基于拉曼光谱快速检测亚氯酸钠法脱木素的动力学及选择性
发布时间：2021-09-11 14:05
酸性亚氯酸钠法脱木素是目前实验室最常用的脱木素方法,可最大程度地保留综纤维素,但关于木质素在逐步脱除过程中其动力学及选择性的研究却很少。拉曼光谱能快速、定性和半定量地测定亚氯酸钠法脱木素过程中残余木质素及木质素单体含量在不同细胞及形态学区域的动态变化。以阔叶材桉木、针叶材杉木、禾本科毛竹为例,通过提取亚氯酸钠法脱木素过程中不同细胞木质素(1 598 cm-1)及单体愈疮木基(G, 1 270 cm-1)、紫丁香基(S, 1 331 cm-1)的平均拉曼光谱,发现三种木材在各区域中木质素脱除动力学总体规律一致,即在反应初期木质素大量快速移除,随着反应的进行木质素脱除效率下降。其中,在反应前0.5 h, 1 598 cm-1处平均拉曼强度降低量超过82%,而在脱木素后期（1.0～1.5 h）,木质素平均拉曼强度减少仅5%～15%。特别的,竹材脱木素所需时间要明显少于木材。相同条件下,竹材纤维细胞在前10 min内1 598 cm-1处拉曼强度减少就达88.65%。同时,木质素的脱除...
【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(09)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
桉木、 杉木、 毛竹纤维细胞的平均拉曼光谱
在未处理木材中, V-S和R-S中在1 270 cm-1处拉曼强度明显高于F-S[图3(b)和(e)], 说明V-S和R-S含有更高含量的G型木质素。 就木质化程度而言, 导管、 射线的木质化程度也高于纤维细胞(V-S和R-S在1 598 cm-1处拉曼强度高于F-S), 且在逐步脱木素的过程中三者相对木质素浓度关系也基本保持不变, 这可能与细胞功能有关。 导管和射线细胞作为重要的水分和营养物质传输通道, 在木材形成初期次生壁迅速加厚并木质化, 且在整个木质化阶段都伴随着G型木质素的沉积[12]; 而纤维细胞作为木材主要的机械支撑, 化学成分以纤维素为主, 纤维细胞增厚较慢, 木质化滞后, 木质素的沉积主要以S型木质素为主[13]。 因此, 高浓度的G型木质素及延长的木质化过程使得导管和射线细胞比纤维细胞更难于脱除木质素。图3 亚氯酸钠脱木素过程中桉木(a—c)、 杉木(d—f)、 毛竹(g—i)木质素拉曼特征峰1 598 cm-1(a, d, g)、 1 270 cm-1(b, e, h)及1 331 cm-1(c, f, i)强度变化
图2 亚氯酸钠脱木素过程中桉木(a—d)、 杉木(e—h)木质素分布拉曼成像在形态学区域, 木质素的脱除也具有高度的选择性。 在未处理的样品中, 无论是桉木、 杉木, 还是毛竹中, CC的木质素浓度均最高, CML次之, F-S最低。 然而, 经亚氯酸钠处理后, CC和CML区域木质素迅速被脱除, F-S木质素拉曼强度减少量最少(图4), CC木质素浓度反而最低(图3), 说明木质素优先从CC和CML区域脱除。 在细胞壁生物合成过程中, 木质素与碳水化合物通过大量的化学键连接形成“钢筋混泥土”结构。 F-S含有大量的碳水化合物, 该区域的木质素与碳水化合物互相交联形成复杂的三维网状结构; 而在CC和CML区域, 碳水化合物含量极少, 尤其是CC区域几乎不含碳水化合物, 主要以木质素为主, 该区域木质素与碳水化合物化学键连接较少, 因此在脱木素过程中受到的阻力更小, 木质素更容易脱除。
【参考文献】：
期刊论文
[1]黄藤细胞壁木质素区域化学分子光谱成像研究[J]. 刘杏娥,金克霞,崔贺帅,马建锋. 光谱学与光谱分析. 2017(10)
本文编号：3393136
【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(09)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
桉木、 杉木、 毛竹纤维细胞的平均拉曼光谱
在未处理木材中, V-S和R-S中在1 270 cm-1处拉曼强度明显高于F-S[图3(b)和(e)], 说明V-S和R-S含有更高含量的G型木质素。 就木质化程度而言, 导管、 射线的木质化程度也高于纤维细胞(V-S和R-S在1 598 cm-1处拉曼强度高于F-S), 且在逐步脱木素的过程中三者相对木质素浓度关系也基本保持不变, 这可能与细胞功能有关。 导管和射线细胞作为重要的水分和营养物质传输通道, 在木材形成初期次生壁迅速加厚并木质化, 且在整个木质化阶段都伴随着G型木质素的沉积[12]; 而纤维细胞作为木材主要的机械支撑, 化学成分以纤维素为主, 纤维细胞增厚较慢, 木质化滞后, 木质素的沉积主要以S型木质素为主[13]。 因此, 高浓度的G型木质素及延长的木质化过程使得导管和射线细胞比纤维细胞更难于脱除木质素。图3 亚氯酸钠脱木素过程中桉木(a—c)、 杉木(d—f)、 毛竹(g—i)木质素拉曼特征峰1 598 cm-1(a, d, g)、 1 270 cm-1(b, e, h)及1 331 cm-1(c, f, i)强度变化
图2 亚氯酸钠脱木素过程中桉木(a—d)、 杉木(e—h)木质素分布拉曼成像在形态学区域, 木质素的脱除也具有高度的选择性。 在未处理的样品中, 无论是桉木、 杉木, 还是毛竹中, CC的木质素浓度均最高, CML次之, F-S最低。 然而, 经亚氯酸钠处理后, CC和CML区域木质素迅速被脱除, F-S木质素拉曼强度减少量最少(图4), CC木质素浓度反而最低(图3), 说明木质素优先从CC和CML区域脱除。 在细胞壁生物合成过程中, 木质素与碳水化合物通过大量的化学键连接形成“钢筋混泥土”结构。 F-S含有大量的碳水化合物, 该区域的木质素与碳水化合物互相交联形成复杂的三维网状结构; 而在CC和CML区域, 碳水化合物含量极少, 尤其是CC区域几乎不含碳水化合物, 主要以木质素为主, 该区域木质素与碳水化合物化学键连接较少, 因此在脱木素过程中受到的阻力更小, 木质素更容易脱除。
【参考文献】：
期刊论文
[1]黄藤细胞壁木质素区域化学分子光谱成像研究[J]. 刘杏娥,金克霞,崔贺帅,马建锋. 光谱学与光谱分析. 2017(10)
本文编号：3393136
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3393136.html
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