木质素的测定方法研究进展
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纤维素半纤维素木质素含量测定
纤维素半纤维素木质素测定是研究木材结构和生理性质重要方面,也是该分析行业最常用的测定之一。
木材中纤维素,半纤维素和木质素是木质工程材料的重要组成部分,它们的特性影响着材料的性能,因此知道它们的相对含量是非常重要的。
纤维素、半纤维素和木质素的测定可以采用雷蒙德-福特法,也是众多分析实验中最常用的方法。
该方法的原理是用蒸馏水分解木材组成,将得到的溶液浓缩时间控制和酸处理,然后测定残余物中含有的有机物,从而计算纤维素、半纤维素和木质素的百分含量。
实验步骤如下:
(1)首先,将2 g木材样品用一定量(常用容量为50ml)清水加热(离心搅拌),搅拌30min;
(2)离心中滤,50mL SuperECO 设备或阿诺德滤筒滤液,收集滤液并浓缩大约1/10;(3)用蒸馏水冲洗滤滤器上的残渣,加水至20 ml;
(4)将1N HCl或硝酸注入反应槽,增加滤液中的酸,保持恒定的pH值;
(5)将溶液加热至90℃,维持此温度15min;
(6)放置冷却,把所有有机物沉淀,并将浓度提高至20 mL;
(7)将沉淀物抽滤,用烘干后放入110℃高温烘箱烘干,直至恒定重量。
最后,用烘干的物质的重量和木材样品的重量来计算储存集的百分率。
实验得出的数据一般可用于研究木材的结构和组成,分析不同木材品种的差异,以及确定木材结构变化后其用途和性能上的影响。
以上是纤维素半纤维素木质素含量测定原理和步骤。
通过精心实施,可以得到准确准确的数据,为以后应用提供基础性数据,提高分析效率和可靠性。
玉米木质素测定是一种用于确定玉米中木质素含量的方法。
木质素是一种复杂的天然聚合物,主要存在于植物细胞壁中,是植物细胞壁的重要组成部分。
测定玉米中木质素含量可以了解其纤维素含量和细胞壁结构的特点。
玉米木质素测定的方法一般包括以下几个步骤:
1. 样品制备:将玉米样品研磨成粉末,并通过筛网过滤得到均匀的颗粒。
2. 提取木质素:用适当的溶剂(如乙醇-二氯甲烷混合溶剂)将木质素从玉米样品中提取出来。
提取时间和温度可以根据具体的方法进行调整。
3. 蒸发溶剂:将提取得到的溶液进行蒸发,去除溶剂,得到木质素的纯净物质。
4. 木质素含量测定:利用吸收光谱法、色谱法或质谱法等技术,测定木质素的含量。
这些方法可以根据木质素的特性选择适当的检测方法。
通过玉米木质素测定,可以了解玉米中木质素的含量和组成,进而评估其纤维素含量和细胞壁结构的特点。
这对于玉米的加工利用和品质
评价具有重要意义。
klason木质素测定原理今天咱们来聊聊那个有点神秘但又超级有趣的 Klason 木质素测定原理!木质素就像是植物身体里的“骨架”,支撑着植物的结构。
那咱们怎么才能搞清楚这里面木质素到底有多少呢?这就得靠 Klason 木质素测定原理啦!想象一下,我们把植物材料放进一些化学试剂里,就像是给它们来一场特别的“洗澡”。
这些试剂会和植物材料中的其他成分发生反应,把那些不需要的东西都弄走,只留下木质素这个“顽固分子”。
这个过程就像是一场“淘汰赛”。
一开始,各种成分都在“舞台”上,试剂就是那个“裁判”,把不符合要求的成分一个个“请”下去,最后留在台上的就是木质素啦!具体来说呢,咱们先把植物材料切碎、磨细,让它们变得小小的。
然后把这些小颗粒放进浓硫酸里,这浓硫酸可厉害啦,它会把植物材料中的多糖等成分分解掉。
这时候,木质素就像是个坚强的“战士”,在这场“战斗”中坚持了下来。
经过这一轮“洗礼”,咱们再把混合物过滤、洗涤,把那些分解产生的东西都洗掉。
剩下的固体物质,大部分就是我们想要的木质素啦。
但是呢,这还不算完哦!因为在这个过程中,可能还有一些杂质混在里面。
所以,我们还要把这些固体物质放在高温炉里加热,让那些杂质也被“赶跑”。
你看,这个测定原理是不是有点像一个精心设计的“闯关游戏”?每一关都在淘汰不需要的东西,最后留下的就是我们苦苦寻找的木质素。
通过 Klason 木质素测定原理,我们就能知道植物材料中木质素的含量啦。
这对于研究植物的结构、性质,还有开发利用植物资源,可都有着重要的意义呢!比如说,在造纸工业中,了解木质素的含量就能帮助我们更好地控制造纸的过程,生产出质量更好的纸张。
在生物能源领域,知道木质素的多少也能让我们更有效地把植物转化为能源。
怎么样,是不是觉得这个 Klason 木质素测定原理很神奇、很有趣呀?就像是一个解谜的过程,一步一步地找到答案。
希望你也能像我一样,对这个小小的测定原理充满好奇和喜爱!。
木质素测定方法木质素是一种存在于植物细胞壁中的复杂有机化合物,它是植物细胞壁的主要成分之一,也是造纸、生物质能源等领域的重要原料。
因此,对于木质素的测定方法的研究具有重要的意义。
常用的木质素测定方法主要有以下几种:一、酸碱法酸碱法是一种常用的木质素测定方法,其原理是利用酸碱反应将木质素分解成单体,然后通过比色法或滴定法测定单体的含量。
该方法操作简单,但存在一定的误差,因为酸碱反应的条件会影响到分解的程度,从而影响到测定结果的准确性。
二、红外光谱法红外光谱法是一种非常常用的木质素测定方法,其原理是利用木质素的特征吸收峰进行定量分析。
该方法具有高灵敏度、高准确性和高重复性等优点,但需要专业的仪器和技术支持,成本较高。
三、高效液相色谱法高效液相色谱法是一种基于分离和检测的木质素测定方法,其原理是利用高效液相色谱仪将样品中的木质素分离出来,然后通过检测器进行定量分析。
该方法具有高分辨率、高灵敏度和高准确性等优点,但需要专业的仪器和技术支持,成本较高。
四、质谱法质谱法是一种基于分子质量的木质素测定方法,其原理是利用质谱仪将样品中的木质素分子进行分析和检测。
