基于FTIR的针阔叶材木质素和纤维素特性

第３７卷第９期２００９年９月

东北林业大学学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＯＲＴＨＥＡＳＴＦＯＲＥＳＴＲＹＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

Ｖ０１．３７Ｎｏ．９

Ｓｅｐ．２００９

基于ＦＴＩＲ的针阔叶材木质素和纤维素特性１）

胡爱华

邢世岩

巩其亮

（山东农业大学。泰安，２７１０１８）

摘要采用红外光谱技术研究了银杏、雪松、毛白杨等３０种针阔叶材的红外光谱，对表征其纤维素和木质素的特征吸收峰进行了研究，结果表明：①针叶材在１７４０ｅｍ。１处吸收峰峰值普遍低于阔叶材，ｌ５１０ｃｍ。１处针叶材吸收峰峰值较阔叶材大，说明针阔叶树木材木质素和纤维素相对含量差异明显；②针叶材的１５９５／１５０５ｅｍ。１值小于阔叶材，１２７０／１２３０ｃｍ＿１值大于阔叶材，说明针阔叶树种间木质素的组成不同；（爹银杏的红外光谱特征总体与针叶材一致，但ｌ５９５／１５０５ｃｍ“和ｌ２７０／１２３０ｃｍ。吸收峰吸收强度比值均接近阔叶材，表明银杏在木质素组成上有向阔叶树进化的趋势。

关键词红外光谱；针叶材；阔叶材；木质素；纤维素分类号０６５７．３：￥７８１．８

ＨｇｎｉｎａｎｄＣｅｌｌｕｌｏｓｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ０ｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔＷｏｏｄｓＢａｓｅｄＯｎｌＴ珉／ＨｕＡｉｈｕａ，ｘｉｎｇＳｈｉｙａｎ，ＧｏｎｇＱｉｌｉａｎｇ（ＣｏＨｅｇｅ

ｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，ＳｈａｎｄｏｎｇＡｓｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，啊’粕２７１０１８，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）／／Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．

一２００９．３７（９）．一７９～８１．９０

ｓａｍｐｌｅｓｏｆ３０ｓｐｅｃｉｅｓ，ｓｕｃｈａｓＧｉｎｋｇｏｂｉｌｏｂａＬ．。Ｃｅｄｒｕｓｄｅｏｄａｒａ（Ｒｏｘｂ．）Ｃ．

Ｃａｒｔ．。ＷａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｒｅｄ（Ｆ兀Ｒ）ｔｅｅｈｎｉｑｕｅ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｂｓｏｒｐ－

ｔｉｏｎｐｅａｋｔｈａｔｓｙｍｂｏｌｉｚｅｓｌｉｇｎｉｎａｎｄｃｅｌｌｕｌＯｓｃｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ａｔｌ７４０ｃｍ－‘。ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅａｋｏｆｓｏｆｔｗｏｏｄｗａｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｈａｒｄｗｏｏｄ；ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅａｋｏｆｓｏｆｔｗｏｏｄｗａｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｈａｒｄ．

ＴｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｏｆｗｏｏｄＤｏｎ．．ａｎｄＰｏｐｕｌｕｓｔｏｍｅｒｔｔｏｓａｗｏｏｄ

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１２３０ｃｍ～ｗｅｒｅｍｏｒｅｃｌｏｓｅ

ｔｏ

ｔｈｏｓｅｏｆｈａｒｄｗｏｏｄｓ．ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｌｉｇｎｉｎ

ｓｔｉｔｕｅｎｔｏｆｃ．ｂｉｌｏｂａｈａｓｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｌｔｅｎｄｅｎｃｙ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

ｈａｒｄｗｏｏｄ．

脚Ｒ：Ｓｏｆｔｗｏｏｄ：Ｈａｒｄｗｏｏｄ：Ｌｉｇｎｉｎ：Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ

表明：红外光谱技术是研究木材化学性质的有效手段之一，但过去的研究存在试材少、指标少等问题，不能较为全面地对不同木材进行分析。化学性质是树种的遗传特性之一，较为固定。本研究选取了３０种针阔叶树木材，试图通过对其红外吸收光谱的研究，探究针叶材和阔叶材主要化学成分的差异，进一步探讨树种的进化问题，以期为木材的开发利用及良种选育提供科学依据。

红外光谱（ｆ３＂ＩＲ）具有高度特征性，适于鉴定有机物、高聚物以及其它复杂化合物的结构。近年来，红外光谱分析手段在研究木材化学性质等方面得到广泛应用。刘贵生等早在１９８７年就提出不同木材的半纤维素化学组成和木质素结构上都存在差异，可以借助红外光谱识别红松和落叶松¨Ｊ。秦特夫等１９９９年通过对杉木和杨树木质素研究发现，杉木的红外光谱吸收峰强度具有典型的针叶材特征，而杨磨木木质素的红外光谱吸收峰强度与温带阔叶材的特征不完全吻合拉Ｊ。１９９９年孙素琴等发现不同产地和不同品系植物药材的红外

