乙酰溴法測定渾河草本植物中木質(zhì)素的質(zhì)量分數(shù)

魏晨光，孫靜雯，李子逸，于偉豪

（沈陽建筑大學 市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

木質(zhì)素作為一種高分子有機化合物，主要分布于陸源高等植物體內(nèi)，可用來對河流及海洋陸源物質(zhì)進行定量的示蹤研究，木質(zhì)素的質(zhì)量分數(shù)可以用來示蹤河流及海洋環(huán)境中陸源有機質(zhì)的量[1-2]。

分離純化木質(zhì)素的方法有兩種：將木質(zhì)素以外的成分分解并作為不溶物沉淀的方法，以及將木質(zhì)素溶解在有機溶劑中進行純化的方法[3]。木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)可通過硫酸法（Klason法）、乙酰溴法、高效液相色譜法和氧化還原法等方法進行測定[4-5]。硫酸法是早期測定木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)應用較為普遍的方法，這種方法是利用72%的硫酸對樣品進行消解，在加熱條件下，將糖類化合物溶解成可溶性成分，得到的剩余不溶性固體即為木質(zhì)素，之后經(jīng)過過濾、洗滌、干燥、稱重等步驟即可得到木質(zhì)素的質(zhì)量[6-7]。但這種方法有一些弊端，加熱溶解時，部分木質(zhì)素也會被溶解，產(chǎn)生相應的誤差，因此需要修正木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)值。

乙酰溴法原理是根據(jù)物質(zhì)分子對200～760 nm范圍內(nèi)電磁波的吸收特性建立的定性定量分析方法。乙酰溴法是測定木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)的重要方法，該方法是將樣品置于乙酰溴和冰醋酸的混合溶液中，使木質(zhì)素的酚羥基乙?；?，對得到的乙?；举|(zhì)素溶液在280 nm處具有最大紫外吸收峰的值進行測量，即可得到木質(zhì)素的質(zhì)量分數(shù)[8]。在研究比較了上述幾種檢測方法的文獻資料后，本文根據(jù)實驗室現(xiàn)有條件，用乙酰溴法來對渾河流域草本植物樣品中木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)進行定量分析，并對試驗條件進行反復優(yōu)化，在提高方法的準確性和精密性的同時，力求方法簡單快速，可行性強。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

儀器：紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司；恒溫水浴鍋，常州中捷實驗儀器有限公司；電子天平，美國華志公司。

材料與試劑：標準木質(zhì)素，分析純，合肥巴斯夫生物科技有限公司；乙酰溴，分析純，上海麥克林生化科技有限公司；冰醋酸，分析純，天津市富宇精細化工有限公司；氫氧化鈉，分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.2 木質(zhì)素乙酰化反應

準確稱取5 mg標準木質(zhì)素，放入25 mL具塞試管中，加入5 mL體積分數(shù)為10%～50%乙酰溴的冰醋酸溶液，蓋好試管塞，放入恒溫水浴鍋中，控制溫度在50～90 ℃的條件下反應20～60 min，然后將反應液移入裝有10 mL 2 mol·L-1氫氧化鈉和10 mL冰醋酸溶液的容量瓶中終止反應，充分混勻，用冰醋酸稀釋至50 mL，以冰醋酸為空白溶液，測定并比較不同反應條件下產(chǎn)物在280 nm處的紫外吸收值[9]。

標準工作曲線：取一定量的木質(zhì)素標準品，配制成質(zhì)量濃度分別為0.04、0.06、0.1、0.2、0.3、0.4 g·L-1的標準液，按前述條件進行乙酰化反應，測定溶液在280 nm處的紫外吸收值，得到標準工作曲線如圖1所示，擬合得到的線性方程為y=-0.006+2.593x，線性相關系數(shù)R=0.997 8。

圖1 木質(zhì)素乙?；芤旱淖贤馕諛藴使ぷ髑€

1.3 樣品木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)測定

稱取0.05 g草本植物樣品，按1.2的步驟進行乙?；幚?，用冰醋酸稀釋至80 mL，以冰醋酸為空白測定乙?；芤涸?80 nm處的紫外吸收值A1；同時做樣品的空白試驗，以減小樣品自身吸光度帶來的誤差。稱取相同質(zhì)量的樣品，不加乙酰溴試劑，之后采用完全相同的步驟，同樣以冰醋酸為空白，測定在280 nm處的紫外吸收值A2。樣品的吸光度A=A1-A2，根據(jù)標準曲線方程計算得到木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙酰溴法測定木質(zhì)素單因素優(yōu)化試驗

在乙酰溴法測定木質(zhì)素的試驗中，木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)測定的準確性很大程度上受控于乙?；磻倪M程，因此有必要對木質(zhì)素乙?；磻獥l件進行一系列的優(yōu)化試驗，以使木質(zhì)素能夠充分乙酰化并且溶解。設置反應溫度、反應時間和乙酰溴體積分數(shù)3個影響因素，反應溫度為50、60、70、80、90 ℃，反應時間為20、30、40、50、60 min，乙酰溴體積分數(shù)為10%、20%、30%、40%、50%。依據(jù)“1.2”中的方法進行乙酰化反應后，用紫外-可見分光光度計定量測定木質(zhì)素的吸光度。以木質(zhì)素的吸光度為評價指標，考察以上3個因素對木質(zhì)素乙?；^程的影響，確定單因素的最佳取值范圍。每個試驗在相同條件下進行3次，以3次測量數(shù)據(jù)的平均值作為最終測定結(jié)果。

