水青樹木材紅外光譜特征研究

莊琳+宋小嬌+徐燕紅

摘要：采用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）法測(cè)定了水青樹等6種木材紅外光譜。結(jié)果表明，通過各自的特征峰和共有峰相對(duì)峰強(qiáng)的比較可以區(qū)別6種木材。水青樹木材的紅外光譜各官能團(tuán)吸收峰的特征表明，其化學(xué)組分交錯(cuò)于針闊葉材之間，木質(zhì)素含量和結(jié)構(gòu)具有一定針葉材的特征。通過紅外光譜共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列法的分析，在系統(tǒng)位置上，水青樹與金縷梅科處于更近的位置，而與木蘭科更遠(yuǎn)。紅外光譜在木材分類研究和鑒定領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景，此技術(shù)也有望成為木材司法鑒定體系中的有效方法之一。

關(guān)鍵詞：傅里葉變換紅外光譜（FTIR）；水青樹；木材識(shí)別；雙指標(biāo)序列法；木質(zhì)素

中圖分類號(hào)：O657.3；S781 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）07-1334-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.07.035

Study on the Infrared Spectral Characteristic of Tetracentron sinense Wood

ZHUANG Lin， SONG Xiao-jiao， XU Yan-hong

（Nanjing Forest Police College， Nanjing 210023， China）

Abstract： Using Fourier transform infrared spectrometry to determine the infrared spectrum of six kinds of wood including Tetracentron sinense. The results showed these six kinds of wood could be distinguished through comparing their respective relative intensity between characteristic peak and common peak. Characteristics of absorption peak in various functional groups of Tetracentron sinense wood showed that its chemical component was intermixed between the needle and broadleaf wood，the content and structure of its lignin had some characteristics similar to soft wood. Through dual-index sequence analysis on the common peak ratio and variation peak ratio of infrared spectrum，Tetracentron sinense showed more closer to hamamelidaceae than magnoliaceae in the position of system. The infrared spectrum had a good application prospect in the classification and identification of wood，and the technology could be expected to become one of the effective ways in judicial identification system of wood.

Key words： Fourier transform infrared spectrum； Tetracentron sinense； wood identification； dual-index sequence； lignin

水青樹（Tetracentron sinense Oliv.）是中國獨(dú)特稀有的單種科闊葉材樹種，目前僅存少量大樹，由于其起源較早（自白壟紀(jì)或早期三迭紀(jì)），系古老孑遺種，保留了一些原始的性狀，木質(zhì)部無導(dǎo)管而具管胞，對(duì)研究中國古代植物區(qū)系的演化、被子植物系統(tǒng)和起源具有重要的科學(xué)價(jià)值，因而被列為國家Ⅰ級(jí)保護(hù)植物。自1887年被發(fā)現(xiàn)以來，引起了人們廣泛的關(guān)注。專家學(xué)者對(duì)其展開了多學(xué)科研究，李堅(jiān)[1]對(duì)水青樹木材的超微結(jié)構(gòu)與化學(xué)元素進(jìn)行了研究。張萍等[2]對(duì)水青樹葉形態(tài)和木材解剖進(jìn)行了研究；方桂珍等[3]研究了水青樹木材的化學(xué)組成；吳保國等[4]研究了水青樹磨木木素的結(jié)構(gòu)；吳獻(xiàn)禮[5]研究了水青樹莖皮的化學(xué)成分；來國防等[6]對(duì)水青樹莖干中化學(xué)成分的提取與分離進(jìn)行了研究。傅里葉紅外光譜法（FTIR）是利用化合物特有的紅外吸收光譜，根據(jù)譜帶的數(shù)目、位置、形狀和強(qiáng)度（峰值）的特點(diǎn)來判斷是否存在該化合物或官能團(tuán)。紅外光譜法分析木材時(shí)僅需微量材料，在不破環(huán)其物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的狀態(tài)下進(jìn)行無損鑒定。劉貴生等[7]運(yùn)用紅外光譜法，分析紅松和落葉松兩種木材的微細(xì)碎料并根據(jù)紅外光譜特征吸收峰變化差異對(duì)其做出了鑒定。胡愛華等[8]采用紅外光譜法，對(duì)針闊葉材木質(zhì)素和纖維素特性進(jìn)行研究；張蓉等[9]根據(jù)紅外光譜特征吸收峰的差異性，對(duì)5種紅木進(jìn)行了有效識(shí)別，并認(rèn)為通過紅外光譜特征進(jìn)行木材樹種識(shí)別基本可行。