１材料与方法

试材见表１，共计１１种针叶树、１９种阔叶树，分别取自山

东省沂源县、山东省莱州市和泰安市泰山林场，试材取回后放置半年，气干后做红外光谱测定试验。

木材试样气干后，去除树皮和髓心，ＦＺｌ０２型植物材料粉碎机（天津泰斯特仪器有限公司）粉碎。木粉过１００目筛，８０℃烘５ｈ，称取木粉０．０２ｇ，与ＫＢｒ（１：１００）混合均匀研磨压片，ＦＴＩＲＮＥＸＵ一６７０型傅里叶变换红外光谱仪（美国Ｔｈｅｒ－

ｍＯ

光谱有明显差异ｐ１。秦特夫等通过对杉木幼龄林和成熟林

木质素的红外光谱分析研究发现，杉木幼龄林和成熟林木质素组成成分存在显著差异Ｈｏ。池玉杰在２００５年对腐蚀前后木材的木质素红外光谱进行了研究，发现腐蚀前后纤维素和木质素红外吸收峰的位置和强度都存在不同程度的变异¨Ｊ。Ｎｅｌｓｏｎ、Ｃｏｌｏｍ等学者利用红外光谱技术表征纤维素的类型，从而研究变性处理前后纤维素官能团的变化旧。１。１９６７年Ｓａｒｋａｎｅｎ等学者分别利用红外光谱技术对裸子植物和被子植物木材中的木质素进行了研究，指出裸子植物和被子植物的木质素红外图谱存在很多共有峰和一些变异峰¨－。以上研究

１）山东省农业良种工程项目（２００６９０）资助。

Ｎｉｃｏｌｅｔ公司）测定试样ＦＨＲ。

２结果与分析

２．１吸收峰特征

第一作者简介：胡爱华，男，１９８１年２月生，山东农业大学林学

院，在读硕上研究生。

通信作者：邢世岩，男，教授，主要从事林木种植资源收集保存及良种选育研究。

收稿日期：２００８年１２月１日。责任编辑：程红。

图１列出了银杏、水杉、毛泡桐、楸树４种不同木材的红外光谱；不同木材的红外图谱与其化学性质及分类之间关系密切，研究发现，针阔叶树木材的红外吸收光谱差异明显，各自具有独特的光谱特性。大部分针叶材和阔叶材的红外光谱特征与蒋挺大２００１年提出的温带阔叶材木质素的红外光谱吸收峰的强度特征～致哺１；但同时发现同类树种间的差异也是非常明显的。

东北林业大学学报第３７卷

摹、

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图１不同木材红外图谱‘

Ａ．银杏（Ｃｉ，妇ｏ

Ｂｉｌｏｂａ

Ｌ．）；Ｂ．水杉（ＭｅｔａｓｅｑｕｏｉａｇｌｙｐｔｏｓｔｒｏｂｏｉｄｅｓＨｕｅｔ．）；ｃ．毛泡桐（Ｐａｕ／ｏｗｎ／ａｔｏｍｅｎｔｏｓａ（Ｔｈｕｎｂ．）Ｓｔｅｕｄ）；Ｄ．楸树（＆ｕａ枷ｂｕａｇｅ／Ｃ．Ａ．Ｍｅｙ）。表１研究所用试材

振动引起，，（１

科名柏科柏科松科松科松科松科松科杉科杉科银杏科银杏科木兰科蔷薇科槭树科豆科杨柳科

属名侧柏属圆柏属雪松属松属松属松属松属水杉属柳杉属银杏属银杏属木兰属李属槭属刺槐属杨属

５０５—１５１０

ｃｍ。）值在针叶材中差异最明显，

２６６—

木材编号

ｌ

中文名

侧柏（Ｐｌａｔｙｄａｄｕｓｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ（Ｌ．））圆柏（Ｓａｂｉｎａｃｈｉｎｅｎｓｉｓ（Ｌ．））雪松（Ｃｅｄｒｕｓｄｅｏｄａｒａ（Ｒｏｘｂ．）Ｇ．Ｄｏｎ．）自皮松（ＰｂｍｓｂｕｎｇｅａｎａＺｕｃｃ．既Ｅｎｄｌ．）

油松（Ｐ／ｎｕｓｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｌｓＣａｎ．）赤松（Ｐｉ，ｍｄｅｎｓｏｑｏｒａＳｉｅｂ．ｅｔＺｕｅｃ．）

水杉最低为０．３２，雪松最高为０．６２，阔叶材中以杜仲０．３１为最低，刺槐最高为０．５３，阔叶材之间差距较针叶材小；１

１２７０

２３４５６７８９１０

１１

ｃ：ｍ“吸收峰表征愈疮木基木质素，，（１

２６６～１２７０

ｃｍ“）值在针叶材中主要分布在０．４１—０．７１，相差较小，而在阔叶材之间相差较大，其中苦楝最小为０．１５，刺槐０．７７为最大值，可能的原因是针叶材中只含有愈创木基木质素或含有极少紫丁香基木质素，而阔叶材中含有大量愈刨木基木质素和紫丁香基木质素。１木质素，，（１

