红外光谱在木质素的应用ppt
第三章-木质素ppt课件
3.1 木质素概述
愈疮木基和紫丁香基在白桦中的分布
愈疮木基：紫丁香基
形态区域
木纤维次生壁S2
溴化及扫描电镜与能量 分析仪(SEM-EDXA) 12:88
紫外显微镜(UV) 紫丁香基
导管次生壁S3
薄璧细胞次生壁S 胞间层ML 胞间层ML 胞间层ML
88:12
49:51 91:9 80:20 100:0
OH HO lignin HO OH OH OH Et2SO4 KOH EtO lignin HO OH OEt KOH O PO O OEt lignin O O O OH O OEt O O OH OH OEt O OH
EtO
3.4 木质素的应用
塑料共混（PVC、PP、PE、PF、PU） 橡胶填充剂（补强） 抗氧化剂
3.2 木质素的结构与性质与性质
（2）木质素的结构
木质素的官能团
羟基（酚羟基、醇羟基）、羰基、甲氧基、醛基、芳香基、 共轭双键等
结构单元的连接方式
基本结构单元为苯丙烷，通过醚键和碳-碳键的方式连接 而成。醚键包括酚醚键、烷醚键、二芳醚键和二烷醚键。
3.2 木质素的结构与性质
木质素的结构模型
3.1 木质素概述
黑云杉和花旗松中木质素的分布
木材 形态区域 管胞次生壁 管胞胞间层 早材 管胞胞间层的细胞角隅 组织容积（%） 黑云杉 87 9 4 花旗松 74 10 4 总木质素（%） 黑云杉 72 16 12 花旗松 58 18 11 木质素浓度（g/g） 黑云杉 0.23 0.5 0.85 花旗松 0.25 0.56 0.83
（2）木质素的胺化改性
胺类化合物与醛类和含有活泼氢原子的化合物进行缩合， 活泼氢原子被胺甲基取代
木质素ppt课件
苯丙烷作为木质素的主体结构单元，共有三种基本结构，即 愈疮木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。
C C C
OCH3 OH
愈疮木基丙烷（G）
C C C
H3CO
OCH3 OH
紫丁香基丙烷（S）
C
C
C
木
质
素
结
构
单
元
（
三
种
类
OH
型 ）
对羟苯基丙烷（H）
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针叶树木质素以愈疮木基结构单元为主，紫丁香基结构 单元和对羟苯基结构单元极少。
三个树种磨木木质素（MWL）的元素组成素组成
C9H8.82O2.27(OCH 3)0.95
C9H7.10O2.41(OCH 3)1.36
C9H9.05O2.77(OCH 3)1.58
由于甲氧基是木质素结构中特征官能团之一，并且比
较稳定，在表示木质素的元素组成时往往列出。不同产地
（3）水解反应(磺化)：木质素与亚硫酸盐在高温下 蒸煮，发生磺化反应。木质素经磺化，形成含有或 多或少硫的固态木素磺酸。 固态木素磺酸渐渐转为水溶性的木质素磺酸， 这过程受H+浓度的左右，故可认为这就是一种水解 过程。
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（4）光解反应：木材的光降解主要发生于木质素。 对光木质素是不稳定的。
（5）碱液对木质素的作用（脱木素反应） 在制浆工业中，常用碱混合液蒸煮木材或
14 间
木质素与木材分类
木质素的颜色反应可以作为鉴定木材组织中或机械纸浆 中 有 无 木 质 素 的 存 在 ， 甚 至 可 用 摩 尔 氏 反 应 (Maul reaction)来区分针叶树材和阔叶树材。 摩尔氏反应：用1%高锰酸钾溶液处理木材薄片，浸5分 钟，用蒸馏水冲洗10分钟，再用3％盐酸处理，水洗后 放入浓氨水中观察。 针叶树材显黄色或黄褐色，阔叶树材显红色或红紫色。
生物质材料-第七章木质素ppt课件
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2、高锰酸钾氧化降解
木素
KOH 共煮
甲基化 KMnO4 藜芦
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1、Klason法
