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概述了光谱分析法、色谱分析法和核磁共振等现代仪器分析技术在植物纤维原料化学分析
植物纤维原料的化学组成复杂,除了纤维素、半纤维素和木素这三种构成了植物体骨架的主
要成分(总质量的80%～95%)外,还含有诸如单宁、果胶质、树脂、脂肪、腊以及不可皂化
先用苯醇混合物抽提纤维原料,排除色素等的干扰。称取一定量的苯醇抽提物,用溴乙酰冰
乙酸溶液(25%)加热溶解,过量的试剂用氢氧化钠溶液滴定分解;溶解反应过程中产生的溴及
溴化物,通过加入盐酸羟胺还原排除干扰。用冰醋酸稀释溶解后的样品到一定体积,用紫外
分光光度计(空白溶液参比)在波长280nm处测定溶液吸光度。根据朗伯2比尔定律测出
将原料试样与12%(w/w)盐酸共沸,使其中的聚戊糖转化为糠醛,再用分光光度法定量测定
出蒸馏出来的糠醛含量,然后换算成聚戊糖含量。另外,张曾、迟聪聪利用紫外2可见分光
光度计的双波长比色法,以戊糖、己糖的等摩尔吸收波长和戊糖的特征吸收波长为基础,实
现了阔叶木和草类原料半纤维素(聚戊糖含量高于聚己糖)提取液中总糖、戊糖和己糖含量
红外光谱定性分析可分为功能基定性和结构分析两方面。功能基定性分析是根据木素的红
外光谱特征吸收谱带测定它有哪些功能基,而结构分析通常是红外光谱与其他分析方法(如
质谱、核磁共振、X2射线衍射、元素分析等)相结合确定其结构。木素的红外光谱定性和
试样制备:采用适宜的方法将木素从原料或纸浆试样中分离出来并加以纯化,制备成纯净的
分光光度计得到相应的―35―现代仪器分析技术在植物纤维原料化学分析中的应用红外光
谱图的解析:对木素所含基团的确定,通过所得试样谱图与前人证实的特征吸收峰加以对照
比较来确定。红外光谱法进行定性与结构分析时,首先是在基频区(即基团的特征频率区,波
红外光谱用于木素定量分析时,常以木素的芳环特征吸收峰,即波数为1500cm-1和
作标准曲线(木素含量与相对吸光度D曲线):取几种已知木素含量(化学法测定结果)的未漂
纸浆试样磨成粉,加亚铁作内标,与KBr研压后制成透明薄片,在红外分光光度计上得
到红外光谱图。取木素在1595cm-1和亚铁在2110cm-1处的特征吸收峰之比作为
相对吸光度D,求出各种含量的木素与亚铁的红外特征吸收峰之比(D1596/D2110),
并以此绘制出木素的含量与相对吸光度的工作曲线,或求出木素含量与相对吸光度的线性回
取待测纸浆样品10mg,加入亚铁1mg和KBr(过200目粉)300mg,在玛瑙研钵中研
干试样在压片模中(压力:15t)压制成透明薄片,在红外分光光度计上进行扫描,得到红外光谱
结果计算:根据红外光谱图得到相对吸光度值D(D1595/D2100),再由该值查标准曲线,即可
求得木素的含量。红外光谱用于木素定量测定时,测量谱带强度常用基线吸收峰处分别平行于边线的直线作为基线,分别计算相关强度。
纤维素的结晶度指纤维素构成的结晶区占纤维素整体的百分数,表征纤维素聚集态形成的结
测定纤维素结晶度的常用方法为:X2射线衍射法、红外法和密度法,也可应用喇曼光谱和核
磁共振作为辅助方法。红外测定纤维素结晶度的方法有重氢取代法、沃康诺经验法及纳尔
沃康诺结晶度指数和纳尔森2沃康诺结晶度指数的测定步骤为:称取经粉碎的试样(80～
入压片模,在10～100MPa压力下加压3min,可得到全透明压片。然后,用红外分光光度计
两个峰强度之比,即可得到纤维素的红外结晶度指数N.O′KI(或O′KI)。据中国制浆造纸
工业研究院对12种纸浆(包括不同制浆方法的木浆、草浆和麻浆)纤维素红外结晶度指数
近红外光谱分析技术是光谱测量技术与化学计量学学科的有机结合,具有操作快捷、制样简
单、不损坏样品、可以对样品的成分和结构可以进行定性和定量分析的特点,已大范围的使用在农业、
食品、石油化学工业、医药等。李小梅等采用近红外漫反射测定方式,对植物纤维原料组成进行
基础数据测定:采用国标标准方法测定造纸植物纤维原料中各种成分的含量。43种纤维原
料的各个化学成分以国家标准方法测定,所得数据为实测值。取31个样品建立数学模型,并
随机从中抽取17个样品进行内部验证。另外,取未参与建模的12个样品进行外部验证;
光谱采集:将样品装于漫反射样品槽中,在400～2500nm间扫描,每个样品重复2次;
校正方法:光谱数据采用WINISIII专用近红外分析软件进行全光谱(400～2500nm)处理,并
建立数学模型―36―2010年第2期《黑龙江造纸》结果采用化学计量学中的偏最小二乘回
归法(PLS)处理验证,根据MPLS回归方法建立的数学模型样品的近红外值和实测值具有较
好的线性关系,对造纸纤维原料主要成分含量测定是可行的。方法可靠、较准确,快捷,是一
种环保、对样品无损的分析测定方法。它对造纸纤维原料的快速鉴定和筛选利用具有重要