该方法具有高分辨率、高灵敏度和高准确性等优点,但需要专业的仪器和技术支持,成本较高。
总的来说,木质素的测定方法有很多种,每种方法都有其优缺点和适用范围。
在实际应用中,需要根据具体情况选择合适的方法进行测定。
同时,还需要注意样品的处理和分析过程中的误差,以保证测定结果的准确性和可靠性。
除了上述常用的木质素测定方法外,还有一些新的方法正在不断研究和发展中,如基于光谱学的木质素测定方法、基于生物传感器的木质素测定方法等。
这些新方法具有更高的灵敏度和更低的成本,有望在未来得到广泛应用。
木质素是一种重要的有机化合物,其测定方法的研究对于推动木质素的应用和开发具有重要的意义。
随着科技的不断进步和发展,相信木质素测定方法会越来越完善和精确,为木质素的应用和开发提供更好的支持和保障。
厚朴树皮的木质素提取与利用研究木质素是一种复杂的天然高分子有机化合物,其含量丰富且具有许多优越的性质,因此具有广泛的应用前景。
厚朴树皮是一种被广泛研究和利用的木质素资源,其具有高含量的木质素,可以通过提取和合理利用来开发出更多的产业价值。
厚朴树(Magnolia officinalis)是中国特有的传统中药材,被广泛用于中医药的制药工艺中。
在传统的中药研究中,厚朴树皮被普遍认为有清肝明目、化痰止咳等功效。
然而,随着现代科学技术的发展,人们发现了厚朴树皮中丰富的木质素资源,并对其进行了深入的研究。
木质素主要存在于植物细胞壁中,是一种天然的聚合物。
它们的主要功能是提供植物细胞壁的结构支持和保护。
同时,木质素还具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗肿瘤等多种生物活性,这些特性为木质素的进一步开发和利用提供了广阔的发展空间。
提取厚朴树皮中的木质素是实现其利用的首要步骤。
目前,常用的提取木质素的方法有酸碱水解、有机溶剂法、酶解法、超临界流体法等。
这些方法各有优缺点,需要根据具体的目的和要求进行选择。
酸碱水解是一种常用的提取方法,但其对环境有一定的污染,因此需要在提取过程中注重环境保护措施的落实。
有机溶剂法相比之下更为环保,但其提取效率相对较低。
酶解法和超临界流体法则是近年来新兴的提取方法,具有高效、环保等优点,但其应用仍面临一定的技术难题。
提取得到的厚朴树皮木质素可以广泛应用于多个领域。
作为一种高品质的生物基材料,木质素可以用于制备新型纳米材料、生物基复合材料、陶瓷材料等。
利用木质素还可以合成高附加值的有机化合物,如木质素衍生物、芳香剂等。
此外,木质素的生物活性也为其在药物、保健品、化妆品等领域的开发提供了良好的机会。
尽管厚朴树皮的木质素提取与利用研究已经取得了一定的进展,但仍存在一些问题亟待解决。
首先,提取方法需要更加环保、高效,以减少对环境的影响,并提高木质素的提取效率。
其次,需要进一步研究木质素的结构特性与性能之间的关系,以优化其应用性能和产业化开发进程。
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。
3. 操作危险:硫酸具有强腐蚀性和剧毒性,操作过程中需要严格的安全防护措施。
四、硫酸法测定木质素含量的应用领域硫酸法广泛应用于测定木质素含量的领域,包括木材、纸浆、植物细胞壁等。
通过测定木质素含量,可以评价木材的品质和纸浆的质量,指导木材加工和纸浆制备过程中的优化和控制。
此外,硫酸法还可以用于研究植物细胞壁的组成和结构,为植物生物学和生物能源领域的研究提供重要依据。
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木质素纤维素测定方法木质素测定方法(熊素敏等浓硫酸法)反应原理木质素在醋酸的作用下,易溶于乙醇和乙醚的混合液,在硫酸介质中用重铬酸钾氧化为二氧化碳和水,反应方程式如下:C6H10O5+ 4K2Cr2O7+ 16H2SO4=4Cr2(SO4)3+ 4K2SO4+ 6CO2+ 21H2O过量的重铬酸钾用硫代硫酸钠回滴,淀粉KI溶液为指示剂。
其中加氯化钡溶液的作用是让溶出的木质素和硫酸钡一起沉淀。
0.05g干样(过40目筛)10ml①↓离心15min沉淀5ml①↓离心15min沉淀3-4ml乙醇和乙醚混合液(1:1)↓浸泡3min(浸洗3次)沉淀↓沸水浴蒸干3ml质量分数72%硫酸玻棒搅匀↓室温静置16h+10ml蒸馏水↓沸水浴5min冷却↓5ml蒸馏水和0.5ml②,摇匀离心沉淀↓蒸馏水冲洗2次后加入10ml③和④沸水浴15min,不断搅拌↓冷却↓所有物质转入烧杯中作滴定15-20ml蒸馏水洗涤残余部分↓5ml⑤和1ml⑥硫代硫酸钠滴定对照:滴定加入了5ml质量分数25%硫酸和0.05mol/L的重铬酸钾溶液作为空白样木质素含量按下式计算: X=K(a-b) /(n×48)式中,“48”为1molC11H12O4相当于硫代硫酸钠的当量数;K为硫代硫酸钠浓度,mol/L;a为空白滴定所耗硫代硫酸钠体积,ml;b为滴定溶液所耗硫代硫酸钠体积,ml;n为干样质量, g。
①质量分数1%醋酸:②质量分数10%氯化钡:③质量分数25%的硫酸:④0.05mol/L重铬酸钾溶液:14.7g重铬酸钾定容至1000ml⑤质量分数30% KI溶液⑥质量分数0.5%淀粉液用0.05mol/L重铬酸钾和0.2mol/L硫代硫酸钠滴定纤维素测定(72%浓硫酸水解法)0.05g干样(过百目筛)↓5 ml醋酸和硝酸混合液,盖上球形玻盖↓置沸水浴中加热25 min,并不断搅拌冷却离心15min↓沉淀↓蒸馏水冲洗3次沉淀↓10ml①和10ml②摇匀沸水浴中10min↓倒入三角瓶适量蒸馏水冲洗试管3次,一并倒入三角瓶↓冷却5 ml质量分数20% KI溶液和1ml质量分数0.5%的淀粉溶液(上清液)↓0.2mol/L硫代硫酸钠滴定对照:滴定入加入了5ml质量分数25%硫酸的0.1 mol/L的重铬酸钾溶液作为空白样。
