=160)进行PCA聚类分析,结果显示可以将良恶性淋巴结鉴别,良性淋巴结聚类在第一和四象限,恶性淋巴结聚类在二和三象限。将相对峰强比、1 080和1 300 cm-1进行线性判别分析(LDA),将25例淋巴结作为验证集进行分析,得出PCA/LDA模型的敏感度是87.5%,特异度是88.5%。结果表明傅里叶变换红外光谱分析技术可成为术中原位、在体和快速诊断直肠癌淋巴结转移的一种简便方法。     

甲状腺癌的傅里叶变换红外光谱研究

应用傅里叶变换红外光谱仪,测定了17例甲状腺癌和23例良性甲状腺疾病术中新鲜离体组织的红外光谱。通过用统计学方法对比分析,发现甲状腺良恶性组织的傅里叶红外光谱之间存在明显差异,其中恶性肿瘤光谱有以下特征：(1)甲状腺癌组织的酰胺Ⅰ带明显红移(P<0.01),酰胺Ⅱ带却出现蓝移(P<0.05),癌组织光谱中I_{1 640}/I_{1 460}和I_{1 640}/I_{1 550}较良性组织明显升高(P<0.01),说明恶性肿瘤不仅蛋白质结构上发生了变化,蛋白质的量化上也有明显变化;(2)与脂类相关的2 955, 2 920, 2 870, 2 850和1 740 cm-1谱带出现概率明显变低,表明癌组织的脂类相对含量降低;(3)与核酸相关的1 241 cm-1谱带明显蓝移至(1 238.29±2.87)cm-1 ,I_{1 080}/I_{1 460}较良性肿物组织有升高(P<0.05),表明癌组织中磷酸二酯基团中PO₂增加,因为在癌细胞分裂增生加快,细胞核内DNA含量增加。研究结果表明,红外光谱有望成为术中快速诊断甲状腺恶性肿瘤的主要方法。     

利用X射线衍射技术与红外光谱分析真菌侵蚀的木材

为了弄清真菌侵蚀木材的微细结晶构造与主成分官能团的变化,利用X射线衍射技术和红外光谱研究了分别经过黄孢原毛平革菌(PC)和棉腐卧孔菌(PP)侵蚀不同时间后毛白杨木材的结晶度、晶胞内层间距、晶粒宽度和主成分官能团的变化情况。结果表明：(1)PC与PP的侵蚀对木材纤维素结晶区的晶格构造没有影响,纤维素结晶区衍射2θ角和层间距基本保持不变,但纤维素结晶度和晶粒宽度随侵蚀时间增加而呈减小的趋势,并且受PP侵蚀的要比受PC侵蚀的明显,表明PP侵蚀对纤维素的破坏程度要大于PC侵蚀;(2)半纤维素在侵蚀过程中其木聚糖被不同程度的降解,使得产物中羰基含量增加,PC与PP对半纤维素的降解效果与纤维素几近相同;(3)木质素受PC侵蚀后苯环被氧化裂解生成链烃,而受PP侵蚀的变化不明显。     

胆囊癌的傅里叶变换红外光谱研究

运用衰减全反射(attenuated total reflection,ATR)探头与傅里叶变换红外(Fourier transform infra-red,FTIR)光谱仪,测定并分析了新鲜离体的胆囊癌组织18例和良性组织139例的FTIR光谱。结果表明:(1)胆囊癌的1 167和1 123 cm-1谱带的峰位显著地向低波数移动(P0.05),而1 309 cm-1谱带的峰位显著地向高波数移动(P0.05)。(2)胆囊癌组织光谱多个峰的相对强度I2 856/I1 461,I1 167/I1 461,I1 123/I1 461和I1 082/I1 461明显升高(P0.05)。(3)1 167和1 082 cm-1谱带的半高宽显著升高(P0.05),谱带1 461 cm-1的半高宽则显著降低(P0.05)。(4)癌组织1 750 cm-1谱带的出现几率明显增加(P0.05)。与胆囊良性组织相比较,癌组织光谱中与脂类、糖和核酸相关的谱带均发生了明显的变化。     

Weathering of copper-amine treated wood

In this study, the effect of ultraviolet light (UV) irradiation and water spray on color, contact angle and surface chemistry of treated wood was studied. Southern pine sapwood (Pinus Elliottii.Engelm.) treated with copper ethanolamine (Cu-MEA) was subjected to artificially accelerated weathering with a QUV Weathering Tester. The compositional changes and the surface properties of the weathered samples were characterized by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, color and contact angle measurements. FTIR indicated that MEA treatment was not found to slow down wood weathering. FTIR spectrum of MEA-treated sample was similar to that of the untreated SP. However, the Cu-MEA treatment retarded the surface lignin degradation during weathering. The main changes in FTIR spectrum of Cu-MEA treatment took place at 915, 1510, and 1595 cm⁻¹. The intensity of the bands at 1510 and 1595 cm⁻¹ increased with the Cu-MEA treatment. Both untreated and MEA-treated exhibited higher ΔE than the Cu-MEA treated samples, indicating that MEA treatment did not retard color changes. However, ΔE decreased with increasing copper concentration, suggesting a positive contribution of Cu-EA to wood color stability. The contact angle of untreated and MEA-treated samples changed rapidly, and dropped from 75 ± 5° to 0° after artificial weathering up to 600 h. Treatment with Cu-MEA slowed down the decreasing in contact angle. As the copper concentration increases, the rate of change in contact angle decreases.     

A Review of Infrared Spectra from Wood and Wood Components Following Treatment with Liquid Ammonia and Solvated Electrons in Liquid Ammonia

ABSTRACT

The chemical changes that occur in wood and wood components (cellulose, holocellulose and lignin) following treatment with liquid ammonia and solvated electrons (e^? _s,) in liquid ammonia have been investigated using FTIR spectroscopy.

When ammonia penetrates into a wood structure, all carboxylate groups will react with ammonia to form ammonium salts, aldehydic and ketonic groups will follow a similar reaction to produce imines, and ester groups will react to forni amides.

After treatment with (e^? _s) in liquid ammonia, wood samples show diminished absorption around 15 13 cm^?1, a position corresponding to aromatic groups, and diminished absorption peaks associated with aldehydic, ketonic, and ester groups.

The overall changes in the IR spectra of cellulose in liquid ammonia and (e^? _s) in liquid ammonia are not dramatic. The IR spectra of the isolated holocellulose after treatment with (e^? _s) in liquid ammonia have intensities and band shape similar to those of cellulose. The isolated lignin behaves in a manner similar to wood, in that the liquid ammonia causes some decrease in the intensities of absorptions associated with C-O and C=O bands, and increase in strength of the amide functional group at 1600 cm^?1. The resulting extracts of wood, following treatment with (e^? _s) in liquid ammonia, appear to loose their “aromaticity”.

Because wood has long been used, and still is used extensively as an important constructional material, the changes in mechanical characteristics caused by the action of various reducing agents appears to have been an important area of scientific interest. The following review focuses on the chemical changes in the functional groups of the surface moieties of wood when treated with a reducing agent, such as (e^? _s + NH_3liq), using infrared spectroscopy.