常用的有72％硫酸Tappi标准法和80％硫酸法（更适合非 木材原料） （1）1g（精确到0.0001g）试样，用定性滤纸包好，用线扎 住，用索氏抽提器，苯醇混合液（2：1）抽提6小时，同时 另取一份测定水份。将式样取出风干，用洁净毛笔仔细将抽 提风干后式样刷入250ml磨口锥形瓶重，加入12～15℃的72 ％硫酸15ml，摇荡1min，将锥形瓶放入18～20℃的恒温水 浴锅中，2～2.5小时，随时摇动锥形瓶。
酸溶木素含量B以每1L中的质量（克）表示：
B A D 105
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式中： A —— 吸收值； D —— 滤液的稀释倍数； 105—— 吸光系数，L/g.cm。
X BV 100 1000W0
原料中酸溶木素含量X，以质量百分数表示： 式中：V —— 滤液总体积，ml；
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二）、木素的分离方法
一般可将木素的分离方法分两类 ： 1、溶解碳水化合物，残渣就是木素。
（性。72%H2SO4法）——木素往往已被改 2、溶解木素，剩余物是碳水化合物。
（工业制浆法）——不能得到全部木素。
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三）、不溶木素的分离方法
4）木质素的化学结构中某些组分和结构与高聚 糖的相似性，因此在不改变木质素化学结构的 前提下，难以将具有相似结构的高聚糖与木质 素完全分离开。
木材的红外与近红外特性
半纤维素：吸收峰在1700-1800cm-1，主要与羟基的振动有关
水分：吸收峰在1400-1600cm-1，主要与羟基的振动有关
木质素：吸收峰在1500-1600cm-1，主要与苯环的振动有关
空气：吸收峰在2200-2400cm-1，主要与CO2、H2O的振动有关
木材的化学成分分析：通过红外光谱分析，可以了解木材的化学成分和结构。
木材的红外与近红外光谱散射特性在木材品质评价中的应用：通过分析木材的红外与近红外光谱散射特性，可以评价木材的密度、硬度、弹性等物理性质，为木材品质评价提供科学依据。
木材的红外与近红外光谱散射特性在木材加工中的应用：通过分析木材的红外与近红外光谱散射特性，可以优化木材加工工艺，提高木材加工效率和质量。
木材红外与近红外光谱分析技术在木材分类、鉴定和品质评价中的应用
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木材的红外与近红外特性
目录
木材的红外与近红外光谱特性
木材的红外与近红外光谱吸收特性
木材的红外与近红外光谱散射特性
木材的红外与近红外光谱热特性
木材的红外与近红外光谱应用展望
木材的红外与近红外光谱特性
红外光谱：利用红外辐射与物质相互作用产生的吸收、发射、散射等现象，研究物质的结构和性质
近红外光谱：利用近红外辐射与物质相互作用产生的吸收、发射、散射等现象，研究物质的结构和性质
木材的物理性质分析：通过近红外光谱分析，可以了解木材的密度、硬度、弹性等物理性质。
01
02
木材的生物特性分析：通过红外与近红外光谱分析，可以了解木材的生物特性，如生长速度、病虫害等。
木材的加工特性分析：通过红外与近红外光谱分析，可以了解木材的加工特性，如切削性能、胶合性能等。
红外光谱在木质素的应用优秀课件
按照植物种类不同木质素可分为针叶材、阔叶材和草本植物 木质素三大类。
针叶材木质素中含有大量的愈创木基丙烷结构和少量的对羟 苯基丙烷结构(G型木质素)；
阔叶材木质素中存在着大量的愈创木基丙烷和紫丁香基丙烷， 此外含有比针叶材中还少的对羟苯基丙烷结构(GS型木质素) ；
草本植物木质素主要由愈创木基丙烷单元和紫丁香基丙烷单 元及对羟苯基丙烷单元所构成(GSH型木质素) 。
红外光谱在木质素的应用优秀课件
主要内容
木质素的基本结构
利用红外光谱对木质素结构进行鉴定
木质素的基本结构单元
木质素是一种复杂的、非结晶性的、三维网状高分子聚合物， 一般有三种结构单元通过醚键或碳碳键连接而成。 三种结构单元是愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷和对羟苯基丙烷。
愈创木基丙烷（G型） 紫丁香基丙烷（S型） 对羟苯基丙烷（H型）
主要官能团
羰基C=O 酚型和脂肪属羟基－OH 醚键－O－ 甲氧基－OCH3 双键C=C
结构单元间的连接方式
