專利名稱：一種利用紅外光譜測定原麻膠質含量的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用紅外光譜測定原麻膠質含量的方法。
背景技術：
原麻纖維主要由纖維素、半纖維素、木質素和果膠等組成，除了纖維素外，其他物質統(tǒng)稱為膠質。由于紡織工業(yè)所需要的是其中的纖維素成分，非纖維素成分(膠質)是一些無定形的結殼物質，它們將纖維粘結在一起使纖維變得堅硬。要對原麻中的纖維素進行紡織加工，就必須在不損傷纖維的前提下促使高聚物狀態(tài)的膠質降解，原麻脫膠是使韌皮原麻在化學作用后脫除膠質取得可紡纖維的關鍵工序。纖維脫膠程度直接影響后道所有工序的技術經濟指標。
如目前原麻膠質含量的測定方法主要有“GB5889-86原麻化學成分定量分析方法”和“FZ/T30001-92原麻主要化學成分定量分析系統(tǒng)”。GB5889-86原麻化學分析成分定量分析方法是稱取試樣，依次進行果膠提取，半纖維素稀酸水解、纖維素濃酸水解，選用特效顯色劑，分別顯色半乳糖醛糖，還原糖和葡萄糖，應用分光光度法比色定量，依次換算為果膠，半纖維素和纖維素含量，再由濃酸不溶組分測定木質素含量。但存在測定數據的重現性和規(guī)律性差，而且存在著測試周期長與效率低的問題。
應用紡織標準FZ/T30001-92技術，尋找與選擇高度靈敏和高度特異的顯色劑是個難題，且外界的條件對此技術影響也甚大。
基于干涉調頻分光的FT-IR傅立葉變換紅外分光光度計可輸出與樣品材料中所含特征基團相關的紅外光譜圖，紅外光譜圖的坐標中縱坐標為透射率T或吸光度A，透射率為紅外光透過樣品的光強I與入射光強I0的比值，T＝I、I0；吸光度為百分吸收率的對數，A＝Lg(I/T)。橫坐標為波數v(cm-1)或波長λ(μm)，其中v＝104/λ。依據經典的朗-比爾(Beer-Lambert)定律A＝LgI0/I＝kCb式中，k為吸光度系數，C為物質的濃度，b為樣品厚度。

發(fā)明內容
針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、快速、準確的測定原麻膠質含量的方法，其技術解決方案為一種利用紅外光譜測定原麻膠質含量的方法，測試方法按以下步驟進行a.樣片準備即在室溫條件下，將原麻原麻樣品碾成粉體，粉體的粒徑為3-5微米，再將粉體放置在干燥器中干燥30分鐘，取出1-3mg粉體放入瑪瑙研缽中，添加干燥溴化鉀，粉體與溴化鉀比例為1∶200，混合均勻并研磨，然后將研磨好的粉體置入壓片機中，在高壓下制成樣片，樣片的直徑需與光譜儀中的樣品池大小相配，樣片的厚度為0.2毫米。
b.樣片測試將樣片置入光譜儀的樣品池中，用紅外光進行照射，得到該樣片的吸收光譜圖。
c.光譜圖處理利用原麻中不同膠質所含特征基團各異的固有特性對樣片的光譜圖進行分析，首先用基線法確定樣片光譜圖中特征譜帶的波長范圍，然后采用面積積分法，求得相應特征譜帶的面積，以此作為某一特征基團所對應的吸收峰的吸光度，其積分公式為 由于采用了上述技術方案本發(fā)明的紅外光譜測試方法能通過用紅外光對樣片進行照射，能更好地反映纖維內部物質的結構，從而對其進行定量分析。本發(fā)明的測試方法使用簡便、測試快速、數據準確。


圖1為本發(fā)明樣片測試的紅外光譜2為樣片各特征峰區(qū)域積分面積的示意圖具體實施方式
下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述見圖1圖2一種利用紅外光譜測定原麻膠質含量的方法，本發(fā)明的測試方法步驟如下a.樣片準備即在室溫條件下，將原麻原麻樣品碾成粉體，粉體的粒徑為3-5微米，再將粉體放置在干燥器中干燥30分鐘，取出1-3mg粉體放入瑪瑙研缽中，添加干燥的溴化鉀，粉體與溴化鉀比例為1∶200，混合均勻并研磨，然后將研磨好的粉體置入壓片機中，在高壓下制成樣片，樣片的直徑需與光譜儀中的樣品池大小相配，樣片的厚度為0.2毫米。
b.樣片測試將樣片置入光譜儀的樣品池中，用紅外光進行照射，得到該樣片的吸收光譜圖。
c.光譜圖處理利用原麻中不同膠質所含特征基團各異的固有特性對樣片的光譜圖進行分析，首先用基線法確定樣片光譜圖中特征譜帶的波長范圍，然后采用面積積分法，求得相應特征譜帶的面積，以此作為某一特征基團所對應的吸收峰的吸光度，其積分公式為 式中，L是樣品吸收池厚度，C為溶液濃度，a(v)是儀器的光譜狹縫接近于零時的吸收系數， 為真正的積分吸收率