鑒于木材的司法鑒定只需界定到樹種即可，沒有必要對(duì)化學(xué)成分作詳細(xì)研究，故本研究樣本采用直接刮取微量木材纖維，應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜儀的衰減全反射法檢驗(yàn)樣本的紅外光譜。該方法特點(diǎn)是需要樣本量極少，僅需木材纖維1～2 mm長即可，檢驗(yàn)速度快。木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，其紅外光譜受到試樣來源和分離方法及紅外測(cè)定方法影響很大。從樺木磨木木質(zhì)素的紅外光譜中，可見到增加磨碎時(shí)間，木質(zhì)素中紫丁香環(huán)隨之增加。抽提法研究木材光譜，會(huì)帶來化學(xué)成分的改變[10]。本方法可以不必分離木質(zhì)素而直接揭示原本木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)及其變化。

本研究對(duì)國家Ⅰ級(jí)野生保護(hù)植物水青樹木材的紅外光譜特征進(jìn)行了分析，并分別用同樣是孑遺類國家Ⅰ級(jí)保護(hù)的紅豆杉、銀杏等木材進(jìn)行對(duì)照研究，探討它們紅外吸收峰的歸屬問題，對(duì)木材之間的鑒別進(jìn)行了初步嘗試，以期對(duì)珍貴樹種木材微量或無損鑒別探索一種簡捷有效的方法。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究以水青樹科水青樹屬水青樹為主要研究對(duì)象，同時(shí)以紅豆杉科紅豆杉屬紅豆杉[Taxus chinensis（Pilger） Rehd.]、銀杏科銀杏屬銀杏（Ginkgo biloba L.）、木蘭科含笑屬金葉含笑（Michelia foveolata Merr.ex Dandy）、金縷梅科楓香屬楓香（Liquidambar formosana Hance）和金縷梅科蕈樹屬細(xì)柄覃樹（Altingia gracilipes Hemsl.）木材作為對(duì)比研究的參照物。樣本均來自于國家林業(yè)局森林公安司法鑒定中心植物實(shí)驗(yàn)室。

1.2 方法

測(cè)試儀器：Nicolet iN10 MX型FT-IR傅里葉紅外光譜儀，ATR附件，金剛石晶體，檢測(cè)器：DTGS。

參數(shù)設(shè)置：測(cè)試波數(shù)范圍4 000～400 cm-1，儀器分辨率4 cm-1，掃描采樣32次。分析軟件omnic8.2。

將木材標(biāo)本進(jìn)行采樣，用刀片在木材標(biāo)本上刮取纖維絲，長1～2 mm，粗0.2 mm即可。調(diào)試儀器后將待測(cè)木絲置于金剛石晶體上，用FTIR-OMNI采樣器固定鈕壓緊樣品，木絲與金剛石晶體之間形成緊密結(jié)構(gòu)，進(jìn)行掃描，計(jì)算機(jī)采集樣本的衰減全反射紅外光譜文本文件和圖形文件。每個(gè)標(biāo)本取樣6次，重復(fù)試驗(yàn)6次，紅外光譜圖取其平均圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 水青樹等6種木材紅外光譜分析

圖1為水青樹等6種木材的紅外吸收光譜，圖譜明顯區(qū)分出3個(gè)譜帶區(qū)域，4 000～2 700、2 700～1 800、1 800～600 cm-1。2 700～1 800 cm-1區(qū)域木材幾乎沒有吸收峰，有一些弱峰為金剛石晶體形成，所以不予討論。

4 000～2 700 cm-1區(qū)域有兩個(gè)明顯的吸收峰，一個(gè)處于3 340 cm-1附近，另一個(gè)在2 900 cm-1附近。由于樣本處理的方式不同，吸收峰位會(huì)發(fā)生一定的位移，但一般而言3 500～2 900 cm-1區(qū)域?yàn)槟举|(zhì)素、纖維素、半纖維素等物質(zhì)中羥基的O-H伸縮振動(dòng)和甲基、亞甲基中的C-H伸縮振動(dòng)。2 901 cm-1附近所表現(xiàn)的吸收峰應(yīng)該是一種重合的疊加峰。1 800～600 cm-1區(qū)域?yàn)槟静募t外圖譜的指紋區(qū)，圖2即為6種木材在這一區(qū)域的截圖，為了研究的方便，將其分兩組進(jìn)行比較，即水青樹、紅豆杉、銀杏為一組，金葉含笑、楓香、細(xì)柄覃樹為一組。

