拉曼光谱技术在制浆造纸研究中的应用

第

24

卷 　第

4

期

的频率无关 , 以任何频率激发这种物质 , 拉曼线均能
伴随出现 。因此从拉曼频移 , 可以鉴别拉曼散射池所
包含的物质

[ 2 ]

。

图

1

　拉曼光谱振动能级示意图

图

2

　木质素模型物研究中

40

种木质素模型物的分子结构

R

1

R

2

R

3

R

4

1

—COOH

—H

—OCH

3

—H

2

—COOH

—OCH

3

—OCH

3

—H

3

—CH

CHCHO

—H

—OCH

3

—H

4

—H

—OCH

3

—OH

—OCH

3

5

　O
—CCH

3

—OCH

3

—OH

—H

6

　O
—CCH

3

—OCH

3

—OH

—H

7

flgure

—H

—H

—H

8

—CH

CHCOOH

—H

—OCH

3

—H

9

—H

—OCH

3

—OCH

3

—H

10

　O
—CCH

3

—OCH

3

O

—OCCH

3

—H

11

　O
—CCH

3

—H

—H

—H

12

—CHO

—OCH

3

—OCH

3

—H

13

　O
—CCH

3

—H

—OH

—H

14

—CH

CHCOOH

—OCH

3

—OH

—H

15

　O
—CCH

3

—OCH

3

—OCH

3

—OCH

3

16

flgure

—OCH

3

—OH

—H

17

—CH

CHCCOH

—OCH

3

—OH

—OCH

3

18

—CH

2

OH

—H

—OH

—H

19

flgure

—H

flgure

—H

20

　O
—CCH

3

—H

flgure

—H

R

1

R

2

R

3

R

4

21

　O
—CCH

2

CH

3

—OCH

3

—OH

—OCH

3

22

flgure

—OCH

3

—OCH

3

—H

23

flgure

—OCH

3

—OH

—H

24

flgure

—OCH

3

—OCH

3

—H

25

　OH
—CHCH

3

—OCH

3

—OCH

3

—H

26

—CH

3

—OCH

3

—OH

—H

27

—CH

2

OH

—OCH

3

—OCH

3

—H

28

—CH

3

—OCH

3

O

—OCCH

3

—H

29

—CH

2

OH

—H

—OCH

3

—H

30

—CH

2

CH

2

CH

3

—OCH

3

—OH

—H

31

—CH

CHCH

3

—OCH

3

—OH

—H

32

—COOH

—OCH

3

—OH

—H

33

—CHO

—OH

—OCH

3

—H

34

—CHO

—OCH

3

—OH

—H

35

—COOH

—OCH

3

—OH

—OCH

3

36

—CHO

—OCH

3

—OH

—OCH

3

37

—CH

CHCOOH

—H

—OH

—H

38

—COOH

—H

—OH

—H

39

—CHO

—OCH

3

—OCH

3

—OCH

3

40

　O
—CCH

3

—OCH

3

—OH

—OCH

3

2　在木材及其组分研究中的应用

2

11　木材性质研究

根据不同化学组分拉曼光谱的不同可以分辨针叶

木及阔叶木的等级及种类

[ 4 ]

。木材及纸浆种类不同 ,

化学组分也不尽相同 , 其拉曼图谱也不
同 。木材及纸浆拉曼光谱主要产生于纤

维素 、半纤维素和木质素等 , 根据纯组
分的拉曼光谱及其归属对图谱进行解

释 。据报道 , 黑云杉的拉曼光谱特征图
谱主要产生于纤维素和木质素 , 尽管半
纤维素含量较高 ( 20% ～30% ) , 但是
很难检测到它的拉曼光谱 。

紫外共振拉曼技术 (UVRR ) 可以

用来鉴定木材性质 , 确定木材中的各种
芳香结构和其他未饱和结构

[ 5 ]

。在对

桉木的研究中发现 , FT拉曼光谱技术
不仅可以鉴定细胞类型 、细胞形态 、木

材组分 (α纤维素 、半纤维素和半纤维
素糖组分 、木质素 、紫丁香基与愈创木

基的比值 、抽出物等 ) , 还能用于硫酸
盐浆生产时快速定量测定木材性质

[ 5

2

7 ]

。

拉曼光谱还可用于非破坏性研究木

材腐 朽 性 与 酸 碱 性

[ 8

2

9 ]

。学 者 们 根 据

C

O和糖苷键谱带研究彩绒革盖菌等

导致的木材腐朽 , 根据 ～2936 cm

- 1

和

～1657 cm

- 1

处的谱带变化来测定木材

的酸碱性 。

2

12　木材组分分析

采用拉曼光谱仪可以获得木材主要

组分纤维素 、半纤维素及木质素的拉曼

光谱

[ 10 ]

。3种主要组分中纤维素的拉曼光谱已被确

定

[ 11 ]

, 可以借此来分析木材及纸浆的光谱特征 。木

质素是非均一性的结构 , 其拉曼光谱相对比较复杂 ,
一直是学者们研究的焦点 。近年来采用拉曼光谱技术

对木质素

[ 10 ]

、化学改性木质素

[ 12 ]

及木质纤维素

[ 13 ]

的研究取得了显著进展 。最近 , Agarwal采用近红外

FT拉曼光谱

(和 FT

2IR ) 分别研究了在纯态下、溶

液中和纤维素上木质素的 40种模型物

[ 14 ]

, 其分子结

构见图 2。这些模型物代表着木质素中大量的取代
基 、功能基和木质素

2脂肪族底物及酚羟基、C O、

CHO、COOH、 CH

3

、OCH

3

, α

,

β—C

C, 呋 喃 及

内部 C—O —C和 C—C 连接 。研究确定了各个基团
的拉曼谱带位置 , 并与模型物的谱带频率及强度进行
了比较 , 结果表明由于 70%的模型物振动谱带只出
现在 1594 cm

- 1

和 1603 cm

- 1

之间 , 在 1600 cm

- 1

处对

取代基灵敏度最小 ; 与纯态木质素谱带相比 , 其他两
种木质素的谱带发生了偏移 。

木材中除了主要组分外 , 还有一些非重要组分 ,

8

9