基于红外光谱的2种黄檀属木材识别探讨

将红外光谱技术(FTIR)应用于微凹黄檀Dalbergia retusa和巴里黄檀D.bariensis木材的比较研究。通过图谱比对,发现2种木材构造基本特征相似,但是木质素结构的峰形、峰位和相对强度有差异。2种木材的红外图谱中O-H和C-H伸缩振动的特征峰分别在3 408,2 901 cm~(-1)和3 401,2 883 cm~(-1)处,均有一定波数的偏移。巴里黄檀在1 232和1 267 cm~(-1)有明显的双峰,而微凹黄檀在该区域只在1 201 cm~(-1)位置的有1个明显单峰;在1 616~1 647 cm~(-1)和1 082 cm~(-1)处,2种木材吸收峰的形状存在明显差异;以1 510 cm~(-1)作为内标峰,2种木材的相对吸收强度有明显的规律性区别。试验结果表明,红外光谱技术可以鉴别这2种木材。     

6种阔叶树材红外光谱特征的比较

采用红外光谱(FT-IR)法对6种阔叶树材进行研究,通过对共有吸收峰、特征峰、相对吸收强度和二阶导数谱进行比较分析,得出了6种阔叶树材的具体差异。试验结果表明:6种阔叶树材的红外图谱共性特征较为明显,1 000～4 000 cm-1范围内的14个吸收峰中有12个吸收峰为共有峰;其中最强峰分别为1 033～1 052 cm-1范围内的C—O伸缩振动吸收峰和3 394～3 412 cm-1范围内的羟基特征峰。6种阔叶树材的FT-IR图谱、相对吸收强度和二阶导数谱均有不同程度的差异:在1 110～1 122 cm-1范围内只有楠木出现较小吸收峰;楠木和杜仲在1 237～1 264 cm-1范围内形成较宽吸收峰; 1 624～1 657 cm-1范围内,杜仲、花榈木、凹叶厚朴这3种木材具有一定的差异;而枫香和喜树在1 559～1 648 cm-1范围内明显区别于其他4个树种。相对吸收强度的比较结果为A3 402/A1 510和A1 661/A1 510处的2个峰位的差别较大;在1 000～1 800 cm-1区域内,6个树种的红外光谱的二阶导数谱在从峰形、吸收峰的位置、形状以及出峰数量上存在显著差异。通过对6种常见阔叶树材红外光谱特征的比较和分析,可为木材的快速鉴定和分类提供理论依据。     

多种木质原料化学成分对比

以阔叶材、针叶材、农业废弃物、灌木、果木五类木质资源为研究对象,从中选取桉木、落叶松等11种木质原料,使用傅里叶红外光谱(FTIR)对样本进行检测分析,并参照国家标准,分别对原料中综纤维素、α-纤维素、木质素、乙醇抽提物以及灰分含量进行测定,比较原料化学组成之间的差异。结果表明,11种木质原料的红外谱图,在3 329~3 343、2 892~2 924、1 417~1 423、1 367~1 372 cm~(-1)和1 730 cm~(-1)处,均出现了共同的振动吸收峰。阔叶材、农业废弃物、灌木和果木在1 230 cm~(-1)和835 cm~(-1)附近处出现表征紫丁香基木质素的振动吸收峰;针叶材在1 270 cm~(-1)处出现表征愈创木基木质素的振动吸收峰。阔叶材综纤维素、纤维素和半纤维素含量较高,杉木的木质素含量最高,为33.87%,柠条的乙醇抽提物含量最高,为9.91%,稻壳的灰分含量最高,为17.43%,这为原料及其化学成分的合理利用提供了理论依据。     