表1為水青樹等6種木材紅外光譜主要吸收峰、官能團(tuán)歸屬及其吸收峰相對(duì)強(qiáng)度。1 732 cm-1附近表征纖維素羰基、非共軛的酮、酯和羥基中的C=O伸縮振動(dòng)。6種木材均有吸收峰。該位置與木質(zhì)素和纖維素的相對(duì)含量有關(guān)，兩者比值越大，峰位就會(huì)向低峰位漂移，針葉樹一般峰位低，木質(zhì)素含量普遍比闊葉樹高[11，12]。

1 655 cm-1附近表征的是共軛羰基伸縮振動(dòng)，C=O伸縮振動(dòng)，對(duì)位取代共軛芳酮的吸收峰。在此峰位上水青樹無吸收峰，其他5種木材均有弱吸收峰。

1 646 cm-1附近表征的是C=O伸縮振動(dòng)，對(duì)位取代共軛芳酮。在此峰位上，水青樹、楓香、細(xì)柄覃樹有弱吸收峰，而紅豆杉、銀杏、金葉含笑無吸收峰。

在1 600 cm-1附近，表征木質(zhì)素側(cè)鏈上的C=O伸縮振動(dòng)加上芳香環(huán)骨架振動(dòng)的吸收峰；4種闊葉樹木材峰位均在1 600 cm-1以下，幾乎沒有差異，均在1 594 cm-1附近。而2種針葉樹均在1 600 cm-1以上，紅豆杉峰位在1 606 cm-1，銀杏在1 601 cm-1。

1 507 cm-1附近處表征芳香環(huán)骨架的伸縮振動(dòng)，所有樹種都表現(xiàn)出強(qiáng)吸收峰。4種闊葉樹峰位均在1 509 cm-1以下，水青樹1 507 cm-1、金葉含笑1 505 cm-1、細(xì)柄覃樹1 505 cm-1、楓香1 503 cm-1；2種針葉樹均在1 509 cm-1以上，紅豆杉1 511 cm-1、銀杏1 509 cm-1。一般而言，針葉樹的峰位基本上都在1 510 cm-1以上，而闊葉樹的峰位都在1 509 cm-1以下。這是因?yàn)獒樔~樹中主要為愈瘡木型木質(zhì)素，紫丁香型木質(zhì)素很少或無，1 510 cm-1為針葉樹中愈瘡木型木質(zhì)素上苯環(huán)的特定吸收峰。闊葉樹的木質(zhì)素除了愈瘡木型之外，還有一定比例的紫丁香型木質(zhì)素，兩者的組成比例為4∶1至1∶2，隨著紫丁香基含量的增加，芳香環(huán)變形振動(dòng)的位置就會(huì)降低，致使吸收峰由1 510 cm-1偏移至1 506 cm-1。紫丁香基越多，致使峰位向下漂移的動(dòng)力就越強(qiáng)[13]。水青樹1 507 cm-1的峰位表明其紫丁香基含量低于一般的闊葉樹。

1 460 cm-1附近表征C-H的平面變形彎曲振動(dòng)與-CH3和-CH2-相關(guān)聯(lián)的不對(duì)稱彎曲振動(dòng)[14]。此峰位，金葉含笑、楓香表現(xiàn)為單峰，峰位在1 458 cm-1附近，水青樹、紅豆杉、銀杏、細(xì)柄覃樹分裂為雙峰，分別是1 462、1 452 cm-1附近。

1 420 cm-1附近吸收峰是其他類型芳香環(huán)的振動(dòng)[15]；1 370 cm-1處表征脂肪族在甲基中和酚OH上的C-H伸縮振動(dòng)[16]；6種木材均有強(qiáng)吸收峰。

1 330 cm-1附近表征的是愈瘡木基CH2彎曲振動(dòng)，在1 320 cm-1附近表征典型的紫丁香基丙烷環(huán)呼吸、C-O拉伸等。闊葉樹由于含有較多的紫丁香基，一般表現(xiàn)為單個(gè)強(qiáng)吸收峰；針葉樹由于主要是愈創(chuàng)木基，含有少量甚至不含有紫丁香基，針葉樹一般分裂為兩個(gè)弱吸收峰。金葉含笑、楓香、細(xì)柄覃樹峰位分別是1 321、1 325、1 324 cm-1，具備典型的闊葉樹特征；紅豆杉峰位為1 337和1 317 cm-1；銀杏峰位為1 333和1 317 cm-1，具備典型的針葉樹特征；水青樹峰位為1 328和1 319 cm-1，這表明水青樹又具有一定的針葉樹木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)特征。

