紫外——可見光譜分析技術(shù)及其在實際造紙工業(yè)中的應用

張春敬

（山東輕工業(yè)學院制漿造紙科學與技術(shù)教育部重點實驗室，山東省濟南，250353）

紫外
——可見光譜分析技術(shù)及其在實際造紙工業(yè)中的應用

張春敬

（山東輕工業(yè)學院制漿造紙科學與技術(shù)教育部重點實驗室，山東省濟南，250353）

本文在簡要介紹紫外——可見光譜分析技術(shù)的定義、特點、應用范圍、原理的基礎(chǔ)上，重點介紹了紫外——可見光譜分析技術(shù)在造紙工業(yè)中的應用。色譜分析具有高效、靈敏的特點。進而討論了紫外——可見光譜在制漿造紙中的發(fā)展趨向。

紫外——可見光譜 造紙 色譜分析

前言

通過研究溶液中物質(zhì)的分子或離子對紫外可見光譜的吸收情況，對物質(zhì)進行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的分析方法，稱為紫外—可見分光光度法（Ultraviolet and visible spectrophotometry縮寫為 UV—VIS）。就儀器分析范疇而言，與各種近代分析方法相比較，紫外與可見分光光度法算是一種較為傳統(tǒng)的方法。但它能發(fā)展至今而且在整個分析化學領(lǐng)域仍占有重要位置，究其原因，這與它本身具有許多特點是分不開的。

1 紫外與可見分光光度法的主要特點：

1.1 測量范圍廣

當物質(zhì)的含量為常量(1%～50%)、微量(1%～10-3%)、痕量(10-4%～10-5%)時，采用紫外與可見分光光度法可直接或間接測定。如采用預先濃縮或其他方法，甚至可測定含量為10-6%～10-9%的物質(zhì)。該法多用于微量和痕量組分的測定，其靈敏度和準確度可與近代儀器分析方法相媲美。

1.2 應用范圍廣

在定量分析方面，紫外——可見分光光度法是應用范圍極為廣泛的重要工具。在無機化合物方面，幾乎元素周期表中所有金屬元素均能進行測定。亦能分析測定象氮、硼、硅、砷、氧、硫、硒、氟、氯等非金屬元素。紫外——可見分光光度法也能定量測定大部分有機化合物。例如，某些醛、醇、酮、胺(脂肪族或芳香族)、酚、芳烴、羧酸、腈、鹵代烴、醌、烯、酰胺、異氰酸脂、硝基化合物、芳基橫酸、磺胺、二硫化物、亞甲醚、吡啶及其取代物、糠醛及其取代物、吲哚及其取代物、氮基酸、蛋白質(zhì)等。在定性鑒定方面，對于許多有機化合物而言，紫外——可見分光光度法可作為紅外光譜、核磁共振光譜等定性技術(shù)的一種重要輔助工具。由此可見，紫外——可見分光光度法的應用范圍是極為廣泛的。

1.3 操作較簡便、快速，且儀器成本相對較低，易于普及推廣

自20世紀50年代開始至今，由于有機試劑和絡(luò)合物化學的迅速發(fā)展以及儀器的不斷改進，使紫外與可見分光光度法的面貌也隨著為之一新。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，在60年代初，分光光度法在整個分析方法中所占的比重約為45%。此后，雖然在其他近代儀器分析的方法的發(fā)展下使其有所下降，但近年來分光光度法所占的比重仍穩(wěn)定在30%左右。1978年美國“分析化學”雜志發(fā)表有關(guān)讀者統(tǒng)計結(jié)果表明，使用不同分折方法人數(shù)所占百分比以分光光度法和氣相色譜法最高，均占被統(tǒng)計的讀者人數(shù)的64%。由此可見，分光光度法并未失去其重要地位。

2 紫外——可見光譜的可測量范圍[1]

2.1 測量原料和紙漿中木素的含量

紫外光譜法對共軛體系的分析有它的獨到之處，其突出特點是對芳香族化合物的全面分析。以苯丙烷基為基本單元的木素，在紫外光譜區(qū)波長280nm和205nm出現(xiàn)兩個特征吸收峰。這兩個木素的紫外特征吸收峰被用作對木素進行定性和定量分析的依據(jù)。當采用紫外光譜法對木素進行定量分析時，通常采用排除糖類的方法以解決其對測定的干擾。紫外光譜應用于木素定量測定的代表性測定項目有：紫外法測定原料和紙漿中酸溶木素的含量、紫外溴乙酰法測定原料和紙漿中木素含量等。