木质素成分的测定原理在进行木质素成分的测定之前,我们需要先了解木质素的基本构成及特性。
木质素是一类水不溶性的天然有机化合物,主要存在于植物细胞壁中。
它是植物体内的第二大有机成分,仅次于纤维素。
木质素是由苯丙基醇类化合物聚合而成,其主要特点是具有高度芳香性和稳定性。
在自然环境中,它在植物体内起到支撑植物结构、抵抗细菌、真菌和昆虫侵袭的作用。
木质素有多种不同结构的衍生物,主要包括纤维素和非纤维素类木质素。
纤维素是由葡萄糖分子聚合而成,是主要的结构性成分。
非纤维素类木质素则是由苯丙基醇衍生物形成的,主要是由苯丙素、桥酮、羟基苯丙素等组成。
在测定木质素成分时,可以采用多种方法,常见的方法有纤维素分析、酸碱法分析、气相色谱法和质谱法等。
纤维素分析是通过分解纤维素来进行测定的。
首先,将纤维素样品经过一系列的预处理,去除非纤维素类木质素等杂质。
然后,用浓烷酸或浓碱溶液进行纤维素的水解,得到葡萄糖。
最后,通过测定葡萄糖的含量,计算出纤维素的含量。
这种方法需要耗费较多的时间和试剂,但可以较准确地测定纤维素的含量。
酸碱法分析是根据纤维素和非纤维素类木质素对酸碱溶液的反应性差异进行测定的。
首先,将样品分别与酸和碱进行处理,得到酸洗液和碱洗液。
然后,通过测定洗液中木质素的含量,并与样品的总质量进行比较,计算出木质素的含量。
这种方法简单易行,但由于木质素的结构多样性,不同类型的木质素对酸碱溶液的反应性也不完全相同,因此对不同类型的木质素可能存在一定的测定误差。
气相色谱法是通过将样品中的木质素分离出来,并通过气相色谱仪进行测定的。
首先,将样品提取得到木质素的混合物。
然后,使用气相色谱法将这些木质素成分进行分离,并通过检测器进行检测。
根据不同木质素成分的保留时间和峰面积,可以计算出各个成分的含量。
这种方法需要仪器设备的支持,对操作人员的技术要求较高,但可以同时测定多种木质素成分,并具有较高的准确性和灵敏度。
质谱法是通过用质谱仪对样品进行分析来测定木质素成分的。
枣果实内果皮发育过程中木质素沉积动态分析学生姓名:刘旭洋导师姓名:王晓琴摘要本次实验是以无核金丝小枣作为实验材料,以有核金丝小枣作为对照,对果实内果皮部分各发育时期石蜡切片进行观察,以及枣的各项生理指标,初步探讨枣果实出现无核形状的机理。
所得研究结果如下:1、无核金丝小枣的发育根据石蜡切片和生理指标的特征可以分为四个时期:果实缓慢生长期(花后15天内)、果实快速生长期(花后15-30天)、果核形成期(花后30-45天)、果肉快速生长期(花后45天-成熟时)2、无核金丝小枣的含水量要比有核金丝小枣的含水量高,证明无核金丝小枣的口感更佳。
3、果实成熟时,在内果皮部分石细胞化程度上,有核金丝小枣要比无核金丝小枣的高出许多。
关键词枣;木质素;内果皮;观察;石蜡切片Analysis of lignin deposition in jujube fruit peel duringfruit developmentName of student:Liu Xu-Yang Name of tutor:Wang Xiao-QinAbstract In this study, we analyzed the changed of lignin deposition in jujube fruit peel during fruit development using gold thread jujube with nuclear or without nuclear. We also analyzed the fruit growth and their water content. The results were as follow:1. T he fruit development was divided into four stages: slow growth (15 days after flowering); fast growth (15-30 days after flowering); nucleation (30-45 days after flowering); pulp fast growth (45 days after flowering - maturity).2. T he water content of gold thread jujube without nuclear was higher than that of gold thread jujube with nuclear. Therefore, the fruit of gold thread jujube without nuclear might taste better than that of gold thread jujube with nuclear.3. W hen fruits ripen, stone cell distribution in endocarps of gold thread jujube with nuclear was much more than that of gold thread jujube without nuclearKey words Jujube; lignin; endocarp; Observation; Paraffin section摘要Abstract目录1.引言 (1)2.