1 300～1 200 cm-1區(qū)域?yàn)榉拥腃-O伸縮振動(dòng)。苯環(huán)上有一個(gè)酚羥基時(shí)，形成一個(gè)寬強(qiáng)峰；鄰位二酚則分裂為兩個(gè)峰，峰位在1 280和1 250 cm-1附近。鄰位二酚成醚后，C-O-C的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)使這兩個(gè)峰發(fā)生位移，愈瘡木基向低處漂移，形成1 266和1 228 cm-1兩個(gè)峰。1 266 cm-1附近表征的是愈瘡木基環(huán)加上C=O振動(dòng)，針葉樹一般有強(qiáng)吸收峰，闊葉樹一般無此峰。紅豆杉、銀杏均有此峰，而其他4種木材均無此峰。

1 233 cm-1附近處表征表征紫丁香基、C-C和C-O的伸縮振動(dòng)并與C=O伸縮相關(guān)聯(lián)，，水青樹、金葉含笑、楓香、細(xì)柄覃樹4種木材均有一強(qiáng)吸收峰。

1 228 cm-1附近紅豆杉、銀杏2種木材均有一弱吸收峰，這是因?yàn)槭艿缴鲜鯟-O-C的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)的影響峰位向下漂移[17]。

1 156 cm-1處表征C-H芳香族面內(nèi)彎曲，紫丁香基的特征，與仲醇C-O伸縮振動(dòng)重合；1 104 cm-1處表征C-O-C非對(duì)稱伸縮振動(dòng)。鄰苯二酚在1 200～ 1 100 cm-1區(qū)域有兩個(gè)強(qiáng)峰：1 190和1 100 cm-1，歸因于C-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)，當(dāng)羥基形成醚鍵，C-O-C不對(duì)稱伸縮振動(dòng)使1 190 cm-1減弱并下移至1 155 cm-1，使1 100 cm-1增強(qiáng)而上移至1 104 cm-1。水青樹、金葉含笑、楓香、細(xì)柄覃樹4種木材均有一強(qiáng)吸收峰；紅豆杉、銀杏2種木材在此處表現(xiàn)1 024 cm-1強(qiáng)峰的肩，應(yīng)為弱吸收峰（軟件未能自動(dòng)標(biāo)出此峰）。闊葉樹因紫丁香基含量較多，顯現(xiàn)出這兩個(gè)中強(qiáng)吸收峰，而針葉樹很少或幾乎不含紫丁香[18]。

在1 049 cm-1附近，歸屬為多糖、芳香環(huán)C-H 在平面上的變形振動(dòng)加上在伯醇中的C-O變形加C=O振動(dòng)，紅豆杉、銀杏有一弱吸收峰，而其他4種木材無此表征。

1 028 cm-1峰位主要是木質(zhì)素芳香族C-H平面變形面內(nèi)彎曲振動(dòng)加上C-O在主要醇類的變形振動(dòng)以及C=O非共軛的拉伸。896 cm-1纖維素β-鏈特征、苯環(huán)平面之外的C-H振動(dòng)[18]。6種木材均有強(qiáng)吸收峰。

890～803 cm-1的波段內(nèi)表征的是C-H面內(nèi)變形振動(dòng)峰，紅豆杉和銀杏表現(xiàn)出雙峰，分別在810 cm-1附近和865 cm-1附近有弱吸收峰。810 cm-1附近處表征愈創(chuàng)木基（G環(huán)）C-H面外彎曲振動(dòng)，是葡萄甘露糖之特定吸收峰，針葉樹含有較多葡萄甘露糖，闊葉樹則具有較多的木聚糖[19]；根據(jù)水青樹木材中甘露糖含量2.68%；與一般闊葉材接近， 故其半纖維素中聚半乳糖葡萄糖甘露糖的組分含量也較一般針葉材少[20]。在此峰位上，水青樹、金葉含笑、楓香、細(xì)柄覃樹4種木材均無吸收峰。