的意义,为造纸纤维原料品质的管理与“按质论价”打下了良好的基础,为提高纸浆及纸品的质
量提供了科学依据[4]。扰;紫丁香基、愈疮木基,对香豆酸的峰分开,不受其他基团干扰。
仪器分析技术在植物纤维原料分析中已得到十分广泛的应用,并且还在深入发展着。可以简
单概括为:紫外2 可见光谱法(UV)与红外光谱法(IR)在木素、半纤维素和纤维素的定性与定
量方面的分析(红外着重于结构分析);质谱(MS)、核磁共振(NMR)、X2 衍射能谱(EDXA)在
木素和糖类结构方面的分析;气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)用于碳水化合物各
单糖组分的分离鉴定、木素降解产物及树脂组分分析等;凝胶渗透色谱用于测定木素和纤维
素的分子量及分布;扫描电子显微镜(SEM)和透视电子显微镜(TSM)用于显微超微结构研究,
半纤维素在显微细胞壁中的分布研究;扫描电镜2X2 射线EDXA)用于测定木素、
硅和硫等在植物纤维细胞各形态区中的分析;电导分析(EC)中的非水电导滴定法测定木素中
[2]石淑兰,何福望.制浆造纸分析与检测[M].北京:中国轻工业出版社,2003:2922356.
[3]刘铭祥.应用紫外分光光度法测定造纸原料中木素含量[J].中国造纸,1982(3):14217.
[4]张曾,迟聪聪.快速测定半纤维素提取液中戊糖和己糖含量的方法[P].中国专
[6]李小梅,黎庆涛,罗伟强,等.近红外光谱法分析植物纤维原料的组成[J].纸和造
[9]彭云云,步书彬,程江娜,等.离子色谱法测定蔗渣半纤维素中的单糖及糖醛酸含量[J].造纸
[10]周学飞.核磁共振法在研究木素和碳水化合物结构方面的应用[J].中国造纸学
[12]付时雨,詹怀宇.31P2 核磁共振光谱在木素结构分析中的应用[J].中国造纸学
本文介绍了紫外-可见光分光光度计、红外分光光度计、气相色谱仪、高效液相色谱仪以
及核磁共振光谱仪等分析仪器的基本结构，并对其结构共性进行了分析，提出了“四大系
统划分”理论，而且用此理论对以上几种分析仪器的结构可以进行了划分，验证了该理论的正
提到分析仪器，我们第一步一定要了解什么是分析化学。分析化学是研究和获取物质的组成、
形态、结构等信息及相关理论的科学。而仪器分析则是借助分析仪器来对物质进行研究。
20 世纪 40 年代以前，分析化学基本上就等于化学分析。但是，化学分析法无法对样品实
现实时、快速的检测，难以进行痕量分析和确定样品结构。随着科学技术的进步，传统的化学
如今，仪器分析慢慢的变成了分析化学的主要研究手段。作为研究人员耳目的分析仪器也得到
紫外-可见分光光度计是在紫外可见光区可仸意选不一样波长的光来测定吸光度的仪器。
它的种类很多，但是基础原理相似。其主要部件有：光源、单色器、吸收池、检测器和讯
单色器的作用是将光源发射的复合光变成所需波长的单色光。紫外-可见分光光度计的单
讯号显示装置能将检测器输出的较弱的电信号放大，然后以某种方式将测定结果输出出来。
红外分光光度（或称红外光谱仪）是红外光谱的测试工具。其主要有光栅型和干涉光型两
光栅型红外分光光度计主要部件有：光源、光处理器、样品-参比池、减光器、单色器、
干涉型红外分光光度计或称Fourier 变换红外分光光度计，简写为FT-IR，是通过测量干
涉图和对干涉图进行Fourier 变换的方法来测定红外光谱，其主要部件有：光源、迈克逊
干涉仪、样品池、探测器、放大器、滤光器、模数转换器、计算机、数模转换器等。
气相色谱仪是以气体为流动相的色谱仪器。它是一种高效的、高选择性的、高灵敏度的分
析、分离仪器。而且气相色仪谱简单易操作，较液相色谱廉价，因此得到了广泛应用。气相
色谱仪一般由亓部分所组成：载气系统、进样系统、色谱柱和柱箱、检测系统和记录系统。
载气系统包括气源、气体净化、气体流速控制和测量；气体从载气瓶经减压阀、流量控制
检测系统包括检测器、控温装置；若作制备，则在检测器后接上分步收集器。记录系统包
高效液相色谱仪是20 世纪 60 年代末期在经典液相色谱技术之上发展起来的一种新型分
离仪器，主要由流动相贮罐、输液泵、进样器、色谱柱、检测器及数据处理装置等。
流动相贮罐由于盛放溶剂，在接口处的管线上要加一个过滤，以防止溶剂中的固体颗粒进
输液泵用于为流动相提供动力。由于现代高效液相色谱仪都是用小颗粒的填料（7μm，
核磁共振光谱与紫外-可见光谱及红外光谱的主要不同点是由于照射波长不同而引起的月
前类型不同，其次是测定方法的不同。核磁共振光谱仪是利用原子核在磁场中，能级跃迁
时核磁矩方向发生改变而产生感应电流，来测定核磁共振信号。其主要结构包括射频发射器、
在了解了以上几种分析仪器的基本结构之后，分析其共性、总结规律我发现无论是哪一种
仸何分析仪器都应具有四大系统：信号发射系统、样品-信号接触系统、信号接收及处理