2.2 測定紙漿中乙烯糖醛酸含量

植物纖維原料的半纖維素主要以聚4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖占很大比例。在硫酸鹽法蒸煮過程中，該聚木糖的側(cè)鏈基團4-O-甲基葡萄糖醛酸受到高溫強堿的作用，通過β-甲醇消除反應，在六元環(huán)上形成雙鍵，轉(zhuǎn)變?yōu)?-脫氧-β-左旋-對-己烯-4-糖醛酸，簡稱己烯糖醛酸 （Hexenuronicacid簡稱HuA）。選擇性酸水解法（HUT法）是利用乙烯糖醛酸在弱酸性條件下發(fā)生選擇性水解的特性，采用紫外分光光度法對水解生成的主要產(chǎn)物2-糠醛和5-羧酸-2-糠醛進行定量分析測定。

2.3 分光光度法測量原料和紙漿中戊聚糖含量

在造紙原料和紙漿和化學組成中，戊聚糖是其中重要成分之一。由于原料種類和漿種的不同，與之對應的戊聚糖含量也不同，因此對紙漿的物理和化學性質(zhì)也有重要影響，測定戊聚糖含量具有極其重要的意義。采用分光光度法測定糠醛含量，需加入顯色劑，使糠醛顯色。顯色的糠醛溶液在可見光區(qū)對一定波長(630nm)的光產(chǎn)生強的吸收，其吸光度與溶液的濃度成正比。依據(jù)朗伯——比耳定律：

A=logI0/I=K·ρ·σ

式中：A-試樣測定的吸光度

σ-石英比色皿的厚度，cm(通常 σ＝1cm)

ρ-溶液濃度，g／L

K-吸光系數(shù)，L/（g·cm）

I0-入射光強度，cd

I-透射光強度，cd

2.4 紙漿、紙和紙板中鐵、銅和錳含量的測定

金屬離子(Fe2+、Cu2+、Mg2+、Ca2+等)的存在，對紙漿、紙和紙板的性能會產(chǎn)生很大影響，特別是絕緣紙和紙板及其用漿、照相原紙及其用漿、感光紙原紙、曬圖紙、電容器紙和溶解漿等，在其性能指標中均對此有特別的規(guī)定。因此，測定紙漿、紙和紙板中的金屬離子含量，對于研究它的影響規(guī)律和理論，以及表征產(chǎn)品性能是重要的。

金屬離子的定性分析通?？刹捎枚喾N方法、例如化學分析法、原子吸收與原子發(fā)射光譜法，分光光度法等。每種方法各有特點，在分析時可依據(jù)需要和實驗室的條件來選用。

分光光度法測定金屬離子含量具有快速簡便、準確的特點。其測定原理都是首先將其灰分溶于鹽酸中，然后根據(jù)各種金屬離子的特性，再進行不同的處理，以便金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)槌噬慕j(luò)合物，使其能夠在分光光度法分析中在特定波長下顯色，而且，其溶液顯色的深淺與該金屬離子的濃度成正比。因此，測定各種金屬離子在特征波長下的吸收值，然后再根據(jù)各自的標準吸收曲線，即可查出各種金屬離子的實際含量。

3 在造紙中應用的實例

周學飛[2]探討了利用紫外光吸收（UV）法快速、直接測定紙漿卡伯值的方法，其基本方法是在強酸化條件下（目的是避免產(chǎn)生MnO2，以免干擾UV的測定）通過直接測定紙漿——KMnO4濃度來快速測定紙漿卡伯值。