材料与方法 (3)2.1材料 (3)2.2实验方法 (3)2.2.1果实的生长曲线 (3)2.2.2果实石蜡切片 (3)2.2.2.1固定 (3)2.2.2.2冲洗 (4)2.2.2.3脱水 (4)2.2.2.4浸蜡 (4)2.2.2.5包埋 (4)2.2.2.6切片 (4)2.2.2.6染色 (4)2.2.3内果皮区域的木质素含量测定 (5)2.2.3.1样品剥离 (5)2.2.3.2浓硫酸反应 (5)2.2.3.3高压灭菌 (5)2.2.3.4抽滤 (6)2.2.3.5称量 (6)3.结果与分析 (6)3.1果实的生长情况观察 (6)3.1.1生长曲线 (6)3.1.2每日增长量 (7)3.1.3干湿重 (8)3.1.4含水量 (8)3.2石蜡切片观察 (9)3.3木质素含量变化 (9)4.结论与讨论 (10)4.1果实生长情况 (10)4.2石蜡切片的困难 (11)5.结论 (12)参考文献 (13)致谢 (15)1.引言枣,学名Ziziphus jujuba Mill. (《Flora of China》),英文名:Chinese-date,是鼠李科落叶灌木或小乔木植物枣树,也是枣树的成熟果实。
硫酸法测木质素含量原理一、引言木质素是一类重要的天然有机化合物,广泛存在于植物细胞壁中,其含量的测定对于纸浆、造纸、木材加工等行业具有重要意义。
目前,硫酸法被广泛应用于测定木质素含量,本文将介绍硫酸法测木质素含量的原理及相关实验步骤。
二、硫酸法测木质素含量的原理硫酸法测木质素含量是基于木质素与浓硫酸发生特定反应的原理。
在硫酸的作用下,木质素分子中的苯环结构被破坏,发生酚环开环反应,生成酚类产物。
这些酚类产物在硫酸的催化下,可以与显色剂相互作用,形成有色化合物。
通过测定这些有色产物的吸光度,可以间接反映出样品中木质素的含量。
三、实验步骤1. 准备样品:将待测样品取适量,研磨成粉末状,确保样品充分均匀。
2. 加入浓硫酸:将样品放入容器中,加入适量的浓硫酸,注意要慢慢加入,并进行充分搅拌,避免产生剧烈反应。
3. 反应:将容器密封,并放置在恒温水浴中,保持一定的温度,一般为60-70摄氏度,进行一定时间的反应。
反应时间的长短取决于样品的性质和所需测定的木质素含量。
4. 稀释:将反应后的样品稀释,使其适应于后续的分析测定。
稀释液的选择根据具体实验要求而定。
5. 分析测定:将稀释后的样品取出,使用紫外可见分光光度计测定其吸光度。
根据所用显色剂的不同,可以选择适当的波长进行测定。
6. 计算:根据所用的标准曲线或计算公式,将测得的吸光度值转化为木质素的含量。
四、注意事项1. 在操作过程中要注意安全,避免与浓硫酸直接接触,避免产生有害气体。
2. 样品的选取要具有代表性,以保证测得结果的准确性和可靠性。
3. 硫酸法测木质素含量的结果受到多种因素的影响,如反应温度、反应时间、浓硫酸用量等,因此在进行测定时要进行恰当的控制。
4. 硫酸法测定的样品通常需要经过稀释,稀释液的选择要根据具体实验要求进行。
5. 在进行分析测定时,要根据所用显色剂的不同选择适当的波长,并进行校正和背景校准。
五、结论硫酸法测木质素含量是一种简单、经济、可靠的方法。
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第 41 卷 3 期第2007 年 6 月河南农业大学学报Journal of Henan A gricultural U niversityVol 41 No. 3 . Jun. 2007文章编号 : 1000 - 2340 ( 2007 ) 03 - 0356 - 07木质素的测定方法研究进展苏同福 ,高玉珍 ,刘 ,周 ,宫长荣霞斌1 1 12 1( 1. 河南农业大学 ,河南郑州 450002; 2. 黄河中心医院药剂科 ,河南郑州 450003 )摘要 : 对木质素的制备、总量的测定及其结构和分子量的测定等进行了综述 , 并分析了这些测定方法存在的问题 ,指出了将太赫兹技术应用于木质素测定的前景 . 关键词 : 木质素 ; 降解 ; 太赫兹中图分类号 : Q 539; O 636. 2 文献标识码 : ARev iew of D eterm ina tion of L ign inSU Tong2fu , GAO Yu 2zhen , L I Xia , ZHOU B in , GONGChang2rong U ( 1. Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China;1 1 12 12. Pharmacy of yellow R iver Central Hosp ital, Zhengzhou 450003, China )Abstract: Testing methods for total lignin, p reparation of lignin, structures and molecular weight, are introduced in this article. Problem s existing in these testing methods are analysed and the p rospects of the terahertz technology app lication to lignin analysis are pointed out . Key words: lignin; decompose; terahertz木质素 ,又称为木素 , 广泛地存在于木材与禾本植物体内 , 通常认为是植物体在次生代谢合成的 ,在植物体内具有机械支持、防止生物降解、输送水分等功能 . 木质素的化学组成是苯丙烷类物质 (包括对羟基苯丙烷、—邻甲氧基苯丙烷以及 4 —羟基—3, 5 —二甲氧基苯丙烷 ) , 是一种三维网状的天然高分子物质 ,热值高 ,含量仅次于纤维素 . 