同時(shí)865 cm-1附近是愈瘡木酚型芳香核在2，5和6 位上平面之外的C-H 振動(dòng)，這兩處對(duì)應(yīng)具有反映針葉樹的兩個(gè)特征峰；闊葉樹則一般表現(xiàn)出單峰，僅在830 cm-1附近處是紫丁香基（S環(huán)）C-H面外彎曲振動(dòng)，這一表征紫丁香核的吸收帶有明顯的弱吸收峰[21]。金葉含笑、楓香、細(xì)柄覃樹3種木材峰位基本在833 cm-1附近；而水青樹峰位漂移至822 cm-1，比較特別，說明其木材處在闊葉樹和針葉樹特征之間。662 cm-1附近表征的是OH面外彎曲振動(dòng)[22]，6種木材均有強(qiáng)吸收峰。

2.2 水青樹等6種木材紅外光譜相對(duì)峰強(qiáng)分析

從表1和圖2發(fā)現(xiàn)，6種木材在3 340、2 900、1 732、1 595、1 507、1 456、1 420、1 368、1 320、1 233、1 031、897、662 cm-1附近峰位都有共同的吸收峰。吸收峰的強(qiáng)度與官能團(tuán)的含量有著相關(guān)性，一般而言官能團(tuán)含量高，相應(yīng)的吸收峰也強(qiáng)。吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度決定了峰與峰之間相對(duì)的高度，關(guān)聯(lián)著譜帶的形狀。比較各吸收峰的強(qiáng)度，通常是用1 500 cm-1附近的峰作為參照，計(jì)算其他各峰的相對(duì)強(qiáng)度，Ai/A1 500。這是因?yàn)? 500 cm-1附近的振動(dòng)峰歸屬于苯環(huán)骨架振動(dòng)，可以表達(dá)木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元特點(diǎn)，且受水分影響小，譜帶穩(wěn)定[23]。當(dāng)然，相對(duì)峰強(qiáng)所反映的只是變化規(guī)律，而不是某種官能團(tuán)的具體含量。圖3為共有峰的相對(duì)強(qiáng)度的直觀圖。

木質(zhì)素的組成結(jié)構(gòu)隨木材品種、產(chǎn)地和分離方法的不同而不同。苯丙烷作為木質(zhì)素的主體結(jié)構(gòu)單元，共有3種基本結(jié)構(gòu)，即愈瘡木基結(jié)構(gòu)G環(huán)、紫丁香基結(jié)構(gòu)S環(huán)和羥苯基結(jié)構(gòu)H環(huán)[24]。A1 600/A1 500的相對(duì)強(qiáng)度表征木質(zhì)素中愈瘡木基木質(zhì)素和紫丁香基木質(zhì)素相對(duì)作用的強(qiáng)弱。Faix等[20]認(rèn)為，芳香環(huán)之特定吸收會(huì)隨著紫丁香型木質(zhì)素含量的增加而上升，含有較多的紫丁香型木質(zhì)素，則在1 600 cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度就越高。闊葉樹木材木質(zhì)素同時(shí)由愈瘡木基核和紫丁香基核共同組成，針葉樹木材木質(zhì)素主要由愈創(chuàng)木基核組成，紫丁香基核占少量或幾乎沒有。A1 600/A1 500的相對(duì)強(qiáng)度愈小，表明愈創(chuàng)木基核作用愈強(qiáng)，A1 600/A1 500的相對(duì)強(qiáng)度愈大，意味著紫丁香基核所起到的作用愈大。A1 600/A1 500的相對(duì)峰強(qiáng)，針葉樹基本上在0.9以下，闊葉樹基本上在1.1左右。由小到大排列是紅豆杉（0.754）、銀杏（0.886）、水青樹（1.007）金葉含笑（1.092）、楓香（1.127）、細(xì)柄覃樹（1.130）。在這一緯度，水青樹表現(xiàn)出處于針葉樹和闊葉樹過渡的階段。

A1 456/A1 500的比值，針葉樹基本上在1.0以下，闊葉樹基本上在1.3左右。由小到大排列紅豆杉（0.945）、銀杏（0.970）、水青樹（1.199）金葉含笑（1.296）、細(xì)柄覃樹（1.298）、楓香（1.299）。在這一緯度，水青樹表現(xiàn)出處于針葉樹和闊葉樹過渡的階段。