FTIR法研究蜜环菌降解前后榛子木材木质纤维素结构及成分的变化

为了确定蜜环菌对榛子木材木质部和树皮部分的降解作用,以及对其成分的影响,本文对受蜜环菌降解不同时间的榛子木材的红外光谱进行研究。方法:选择蜜环菌作为侵染榛子木材的腐朽菌,以健康榛子木材和受蜜环菌腐朽40d、80d以及腐朽1年的榛子木材为研究材料,利用傅里叶变换红外光谱分析仪(FTIR)测定其红外光谱图。根据图谱中木质素、综纤维素及草酸钙官能团谱峰位置和谱峰相对吸收强度的振动变化情况,分析被蜜环菌腐朽后的榛子木材成分的变化情况。结果表明:榛子木材树皮部分和木质部中主要成分为木质素、综纤维素和一水草酸钙结晶(COM)。这3种成分均能被蜜环菌降解,并随着降解时间的改变,榛子木材成分发生不同程度的变化。其中,草酸钙可以被蜜环菌降解至含量很低,并能够在综纤维素降解时,再大量生成;另外,木质素的相关吸收峰,仅在受蜜环菌降解1年的榛子木材树皮部分发生变化,说明木质素很难被降解。     

远红外对木材穿透特性的研究

根据福建22种主要用材树种远红外光谱分析,多数树种,对木材穿透深度最大的远红外波数在1840cm~(-1)(波长5.43μm)附近。22种树种木材进行远红外穿透深度测定,穿透深度最大的是山槐弦向,0.71mm;最小的是罗木石楠径向,0.135mm。远红外对木材的穿透深度弦向大于径向,且与木材的密度、含水率有关。木材对远红外的吸收遵守朗伯定律,但吸收系数径向比弦向大。本文还根据木材远红外光谱分析提出木材纤维素、木素远红外吸收,主要是分子含氧基团等键链间的振动吸收。这些为木材远红外干燥及其机理研究提供科学依据。     

慈竹竹原纤维与黄麻纤维红外及二维相关光谱分析

以慈竹竹原纤维和黄麻纤维为对象,采用红外光谱法和二维相关红外光谱分析技术,对2种纤维及其化学处理后的单根纤维进行研究。结果表明:慈竹竹原纤维和黄麻纤维的一维红外光谱主要区别于1736cm-1处的CO伸缩振动和木质素苯环特征吸收峰;二者经双氧水-冰醋酸处理后,黄麻单根纤维在1736cm-1附近仍存在明显的吸收峰。在高分辨的二维同步相关谱中,慈竹竹原纤维和黄麻纤维特征差异更为明显,慈竹竹原纤维在1000～1250cm-1范围内有8个自动峰,1008cm-1处强度最大;黄麻纤维有7个自动峰,1217cm-1处强度最大;同时在1435～1750cm-1范围内,黄麻纤维在1726cm-1(C=O伸缩振动)处出现较强的自动峰,而慈竹竹原纤维光谱中没有。各区域内自动峰均为正相关。与化学处理前纤维谱图相比,二者单根纤维的二维相关红外光谱发生了改变,表明纤维成分对其热微扰过程中的变化有一定影响。初步研究表明:二维相关红外光谱为竹原纤维的识别提供了更为丰富的信息,可作为竹原纤维识别的一种新方法。     

腰果酚钛酸酯偶联剂的合成和应用

以腰果壳液中提取的腰果酚(Cardanol)为主要原料,合成了六种新的钛酸酯偶联剂。由反应的出醇率得出合成反应的酯交换率均在88.0～97.5％之间,删定了产物的分子量及元素钛含量;产物的紫外光谱在200nm以上的两个吸收峰与原料腰果酚对比后的位移,以及红外光谱对比原料后,在3370～3t00cm~(-1)附近OH基强吸收峰基本消失,2800cm~(-1)附近羧基中OH基伸缩振动吸收峰的消失,1650～1800cm~(-1)区羧基中C=O基伸缩振动吸收峰的消失等现象都证明了产物的结构。这类偶联剂由于含有腰果酚的苯环和侧链上的多个双键,是一类反应活性高,应用性能较为特殊的偶联剂。它们可在水中直接乳化做为乳化剂,能大幅度降低无机—有机复合体系的粘度,应用于填充聚氯乙烯塑料,可明显改善加工性能和制品的物理机械性能,并能提高无机填料的填充量,降低生产成本。     

红心材杉木与普通杉木的FTIR光谱比较

采用傅里叶变换红外光谱技术比较红心杉与普通杉的化学官能团.结果表明:两种木材红外光谱特征吸收峰的位置、数目及形状相似.差异出现在波数1 800 ～ 600 cr-之间,红心杉中1 736 cm-吸收峰/(I1736)变得不明显.红心杉中超过50％特征峰吸收相对强度大于普通杉.红心杉的I1510/I1 736和I1 510/I1 372比值均小于普通杉.红心杉I1270/I1230,I1425/I96,I1372/I667和I1372/I2917均大于普通杉.据此,红心杉中木质素和半纤维素含量低于普通杉,而综纤维素含量大于普通杉.红心杉木质素中愈创木基单元比例较高,且纤维素结晶度大于普通杉.     