尽管如此 ,木质素还没有得到广泛地应用 , 但随着石油和煤炭资源的短缺和价格的上升 ,以及人们对环境污染的关注 ,使得天然高分子材料转化和利用的研究得到了高度重视 . 目前木质素得到广泛关注的原因一是木质素具有高热值 , 具有苯环结构 , 通过改性或者化学修饰可以广泛地为工业利用 ,转化为生物柴油 ,是可再生的能源和资源 ; 另一方面是木质素对人体和动物基本上无毒 ,可广泛用于食品工业 ,以减少消化道疾病的发生 ,同时 ,某些木质素类 [ 1 ~3 ] 低聚物可能还具有抗癌、抗肿瘤等功效 . 然而 ,收稿日期 : 2006 - 11 - 24由于木质素结构的复杂性 ,目前人们对于木质素的生物活性与结构、功能之间的关系还了解得不十分深刻 ,因此加强对木质素结构的研究 , 具有重要的理论意义和现实意义 . 对木质素的结构分析是建立在KLASON 提出松柏醇脱氢机理基础之上 , 后来这种理论被FRENDENBERG 所证实 . 鉴于木质素结构的复杂性 ,用脱氢氧化理论来解释木质素结构单元是有局限性的 ,但这并不妨碍用该方法分析木质素的实用性 .[4]1木质素的制备木质素在植物体内常与纤维素或半纤维素以化学键的形式结合在一起 ,这造成了对木质素分离和提取的困难 . 但经过人们多年的研究 , 已找到多种分离提取木质素的方法 , 并对木质素进行分析 , 提出了 40 多种模型 . 对于木质素分离提取的方 [6] 法 ,大致可分为两大类 : 一类是木质素以外的成[5]基金项目 : 国家烟草专卖局资助项目 ( 110200302007)作者简介 : 苏同福 ( 1970 - ) ,男 ,河南滑县人 ,讲师 ,博士研究生 ,主要从事烟草化学方面的研究 ; 通讯作者 : 宫长荣 .第 3期苏同福等 : 木质素的测定方法研究进展[ 12 ~15 ]357分进行降解 ,木质素作为不溶物质而沉淀下来 ; 另一种分离方法是利用有机溶剂将木质素进行溶解 , 从而木质素与纤维素的分离 ,得到木质素 . 1. 1 酸解纤维素法这种方法是传统、经典的方法 , 常用于木质素含量的测定 . 它一般是用硫酸或盐酸对纤维素进行降解 ,具体过程参看克拉松木质素 ( Klason lignin ) 的测定 ,该方法得到木质素的结构发生化学变化比较大 . 相比而言 ,用盐酸提取比用硫酸发生变化要小 ,这是测定木质素总含量的基础 .1. 2 纤维素分解酶木质素由于酸解木质素在分离提取过程中 ,常常使用酸类物质 ,使得部分的木质素被酸解而溶解掉了 , [ 7, 8 ] 同时对设备腐蚀比较严重 , 因此 , 研究者提出了利用酶制剂对植物体内的纤维素进行降解 ,提取木质素 . 传统的制备方法是将木材在干燥条件下或非溶胀性溶剂中碾碎 ,再将粉末放入含有纤维素酶的溶液中把纤维素除去 . 该木质素被称为纤维素分解酶木质素 ( cellulotic enzym e lignin, CEL ) . 然后 , 将 CEL 放入乙酸溶液里进行纯化得到木质素 . 用这种方法得到的木质素常含有一定的纤维素 . 如果用液 2 萃取的方法制备木质素 , 所含纤维素的量液 [9] 就比较少 . 这种用液—液萃取方法得到木质素很难将其中剩余的纤维素除去 ,因为它们与木质素 [ 10 ] 是以共价键键合的 . 但是ITOH 认为 , 这种方法在碾磨过程中可能导致木质素的分解 ,但这种变化在很大程度上是未知的 , 同时 , 在结构研究上发现 CEL 与体内木质素尚无存在任何有显著性的差异 . 总之 , CEL 有可能代替木质素的总含量 , 因为这种方法的产率较高 , 制备条件温和 , 化学成分一般不发生变化 ,但也有缺陷如得到的木质素里面糖 [ 11 ] 类物质含量较高 ,制备过程费时 . 1. 3 有机溶剂提取法该方法常使用的有机溶剂有甲醇、乙醇、丁醇等 ,在提取过程中 ,常常加入无机酸作为催化剂 ,使木质素溶解 ,分离出纤维素不溶物 , 然后再改变溶液的极性或加入沉淀剂 , 沉淀出木质素 . 能够作为这种溶剂的还有苯甲醇、异丁醇、戊醇等 . 但这方法得到的木质素往往在α位上引进烷基 , 有的发生化学变化 ,有的与有机溶剂结合在一起 . 如果在分离提取过程中使用中性有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮等 ,但是这种方法得到的木质素 , 只是植物体内木质素总量的一部分 , 大约是总量的 10% ,发生化学变化就很少 . 这种木质素被称为 B rauns 天然木质素 ( B rauns natural lignin, 即 BNL ) . 有许多有机溶剂提取方法已经运用于工业 . 1. 4 高沸醇溶剂法高沸醇溶剂( high boiling2 point solvent) 本来就是有机溶剂的范畴 , 由于它具有独特的特点 , 故而独自列为 1 类 . 其特点是溶剂沸点高 (如乙二醇的沸点是 190 ℃, 1, 3 2 二醇的沸点是 207. 5 ℃, 1, 丁 4—丁二醇的沸点是 235 ℃ ) , 致使挥发性很低 , 等与低沸点的乙醇、丙酮相比 , 在洗涤纤维素时蒸发损失较少 ,整个过程几乎没有排放污染物质 , 使用后的高沸醇溶液可以通过减压蒸馏脱去水分后重复使用 ,高沸醇的回收利用率达 98%以上 . 该方法可以在硬木木质素和软木木质素的提取 ,甚至在没有催化剂的条件进行 , 就可以得到比较好的产率 . 由于该方法具有无污染、充分利用资源等优点 , 可以在制浆与造纸行业进行运用 ,可以大大减轻造纸 [ 16 ~21 ] 行业的污染 . 研究者已经对这种方法进行了比较系统地研究 . 其他分离提取方法如亚硫酸盐法、硫酸盐法等是常见的提取方法 ,在此不作太多的说明 .2木质素的测定2. 1 木质素总量的测定2. 1. 