A1 370/A1 500的比值，反映的是木質(zhì)素的羥基含量，針葉樹基本上集中在1左右，闊葉樹基本上集中在1.4左右，針葉樹這個(gè)值遠(yuǎn)低于闊葉樹。由小到大排列是紅豆杉（0.970）、銀杏（1.066）、細(xì)柄覃樹（1.352）、楓香（1.423）金葉含笑（1.433）、水青樹（1.477）。在這一緯度，水青樹表現(xiàn)出典型的闊葉樹特征。

A1 320/A1 500的比值，反映的是紫丁香環(huán)（C-O）伸縮振動(dòng)強(qiáng)度，疊加愈創(chuàng)木環(huán)的伸縮振動(dòng)，針葉樹基本上在1.1以下，闊葉樹基本上在1.4以上，針葉樹這個(gè)值遠(yuǎn)低于闊葉樹。由小到大排列是紅豆杉（0.947）、銀杏（1.096）、水青樹（1.322）楓香（1.461）、細(xì)柄覃樹（1.484）、金葉含笑（1.529）。在這一緯度，水青樹表現(xiàn)出處于針葉樹和闊葉樹過渡的階段。

磨木木質(zhì)素（MWL）針葉材木質(zhì)素中甲氧基含量13.6%～16.0%，闊葉材木質(zhì)素中甲氧基含量17.0%～22.2%[24]，根據(jù)方桂珍等[3]的研究，水青樹木質(zhì)素中的甲氧基含量為16.45%，低于一般闊葉材，而接近于針葉材，得出水青樹木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中愈瘡木基丙烷的含量高于一般闊葉材，紫丁香基丙烷含量較少，類似于針葉材的結(jié)論，這與本究的結(jié)果相一致。

2.3 水青樹等6種木材紅外光譜共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列法分析

表1數(shù)據(jù)分析采用文獻(xiàn)[23，24]中共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列法。

如S1∶S2（a，b，c）表示該序列以S1為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算其他樣品指紋圖譜的共有峰率和變異峰率，該序列片段表示S1與S2的共有峰率為a，其中S1的變異峰率為b，S2的變異峰率為c。

共有峰率a=[S1和S2的共有峰數(shù)/（S1和S2的共有峰數(shù)+S1的變異峰數(shù)+S2的變異峰數(shù)）]×100%；

b=（S1的變異峰數(shù)/S1和S2的共有峰數(shù)）×100%

c=（S2的變異峰數(shù)/S1和S2的共有峰數(shù)）×100%

多維序列空間分析是以非線性映射和序列空間為基礎(chǔ)而建構(gòu)的分析框架，本研究直接比較各木材間的定量關(guān)系，并將這種關(guān)系以序列空間予以體現(xiàn)，采用每種木材為參考，計(jì)算其他木材相對(duì)該木材的共有峰率和變異峰率，可以直接準(zhǔn)確地建立木材之間的關(guān)系，將每種木材與參考木材的共有峰率由大到小的順序排列，可以獲得一個(gè)序列，構(gòu)成一維共有峰率和變異峰率序列空間，n個(gè)木材可得n個(gè)不同序列，故而構(gòu)成n維序列空間。

按照雙指標(biāo)序列法根據(jù)表1對(duì)6種木材紅外吸收峰進(jìn)行分析，結(jié)果如下。

S1：S6（88.9；6.3，6.3）S5（83.3；13.3，6.7）S4（77.8； 21.4，7.1）S3（59.1；30.8，38.5）S2（56.5；30.8，46.2）

S2：S3（94.7；5.6，0.0）S1（56.5；46.2，30.8）S6（56.5；46.2，30.8）S4（54.5；58.3，25.0）S5（52.2；58.3，33.3）

S3：S2（94.7；0.0，5.6）S1（59.1；38.5，30.8）S6（59.1；38.5，30.8）S4（57.1；50.0，25.0）S5（54.5；50.0，33.3）

S4：S5（93.8；0.0，6.7）S6（88.2；0.0，13.3）S1（77.8； 7.1，21.4）S3（57.1；25.0，50.0）S2（54.5；25.0，58.3）

S5：S6（94.1；0.0，6.3）S4（93.8；6.7，0.0）S1（83.3； 6.7，13.3）S3（54.5；33.3，50.0）S2（52.2；33.3，58.3）

S6：S5（94.1；6.3，0.0）S1（88.9；6.3，6.3）S4（88.2； 13.3，0.0）S3（59.1；30.8，38.5）S2（56.5；30.8，46.2）

在不同序列中，6種木材共有峰率和變異峰率都有所不同，利用該多維雙指標(biāo)序列體系能夠直觀地找到具有最相似關(guān)系的兩個(gè)樣品，如S1：S6（88.9；6.3，6.3），意味著水青樹和細(xì)柄覃樹之間兩者吸收峰一致性達(dá)到88.9%，兩者的變異峰率都是6.3%。從上述指標(biāo)分析，木材之間相似度由高到低排列為：