2.1.1 反應溫度的影響

在反應時間為30 min、乙酰溴體積分數(shù)為40%時反應溫度對木質(zhì)素乙?；磻挠绊懸妶D2。

圖2 反應溫度對木質(zhì)素乙?；磻挠绊?/p>

由圖2可知，在溫度低于70 ℃時，溫度越高木質(zhì)素乙酰化反應就越充分，樣品的紫外吸光度在反應溫度70 ℃時接近最大值，當溫度高于70 ℃時，木質(zhì)素乙酰化溶液的吸光度開始下降，造成這種現(xiàn)象的原因可能是木質(zhì)素乙?；芤旱臏囟冗_到或高于乙酰溴自身的沸點，使得乙酰溴試劑出現(xiàn)一定程度的揮發(fā)，從而對木質(zhì)素乙?；M程產(chǎn)生了一定的影響。因此，木質(zhì)素乙?；磻嗽?0 ℃的反應溫度下進行。

2.1.2 反應時間的影響

在反應溫度為70 ℃、乙酰溴體積分數(shù)為40%時反應時間對木質(zhì)素乙?；磻挠绊懸妶D3。

圖3 反應時間對木質(zhì)素乙酰化反應的影響

由圖3可知,隨著反應時間的增加，木質(zhì)素吸光度先呈現(xiàn)出上升趨勢，而當反應時間到30 min以后，木質(zhì)素的吸光度沒有明顯的變化，說明經(jīng)過30 min的乙?；磻蟪练e物中所含的木質(zhì)素已完全溶解,溶液的吸光度并沒有隨著反應時間的增加而繼續(xù)增加。因此，木質(zhì)素乙?；磻丝刂品磻獣r間為30 min。

2.1.3 乙酰溴體積分數(shù)的影響

木質(zhì)素的乙?；磻潭扰c乙酰溴在冰醋酸介質(zhì)中的體積分數(shù)密切相關。在反應溫度為70 ℃、反應時間為30 min時乙酰溴體積分數(shù)對木質(zhì)素乙?；磻挠绊懭鐖D4所示。

圖4 乙酰溴體積分數(shù)對木質(zhì)素乙?；磻挠绊?/p>

當乙酰溴在冰醋酸介質(zhì)中的體積分數(shù)低于40%時，木質(zhì)素乙酰化溶液的吸光度隨著乙酰溴體積分數(shù)的增加而逐漸增大，而當體積分數(shù)高于40%時，試樣的吸光度下降。樣品的紫外吸光度在乙酰溴體積分數(shù)為40%時接近最大值，說明木質(zhì)素乙?；磻丝刂埔阴ｄ弩w積分數(shù)為40%。

本文進一步對木質(zhì)素乙酰化產(chǎn)物的穩(wěn)定性進行了試驗，結(jié)果表明，在室溫條件下，木質(zhì)素乙?；苌锶芤涸诜磻? 000 s之后，仍具有穩(wěn)定的紫外吸收性能，如圖5所示，證明木質(zhì)素乙?；磻a(chǎn)物在試驗中的穩(wěn)定程度足夠保持試驗結(jié)果的可靠性。綜上所述，木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)測定的單因素優(yōu)化條件為：反應溫度70 ℃、反應時間30 min、乙酰溴體積分數(shù)40%。

圖5 木質(zhì)素乙酰衍生物溶液的穩(wěn)定性

2.2 草本植物樣品中木質(zhì)素的測定結(jié)果

在最佳反應條件下，用乙酰溴法對渾河流域草本植物中木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)進行測定（具體步驟見“1.3”），測定結(jié)果在13.16%～14.79%之間，平均為(13.91±0.82)%。該結(jié)果高于文獻中堿性氧化銅法精確測定的草本植物樣品木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)（10%以下）[10]，說明本實驗結(jié)果存在一定的誤差，可能是取樣量較多樣品本身吸光度誤差所導致。

3 結(jié) 論

1）在乙酰溴法測定木質(zhì)素的試驗中，木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)測定的準確性主要受控于乙?；磻倪M程，以反應溫度、反應時間、乙酰溴體積分數(shù)的大小為指標，通過單因素試驗，優(yōu)化確定了木質(zhì)素乙?；罴逊磻獥l件：反應溫度為70 ℃，反應時間為30 min，乙酰溴體積分數(shù)為40%。應對反應條件進行嚴格的控制，以防止體系中多糖類物質(zhì)對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。

2）用乙酰溴法測得的渾河草本植物樣品中木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)為13.91%。本文方法具有簡單、易于操作、穩(wěn)定性和精確度高、試樣需求量少等優(yōu)點。

目前木質(zhì)素的精確測定采用的是堿性氧化銅法[11]，但該方法需要較高的實驗室條件，本文采用的方法目的是研究用相對簡單的乙酰溴法測定木質(zhì)素的可行性，對于在實際中的應用來講，仍需進行更多深入的研究。