２２０—１２３０

黑松（Ｐ／ｎｕｓ如Ｍ锄硝Ｐａｒｌ．）

水杉（ＭｅｔａｓｅｑｕｏｉａｇｌｙｐｔｏｓｔｒｏｂｏｉｄｅｓＨｕｅｔ．）

ＣＩＩＩ。１吸收峰表征紫丁香基

２２０～１２３０

ｃｍ“）值在针叶材之间相差较小，阔

日本柳杉（ｏ印枷Ｒ砌问，ｍ妇（Ｌ￡）Ｄ．Ｄｏｎ）

银杏（Ｃ／，正．ｇｏ

叶籽银杏（Ｃ／，击ｇｏｂ／／ｏｂａ

ｂｄｏｂａＬ．）

Ｌ

叶材之间差别较大，最小值为苦楝０．１８，最大值为白蜡０．７６，可能的原因是雪松、刺槐和白蜡中木质素的含量较大，而苦楝和杜仲总木质素相对含量较少。这说明木材的化学性质在同类树种内部的变异也是非常大的，这对研究树木的进化，特别是同类树种间的进化进程的差异等问题具有重要的意义，对木材的加工利用也有重要的参考意义。

在３０个树种中银杏最为特殊，其吸收峰强度则为：，（１

ｌ２７０

２６６一

１２１３１４１５１６１７１８１９２０２１２２２３

２４

ｖ毗ｅｃｐｈｙ如Ｍａｋ．）

玉兰（Ｍａｇｎｏｌｉａｄｅｎｕｇａ钯Ｄｅｓｒ．）桃（Ｐｒｔａｕｔｓｐｅｎ／ｃａ（Ｌ）Ｂａｔｓｃｈ）五角枫（ＡｃｅｒｔｍｎｃａｔｌｍＢｕｎｇｅ）刺槐（Ｒｏｂｉｎｉａ

ｐｓｅｕｄｏ赫Ｌ）

毛白杨（Ｐｏｐ池ⅡｔｏｍｅｎｔｏｓａＣａ盯．）车梁木（ＣｏｍｕｓｗａｌｔｅｔｉＷａｎｇｅｒ．）悬铃木（Ｐ／ａｔａｎｕｓｏｒ／ｅｎｔａ／／ｓＬ．）核桃（Ｊａｇ／ａｎｓｒｅｇｉａＬ．）栾树（ＫｏｒｅｌｒｅｕｔｅｒｉａｐａｎｉｃｕｌａｔａＬａｘｍ．）

山茱萸科山茱萸属悬铃木科悬铃木属胡桃科胡桃属无患子科栾树属壳斗科榆科木犀科苦木科楝科紫葳科椴树科柿树科杜仲科玄参科

麻栎属榆属榉属臭椿属楝属梓树属椴树属柿属杜仲属泡桐届

Ｇ＇ｍ。）＞Ｊ（１

２２０～１２３０

ＣｌＴＩ一）以及，（１ｃｍ“）与，（１

０３０～ｌ０３５

ｃｍ．１）＞Ｉ（１

１３５—１１４０

Ｃ：ｍ。１），与针叶材木质素的吸收峰强

５１５

４５５—１

４６０

度特征一致；而，（１

５０５～ｌ

麻栎（Ｑｌｌｅｒｃｍ∞蔬渤ｌｏＣａｎ．）

白榆（Ｕ／ｍｕｓ刖Ⅷ妇Ｌ）白蜡（Ｆｒａｘ／ｎｕｓｃｈ／ｎｅｎｓ／ｓＲｏｘｂ．）臭椿（Ａｉｌａｎｔｈｕｓａｌｔｉｓｓｉｍａ（Ｍｉｌｌ．）Ｓｗｉｎｇ．）

苦楝（ＭｄｉａａｚｅｄａｒａｃｅＬ．）

楸树（ＣａｔａｌｐａｂｕｎｇｅｉＣ．Ａ．Ｍｅｙ）紫椴（ＴｉｌｉａａｍｕｒｅｎｓｉｓＲｕｐｒ．）柿树（ＤｉｏｓｐｙｒｏｓｋａｋｉＬ．ｆ．）杜仲（ＥｕｃｏｍｍｉａｕｌｍｏｉｄｅｓＯｌｉｖ．）

毛泡桐（Ｐａｕｌｏｗｎｉａ

５０５—１５１０

ｔｉｎ一）吸收峰强度值较接近，和阔叶材木质素吸收峰强度特征较相似，这可能是银杏在进化过程中，木质素组成成分发生变化，既保留了一些古老的性状，同时又有向阔叶树进化的趋势。

２５２６２７２８２９３０

２．２吸收峰峰位差异

图２显示，表征纤维素中羰基吸收的１

７４０ｃｍ“吸收峰

针叶材一般都较阔叶材吸收峰位置低。有研究表明，１７４０

伽－１吸收峰峰位与木质素和纤维素的相对含量相关，两者的

比值越大，１７４０ｃｍ“吸收峰的峰位就会向波数越低的位置移动一】。这说明针叶材中木质素和纤维素的相对含量明显高于阔叶材，这与以前的研究结论基本一致¨ｏ－１２ｌ。

ｔⅢ，咖ｍ（Ｔｈｕｎｂ．）￥ｔｅｕｄ．）

其中ｌｃｍ“吸收峰由木质素中苯环骨架伸缩

第９期胡爱华等：基于ｇＩ＇ＩＲ的针阔叶材木质素和纤维素特性

８１

从图２还可以看到，针叶材表征纤维素吸收峰分布范围为１

７３１一ｌ７４０

Ｃｌｌｌ～；阔叶树分布为１

７４１—１７４５

ｃｎｌ～，针

叶树的分布范围较阔叶树大，说明针叶树木质素与纤维素相对含量的变异较大，这一差异可能的原因是针叶树较阔叶树更原始，在长期进化过程中树种间的变异较大所致。相反阔叶树表征针纤维素的１７４０ｅｍ。１吸收峰分布范围较针叶材小，说明阔叶材不同树种之间木质素与纤维素的相对含量变化幅度较小，变异较小。