水青樹：細(xì)柄覃樹88.9；楓香83.3；金葉含笑77.8；銀杏59.1；紅豆杉56.5

紅豆杉：銀杏94.7；水青樹56.5；細(xì)柄覃樹56.5；金葉含笑54.5；楓香52.2

銀杏：紅豆杉94.7；水青樹59.1；細(xì)柄覃樹59.1；金葉含笑57.1；楓香54.5

金葉含笑：楓香93.8；細(xì)柄覃樹88.2；水青樹77.8；銀杏57.1；紅豆杉54.5

楓香：細(xì)柄覃樹94.1；金葉含笑93.8；水青樹83.3；銀杏54.5；紅豆杉52.2

細(xì)柄覃樹：楓香94.1；水青樹88.9；金葉含笑88.2；銀杏59.1；紅豆杉56.5

結(jié)果表明，紅豆杉與銀杏兩者之間的相似度最高，為94.7，這意味著紅豆杉與銀杏雖然不是同科同屬，但同屬孑遺類植物，處于原始分化初期，差異性尚不明顯。同屬金縷梅科的細(xì)柄覃樹和楓香兩者之間相似度達(dá)到94.1%，兩者分別屬于蕈樹屬和楓香屬，這說明同科之間紅外光譜相似程度更大。水青樹與金縷梅科的細(xì)柄覃樹和楓香相似度超過80%，與木蘭科的金葉含笑相似度低于80%，說明水青樹與金縷梅科相似程度較高，與木蘭科相似程度較低。從水青樹的系統(tǒng)分類位置研究來看，水青樹木材結(jié)構(gòu)無導(dǎo)管，只有較原始的梯紋管胞及螺紋管胞，這與大多數(shù)被子植物不同，而與古裸子植物相類似。在系統(tǒng)位置上，Engler將其置入木蘭目（Magnoliales），Hutchinson將其納入金縷梅目（Hamamelidales），Cronouist把它歸入昆欄樹目（Trochodendrales）再置于金縷梅亞綱（Hamamekidae）。張萍[24]通過對(duì)水青樹木材和樹葉形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究，認(rèn)為水青樹科與木蘭科相似之處甚少，而與昆欄樹科和金縷梅科卻有不少共同特征，這與采用紅外光譜研究的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

木材的化學(xué)成分非常復(fù)雜，主要由木質(zhì)素、纖維素和半纖維素構(gòu)成，另外還有一定的抽提物與灰分物質(zhì)。不同樹種的木材由于含有不同的物質(zhì)，其吸收峰往往是多種成分的重疊，吸收峰的強(qiáng)弱、數(shù)目和峰位都有所不同，其紅外吸收光譜具有一定的差異性，可以利用這種差異性區(qū)別不同的木材。

水青樹木材的紅外光譜各官能團(tuán)吸收峰的特征表明，其化學(xué)組分交錯(cuò)于針闊葉材之間，木質(zhì)素含量和結(jié)構(gòu)具有一定針葉材的特征，可以推論，水青樹木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中含有較多的愈瘡木基丙烷。就其木質(zhì)素分析，水青樹與大多數(shù)被子植物不同，而與裸子植物相類似，這與水青樹木材解剖所得結(jié)論一致。通過紅外光譜共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列法的分析，得出同科之間圖譜相似度更高，不同科之間差異性更大的結(jié)論。在系統(tǒng)位置上，水青樹與金縷梅科處于更近的位置，而與木蘭科更遠(yuǎn)。

本研究結(jié)果表明，利用木材紅外譜圖的差異，在木材分類研究和鑒定領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景，此技術(shù)也有望成為木材司法鑒定體系中的有效方法之一。對(duì)木材的紅外光譜研究還處于初步階段，需要進(jìn)一步研究不同地區(qū)木材紅外光譜的穩(wěn)定性和差異性，以及建立各類木材標(biāo)準(zhǔn)的紅外圖譜庫才能應(yīng)用于實(shí)際的司法鑒定。利用雙指標(biāo)分析法可以通過已知的標(biāo)準(zhǔn)圖庫群對(duì)樣品進(jìn)行相似度比較，可以準(zhǔn)確進(jìn)行比對(duì)，為木材的鑒定提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李 堅(jiān).中國水青樹木材的超微結(jié)構(gòu)與化學(xué)元素的研究[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1989，17（4）：55-63.