光辐射染色木材的变色规律及化学组分结构的变化

以I-214杨木染色单板为试材、氙光作为辐射光源,考察其在100h光照过程中表面颜色的变化规律;依据红外光谱图的谱峰位置和谱峰相对吸收强度,分析和确定光变色过程中染色杨木木材的化学组分。结果表明:染色杨木木材受光辐射易发生变色,其中酸性蓝染色单板的明度指数L*和色品指数b*变化显著,其光变色度显著大于酸性大红GR染色单板;若以波数1510cm-1为基准,非共轭羰基C=O振动的吸收峰(1738cm-1)吸收强度显著增强;共轭羰基C=O伸缩振动的吸收峰(1650cm-1)吸收强度有所增强;芳香环骨架C-C振动的吸收峰(1510cm-1)吸收强度明显减弱;C-O-H振动的吸收峰(1160～1052cm-1)吸收强度有所减弱。     

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分析

选择火木层孔菌及 5种木材降解能力较强的阔叶树上的白腐菌 :粗毛盖菌、偏肿拟栓菌、三色革裥菌、冬拟多孔菌和血红密孔菌 ,采用国内外红外光谱分析的标准方法 ,用傅里叶红外光谱仪测定未腐朽材木粉和受 6种白腐菌腐朽 12 0d后的腐朽材木粉试样的红外光谱图。刮取未腐朽的山杨木材样品和受 6种白腐菌腐朽 12 0d时的山杨木材样品表层少许 ,在干燥条件下 ,分别放入KBr中 ,磨细 ,压片 ,然后在FTIR光谱仪上进行测定 ,得到经 6种白腐菌降解 12 0d后的木材木粉和未腐朽材木粉其木材和木质素官能团谱峰位置和谱峰相对吸收强度的振动变化状况 ,进而分析腐朽后的山杨木材和木质素官能团的变化情况 ,以作为木材白腐菌对山杨材生物降解机制的进一步研究。结果表明 ,受 6种白腐菌腐朽后的山杨木材和木质素官能团都受到一定程度的降解 ,但各自的变化情况有所不同。对木质素的降解主要是存在于侧链上 ,虽然苯环骨架变化不明显 ,但木质素苯环间的羰基、CH2 结构、紫丁香基和愈疮木基等侧链已部分被降解。从各吸收峰相对吸收强度的变化大小来看 ,血红密孔菌、冬拟多孔菌、三色革裥菌和偏肿拟栓菌对木质素降解的程度大于粗毛盖菌和火木层孔菌对木质素降解的程度     

基于红外光谱的5种红木树种识别探讨

以大果紫檀、刺猬紫檀、微凹黄檀、交趾黄檀和柬埔寨黄檀5个树种的木材为试材,比较分析了抽提处理前后的木粉质量、红外光谱的变化,及其差谱中特征吸收峰所代表的化合物种类,探讨了基于红外光谱的木材树种识别的可行性.结果表明:经抽提试验后,木粉质量减少27.09％ ～40.23％;5个树种有显著不同的特征吸收峰,在烃类化合物红外光谱波段尤为明显;此外,还有脂类化合物、不饱和脂肪酸、酮类化合物、脂肪族和芳香族化合物等的变化.由此可见,基于红外光谱特征的木材树种识别是基本可行的.     

