定性和定量评估的乙酰化木材使用红外光谱方法和多元数据分析|光谱学欧洲和世界半岛综合体育官方APP下载德甲bdapp官方下载安卓版

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曼弗雷德Schwanninger,^,*芭芭拉Stefke^b和芭芭拉Hinterstoisser^{b, c}

^一个大学化学系自然资源和生命科学、维也纳、Muthgasse 18 - 1190维也纳,奥地利。电子邮件:(电子邮件保护)
^b能力中心木质复合材料化学和木材(木K +),圣彼得街25 - 4021林茨,奥地利

木材和木材改性

木材是一种重要的可再生能源,工业上宝贵的资源,由于其高的比强度重量比,这是首选的建筑物和工程材料。尽管性质提供了一个非常广泛的材料特性由于木物种的自然变化,技术使用有一定的局限性,如光敏性和可燃性。此外,木属性的统一也经常需要为了避免膨胀和收缩,提高生物降解性,特别是在木材接触水分。化学改性等方法导致降解率降低通过修改的基本化学细胞壁聚合物可以帮助提高木材的效用。除了提供尺寸稳定性和耐腐性真菌,由紫外线辐射光降解减少,木材的力学性能及其亲水性提高了乙酰化作用。乙酰化作用(有或没有催化剂)的每个木头组件被描述为一个由疏水亲水-哦组的取代反应乙酰基。第一步包括一个亲核攻击的孤电子对酒精或酚醛木材-哦组乙酸酐分子的羰基碳原子(方案1)。由于随之而来的分离醋酸,acetyl给出(酯化)木材组件的结果。

红外光谱法半岛综合体育官方APP下载德甲

中红外傅里叶变换红外(ir)光谱分析是一个众所周知的强大的分析工具来检测特定官能团通过测量基本分半岛综合体育官方APP下载德甲子振动。特别是,羰基化合物(例如,酯组),摩尔吸光系数高,很容易被发现,即使只出现在低数量的组。因此,不仅对于描述和木材乙酰化后,中红外光谱法经常被使用。半岛综合体育官方APP下载德甲^1,2

另外,近红外(NIR) spectroscopy-a快速、非破坏性方法半岛综合体育官方APP下载德甲可以被使用,作为吸收乐队来自色彩和组合乐队由分子振动的切断,地,碳氢键和h组,他们的基本分子振动的中红外区域。各种成分的吸收信号固有的和高度重叠;因此,在许多情况下,没有明显的乐队直接关系到一个木材成分的化学丰度可以观察到。³然而,利用近红外光谱预测的可行性化学和物理性质的木头已经证明了,半岛综合体育官方APP下载德甲^4,5包括带作业。⁶以来,在不同的情况下,几乎没有选择性的化学信息通常在广泛的和广泛的NIR光谱重叠,多变量分析技术用于模型数据相关信息的分类和预测所需的木属性。^2,7,8

由于乙酰化光谱变化

越来越多的乙酰基木材由于乙酰化与醋酸anhydride-often表示为重量百分比升幅(WPG)——分析不仅通过中红外光谱和FT-NIR光谱学。半岛综合体育官方APP下载德甲²不仅在中地区,一个连续的强度增加特定的乐队可以观察到由于增加WPG和越来越多的乙酰基分别导致木材乙酰化作用;这些主要发生在1745厘米¹,1374厘米¹在1240厘米¹。²这些乐队被分配到分子振动的乙酰C = O组(1745厘米¹CH),脂肪族碳氢键变形振动₃组(1374厘米¹),反对称切断伸缩振动的嫁接酯组(C-O-C = O 1240厘米¹),此外,碳碳+切断伸展⁹加上芳香=碳氢键面内变形振动(1265厘米¹从木质素,由后者有重叠增加乙酰基的数量)以及切断价振动(1030厘米¹从纤维素,半纤维素和木质素。²这些发现让我们确认从其他研究结果,包括可访问性和羟基的反应活性。此外,它已被证明,增加WPG,芳香酯类形成可区别于烷基酯不仅在中红外光谱。²

相应增减乐队的NIR光谱产生的乙酰化展示他们最明显的增加从6100厘米不等¹到5700厘米¹碳氢键的,分配给第一个泛音振动拉伸的甲基乙酰基,并在较小程度上,从8700厘米不等¹到8400厘米¹,分配给第二个泛音的碳氢键振动。²减少羟基乙酰化作用,减少强度7000厘米之间的乐队¹和6500厘米¹,分配给第一泛音s伸展地振动,预计和观察。

不幸的是,在近红外区域内,一个人不能观察高强度C = O乐队不仅是观察中。第一泛音的C = O伸缩振动不仅在中地区(3600 - 3330厘米¹)。第二次泛音(5300 - 5100厘米¹)产生一个微弱的信号在近红外区域,由更强大的水吸收带重叠(5400 - 4800厘米¹),尽管这与乙酰化作用的增加程度降低。仔细看看水乐队揭示了一个转变,从约5185厘米¹到5242厘米¹,其次是近红外光谱。半岛综合体育官方APP下载德甲自由水没有-哦组参与氢键出现在约5215厘米¹。木材含水率高的转变是小,是整体的贡献对整个水峰。因此,根据光谱,这似乎带约为5242厘米¹是由于第二次泛音的C = O乙酰酯的弹性振动。²