[2] 張 萍，高淑貞.水青樹科的木材解剖[J].西北植物學(xué)報(bào)，1990， 10（3）：185-189.

[3] 方桂珍，吳保國，柳順熙.中國水青樹木材化學(xué)組成的研究[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1992，20（1）：37-42.

[4] 吳保國，柳順熙，方桂珍.水青樹磨木木素的結(jié)構(gòu)分析[J].林業(yè)科學(xué)，1993，29（3）：282-286.

[5] 吳獻(xiàn)禮.水青樹和昆欄樹莖皮的化學(xué)成分[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2000，9（3）：5-7.

[6] 來國防，王先友，曹建新，等.水青樹莖干中化學(xué)成分的提取與分離[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，40（2）：142-146.

[7] 劉貴生，李 堅(jiān)，陸文達(dá)，等.用紅外光譜法識(shí)別紅松、落葉松木材微細(xì)碎料初探[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1987，15（6）：33-38.

[8] 胡愛華，邢世巖，鞏其亮.基于FTIR的針闊葉材木質(zhì)素和纖維素特性[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，37（9）：79-81.

[9] 張 蓉，徐魁梧，張麗莎，等.基于紅外光譜的5種紅木樹種識(shí)別探討[J].林業(yè)科技開發(fā)，2014，28（2）：95-98.

[10] 蔣挺大.木質(zhì)素[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[11] 鞏其亮，胡愛華，邢世巖，等.基于木材化學(xué)組分的銀杏系統(tǒng)進(jìn)化問題研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2009，29（6）：1512-1515.

[12] OWEN N L，THOMAS D W. Infrared studies of "hard" and "soft" woods[J].Applied Spectroscopy，1989，43（3）：451.

[13] 邰瓞生.重陽木木質(zhì)素的研究—Ⅰ.重陽木木質(zhì)素的特性與分類[J].南京林學(xué)院學(xué)報(bào)，1985（4）：63-70.

[14] SINGH S K，SAIBABA V，RAO K S，et al. Synthesis and SAR/3D-QSAR，Studies on the COX-2 inhibitory activity of 1，5-diarylpyrazoles to validate the modified pharmacophore[J]. European Journal of Medicinal Chemistry，2005，40（10）：977-990.

[15] BOERIU C G，BRAVO D，RJA G.Characterisation of structure-dependent functional properties of lignin with infrared spectroscopy[J].Industrial Crops and Products，2004，20（2）：205-218.

[16] 張 蓉.基于光譜分析的木材樹種識(shí)別方法的研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2011.

[17] SARKANEN K V，LUDWIG C H.Lignin，Occurrence，F(xiàn)ormation，StructureandReactions[M].NewYork：Wiley/Interscience，1971.

[18] ROWELL R M，PETTERSEN R，HAN J S，et al. Cell Well Chemistry.35-74.In R. M. Rowell ed. Wood Chemistry and Wood Composites[M].New York：CRC Press，2005.

[19] 陶用珍，管映亭.木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用[J].纖維素科學(xué)與技術(shù)，2003，11（1）：42-55.

[20] FAIX O，BEINHOFF O. FTIR spectra of milled wood lignin and lignin polymer models （DHPs） with enhanced resolution obtained by deconvolution[J].Wood Chem Technol，1988，8（4）：505-522.

[21] 陳國荷.植物纖維化學(xué)[M].北京：輕工業(yè)出版社，1979.

[22] 鄒華彬，袁久榮，杜愛琴，等.甘草水提物紅外指紋圖譜共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列分析法[J].中成藥，2004，26（10）：779-783.

[23] 胡愛華，邢世巖，鞏其亮，等.基于FTIR的銀杏木材鑒別研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009（4）：88-92.

[24] 張 萍.水青樹葉的形態(tài)結(jié)構(gòu)研究[J].煙臺(tái)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1990，6（1）：73-78.