基于洗脱称量粒度分析的北京常见树种树叶滞纳大气颗粒物特性

【目的】比较树木叶片和塑料叶片单位面积滞纳细颗粒物(PM_(2.5))、可吸入颗粒物(PM_(10))、总悬浮颗粒物(TSP)等大气颗粒物的量,从而区分出受树木叶片结构影响的滞尘量(DRLS)和不受叶片结构影响的滞尘量(DULS),为探索城市树木缓解大气颗粒物污染的贡献及优化树种配置提供科学依据。【方法】以北京市常用的6个绿化树种为对象,持续测定4个季度的叶片滞尘动态,以没有降雨影响的10天为1个试验周期,进行本底采样和颗粒物积累采样,并设置光滑塑料叶片(由自摩擦系数为0.04的聚四氟乙烯塑料制成)对照试验模拟DULS,对采集到的供试样本叶片(含树木叶片和塑料叶片)采用洗脱称量粒度分析法(EWPA),测定10天内各树种叶片单位面积滞尘总量、DULS和对不同粒径颗粒物的滞纳量。【结果】1)滞尘能力最强的侧柏单位叶面积总滞尘量为(124.76±19.27)μg·cm~(-2),是滞尘能力最低的元宝枫的2.24倍,其对PM_(2.5)的滞纳量为(16.92±2.61)μg·cm~(-2)。2)DULS占树木叶片滞尘总量的比例仅为19.65%~42.29%,DRLS所占比例为57.71%~80.35%。3)侧柏的DRLS能力最强,占其滞尘总量80.35%;元宝枫的DRLS能力最弱,占其滞尘总量57.71%;供试针叶树种和阔叶树种的DRLS占滞尘总量的百分比均值分别为77.42%和63.96%。4)针叶树滞纳的各粒级颗粒物中,PM_(2.5)占滞尘总量的13.83%±0.19%,粒径大于10μm的颗粒物占56.82%±1.07%;阔叶树滞纳的各粒级颗粒物中,PM_(2.5)占滞尘总量的8.09%±0.94%,粒径大于10μm的颗粒物占70.29%±3.56%。【结论】树木叶片对大气颗粒物的滞纳具有特异性且作用效果极为显著;供试树种中针叶树滞尘能力显著高于阔叶树,针叶树对小粒径颗粒物滞纳能力较强,而阔叶树对大粒径颗粒物滞纳能力较强。本研究证明绿化树种对缓解大气颗粒物污染有贡献,为合理选择缓解大气颗粒物污染的树种提供科学依据。     

竹材苯酚液化物及其甲醛树脂的FT-IR分析

采用傅立叶红外光谱和核磁共振法分析了竹粉在苯酚溶剂作用下酸催化液化产物的化学结构,以及液化物-甲醛树脂胶黏剂的结构特征.分析表明:竹材苯酚液化物的FT-IR图谱在1595.32～1512.70 cm-1处C=O伸缩振动、C=C伸缩振动、芳环骨架振动增强,在 1360.77 cm-1 处面内O-H弯曲振动、1028.62 cm-1 伯醇C-O伸缩振动及手纹区有强吸收峰;1512.70 cm-1处酚类C-O吸收及832.79～691.68 cm-1 处吸收带增强.竹材苯酚液化物-甲醛树脂和普通酚醛树脂的FT-IR图谱非常类似.     

木材表面非极性化原理的研究 I.木材乙酰化过程中化学官能团的变化

对杉木和“三北”一号杨两种木材的各主要组成进行了酯化处理,研究其在乙酰化过程中木材各主要组成的化学官能团的变化特征和结构的稳定性。结果表明：磨木木质素、纤维素、半纤维素经乙酸酐处理后,红外光谱上的１７４２ｃｍ－１附近均出现了表示酯类ＣＯ伸缩振动的新的吸收峰,表明在乙酰化过程中这些组分的化学结构都有新的非极性酯类化学官能团产生;而极性的羟基官能团的数量均有不同程度的减少;芳香基和脂肪基的结构上均有乙酸酯生成。纤维素酯化程度较低,半纤维素化学结构在乙酰化过程中会发生降解,而木质素和纤维素较为稳定。乙酰化处理是降低木材表面极性的一种有效方法。     