β－O－4连接 β－5连接 β－1连接 5－5连接 4－O－5连接 β－β连接 其它连接方式
β－O－4连接
β－5连接
β－1连接
5－5连接
4－O－5连接
β － β连接
杨树心、边材木质素的红外光谱 图
杨树心、边பைடு நூலகம்木质素的红外光谱 分析
木质素接枝改性产物的鉴定
木质素与丙烯酰胺和二甲基二烯基氯化铵接枝共聚物的鉴定
木质素的红外谱图
共聚物的红外谱图
红松、山毛榉的红外吸收光谱
利用红外光谱对木质素结构鉴定
红外（IR）光谱多用作木质素的定性研究，操 作简便，被研究的样品不需要溶解在任何溶剂 中，且需要的样品量很少。
近红外光谱木质素和纤维素半纤维素
近红外光谱木质素和纤维素半纤维素近红外光谱（NIRS）是一种用于分析木质素和纤维素半纤维素的技术。
它基于物质与光谱之间的相互作用，利用这种相互作用来确定物质的化学成分和结构。
近红外光谱技术在木质素和纤维素半纤维素的分析中具有广泛的应用，因为它具有快速、无损、非破坏性的特点，并且可以对多种成分进行定量和定性分析。
本文将对NIRS在木质素和纤维素半纤维素分析中的应用进行详细介绍，包括其原理、方法、优势和局限性。
一、木质素和纤维素半纤维素的化学成分和结构木质素和纤维素半纤维素是植物细胞壁的两个主要组成部分，它们在植物生长和生物质转化中起着重要作用。
木质素是植物细胞壁中含量最多的聚合物，主要由芳香族化合物组成，包括苯醛、羟苯乙酮和羟基苯甲醛等。
纤维素半纤维素则是由葡萄糖和木糖等多糖组成，是植物细胞壁的支架结构。
在木质素和纤维素半纤维素中，还包含少量的蛋白质、脂质和灰分等。
木质素和纤维素半纤维素的化学成分和结构对于植物的生长和发育具有重要的影响。
因此，对木质素和纤维素半纤维素进行分析和研究，不仅可以帮助我们更好地了解植物细胞壁的组成和结构，还可以为生物质转化、纤维素乙醇生产等领域的研究和应用提供重要的依据。
二、近红外光谱的原理和方法近红外光谱是通过测量物质与近红外光的相互作用来确定物质的化学成分和结构的一种分析技术。
近红外光谱的原理是利用近红外光与样品中的化学键进行振动后产生的光谱来分析样品的化学成分。
近红外光谱的光谱范围通常在700 nm至2500 nm之间，可用于分析样品中的O-H、C-H、N-H和S-H等化学键的振动情况，从而确定样品的成分和结构。
近红外光谱分析的方法通常包括样品的制备、光谱的测量和数据的处理三个步骤。
样品制备的关键是保证样品的均匀性和稳定性，一般可以通过干燥、粉碎和均质等处理来进行。
光谱的测量通常使用近红外光谱仪，通过射入近红外光和检测样品对光的吸收情况来获得光谱图。
数据的处理则包括光谱的预处理、模型的建立和校正等步骤，通常需要借助化学计量学和统计学的方法来进行。
木质素的红外特征峰
木质素的红外特征峰木质素是一种天然有机高分子化合物，主要存在于木材、植物和土壤等中，是构成植物的重要组成部分之一。
木质素的红外光谱是一种研究木质素的重要手段之一。
在木质素的红外光谱中，有许多具有特征性的谱峰，这些特征峰可以用于鉴定木质素的结构和性质。
本文将介绍几个常见的木质素的红外特征峰。
1. 1200~900 cm^-1这个区间的谱峰是由苯环的振动引起的，主要包括苯环的弯曲振动、C-O振动、C=C伸缩振动等。
其中，1190~1155 cm^-1的谱峰是C-O振动，1045 cm^-1的谱峰是苯环上的氧化亚铁单元的特征峰，998 cm^-1的谱峰是苯环上的羧基的特征峰。
2. 1700~1500 cm^-1这个区间的谱峰是由非共振的羰基引起的，包括酚羟基和芳香醛基等。
其中，1690 cm^-1的谱峰是开环的苯环，1680 cm^-1的谱峰是芳香醛基的伸缩振动，1600 cm^-1的谱峰是C=C键的伸缩振动，1515 cm^-1的谱峰是C-O振动，约1460 cm^-1的谱峰是谷氨酸和丙氨酸的特征峰。
3. 1500~1300 cm^-1这个区间的谱峰主要是由芳香醚基、芳香环和一些糖基的振动引起的。
其中，1420 cm^-1的谱峰是C-H弯曲振动，1360cm^-1的谱峰是C-H弯曲振动和醚基的伸缩振动，1330 cm^-1的谱峰是芳香醚基和糖基的C-O振动。
4. 1300~1000 cm^-1这个区间的谱峰主要是由C-O的伸缩振动和二次结构的拉伸振动引起的。
其中，每个区间内的特征峰的分布是比较分散的，需要结合其他的手段来确定其结构。