．、鞯燃

ｏ２４６

８

１０

１２

１４

１６

１８

２０

２２２４２６２８３０

３２

试样编寸

图２不同木材羰基吸收峰（１７４０ｃｍ－１）变异

银杏、叶籽银杏和水杉表征纤维素１７４０ｃｍ。１吸收峰的位

置较特殊，较所有的针叶材和阔叶材都低，说明银杏、叶籽银杏

和水杉木材中木质素与纤维素的相对含量比值较一般针叶树高，这是银杏、叶籽银杏和水杉比其它针叶材都较原始的表现。

由图３可知，针叶材表征木质素苯环骨架伸缩振动吸收峰普遍高于１５１０ｅｍ～，而阔叶材均低于１５１０

ｃｍ～，其中针

叶材主要分布在１５１０—１５１２ｃｍ～，分布范围较小；阔叶材主

要分布在１

５０４～１５０８

ｃｍ～，分布范围较针叶材大，这说明针

叶材木质素的变异较小，阔叶树木质素的变异较大。有研究表明，针叶材和阔叶材木质素组成不同，针叶材的木质素主要是愈疮木基木质素，而阔叶材同时含有愈疮木基木质素和紫丁香基木质素，两者的组成比例为４：１～１：２。随着紫丁香基含量的增加，芳香环变形震动的位置就会降低，以上结论也验证了这一点。银杏和叶籽银杏木质素苯环骨架伸缩振动吸收峰峰位较特殊，吸收峰峰位分别为１５０８和１

５０７

ｅｍ～，比针

叶树低，但是比阔叶树要高，可能的原因是银杏木质素中同时含有愈疮木基木质素和较多的紫丁香基木质素，说明银杏在长期的进化过程中木质素的组成发生了较大的变异，与阔叶材木质素组成较为相似。

Ｉ－￡＝籁鲻

ｉ

试洋编寸

图３不同木材木质素吸收峰（１５１０ｅｍ“）变异

２．３吸收峰相对强度差异

１５９５／１５１０

ｃｍ“吸收峰吸收强度比表征木质素中愈创

木基木质素和紫丁香基木质素相对作用的强弱，针叶材中１

５９５和１

５１０

ｃｎｌ“吸收峰吸收强度比一般小于０．８，主要分

布在０．６５～０．８０，分布范围较小；阔叶材中１５９５和１

５１０

ｃｍ“吸收峰吸收强度比值均大于０．８５，比值主要分布在０．９０～１．１５，分布范围较大（图４）。这可能是与不同木材的木质素化学结构不同有关，针叶材木质素愈疮木基核（反式松柏醇）

占８０％，而阔叶材木质素有４０％愈疮木基核和６０％紫丁香基核共同组成，而针叶材中１５１０锄。１愈疮木基木质素作用较强，而阔

叶材中愈疮木基木质素作用较强Ⅲ１。银杏和叶籽银杏的比值分别为０．８５和０．８７，较所有的针叶材都大，比所有的阔叶材的比值小，和阔叶树中的桃和刺槐较为接近，进一步验证了银杏木质素的组成比＿般针叶树复杂，有向阔叶树进化的趋势。

ｌ２

ｌｌ

０７

０．６

ｏ

２．４

６

８

１０

１２

１４

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１８

２０

２２

２４

２６

２８

３０３２

试样编哆

图４不同木材１５９５／１５１０ｅｍ“强度比

１２７０

ｃｍ“吸收峰表征愈创木基木质素，１

２３０

ｔｉｎ“表征

紫丁香基木质素¨“。１２７０／１２３０

ｅｍ“处吸收峰的强度比值

与木质素中愈创木基和紫丁香基相对含量比值有直接关系，比值越大，愈创木基含量越高。由图５可知，所有针叶材

１２７０／１２３０

ｃｍ。比值均大于１，分布范围为１．１—１．５，针叶材

所有结果相差不大；阔叶材比值小于１大部分分布为０．６５一１．００，分布范围较大，阔叶材之间变异较明显。银杏和叶籽银杏的比值均在１．１一１．２，处在针叶树和阔叶树之间，与白玉兰、五角枫和栾树结果较为接近。由此可知，阔叶材中愈创木基质素般较紫丁香基木质索含量低，针叶材中愈疮木基木质索远高于紫丁香基木质素含量，这与１５９５／１５１０