因為，在工作時狹縫總有一定寬度，所以得到的是表現積分吸收率 S為吸收譜帶的面積，S=∫v1v2log(I0/I)dv]]>可用求積儀或稱重法得到S值，從而可求出表現積分吸收率 它比真正的積分吸收率小，但因測量的是整個吸收譜帶的面積，所以其結果比峰高法精確得多。
光譜是電磁波輻射與某運動狀態(tài)的物質相互作用進行能量交換的信息。當一束紅外光照射物質時，被照射物質的分子將吸收一部分相應的光能，轉變?yōu)榉肿拥恼駝雍娃D動能量，使分子固有的振動和轉動能級躍遷到較高的能級，光譜上即出現吸收譜帶。通常以波長(μm)或波數(cm-1)為橫坐標，吸收度A或百分透過率為縱坐標。將這種吸收情況以吸收曲線的形式記錄下來，得到該物質的紅外吸收光譜(infrared absorption spectra)，簡稱紅外光譜(infrared spectra，IR)，分子的總能量由平動、振動、轉動和電子能量四部分組成。其中振動能級的能量差約為8.01×10-21--1.6×10-19J，與紅外光的能量相對應。若以連續(xù)波長的紅外光線照射樣品，所得的吸收光譜即為紅外吸收光譜。紅外區(qū)一般可分為三個波段[10、11、12]近紅外區(qū)0.75--2.5μm13300--4000cm-1，中紅外區(qū)2.5--15.4μm4000--650cm-1遠紅外區(qū)15.4--1000μm 650--Icm-1其中，中紅外區(qū)為分子的基本振動-轉動區(qū)，該區(qū)的吸收主要是分子的振動能級和轉動能級躍遷引起，故紅外吸收光譜又稱振動光譜。
當紅外光照射樣品分子時，只有入射紅外光的能量同分子振動或轉動的能級差相同時，此頻率的紅外光才能被吸收，即物質選擇性地吸收紅外光。各種物質都有各自特征的振動-轉動能級圖，而紅外光譜實際上就是分子內部振動-轉動的能級圖。因此每一物質的紅外吸收光譜具有高度的特征性或稱“指紋性”，利用紅外吸收光譜法鑒定化合物是相當可靠的。雖然紅外吸收光譜是整個分子的特征吸收，分子中某種基團的吸收頻率出現的確切位置與它在分子中所處的環(huán)境有關，即受到體系中其它部分的影響，但在不同的化合物中，同一種基團或化學鍵的紅外吸收譜帶的位置總是相對穩(wěn)定地出現在某一范圍，例如CH3-NH2中NH2基團具有一定的吸收頻率，而很多含有NH2化合物在此頻率附近(3500-3100cm-1)也出現吸收峰。不同的組成和結構對應不同的紅外光譜，因此可利用紅外光譜研究纖維分子的組成和結構。
在紅外光譜中，4000--1300cm-1稱為官能團區(qū)，在該區(qū)每一紅外吸收峰都和一定的官能團相對應1300--650cm-1稱為指紋區(qū)，該區(qū)的紅外吸收峰較復雜，靈敏度高，可以反應高聚物結構上的細微變化。一般，官能團區(qū)主要用于分析聚合物存在的官能團，指紋區(qū)用于分析結構。用紅外光譜研究纖維結構時，首先觀察譜圖的官能團區(qū)和指紋區(qū)，然后根據譜帶的位置，形狀和特征譜帶的變化情況分析纖維的結構。
傅立葉變換顯微紅外光譜儀屬于透射光譜方法，在測量樣品的透射光譜時，應盡可能保證紅外光束全部通過樣品，不能留有“間隙”，使光未經樣品吸收而直接射至檢測器。另外薄膜或壓片的厚度要一致，顆粒要小而均勻，否則將引起嚴重的散射。
吸光度的分析方法有兩種基線法和積分強度法，基線法是在譜帶的最大吸收位置處測量吸光度?；€法可以消除散射和反射的光能損失，以及其它組分的背景吸收，不僅可用于溶液，而且可用于固體樣品，積分強度法是測量整個吸收帶對應的能量，如譜帶的起止頻率為v1和v2，則它的真正積分吸光度定義為 式中a(v)是儀器的光譜狹縫接近于零時的吸收系數， 為真正的積分吸收率 因為，在工作時狹縫總有一定寬度，所以得到的是表現積分吸收率 S為吸收譜帶的面積，S=∫v1v2log(I0/I)dv]]>可用求積儀或稱重法得到S值，從而可求出表現積分吸收率 它比真正的積分吸收率小，但因測量的是整個吸收譜帶的面積，所以其結果比峰高法精確得多。
用各種膠質的特征峰的面積與纖維素的特征峰的面積相比，從而得出各種膠質在原麻纖維中的相對含量。原麻為纖維素纖維，其中各種膠質成分在前面已有介紹。纖維素的波譜在950cm-1和2900cm-1中是不變的所以如果把所有的組分都歸為一個整體即纖維素、木質素、半纖維素、膠質…然后就可能得到木質素和膠質相對纖維素的真正濃度。這樣得到的數據和用濕法化學得到的數據一樣。根據Rudolf Kossler研究的經驗，這樣的數據比其它方法要好得多，因為光譜數據可以直接地反映植物的組成，而化學的分析方法是無法反映出纖維的內在物質的。