量化的WPG

带高比率(BHRs)[1240/1030(1230/1030)和1745/1030(1740/1030)]的乐队在1745厘米¹(1740),1240厘米¹(1230)和1030厘米¹不仅在计算中红外光谱测量、传输使用KBr磁盘和ATR衰减全反射光谱。良好的线性相关系数确定的有效期约0.94之间范围从0%到27% WPG BHRs WPG和乙酰内容,不仅只需要几件样品来校准中红外光谱测量。¹⁰这意味着一个快速方法测定WPG可以获得较低的成本。

偏最小二乘回归(PLS-R)模型基于二阶导数的NIR-spectra在波数从6080厘米不等¹到5760厘米¹导致确定系数为0.99,利用一些请3和5之间的组件和均方根误差的0.6%和0.79%之间的交叉验证和一个剩余的预测偏差10。尽管广泛的输入参数(即各种木材品种,不同程序的乙酰化作用),高度满意的结果。¹⁰不仅两中红外光谱和FT-NIR光谱方法实现的需要确定WPG和乙酰乙酰化木材的内容。因其额外的在线过程控制的潜力,不仅FT-NIR方法甚至可能更倾向于中红外光谱的方法。

分离的木材品种

矩形形状的标本(95毫米×20毫米×1毫米)云杉(挪威云杉(l)岩溶)(42标本),松(抗旱性)边材(39)和心材(32)镶饰准备在105°C和干12 h,存储在一个在硅胶干燥剂冷却至室温,称重烘干的质量(米_od每个标本的)。

乙酰化作用开始(删除后硅胶)连接疏散干燥器(30分钟撤离大约11 mbar)存储瓶乙酸酐。这使得乙酸酐被吸进干燥器以及空洞的标本。此后,浸渍条被转移到一个4 L反应瓶满1.5升纯乙酸酐(Sigma-Aldrich)。数分钟的乙酰化作用(15分钟到270分钟)始于110°C的反应温度。乙酰化和冷却后的标本,用冷水清洗并提取到醋酸被移除,然后他们干重再次获得乙酰化标本的质量(米_交流)。实现WPG(9.3%至20%)计算根据:

近红外漫反射光谱收集从单板表面波数从10000厘米不等¹到5100厘米¹在一个8厘米的分辨率¹,平均100扫描光谱,Equinox 55光谱仪光学(力量)配备NIR-spectroscopy舱和光纤探针。半岛综合体育官方APP下载德甲六个光谱,在随机位置的前后两侧每个单板,收集和平均使用作品的软件(力量光学)。二阶导数光谱的计算使用Savitzky-Golay算法使用一个二阶多项式滤波器和17点平滑使用整理机软件(照片背面,挪威);这也是用于主成分分析(PCA)的二阶导数光谱的波数范围从6300厘米¹到5500厘米¹。

分数图(图1 (a))的主成分PC1 PC2,占95%和3%的二阶导数光谱变化的近红外光谱,分别显示了模式分离根据增加乙酰化作用时间(15分钟到270分钟)和增加WPG PC1。相应的载荷图(图1 (b))揭示了波数,因此,改变功能groups-increasing甲基组负责此模式。积极的振幅约为6002厘米¹,5950厘米¹,5810厘米¹和5660厘米¹——首先泛音的碳氢键振动²在图2 (b)表示数量更少的乙酰化低样本。

分数图(图2 (a))的主成分PC1 PC2,占95%和3%的二阶导数光谱变化的近红外光谱,分别显示了根据物种分离/木材沿PC2类型。积极的装载约为6280厘米¹可以表示程度的纤维素结晶度略高,而在5990厘米呢¹可能意味着更高的抽提内容相比,松心材松树边材。⁶那些发生在约5830厘米¹和5800厘米¹可以显示在半纤维素成分以及微小差别的乙酰化程度的差异。⁶

云杉的分离从松木生物(1%)(图2 (c))是归因于6180厘米的振幅¹和6060厘米¹不能分配,5780厘米¹和5760厘米¹分配给第一泛音的碳氢键振动从亚甲基纤维素和半纤维素组。⁶余下的任务仍在调查之中。然而,分离从云杉木材和松木,此外,从云杉木材和松木types-heartwood sapwood-was可能通过使用主成分分析,使木材品种/类型的识别近红外光谱学即使乙酰化作用。半岛综合体育官方APP下载德甲

结论

使用红外光谱监测的可行性化学变化由于乙酰化作用,以及量化的重量百分比半岛综合体育官方APP下载德甲升幅的可能性,根据乐队不仅身高的比率中光谱或偏最小二乘回归模型的近红外光谱,是描述。此外,结果表明,PCA允许分离/识别木材品种类型,即使乙酰化作用。

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