石海強、何北海[3]用紫外光譜法測定馬尾松TMP漿和酸性亞硫酸鹽漿正己烷抽出物中甘油三酯的含量，探討了三油酸甘油酯標準物與紙漿樹脂的紫外吸光譜圖特征與特征峰位置以及測試時間對吸光度值的影響。本方法具有測定結(jié)果重現(xiàn)性好，準確性較高，精密度基本滿足要求的特點，可用于實際生產(chǎn)過程中定量監(jiān)測紙漿中甘油三酯含量變化。結(jié)果表明，在實驗試劑用量范圍內(nèi)，三油酸甘油酯在412nm的吸光度與濃度呈線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)為0.971；吸光度隨測試時間呈線性降低關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.990。再現(xiàn)性實驗回收率98%～104%，精確度1.27%～4.03%。利用該方法測定了紙漿與酶處理后紙漿抽提物中甘油三酯的含量，評價了酶處理紙漿降解甘油酯的效果。馬尾松TMP與酸性亞硫酸鹽漿中甘油三酯含量較高，約占總抽提物的50%。

李繼民、王彥吉、鄒寧、姚麗娟[4]研究了薄層色譜分離及分光光度法測定單糖的條件，建立了一種快速測定木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖和半乳糖的薄層色譜——分光光度法。以1-萘酚為顯色劑，測定了紙張樣品水解液中的單糖含量，方法的線性關(guān)系較好，5種單糖的樣品加標回收率為96.10%～98.18%。

羅靈芝、王立軍[5]采用紫外——可見光譜法考察分別以一種淀粉基固著劑、熒光增白劑、甲基紫顯白劑、PAE濕強樹脂、陽離子淀粉增干強劑、AKD施膠劑和陽離子聚丙烯酰胺助留劑作為代表性的濕部化學助劑作用于漂白化學熱磨機械漿(BCTMP)纖維上的吸附行為。結(jié)果表明，采用紫外——可見光譜法測定濕部助劑的殘余量具有一定的可行性，并能揭示這些助劑由于電性、電荷密度、相對分子質(zhì)量、用量等的不同而產(chǎn)生的不同吸附行為。

孫勇、張金平、楊剛、李佐虎[6]利用紫外——可見光譜分析技術(shù)對云杉木質(zhì)素被二氧化氯氧化前后的結(jié)構(gòu)變化進行研究，當木質(zhì)素被二氧化氯氧化時，其骨架結(jié)構(gòu)中的芳香環(huán)基團被有效地氧化開環(huán)。紫外光譜顯示木質(zhì)素在被氧化后位于280nm處的紫外吸收顯著降低。研究結(jié)果說明二氧化氯能有效地氧化木質(zhì)素中的芳香環(huán)，并將其氧化為帶有C=O基因的黏康酸及其酯類物質(zhì)或帶有醌型基團的物質(zhì)。

結(jié)束語

現(xiàn)如今，現(xiàn)代測量儀器的不斷發(fā)展以及各種計算機輔助處理方法的使用，使得現(xiàn)代測量技術(shù)不斷發(fā)展壯大，在各行各業(yè)中的作用也越來越重要，在制漿造紙工業(yè)中也是如此。經(jīng)過幾十年來造紙技術(shù)的拓展，色譜分析技術(shù)已經(jīng)廣泛用于造紙木素、添加劑、廢水等的定性和定量分析中。紫外——可見光譜法常用于研究不同飽和的有機化合物，特別是具有共軛體系的有機化合物。紫外光譜法測定有機物含量具有樣品用量少，重現(xiàn)性好，操作方便和測量精度高的優(yōu)點，因而應用最為廣泛。

[1]石淑蘭、何福望.制漿造紙分析與檢測[M].中國輕工業(yè)出版社，2009年

[2]周學飛.紫外光吸收法快速、直接測定紙漿卡伯值[J].紙和造紙，2005 年，第三期

[3]石海強、何北海.紫外——可見光譜測定馬尾松紙漿樹脂中甘油三酯含量 [J].光譜學和光譜分析，2007年，第27卷，第1期

[4]李繼民、王彥吉、鄒寧、姚麗娟.薄層色譜——分光光度法測定紙張中單糖的研究[J].分析科學學報，2008年，第24卷，第3期

[5]羅靈芝、王立軍.濕部助劑在漂白化學熱磨機械漿上的吸附[J].中國造紙，2010年，第29卷，第3期

[6]孫勇、張金平、楊剛、李佐虎.二氧化氯氧化云杉木質(zhì)素的光譜研究[J].光譜學與光譜分析，2007年，第27卷，第8期

2011－3－22

造紙化學品