以上是木质素的一些常见的红外特征峰，这些特征峰可以用于鉴定木质素的结构和性质，也可以用于研究木质素的化学反应机理等方面。
通过有效的利用这些特征峰，并结合其他技术手段，可以更好地深入研究木质素的性质和应用。
除了上述常见的特征峰外，还有一些比较特殊的峰值也与木质素的结构特点密切相关。
木质素的特征峰
木质素的特征峰
木质素是一种天然的有机高分子化合物，主要存在于植物细胞壁中的次生壁中，具有结构复杂且稳定的特点。
木质素的结构由苯丙烷单体聚合而成，其中包含大量的苯环结构和羟基基团。
因为木质素在植物中的种类和含量均有差异，所以其特征峰也因此存在一定的差异。
对于红外光谱而言，木质素的特征峰主要出现在500-1800 cm-1波数范围内。
其中，出现在1700-1800 cm-1波数范围内的是羰基伸缩振动峰，而1740 cm-1的强峰往往表示木质素酰基的存在。
在1600-1700 cm-1波数范围内出现的峰主要是芳香骨架的C=C振动峰，峰位多在1600-1615 cm-1之间，而其强度与木质素中不同的类结构相对应。
此外，在1420-1430 cm-1波数范围内还存在一个由α-结构引起的带状强峰，而1330-1350 cm-1波数范围内的双肩峰主要是由于侧链C-H摇摆振动引起的。
在1200-1300 cm-1波数范围内出现的峰主要是芳香环上C-O和C-C伸缩振动峰，并且呈现为一个峰或一个伪双峰。
在1000-1200 cm-1波数范围内还有一个强峰出现，由于苯环的变形引起，峰位多在
1110-1130 cm-1之间。
总的来说，木质素的特征峰主要分布在500-1800 cm-1波数范围内，其中不同的峰位和峰型主要是由于木质素中不同的结构所导致的。
在实际检测中，准确地确定出不同峰位的意义，对于分析样品的种类、性质和组成等方面具有重要的意义。
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草本植物木质素主要由愈创木基丙烷单元和紫丁香基丙烷单 元及对羟苯基丙烷单元所构成(GSH型木质素) 。
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2020/1/6
红外（IR）光谱多用作木质素的定性研究，操 作简便，被研究的样品不需要溶解在任何溶剂 中，且需要的样品量很少。
β－O－4连接 β－5连接 β－1连接 5－5连接 4－O－5连接 β－β连接 其它连接方式
β－O－4连接
β－5连接
β－1连 接
5－5连接
4－O－5连接
β － β连接
按照植物种类不同木质素可分为针叶材、阔叶材和草本植物 木质素三大类。
针叶材木质素中含有大量的愈创木基丙烷结构和少量的对羟 苯基丙烷结构(G型木质素)；
通常，利用红外光谱鉴定木质素结构的应用有： 1. 不同材种中木质素的区别； 2. 同一种木材中不同部位的木质素的区别； 3. 同一种木材中不同生长时期的木质素的区别； 4. 木质素各种改性前后结构变化的鉴定。
木质素与丙烯酰胺和二甲基二烯基氯化铵接枝共聚物的鉴定
木质素的红外谱图
共聚物的红外谱图
波数/cm-1 红松 3450-3400 2920
吴辉燃
木质素的基本结构 利用红外光谱对木质素结构进行鉴定
木质素是一种复杂的、非结晶性的、三维网状高分子聚合物， 一般有三种结构单元通过醚键或碳碳键连接而成。 三种结构单元是愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷和对羟苯基丙烷。
愈创木基丙烷（G型） 紫丁香基丙烷（S型） 对羟苯基丙烷（H型）
羰基C=O 酚型和脂肪属羟基－OH 醚键－O－ 甲氧基－OCH3 双键C=C
山毛榉
1735
1700-1645
16ห้องสมุดไป่ตู้5-1610
1600，1510，1425 1325 1270
官能团归属
属于OH的伸展振动 甲基、亚甲基、次甲
基的吸收 与芳香环非共轭的羧 酸及其酯、内酯的吸
收 与芳香环共轭的羰基
吸收 侧链α、β碳原子之间 共轭双键结合的吸收
芳香环的吸收带 紫丁香核吸收 愈创木核甲氧基吸收
SUCCESS
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2020/1/6