峰1515cm-1為木質素苯環(huán)基團吸收峰，此峰為苯環(huán)上C＝C的伸縮振動；峰1735cm-1為果膠基團羧基(-COOH)吸收峰。用1515cm-1和898cm-1峰的面積比的值來作為木質素的相對含量，其中1515cm-1峰的起、止峰為865cm-1、921cm-1。同樣用1735cm-1和2900cm-1兩峰面積的比值作為果膠物質的相對含量，它們的起、止峰分別為1714cm-1、1768cm-1和2776cm-1、2992cm-1。
利用Origin 6.0來處理數據，Origin 6.0中包含有積分的程序。積分是指對當前激活的數據曲線用梯形法則進行數值積分。Origin 6.0可對曲線進行數值積分，并自動彈出窗口給出面積積分計算結果。找出圖譜中各膠質成份的特征峰，在各特征峰的起、止點范圍內積分，實施例試樣樣品001是正常成熟的苧麻，也就是指收割三季麻中的頭麻。首先在室溫條件下，將苧麻樣品碾成粉體，苧麻粉體的粒徑為3-5微米，再將苧麻粉體放置在干燥器中干燥30分鐘，取出1-3mg苧麻粉體放入瑪瑙研缽中，添加干燥溴化鉀，苧麻粉體與溴化鉀比例為1∶200，混合均勻并研磨，然后將研磨好的苧麻粉體置入壓片機中，并壓制成樣片，樣片的直徑需與光譜儀中的樣品池大小相配，樣片的厚度為0.2毫米。測試儀器采用美國Nicolet公司的傅立葉變換紅外及喇曼光譜儀(FT-IR-Raman)，將樣片放入傅立葉變換紅外及喇曼光譜儀中進行測試，得出樣片的光譜測試圖，見附圖1。再利用基線法和積分強度法找出圖譜中各膠質成份的特征峰，確定各特征峰的起、止點范圍，見附圖2。Origin6.0可對曲線進行數值積分，再利用積分公式

得出各特征峰的面積。其中cL可作為常數，其值與樣片的厚度成線性關系。本發(fā)明測試方法的分析結果見表1。
表1是本發(fā)明測試方法的分析結果。
表1

由紅外光譜圖得出的數據和由化學定量分析方法得出的數據很相似。在苧麻中，纖維素約占總纖維量的70％左右，木質素的含量占總纖維的0.6％，也就是說，木質素與纖維素的比值約為0.6％/70％即0.00857，這與表2中A1515cm-1/A898cm-1的值0.00745很接近。通常果膠的含量為6％-8％。這兩個數據差別很大。表2中，果膠的相對含量為0.10594×100％即10.594％，換算成果膠相對纖維素的含量為10.594％×70％即為7.4158％，這在正常成熟的苧麻膠質含量范圍內。
權利要求
1.一種利用紅外光譜測定原麻膠質含量的方法，其特征在于測試方法按以下步驟進行a.樣片準備即在室溫條件下，將原麻樣品碾成粉體，粉體的粒徑為3-5微米，再將粉體放置在干燥器中干燥30分鐘，取出1-3mg粉體放入瑪瑙研缽中，添加干燥的溴化鉀，粉體與溴化鉀比例為1∶200，混合均勻并研磨，然后將研磨好的粉體置入壓片機中，在高壓下制成樣片，樣片的直徑需與光譜儀中的樣品池大小相配，樣片的厚度為0.2毫米；b.樣片測試將樣片置入光譜儀的樣品池中，用紅外光進行照射，得到該樣片的吸收光譜圖；c.光譜圖處理利用原麻中不同膠質所含特征基團各異的固有特性對樣片的光譜圖進行分析，首先用基線法確定樣片光譜圖中特征譜帶的波長范圍，然后采用面積積分法，求得相應特征譜帶的面積，以此作為某一特征基團所對應的吸收峰的吸光度，其積分公式為Aabs=cL∫v1v2a(v)dv=cL/E]]>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用紅外光譜測定原麻膠質含量的方法。該方法是將紅外光譜應用于膠質的定量分析，本發(fā)明是將原麻或精干麻磨成粉末狀，再將其制作成樣片。用紅外線照射該樣片，得到該樣片的吸收光譜圖，再對光譜圖進行分析和對比，從而得到原麻樣片中各膠質的相對含量。本發(fā)明的紅外光譜測試方法通過用紅外光對樣片進行照射，能更好地反映纖維內部物質的結構，從而對其進行定量分析，本發(fā)明的測試方法使用簡便、測試快速、數據準確。
文檔編號G01N1/28GK1932480SQ20051001942
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月12日 優(yōu)先權日2005年9月12日
發(fā)明者張尚勇, 徐紅英, 鄒樺 申請人:武漢科技學院