ｔｉｎ‘１吸收峰

强度比值所反应的情况一致。

２．２

２．０Ｉ８

是１．６

￡！

苫１．４

罱

一１．２

１．００．８

０．６

０

２

４

６

８

１０

１２

１４

１６

１８

２０

２２

２４

２６

２８

３０

３２

试样编廿

图５不同木材１２７０／１２３０ｃｍ．１强度比（下转９０页）

东北林业大学学报

第３７卷

员需要具备的经验与素质特别是对点分辨能力的提高，以及提取功能模块，都需要以后进一步研究。

如何更好地提高内业调查精度和速度，或开发自动或半自动

南北直径散点图

南北直径残差腔ｌ

１５．Ｏ

４

１２５

２

昌

靼１０，０淄

矧锬

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经

童

苫纛

７．５

国

５．Ｏ

４６８１０１２

ｏｌ２

预测南北直径／ｍ

回归标准预测值／ｍ

图６南北直径检验的散点图与残差图

参考文献

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ｒ６］

Ｎｅｌｓｏｎ

Ｍ

Ｌ。Ｏ’ＣｏｎｎｏｒＲＴ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｃｅｉｌａｉｎｉｎｆｒａｒｅｄｂａｎｄｓｔｏ

质素。这与前人的研究结论基本一致¨“”Ｊ，但同时也发现针ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｅｒｙｓｔａｌｉｎｉｔｙａｎｄｃｒｙｓｔａｌｌａｔｔｉｃｅｔｙｐｅ。ＰａｒｔＩＩ．Ａｉｌｅｗｉｎｆｒａｒｅｄ叶树木质素与纤维素的相对含量高，针叶树较阔叶树变异大，ｒａｔｉｏ

ｆｏｒ

ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｅｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ

ｉｎｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓＩａｎｄ

ｌｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

多数针叶材木质索组成较为单一，但也有个别树种含有较多ｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒ

ＳＣｉ．１９６４．８：１３１１—１３４１．

的紫丁香基木质素，说明部分针叶材较一般针叶材进化；阔叶ｆ７］

Ｃｏｌｏｍｘ。ＣａｒｒｉｌｌｏＦ．Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙｃｈａｎｇｅｓｉｎｌｙｅｃｅｌｌａｎｄｖｉｓｃｏｓｅ—ｔｙｐｅｆｉｂｒｅｓｂｙｃａｕｓｔｉｃｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．ＥｕｒｏｐｅａｎＰｏｌｙｍｅｒ，２００２，３８：树之间木质素和纤维素含量变异较小，同时也发现绝大多数２２２５—２２３０．

阔叶树紫丁香基木质素占优势，不同树种之间变异较大。

［８］蒋挺大．木质素［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００１：５０—６４．

树木的总体进化路线为裸子植物（针叶材）——被子植

『９１

Ｏｗｅｎ

ＮＬ。Ｔｈｏｍａｓ

Ｄ

Ｗ．Ｉｎｆｒａｒｅｄｓｔｕｄｉｅｓｏｆ“Ｈａｒｄ”ａｎｄ“Ｓｏｆｔ”

物（阔叶材），但在进化的过程中也存在变异，由于这种变异，ｗｏｏｄｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，１９８９，４３（３）：４５１－４５５．

使得不同木材的化学组成产生差异，因此，通过木材化学组成［ａｏ］中野准三，石津，住本吕之，等．木材化学［Ｍ］．鲍禾，李中正，

译．北京：中园林业ｍ版社，１９８９：１６８—２３６．

差异可以发现和探究树木进化过程。在本研究中发现在针叶［¨］鲍甫成，江泽慧，姜笑梅，等．中国主要人丁林树种幼龄材与成

材和阔叶材都存在一些中间树种，在木质素和纤维素的组成熟材及人１＝林与天然林木材性质比较研究［Ｊ］．林业科学，

方面兼有针阔叶树木材的一些特性，这对研究树种进化问题１９９８，３４（２）：６３－７６．

非常有意义。银杏作为一种古老的孑遗树种其在长期的进化［１２］

胡新生，韩一凡，邱德有．树木术质素含量的遗传变异研究进

展［Ｊ］．林业科学研究，１９９９，１２（６）：５６３—５７１．

过程中既保留了一些古老性状，同时也产生了一些较为进化［１３］Ｓｍ－ｋａｎｅｎＫＶ。ＣｈａｎｇＨ

Ｍ，ＥｒｉｃｓｓｏｎＢ．Ｓｐｅｃｉｅｓ

ｖａｒｉａｔｉｏｎ

ｉｎｌｉｇ－

的性状，因此，通过木材的化学组成研究树木的进化时，可以ｎｉｎ［Ｊ１．Ｔａｐｐｉ，１９６７。５０（１１）：５７２—５７５．

把银杏作为一个重要的研究对象和参照树种。

『１４１

ＰａｎｄｅｙＫＫ．Ａ

ｓｔｕｄｙ

ｏｆ

ｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｏｆｔａｎｄｈａｒｄｗｏｏｄ

ａｎｄｗｏｏｄ

ｐｏｌｙｍｅｒｓ

ｂｙ丌ＩＲｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ

Ｐｏｌｙｍｅｒ

参考文献

Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９９，７１：１９６９一１９７５．

『１５］

Ｃｏｈ，ｍＸ。ＣａｒｒｉｌｌｏＦ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｗｏｏｄｓａｍｐｌｅｓｏｆｔｈｅ［１］刘贵生，李峰，路文达，等．用红外光谱法识别红松、落叶松木材

