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论文与综述・

制浆造纸工业中红外光谱技术的应用

徐美娟 　石淑兰

天津科技大学 　

(

天津

, 300222)

摘 　要 　主要论述了红外光谱技术在制浆造纸工业中的应用和最新动态
关键词 　红外光谱技术 　制浆造纸 　红外光谱的应用

1

　红外光谱的概述

红外光谱是由于分子振动能级的跃迁

(

同时伴随

转动能级的跃迁

)

而产生的

,

因此又称为振动转动光

谱 。红外光谱的应用大体上可分为两个方面

:

一是分

子结构的基础研究

,

应用红外光谱测定分子的键长 、

键

角来推断研究分子的基本结构

;

二是化学组成的分析

,

根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知分子的结
构

,

依照吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量 。

用红外光谱作样品分析时基本不需要处理

,

且不破坏

和消耗样品

,

自身又无环境污染

,

所以近年来

,

红外光

谱作为迅速崛起的光谱分析技术在分析测试领域中起

到越来越重要的作用 。

2

　红外光谱技术在制浆造纸工业中的应用

目前

,

在造纸行业中

,

红外光谱主要用于对纤维

素 、

半纤维素 、

木素作定性分析

,

着重是结构分析

,

也用

于定量分析 。

2. 1

　木素的定性和结构分析

将木素试样和溴化钾混合均匀后压片

,

研制成透

明的试片

,

用红外分光光度计得到相应红外光谱图

,

再

通过所得试样谱图与前人证实的特征吸收峰的位置加

以对照比较

,

来确定木素中所含的各种功能基

,

从而分

析木素的结构 。

2. 2

　木素的定量分析

用红外光谱对木素作定量分析时

,

常以木素的芳环

特征吸收峰

(

即波数为

1500cm

- 1

和

1600cm

- 1

处的吸收

峰

)

的强弱为定量的依据 。在测之前要先作木素含量与

相对吸光度

D

的标准曲线 。然后

,

取待测纸 浆 样 品

10mg ,

加入亚铁氰化钾

1mg

和

KBr (

过

200

目粉

) 300mg ,

在玛瑙研体中研磨

(

约

120

次

)

后

,

将其置于真空干燥箱

中

,

在真空度约

760mmHg

柱

,70

℃下烘干

8 h

以上 。经

烘干的试样在压片模中用

15t

压力下压制成透明薄片

,

在红外分光光度计上进行扫描

,

得到红外光谱图 。根据

红外光谱图得出相对吸光度

D (D1505/ D2100) ,

再由该

值查标准曲线

,

求得纸浆中木素的含量 。

2. 3

　研究纤维素的结晶结构

(

结晶度

)

对纤维素大分子的聚集状态

(

即所谓纤维素的超

收稿日期

:2002 - 11 - 21

分子结构

)

的研究认为

,

纤维素是由结晶区和无定形区

交错联结而成的 。在结晶区内

,

纤维素链分子的排列

比较整齐

,

有规则

;

而在无定形区

,

纤维素链分子的排

列不整齐

,

规则性较差

,

结合较松弛 。而且从结晶区到

无定形区是逐步过渡

的

,

并无明显界限 。纤维素的结晶度是表征纤维素聚

集态形成结晶程度的指标

,

它是指纤维素构成的结晶

区占纤维素整体的百分数 。纤维素的结晶度在一定程

度上

,

反映了纤维的物理性质和化学性质 。因此

,

测定

纤维素的结晶度

,

对于从结构上了解纤维素纤维的性

质具有指导意义 。

2. 3. 1

　重氢取代法

Mamn

和

Marrinm

提出重氢取代法

(

即 氘 化 法

)

。

该法是对纤维素进行重氢化

,

控制一定的反应条件

,

使

重氢只取代无定形区中的

OH ,

使

OH

变成

OD ,

而结晶

区中 的

OH

不 发 生 反 应

,

从 而 使 红 外 图 谱 中 的

3500cm

- 1

的

OH

吸收谱带的强度下降

,

而在

2530cm

- 1

处出 现

OD

的 吸 收 谱 带 。该 法 以

3500cm

- 1

谱 带 与

2530cm

- 1

谱带强度之比称为结晶度 。这种方法测定精

度高

,

可与

X

射线衍射法相比拟 。但由于此法操作繁

琐

,

重水不易获得

,

故未广泛应用 。

2. 3. 2

　沃康诺

(O

’

connor)

经验法

在研究纤维素的红外光谱和纤维素微细结构间关

系时

,O

’

connor

发现

,

在振动磨中研磨过的纤维素

,

由

于其结晶性遭到一定的破坏

,

导致

1429cm

- 1

谱带

( CH

2

剪切振动

)

强度不断下降

,

而

893cm

- 1

谱带

(

不对称环

向外伸缩

C - H

弯曲变形振动

)

强度反而增加 。也就

是随 着 结 晶 度 的 增 加

, 1429cm

- 1

谱 带 强 度 增 加

,

而

893cm

- 1

谱带强度降低 。因而他提出了一种以结晶度

指数

(O

’

KI)

表示的经验式

:

O

’

KI =

a1429cm

- 1

a893cm

- 1

(a

为谱带强度

)

这个方法只适用于纤维素 Ⅰ

,

而对丝光化纤维

(

纤

维素 Ⅱ

)

常出现反常现象 。

2. 3. 3

　纳耳森

(Nelson)

和沃康诺

(O

’

connor)

经验法

Nelson

和

O

’

connor

在纤维素结构的研究中

,

选用

1372cm

- 1

谱带

(C - H

弯曲振动

)

来衡量纤维素结晶度

的变化

,

并以

2900cm

- 1

谱带作为内标

( C - H

和

CH

2

伸

缩振动

) ,

其结晶度指数

(N

・

O

’

KI)

经验式为

:

—

7

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