木材表面非极性化原理的研究：Ⅰ.木材乙酰化过程中化学官能团的变化

对杉木和“三北”一号杨两种木材的各主要组成进行一酯化处理,研究其在乙酰化过程中木材各主要组成的化学官能团的变化特征和结构的稳定性。结果表明：磨木木质素、纤维素、半纤维素经乙酸酐处理后,红外光谱上的１７４２ｃｍ＾－１附近均出现了表示酯类Ｃ＝）伸缩振动的吸收峰,表明在乙酰化过程中这些组分的化学结构都有新的非极性酯类化学官能团产生;而极性的羟基官能团的数量均有不同程度的减少;芳香基和脂肪基的结构上均有乙     

铵硝比对亚热带树种幼苗氮吸收偏好及吸收根属性的影响

【目的】明确不同铵硝比对亚热带针、阔叶树苗的氮素吸收偏好及吸收根属性的影响，为阐明人工林养分获取策略与土壤氮循环提供理论依据。【方法】以亚热带常见树种湿地松、马尾松、深山含笑和枫香的2年生幼苗为对象，设置3种铵硝比(15∶1、8∶8和1∶15)进行沙培试验，利用15N同位素示踪技术测定植物的无机氮吸收速率，分析其与吸收根形态、构型属性的相关性。【结果】1) 4个树种幼苗的无机氮吸收速率具有环境可塑性，当铵氮(NH4+-N)占优势时，4个树种均偏好吸收铵氮；当硝氮(NO₃^--N)占优势时则偏好吸收硝氮。当铵硝比为8∶8时，则表现出树种对不同形态N吸收的差异：针叶树种的NO₃^--N吸收速率是NH₄⁺-N的2倍多，但阔叶树种之间没有显著差异。2)铵硝比对植物吸收根的比根长和比表面积有显著影响，对直径、组织密度、分支比和分支呈强度无显著影响。3) 4种树种幼苗的无机氮吸收速率与根分支呈显著正相关，与各器官生物量呈显著负相关。【结论】4个树种幼苗对不同形态N的吸收依...     

乙酰化处理对樟子松木材耐光性和热稳定性的影响

【目的】探讨乙酰化处理对人工林木材耐光性和热稳定性的影响,为木材颜色调控技术及高耐光染色木材的研发提供理论依据。【方法】以樟子松木粉为试样,加入乙酸酐和二甲苯溶液,在120℃条件下分别反应5,10,20,40,60 min,测试乙酰化处理时间对木粉增重率的影响;分别称取1 g经不同时间乙酰化处理的木粉和未处理木粉,置于 UV老化试验箱内辐射100 h,利用红外光谱分析 UV辐射前后乙酰化木粉化学官能团的变化,通过热重和扫描电镜分析乙酰化木粉的热稳定性及其形貌变化。【结果】随着乙酰化处理时间的延长,樟子松木粉的增重率呈现先增加后降低的趋势,在处理40 min 时木粉增重率最大;乙酰化木粉在1741 cm －1和1385 cm －1处的CO,C—H特征吸收峰强度均大于原木粉,处理时间40 min 时木粉的吸收峰强度最大;UV 辐射后,乙酰化木粉在1508 cm －1处木质素苯环特征吸收峰强度明显大于原木粉,处理时间40 min 时木粉的吸收峰强度最大,表明木粉经乙酰化处理后光稳定性得到提升;热重分析显示,经乙酰化处理后,木粉热分解所需的温度明显提高,表明乙酰化木粉的热稳定性好于原木粉;扫描电镜分析表明,乙酰化处理可增强木粉微观构造抵抗光劣化的能力。【结论】乙酰化处理能有效抑制樟子松木材的光降解反应并提升其热稳定性。     

木质素基RAFT链转移剂的合成及其聚合特性研究

采用一锅法,以木质素为原料,经二硫化碳、2-溴丁酸甲酯进行黄原酸酯功能化改性合成木质素基大分子链转移剂(lignin-CTA),通过FT-IR、~1H NMR、~(13)C NMR对其结构进行表征,并将其用于丙烯酰胺的RAFT聚合反应制备木质素-丙烯酰胺共聚物(lignin-g-PAM),考察该反应的聚合特征。木质素功能化改性前后的红外谱图显示:改性后羟基吸收峰明显减弱,并且在1148和1732 cm~(-1)处分别出现了—C=S键振动吸收峰和酯键的羰基吸收峰,说明2-溴丁酸甲酯已成功接枝到木质素大分子上;同时lignin-CTA的~1H NMR谱图中于δ0.90处出现了2-溴丁酸甲酯末端甲基的活泼氢质子峰,~(13)C NMR谱图中于δ162处出现了—C=S的碳原子峰,进一步印证了接枝反应的进行。丙烯酰胺的RAFT聚合反应结果显示:聚合物的相对分子质量与转化率基本呈现线性关系,同时其多分散系数较低且分布相对较窄(1.26～1.53),证明该聚合反应具有高效可控特性。     