ｎｏｒｔｈｅｒｎ＆ｌｅａｏｆＣａｔａｌｏｎｉａｂｙＩｒｌｑＲ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｏｏｄＣｈｅｍｉｓ—

微细碎料仞探［Ｊ］．东北林业大学学报，１９８７，１５（６）：３３—３８．ｔｒｙ

ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２５：ｌ一１１．

［２］秦特夫．杉木和“三北”一号杨磨木木质索化学官能团特征的研

基于FTIR的针阔叶材木质素和纤维素特性

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

胡爱华， 邢世岩， 巩其亮， Hu Aihua， Xing Shiyan， Gong Qiliang山东农业大学,泰安,271018

东北林业大学学报

JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY2009，37(9)0次

参考文献(15条)

1. 刘贵生. 李坚. 路文达 用红外光谱法识别红松、落叶松木材微细碎料初探 1987(06)2. 秦特夫 杉木和"三北"一号杨磨木木质素化学官能团特征的研究 1999(03)3. 孙素琴. 张宣. 秦竹 FTIR直接鉴别植物生药材 1999(04)

4. 秦特夫. 黄洛华. 周勤 杉木幼龄材与成熟材木质素化学官能团和化学键特征研究 2004(02)5. 池玉杰 6种白腐菌腐朽后的山杨木材和木质素官能团变化的红外光谱研究 2005(02)

6. Nelson M L. O'Connor R T Relation of certain infrared bands to cellulose crystalinity and crystallattice type.Part II.A new infrared ratio for estimation of crystallinity in celluloses I and II1964

7. Colom X. Carrillo F Crystallinity changes in lyocell and viscose type fibres by caustic treatment2002

8. 蒋挺大 木质素 2001

9. Owen N L. Thomas D W Infrared studies of"Hard"and"Soft"woods 1989(03)10. 中野准三. 石津. 住本昌之. 鲍禾. 李中正 木材化学 1989

11. 鲍甫成. 江泽慧. 姜笑梅 中国主要人工林树种幼龄材与成熟材及人工林与天然林木材性质比较研究 1998(02)12. 胡新生. 韩一凡. 邱德有 树木木质素含量的遗传变异研究进展 1999(06)13. Sarkanen K V. Chang H M. Ericsson B Species variation in lignin 1967(11)

14. Pandey K K A study of chemical structure of soft and hardwood and wood polymers by FTIRspectroscopy 1999

15. Colom X. Carrillo F Comparative study of wood samples of the northern area of Catalonia by FTIR2005

相似文献(7条)

1.期刊论文 秦特夫. Qin Tefu 杉木和"三北"一号杨磨木木质素化学官能团特征的研究 -林业科学1999,35(3)

本研究使用Bjrkman的提取方法,分离出针叶材杉木和阔叶材"三北"一号杨的磨木木质素(MWL),并采用Lundguist方法对分离出的MWL进行提纯.用红外光谱仪(FTIR)、超导核磁共振波谱仪(1HNMR)、液相色谱(HPLC)及紫外/可见分光光度仪(UV)测定了这两个树种MWL的化学结构和官能团.结果表明:(1)杉木木质素碳的含量较杨树高1.23%,氢和氧的含量分别低0.22%和0.85%,"三北"一号杨木质素中的甲氧基含量比杉木的高6.26%.(2)杉木和"三北"一号杨两种磨木木质素的苯基丙烷结构单元的经验式分别为C9H8.08O2.46(OCH3)0.94和C9H7.86O2.33(OCH3)1.41.(3)杉木磨木木质素中的脂肪族羟基(OHaliph)和酚羟基(OHph)数在每C9单元中分别是0.93和0.25,分别占总羟基的78.8%和21.2%."三北"一号杨磨木木质素中的脂肪族羟基(OHaliph)和酚羟基(OHph)数在每C9单元中分别是1.02和0.49,分别占总羟基的67.5%和32.5%.(4)杉木与"三北"一号杨磨木木质素在210nm附近的吸收波长基本相同.但在280nm附近杨树磨木木质素的吸收波长为280.2nm,而杉木磨木木质素由于愈疮木基丙烷产生了深色化效果,使吸收波长向长波长方向移动至282.2nm.(5)杉木的红外光谱吸收峰强度具有典型的针叶材特征,"三北"一号杨磨木木质素的红外光谱吸收峰强度与温带阔叶材的特征不完全吻合.(6)杉木和"三北"一号杨磨木木质素中每C9单元的β-O-4结构的平均质子数分别为0.33和0.50.β-5结构(苯基豆满香)中的平均H质子数量分别为0.23和0.16.β-β结构中Hα的平均质子数量分别为0.92和0.67.