1 重量分析法 ( Gravim etric m ethods, Klason lignin ) 在克拉松木质素的测定过程中 ,首先将样品在 72%的硫酸中进行降解 , 并加热使糖类化合物变成可溶性成分而溶解 ,同时有一小部分木质素也被溶解而带来相应误差 . 剩余难溶解的固体就是木质素 , 该固体物质经过滤、洗涤、干燥、称重等步骤 ,就可以得到木质素的质量 . 为了比较精确得到木质素的含量 ,有必要对溶解失去的那部分木质素进行测定 ,以校正木质素含量的数值 . 这种方法已被制浆和造纸工业技术协会所接受和认可的方法 . 该测定方法也有人用来校正其他方法测定木质素 [ 21 ~23 ] 的数值如 N IRS 方法 . 不过 , 这种方法具有一定的局限性 . 它只适合与硬木木质素 ,而不适合软木木质素、草本木质素以及一年生植物木质素含量的测定 . 因为这些植物体内不明确的蛋白质和矿物质会对木质素测定产生干扰 . 2. 1. 2 酸性洗涤纤维法 ( ADF 法 ) ADF 法也是一种常见的木质素的测定方法 ,一般用于草本植物或一年生植物木质素的测定 . 其理论基础是根据 (W 2 - W 3 ) /W 1 ×方程式 ,其中 W 1 是干植物材100 料质量 ,W 2 经过酸化处理并干燥后的质量 , W 3 将沉淀物灼烧后灰分的质量 . ELL IS 改进了这种方法 ,以消除植物体内这些不明确的矿物质和蛋白质[ 24 ]358河南农业大学学报[ 38 ]第 41 卷干扰 ,其操作是 : 首先用蛋白质酶对样品进行预处理 ,使其中的蛋白质水解 ,以除去体内的蛋白质 . 然后稀释 ,再放入 72%的硫酸中进行处理 ,得到酸不溶的木质素 . 这种方法的缺点是 : 蛋白质不一定完全被除去 . 因此 ,这种方法要求用氮分析计算的校正数值来校正酸不溶性木质素的数值 . 该方法已被 [ 25 ] 农业化学家协会所接受和认可 . GOER I G N [ 26 ] 等对这一方法进行改进 : 首先用中性的洗涤剂处理 ,然后再用酸洗涤剂处理 . 这样就可以除去植物体内许多木质素的干扰物 ,只是这种方法不能除去角质和软木质等 . 一般说来 , ADF 法特点是可以 [ 27 ~29 ] 得到样品中 50%或者更高的木质素 . ( TGA 法 ) TGA 法主要的理 2. 1. 3 巯基乙酸法论依据是在碱性条件下木质素会发生降解 . 该方 [ 30 ] 法最初是将样品放巯基乙酸和 HC l的混合物中加热 ,将不溶物过滤 ,风干 . 然后放入乙醇溶液里存放一段时间 ,再转入 NaOH 溶液里 , 随后用比较浓的盐酸溶液酸化沉淀出木质素 . 然后将其放在二氧六环中纯化 , 经过沉淀、过滤、干燥可得到木质素 . [ 31 ~33 ] 后来这种方法经过改进 , 将样品的使用量减少到 10 ~15 m g 一般来说 , TGA 法测定得到的木 . 质素的值要比用其他方法如 ADF 法、法等低一 AB [ 34 ] 些 ,同时由于没有合适的木质素标准来校正测得的数值 ,因此这种方法的应用推广也就收到很大的限制 . 2. 1. 4 乙酰溴法 (AB 法 ) 该方法是借助于紫外吸收 ,可以方便地进行木质素的测定 . 最早 JOHN 2 [ 35 ] SON 将紫外吸收( UV ) 的方法用于测定木质素的含量 . 其基础是根据比尔( Beer’ law ) 定律: A s =εcd,式中的 A 为吸光度( absorbance ) ,ε为吸光 - 1 系数 ,c 为质量浓度 ( g・L ) ,d 为光程或者样品溶液的厚度 . 这种方法是在70 ℃条件下 ,将样品放入含有乙酰溴 25%的乙酸溶液中进行处理 ,然后 [ 36 ] 在 280 nm 处测定 UV 的吸收 . 后来 , VANZAL 以 [ 37 ] 及IIYAMA 等改进了技术 , 用高氯酸来处理木快捷 ,产率较高 ,同时也不需要对数值进行校正 ,但 [ 35 ] 一般适合于颗粒小的样品 . RODR IGUES等改进了这一方法 . 这种方法是油浴代替了直接加热 , 同时 ,在 - 10 ℃条件下进行冷冻以停止反应 , 然后 , 再在 280 nm 处测定UV 的吸收 . 后来 , HAT2指出 , 在该过程中使用高氯酸会降解相当的木聚糖 ,而这些物质在280 nm 附近也有吸收 , 给实验数据带来比较大的误差 . 如何校正木聚糖降解物质在 280 nm 附近吸收是一个很大的难题 . 虽然有多种方法被用来校正这类误差 ,但由于多种因 [ 39 ] 素的影响 ,结果不甚理想 . FUKUSH I A 等建议 M 用 HC l和二氧六环的混合溶液来校正 AB 法 ,从许多样品中分离出了木质素并测定了其吸收系数 . 改进后的方法 ,使用起来更加方便、 . 用 AB 法来迅速F IELD测定木质素的含量是比较理想的 ,因此乙酰溴测定木质素法有可能成为代替克拉松木质素测定的方法 . 2. 2 木质素结构的测定 2. 2. 1 氧化法这种方法是基于木质素的化学特性 : 木质素与氧化剂发生反应后氧化剂的消耗量 . 这种方法测定的木质素的浓度常常用单位质量所消耗氧化剂的量来表示如卡伯值 ( Kappa num ber) , 其理论基础是木质素很容易被氧化 ,而碳水化合物不容易被氧化 . 根据氧化剂的消耗量以及经验性常数 ,可将测定值转化为克拉松值或是其他木质素的数值 . 一般使用的氧化剂有 Cl2 和 K nO4 , 后来用 M 酸性的 NaC lO 或 Ca ( C lO ) 2 代替O3 氧化测定木质素结构的[ 40 ] [ 34 ], 同时也有用. 目前 , 卡伯值已经作为氧化法测定木质素的标准来使用 ,并且已被许 [ 25 ] 多制桨和造纸组织所认可 . 