抽提处理对泡桐木材声学振动性能的影响

【目的】探究抽提处理对乐器用泡桐木材声学振动性能的影响,为木材声学品质改良提供理论依据,促进我国乐器产品声学品质提高,缓解乐器共鸣板用优质木材资源日益匮乏的局面。【方法】采用苯甲醇、去离子水、二氯甲烷和无水乙醇4种溶剂对泡桐木材进行15天的抽提处理,基于两端自由的弯曲振动方法,测定并分析抽提处理对木材弹性模量E、剪切模量G、比动弹性模量E/ρ、对数衰减系数σ、声阻抗ω、声辐射品质常数R、E/G、传声速度υ、传输参数υ/σ、声转换效率υ/(σ·ρ)等声学振动性能参数的影响规律,并通过微观结构观察、红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)的变化,分析抽提处理对木材声学振动性能的影响机理。【结果】经去离子水、二氯甲烷、苯甲醇和无水乙醇抽提处理后,泡桐木材声学振动性能参数均发生变化。比动弹性模量E/ρ、声辐射品质常数R和传声速度υ平均增加7.67%、11.36%和3.75%,其中经二氯甲烷抽提处理的改善效果最佳,增幅分别为13.99%和17.28%和6.77%;声阻抗ω和对数衰减系数σ平均降低3.23%和19.42%,经去离子水抽提处理后其下降程度最大,降幅分别为-5.03%和-23.45%...     

温带典型森林树种的萜烯类化合物排放及其与环境要素的相关性

【目的】确定植物源萜烯类化合物的排放种类、相对含量和速率,为建立植物源挥发性有机物(VOCs)成分谱库和优化城市森林配置提供理论依据。【方法】采用便携式光合仪Li-6400、Tenax吸附管和采样泵相结合的半闭合循环采气方式,在北京鹫峰国家森林公园进行植物源VOCs采集,探究温带5种典型森林树种(针叶:油松、侧柏;阔叶:毛白杨、栓皮栎、色木槭)VOCs的排放差异,分析植物源VOCs排放与环境因素和植物生理特征因素的关系。【结果】5种典型森林树种均排放烯烃类、烷烃类、多环芳烃类、酸酯类等化合物。油松和侧柏2种针叶树种主要排放单萜类物质,其中α-蒎烯分别占到总挥发性物质的34.16%和25.05%;毛白杨、栓皮栎和色木槭3种阔叶树种主要排放异戊二烯,分别占排放总量的76.47%,55.25%和32.61%。在萜烯类物质排放日变化上,5种树种排放异戊二烯呈现单峰分布,在11:00—12:00排放量最大,峰值出现在10:00—13:00,在17:00—18:00出现谷值。毛白杨单位叶面积挥发性有机物排放速率最大,高达52.81 nmol·m-2s-1,其次为油松。侧柏排放α-蒎烯和柠檬烯速率较高,分别为4.16,3.82 nmol·m-2s-1;油松的α-蒎烯和月桂烯释放速率较大,分别为22.14,10.3nmol·m-2s-1。阔叶树种单位叶面积排放异戊二烯速率较高,而针叶树种排放单萜烯速率较高。监测期间不同树种排放的萜烯类物质相对含量与温度和光照成正相关,与相对湿度呈负相关;与净光合速率、气孔导度和蒸腾速率呈极显著正相关。【结论】阔叶树种排放异戊二烯较多,针叶树种排放单萜烯类物质较多。植物排放萜烯类物质相对含量随温度、光照的升高而增加,随着相对湿度增加而降低。净光合速率、气孔导度和蒸腾速率等植物生理特征因素的变化与萜烯类物质相对含量的变化规律一致性较强。