2.期刊论文 吴新生. 谢益民. 刘焕彬. 伍红. WU Xin-sheng. XIE Yi-min. LIU Huan-bin. WU Hong 碱木素的近红外光谱吸收机理的研究 -光谱学与光谱分析2006,26(6)

通过碱木素模型物对醌、邻醌和香兰素的溶液在800～900 nm的近红外光谱波段内的吸收谱图的对比发现,对醌和邻醌在此波段产生较强的吸收,而香兰素基本上没有吸收,证明了碱木素的醌型结构在800～900 nm波段内产生特征吸收.对银杏和夹竹桃磨木木素碱处理前后的溶液在800～900 nm波段内的吸光度的差别分析,发现夹竹桃的磨木木素的吸光度的相对变化更大,这是由于夹竹桃磨木木素经碱处理后产生了更多的醌型结构.这也是在硫酸盐法蒸煮

3.会议论文 赵荣军. 虞华强. 黄安民. 费本华. 江泽慧 利用近红外光谱法预测三种针叶树木材气干密度 2006

本文用近红外漫反射光谱对三种针叶材气干密度进行了快速预测研究.通过常规实验室方法测定了杉木、马尾松和湿地松等样品的气干密度,使用近红外光谱仪采集样品的漫反射光谱,并对原始光谱进行二阶导数预处理,用偏最小二乘法和完全交互验证方法建立校正模型和预测模型.结果表明,这三种木材的气干密度与近红外光谱之间都存在很好的相关性,用近红外光谱技术可以实现对三种针叶树木材气干密度的快速预测.

4.期刊论文 王玉荣. 费本华. 傅峰. 江泽慧. 覃道春. 杨忠. WANG Yu-rong. FEI Ben-hua. FU Feng. JIANG Ze-hui. QIN Dao-chun . YANG Zhong 基于近红外光谱技术预测木材纤维长度 -中国造纸2008,27(6)

介绍了近红外光谱分析技术应用于测量木材纤维长度的基本原理及流程.采用化学计量学中的偏最小二乘和完全交互验证法,通过建立了我国人工林造纸针叶材湿地松和阔叶材滩地72杨木材样品近红外光谱与纤维长度实验值之间的校正模型,来预测相就树种木材的纤维长度.模型的相关指标表明,近红外光谱分析技术可以快速准确地对这两种木材的纤维长度进行预测.

5.期刊论文 吕洪权. 李淑君. 王立娟. 金钟玲 两种木材中综纤维素的快速分离 -林业科技2004,29(4)

采用微波辅助的方法实现木材综纤维素的快速分离的实验结果表明,微波辅助法在阔叶材水曲柳和针叶材落叶松心材的木素脱除方面表现出快速、高效,且对于水曲柳的效果好于落叶松.通过对所制得木材综纤维素中木素含量的测定、α-纤维素含量的测定、傅立叶红外光谱(FTIR)分析以及X-射线衍射的分析,初步证明了微波作用与传统方法分离得到的木材综纤维素差别不大,前者结晶度略高.

6.期刊论文 李淑君. 张春雷. 方桂珍 微波辅助法制备木材综纤维素 -东北林业大学学报2004,32(3)

基于传统法制备综纤维素操作复杂、溶剂消耗量大、耗时长等缺点,实验采用微波辅助的方法制备木材综纤维素.结果表明,微波辅助法在阔叶材水曲柳(Fraxinus mandshurica)和针叶材落叶松(Larix gmelini)的木素脱除方面表现出快速、高效,且对于水曲柳的效果好于落叶松.通过对制得木材纤维素中木素含量的测定、α-纤维素含量的测定以及傅立叶红外光谱(FTIR)分析初步证明了微波作用对木材综纤维素的结构没有大的影响.

7.学位论文 吴燕 稻秸细胞壁力学性能及其纤维复合材料研究 2009

本论文以十种阔叶材和五种农作物秸秆纤维为研究对象，通过纳米压痕实验和原子力显微镜(AFM)等手段研究了纤维细胞壁的力学性能。并以其中的稻秸纤维素纤维为原料，利用高能超声波法和高压纳米均质机法分别制备了微/纳米纤丝，探讨了分别以聚丙烯(PP)和聚乙烯醇(PVA)为基体物质、以微/纳米纤丝为增强材料，制取微/纳米纤丝/PP和微纳米纤丝/PVA纳米复合材料的合成方法、工艺条件、改性剂以及微/纳米纤丝含量对纳米复合材料力学性能、热学性能和纳米复合材料界面特性的影响。本研究得到的结论归纳如下：
　　

1) SilviScan系统所测得的弹性模量中，摘亚木的值最大，为35.4GPa；杨木的值最小，为14.2GPa。其中，木材密度对于弹性模量的大小，起到了关键性的作用。较高的密度对应于较高的弹性模量。并且随着木材密度的增大，弹性模量增大；而随着MFA的增加而减小。纳米压痕实验所测得的细胞壁弹性模量最大值出现在摘亚木木材样品，其数值为24.6GPa，这个数值低于由SilviScan测试系统所测得的数值(35.4GPa)；细胞壁弹性模量的最低值同样出现在杨木木材样品中，其数值为16.9GPa。最小值与最大值相差的百分比为31.3％。细胞壁弹性模量随木材密度的增加而增大，随MFA的增大而减小。九个木材样品细胞壁硬度的数值在0.44-0.56 GPa范围。细胞壁的硬度与微纤丝角没有明显的相关性。
　　