用氧化剂测定木质素 , 不同的氧化剂测定内容是不同的 , K nO4 M 法主要是将苯环的侧链氧化 , 而苯环的骨架不受影响 ,因此这种方法可以测定出来苯环侧链上的信息 ,但这种方法的降解的产物较低 , 所得到结构 [ 41 ] 单元分布信息就比较少 . 如果使用的氧化剂是 O3 ,该氧化剂只能将苯环结构的骨架氧化而保留侧链 , 因此 , O3 氧化可以测定侧链上的立体结构 ,即是否含有手性结构 . 如果将这两种方法有机地结合起来 ,会更加促使了解木质素的结构 . 2. 2. 2 红外光谱法 ( IR ) 红外光谱法常用来测定木质素在苯环的结构 . 随着其他技术的发展 , 用红外光谱法测定植物组织木质素的含量就越来越 [ 42 ] 成熟 ,因为它能够测定出不同的键型如 C O , C O , H O等的伸缩振动和弯曲振动 . 用高灵敏度的红外光谱仪来测定木质素的含量、结构 , 变得比较简单 ,同时对样品的量要求也比较少 . 同时 , 近红外光谱法 ( near infrared reflectance spectra, N IRS法 ) ,包括可见光和红外光 , 也用于木质素的测定 . 在 20 世纪 70 年代 , N IRS作为一种简便的方法广泛地运用于如农业、、、食品药品化工等诸多领[ 40 ] [ 41 ]质素 ,以提高木质素的溶解性 . 根据 IIYAMA 等的方法 ,首先是将样品放入乙酰溴的乙酸溶液中 , 并加入一定量的过氯酸 ,在 70 ℃条件下加热 ,再转移到含有乙酸和羟 ( hydroxylam ine ) 的烧瓶中进行处理 ,再在 280 nm 处测定 UV 的吸收 . 该方法简便、第 3期[ 37 ]苏同福等 : 木质素的测定方法研究进展359域 ,后来该技术被成功地应用于植物组分的测 [ 43 ~47 ] [ 48 ~51 ] 定 . 许多研究者将这种方法应用于森林生态领域 . N IRS 分析测定仪常见的 N IRS 6500 ( Foss, Hamburg, Germany) ,该仪器用单色光进行扫描 ,其波长范围是 400 ~2 500 nm ,并且常常与计算机联系在一起 ,用软件 N IRS 6500 对进行数据收集和分析 ,其理论基础为 : A =Log ( 1 / R ) ,其中 A 是吸收度 , R 是反射度 . 与克拉松方法测定木质素相比 , N IRS比较简便、迅速、准确 , 无须降解 , 同时也无废弃物的产生 ,只是这种方法常常用其他木质素测定进行校正 ,如克拉松木质素测定方法等 . 随着激光技术的发展 , 拉曼光谱技术逐渐成熟和普及 , [ 52 ~54 ] 许多研究者利用拉曼光谱与红外光谱结合 , 对木质素的结构进行了比较系统地研究 . 拉曼光谱有许独特之处 : 拉曼光谱在一定条件下可以与红外光谱互补 ,而且不受水的干扰 , 用固体可以直接测定 ,特征峰比较明显、简单等 . 2. 2. 3 核磁共振法 ( NMR 法 )近年来 , NMR 技 [ 55 ] 术也应用于木质素的测定 . 特别是当能够找到一种合适的溶剂溶解木质素 , 用液态的 NMR 分析仪来测定是比较方便的 . 用 NMR 方法来木质素的 1 13 [ 56 ] 测定一般使用的有 H 谱和C 谱 , 同时也有许 31 [ 57 ] 19 [ 58 ] 多将 P谱和 F 谱 . 但是这种方法只能够测定木质素总量的一部分 ,因而其应用范围受到了限制 . 随着 CP ( cross polarization ) /MAS ( m agic angle [ 59 ] [ 60, 61 ] sp inning) NMR 技术的发展 , 固态 NMR 分析手段也用来测定木质素 ,它可以用来测定木质素的总量 . 新技术的进步 , 推动着固态 NMR 分析测 [ 62, 63 ] 试手段的发展 . 同时 , 也有研究者将 NMR 的二维 ( 2D ) 技术和三维 ( 3D ) 技术应用于测定木质素 ,使测定手段更加先进 . 由于固态 NMR 测定的成本太高 ,这种方法还不能广泛地运用于测定木质素的含量 . 光谱技术测定木质素的最大优点在于测定的木质素的化学结构没有发生改变 ,同时灵敏度比较高 ,它可以从 1 g样品里提取数毫克的木质素 . 但光谱方法测定都必须用另外一种标准来校正仪器 , 而这些校正方法常常是重量分析法、法等 . AB 2. 3 木质素分子量的测定当前用来测定木质素分子量方法比较多 ,常见的有质谱 ( mass spectroscopy, M S) 法、凝胶色谱法 [ 64 ] ( size exclusion chromatography, SEC ) 、光散射法 [ 65 ] ( light scatting) 、 ( vapor p ressure 蒸汽压渗透法os mom etry, VPO ) 、超滤[ 66 ]于分子量分布较宽的或着是分子量未知物来测定其分子量是有许多困难的 . 相比较而言 , 凝胶色谱法测定是比较理想的 ,其理论基础是任一特定组分的洗脱体积是大分子尺寸和凝胶孔隙尺寸的函数 . 该方法是目前分子量分布测定的最理想的方法 ,是基于聚合物溶液中的溶质分子大小不同而达到分 2 7 离之目的 ,测定范围 1 ×~1 × ,不过 ,这种方 10 10 [ 67 ] 法测定结果误差可能比较大 . 后来 , WALSH 等用HPSEC 对木质素进行分析 ,其分辨率大大提高 ; 光散射法测定高分子的分子量的理论基础是溶解在溶液里的高分子对光产生散射 ,这种方法测定分 4 7 子量的范围一般是 1 ×~1 × ,但结果受溶液 10 10 中木质素聚集尺寸或荧光影响 ; VPO 法测定分子 4 量的范围 1 × ,高于此数值时 ,该方法测定的灵 10 敏度不是太理想 , 同时收到糖类等杂质的影响 , 使得该方法的测定失去可用性 . 