进行预处理；样品-信号接触系统的作用是通过样品与信号的接触改变信号的原始状态，
让样品的性质反映在信息的变化中；信号接收与处理系统的作用是接收模拟信号并将信号
中的信息解读出来，并将其转化为电信号；信息输出系统的作用是将电信号或模拟信号转
四个部分的划分有利于研究人员记忆和掌握分析仪器的原理和基本结构，同时也为分析仪
器的开发和研究提供了最基本的思路。只要一种新型仪器可以较好的完成四个部分的基本
摘要：本文主要介绍了扫描电子显微镜的基本结构、工作原理和性能指标，并且阐述了该
程中探索微观世界、进行表面结构和成分表征的必不可少的工具。在20 世纪 60 年代，
作为一种新型的电子光学仪器快速地发展起来。起则是用于较早的细胞生物学研究工具，利
用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子
束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。目前的扫描电子显
微镜主要有钨灯丝、六硼化镧灯丝、热场发射和冷场发射扫描电子显微镜。这几种扫描电
环境扫描电镜为FEI 公司（原飞利浦电镜）首创，样品室及镜筒压差控制管理系统和探测器设
计保证了环境扫描系统能在高真空、低真空和超低真空环境下对导体、半导体或绝缘体
进行无喷涂导电层直接分析表征，更可在数千帕条件下进行含水、有气样品的原始形貌观
测表征、气体和样品之间相互作用的原位观测研究。我校现购置的QuantaTM250 环境扫
描电子显微镜系列是该公司在 2009 年 7 月后推出的的最新系列新产品，拥有非常良好的超低真
空、低真空工作稳定性及样品信号收集效果。目前，环扫系统已大范围的应用于无机材料、石
油地质、生物样品等不导电样品的形貌表征以及原位过程分析。该仪器的配备对进一步提
升我校采矿、安全、地质资源与地质工程、矿物加工、矿产普查与勘探、岩土、土木、化
扫描电子显微镜的基本结构一般来说包括电子光学系统、真空系统、成像系统、检测器和电源
系统亓个部分。其中真空系统最重要的包含真空泵和真空柱两部分。真空柱是一个密封的柱形
容器。成像系统和电子束系统均内置于真空柱内，真空柱底端为密封室，用于放置样品。
扫描电子显微镜的制造依据是电子与物质的相互作用。扫描电镜从原理上讲是利用聚焦
得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这一些信息的接受、放
大和显示成像，获得测试试样表面形貌的观察。当高能电子束轰击物质的表面时，激发出
一系列的电子信号，如二次电子、俄歇电子、特征X 射线和连续谱X 射线、背散射电子、
透射电子等，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。这些信号可以反映出被测
样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场
或磁场等。扫描电子显微镜正是利用对二次电子、背散射电子的采集，得到样品微观形貌
和样品组分定性方面的信息；特征X 射线可以反映出样品物质化学成分的信息。
3.1 放大率与普通光学显微镜不同，SEM是经过控制扫描区域的大小来控制放大率的。如
果需要更高的放大率，只需要扫描更小的一块面积就可以了。放大率由屏幕/照片面积除
3.2 场深在 SEM中，位于焦平面上下的一小层区域内的样品点都能够获得良好的会焦而成
像。这一小层的厚度称为场深，通常为几纳米厚，所以，SEM能够适用于纳米级样品的三维
电子束不仅仅与样品表层原子发生作用，它实际上与一定厚度范围内的样品原子发生作用，
工作距离指从物镜到样品最高点的垂直距离。如果增加工作距离，可以在其他条件不变的
如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况下获得更高的分辨率。通常使用的工作
次级电子和背散射电子能够适用于成像，但后者不如前者，所以通常使用次级电子。
欧革电子、特征X 射线、背散射电子的产生过程均与样品原子性质有关，所以能用于成
表面分析以特征X 射线分析最常用，所用到的探测器有两种：能谱分析仪与波谱分析仪。
前者速度快但精度不高，后者非常精确，可以检测到“痕迹元素”的存在但耗时太长。4 主
要技术指标环境扫描电子显微镜在高真空、低真空、环境真空三种模式具有不一样的指标参
扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利
用样品表面材料的物质性能进行微观成像。扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，
20-20 万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种