2)麦秸纤维细胞壁的弹性模量值最大，为20.8GPa，豆秆和棉秆的值最小，为16.3GPa。五种农作物秸秆纤维细胞壁弹性模量的平均值为18.4GPa。五种农作物秸秆纤维细胞壁的弹性模量介于阔叶材和针叶材之间。棉秆纤维细胞壁的硬度值最大，为0.85GPa。豆秆纤维细胞壁的硬度值最小，为0.48GPa。麦秸纤维的细胞壁弹性模量和硬度高于稻秸纤维。农作物秸秆纤维细胞壁的硬度大于木材树种和再生纤维素纤维。在纳米尺度下，农作物秸秆纤维具有相对优于木材树种和再生纤维素纤维的纳米力学性能。
　　

3)经高能超声波处理后的稻秸纤维素纤维微纳米纤丝的粒径分布范围在0.1～80μm之间。直径小于500nm的纤丝占总体测试样品的6.3％；90％的微/纳米纤丝的粒径分布在7.0～80μm范围；测试样品平均粒径为41μm。经高压纳米均质机处理得到的稻秸纤维微/纳米纤丝的粒径分布范围在0.1～25μm。直径小于500nm的纤丝占总体测试样品的16％；90％的微/纳米纤丝的粒径分布在0.7～25μm范围；测试样品平均粒径为8.8μm。未处理的稻秸纤维素纤维、高能超声波法制备的稻秸纤维素纤维微/纳米纤丝和高压纳米均质机法制备的稻秸纤维素纤维微/纳米纤丝的相对结晶度分别为71.3％、72.9％和68.0％。与未处理的稻秸纤维素纤维相比，经高能超声波法和高压纳米均质机法处理得到的稻秸微/纳米纤丝的-OH特征吸收峰均向高波数移动。电子扫描电镜(SEM)的研究结果表明：经高能超声波和高压纳米均质机处理后的纤维细胞壁破碎，产生分层剥落现象，还有一些细小纤丝从纤维束中分离出来，发生一定的纤丝化作用。
　　

4)在不同的挤出合成条件下，纳米复合材料的弹性模量提高，材料的刚性增加，而拉伸强度均低于未添加增强材料的聚丙烯的强度，拉伸断裂伸长率显著降低；微/纳米纤丝的含量从2％增加到11％时，纳米复合材料的拉伸强度在微/纳米纤丝含量达到5％时出现最大值，为31.7MPa，而弹性模量在微/纳米纤丝含量达到8％时出现最大值，为1621MPa，拉伸断裂伸长率随着微/纳米纤丝的含量增加显著降低；MAPP的不同含量对材料的拉伸强度和拉伸断裂伸长率没有明显的影响，在MAPP含量为4％时，纳米复合材料的弹性模量达最大值1509MPa；在高能超声波的不同处理条件的研究中发现，随着处理时间的延长，合成所得纳米复合材料的拉伸强度、弹性模量和拉伸断裂伸长率均提高，且处理浓度为1％的各项指标均高于处理浓度为0.5％的样品性能。当PP基体中引入了改性剂MAPP和RSF时，基体的红外光谱图有很大的变化。1224CM-1，1074 CM-1和1028 CM-1的酯基(C-O-C)伸缩振动吸收峰的出现，证明MAPP的加入使PP基体与RSF具有很好的相容性。SEM的研究结果表明：微纳米纤丝被包裹在PP/MAPP基体中，在拉伸实验过程中，没有从基体中被拔出，展示了很好的相容性。
　　

5)自然条件和-20℃冷冻-解冻循环三次条件下所得微纳米纤丝/聚乙烯醇纳米复合材料的拉伸强度均高于纯PVA薄膜的拉伸强度。并且，在-20℃冷冻-解冻循环三次条件下所得的纳米复合材料的拉伸强度均高于相应组分在自然条件下铸膜所得的样品。
　　

6)在自然条件下铸膜所得的微纳米纤丝/聚乙烯醇纳米复合材料在25～150℃范围内的储能模量(E')当微纳/米纤丝的含量为2％和11％时低于纯PVA的E'；在-20℃冷冻-解冻循环三次条件下铸膜制备的微纳米纤丝/聚乙烯醇纳米复合材料在60℃以下高于纯PVA的E'，在60℃以上几乎没有明显变化。复合材料的tanδ与纯PVA凝胶薄膜的tanδ相比，在整个温度范围内没有明显的差别，而Tg温度均高于纯PVA凝胶薄膜。而自然条件和-20℃冷冻-解冻循环三次条件下铸膜，微纳米纤丝不同含量的纳米复合材料的熔点没有太大的变化。-20℃冷冻-解冻循环三次条件下所得微纳米纤丝/聚乙烯醇纳米复合材料的结晶度要高于自然条件下铸膜所得微纳米纤丝/聚乙烯醇纳米复合材料的结晶度。稻秸纤维素纤维微/纳米纤丝的加入，提高了材料的热稳定性。并且-20℃冷冻-解冻循环三次条件下铸膜制备的各种组分样品的最大失重率温度(Tp)均高于自然条件铸膜的样品，并且随着微/纳米纤丝含量的增加Tp有不同程度的提高。微纳米纤丝/聚乙烯醇纳米复合材料的红外光谱中保留了微/纳米纤丝和PVA的一些特征吸收峰，同时，由于两者在共混过程中发生了化学作用，图谱上由-OH振动引起的特征吸收峰的位置发生变化，说明微/纳米纤丝与PVA具有很好的相容性。

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