使用膜技术对木质素进行超滤 ,是一种比较崭新的技术 , 可以在很广分子范围使用 ,对杂质不敏感 , 但对于不知道分子量分布的样品来说 , 选择一定孔径的滤膜是比较困难的 .3存在问题与研究方向当前 ,对于木质素测定的各种方法 , 都有一定的应用范围 ,如有的用于硬木木质素的测定 , 有的用于软木木质素的测定 . 一般来说 , 重量分析法比较常用但在测定过程中会损失一部分木质素而使误差较大如克拉松木质素的测定方法 ,有的方法损失量较大 , 如 ADF 测定方法 , 同时也比较费时 ; 光谱分析法虽然比较方便、快捷 , 但需要一个可靠的标准对其进行校正如用克拉松木质素测定方法等 [ 23 ] 进行校正 . 近年来 , 衍生后还原降解法 ( derivat2 [ 68 ] ization followed by reductive cleavage, DFRC ) 是木质素测定比较优秀的方法 ,但由于该过程中许多单元反应是未知的 ,因此在在一定程度上也限制了该方法在实际过程中的应用 . 鉴于此 , ROMUANL 2 对 4 种流行的木质素测定方法进行比较表明 ,没有一种标准的方法来完成对木质素的测定 . 即使这样 ,还可以根据测定对象的特点以及目的要求 ,选择一种比较合适的方法进行测定 . HAT2 [ 34 ] F IELD 等指出 ,无论选择哪一种方法 , 最重要的一点是都必须保证木质素在酸化步骤中沉淀出来 . 近年来 ,随着大功率的激光光源开发以及灵敏度的提高 ,太赫兹射线技术得到了很大的发展 . 太赫兹射线无论是在成像、探测分子的振动模等都具有独到的优势 ,可广泛运用于医药和生物方面的研DO 等[ 69 ]( ultra filtration )法等 . 质谱法对于分子量的测定是非常方便和准确的 ,但对360河南农业大学学报第 41 卷[ 70 ] 究 . 它具有许多特点 : ( 1 ) 宽带性脉冲只包括若干个周期的电磁振荡 ,许多有机分子由于偶极子的旋转和振动跃迁在 GHz到几个THz频段 , 都有一Comparative on cellulolytic enzyme lignin and m illed wood lignin of s weat gum and sp ruce [ J ]. Holzfors2 chung, 1975, 29: 153 - 159. 1992: 65 - 70. studies on the mechanochem istry of guaiacylglycerol and J W ood chem tech, 1995, 15: 395 - 411. p roach to wood reefing [ J ]. Tapp i Journal, 1985, 68 (8) : 94. quences[J ]. Tappi Journal, 1992 (7) : 189 - 194 . 1978 - 07 - 11. 5705216. 1998 - 01 - 06. 2001, 55 ( 6 ) : 611 - 616. 2002, 56 (6) : 623 - 631. Changes in lignin Analyzed by nology, 2003, 23 ( 3 /4 ) : 233 - 248. veratrylglycer2 2guancylo ether [ J ]. B13定比较强的吸收 , 因此可以利用 THz 对生物分子 4 进行检测 ; ( 2 )信噪比高 ( 10 以上 ) 同时系统对黑体辐射 (热背景 ) 不敏感 , 系统稳定 ; ( 3 ) 能量低 ( 4 meV @ 1 THz) , 不易破坏被测定的物质的结构 ; ( 4 )相干性 ,所获得的数据同时包括了太赫兹脉冲振幅和相位信息 ,可以通过对太赫兹射线进行时域探测 ,对样品介电常数的实部和虚部同时进行计算 ,获得 THz 吸收光谱和色散光谱 ; ( 5 ) 瞬态性 ,太赫兹脉冲的典型脉宽在 p s级 , 可以方便地展示物质中发生在皮秒或亚皮秒级上所发生的现象 . 它可以用于木质素的测定 ,利用太赫兹射线对木质素进行测试 ,大大提高了时间和空间的分辨率 , 可以对组织内的木质素进行微损或无损地探测 ,这对木质素的深入研究 ,提供了一个新的工具 , 对于揭示木质素的有关机制具有重要的意义 . 写作过程中 ,得到了芬兰的 Helsinki大学化学系 GOSTA BRUNOW 博士的热情帮助 , 在此深表谢意 !参考文献 :[ 1 ] SAKAGAM I H , KAWAZOE Y, OH 2 HARA T, et al . Leukoc B iol, 1991 , 49 ( 3 ) : 277 - 282. Res, 2001 , 21 ( 2A ) : 965 - 970. 1593 - 1598. [ J ]. Wood Sci Tech, 1977, 4: 169 - 218. hibition incorporating the 13 th IS FPC, 2005: 1 - 8. W 2001: 6. [ 7 ] POB I ER H. N [ 8 ] CHANG H M , COWL I G E B , BROWN W , et al N . change [ J ]. Anal Chem Acta, 1983, 155: 57 2 65.[ 9 ] LUNDQU IST K WOOD [M ] / /L I S Y, DENCE C W. . N[ 10 ] TOH K, SUM I OTO M , TANAKA H. 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