煙草纖維素的結(jié)晶度及晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及公開了一種煙草纖維素的結(jié)晶度及晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定方法，該測定方法采用CP/MAS 13C－NMR法對煙草樣品進行檢測，然后測定煙草樣品中纖維素結(jié)晶度和晶態(tài)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的煙草樣品的前處理是用酸性洗滌劑進行洗脫即可，無需用強氧化劑亞氧酸鈉脫木質(zhì)素并經(jīng)堿和酸處理，前處理過程簡單、費時短，而是采用數(shù)據(jù)處理時，對不同類型煙草樣品分別扣除相應(yīng)的非纖維素背景吸收的方式來除去木質(zhì)素的干擾。本方法實現(xiàn)了對酸性洗滌劑提取的煙草纖維素樣品原纖結(jié)構(gòu)的研究，可以為纖維素改性、煙草加工及低次煙葉和煙梗的處理等提供重要的理論依據(jù)。
【專利說明】煙草纖維素的結(jié)晶度及晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定方法 【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001] 本發(fā)明屬于煙草科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種煙草纖維素的結(jié)晶度及晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定 方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 纖維素作為構(gòu)成煙葉細(xì)胞組織和骨架的基本物質(zhì)，其含量對煙草的加工性能、燃 燒性及吸食品質(zhì)有較大影響；在煙草的加工過程中，纖維素大分子晶型結(jié)構(gòu)及結(jié)晶度的變 化等因素對于煙草的潤脹吸濕性能和柔韌性等品質(zhì)都有重要的影響。因此，加強對煙草纖 維素的研究對于提高卷煙加工質(zhì)量具有重大意義。
[0003] 纖維素大分子是由葡萄糖基通過3-1，4苷鍵聯(lián)結(jié)成纖維素二糖單元，再形成均 一聚糖的線性高分子。纖維的結(jié)構(gòu)既不是完全晶態(tài)，也不是完全無定型態(tài)的，是部分結(jié)晶和 部分取向，由結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)聯(lián)接而成的二相體系。結(jié)晶區(qū)之間的連接部分為無定形區(qū)， 結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)無明顯的界限，彼此間的過渡是漸變的。結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)間的比例，結(jié) 晶的完善程度隨纖維的種類，纖維的部位而異。在纖維素纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)中，結(jié)晶度是描述 纖維素超分子結(jié)構(gòu)的一個重要參數(shù)，它表示纖維素中結(jié)晶區(qū)占纖維總體積的百分率。聚集 態(tài)結(jié)構(gòu)中的結(jié)晶部分及無定型部分都是決定纖維素性質(zhì)的重要方面，纖維的物理化學(xué)性質(zhì) 都與結(jié)晶度有著密切的關(guān)系。
[0004] 纖維素結(jié)晶度的測定方法包括X-射線衍射法（XRD法）、紅外光譜法（FTIR法）、 拉曼光譜法、交叉極化魔角自旋核磁共振法（CP/MAS13C-NMR法）等，但主要集中在造紙 纖維中（[1]馬曉娟，黃六蓮，陳禮輝，等.纖維素結(jié)晶度的測定方法[J].造紙科學(xué)與技術(shù)， 2012,31(2) ：75-78,
[0005] [2]SunkyuPark,John0Baker,Michae1EHimme1,etc.Ce1lulose crystallinityindex:measurementtechniquesandtheirimpactoninterpreting cellulaseperformance[J].BiotechnologyforBiofuels,2010, 3:10.
[0006] [3]SchenzelK. ,FischerS.NIRFTRamanspectroscopy,arapid,analytical toolfordetectingthetransformationofcellulosepolymorphs.Cellulose, 2001, 8:49-57.)。其中以XRD法應(yīng)用較多（NicoletaTerinte,RogerIbbett,KurtChristian Schuster. 0VERVIEW0NNATIVECELLULOSEANDMICROCRYSTALLINECELLULOSEISTRUCTURE STUDIEDBYX-RAYDIFFRACTION(WAXD):COMPARISONBETWEENMEASUREMENTTECHNIQUES. LenzingerBerichte, 2011, 89:118-131.)，其優(yōu)勢在于前處理簡單，但測定準(zhǔn)確度不及CP/ MAS13C-NMR法，且不能定量反映纖維素的晶態(tài)結(jié)構(gòu)；FTIR因干擾物質(zhì)較多，測定結(jié)果比其 他方法明顯偏高；拉曼光譜需要在堿性溶液中測定，結(jié)果會受到堿濃度的影響；結(jié)合了CP/ MAS法的13C-NMR比前三種方法能更加完整準(zhǔn)確地得到纖維素微觀結(jié)構(gòu)的全部信息，在近 年來的造紙纖維研究中開始應(yīng)用，如肖青等人（肖青，萬金泉，王艷.CP/MAS13C-NMR技 術(shù)對木漿纖維微觀結(jié)構(gòu)的研究[J].化學(xué)學(xué)報，2009,67 (22) =2629-2634.)應(yīng)用此法進行了 對桉木木片的研究探索，在測定前經(jīng)過了較為復(fù)雜的前處理過程，且需脫除木質(zhì)素才能進 行測定。
[0007] 對煙草中纖維素的研究有報道的僅限于纖維素含量的測定，而對其結(jié)構(gòu)及結(jié)晶度 分析未見報道。且煙草與桉木類物理化學(xué)性質(zhì)差異較大，應(yīng)用CP/MAS13C-NMR法對煙草 纖維素結(jié)晶度及晶態(tài)結(jié)構(gòu)進行深入研究尚屬空白。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0008][要解決的技術(shù)問題]
[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種煙草纖維素的結(jié)晶度及晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定方法。
[0010] [技術(shù)方案]
[0011] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0012] 本發(fā)明提供了一種煙草纖維素的結(jié)晶度及晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定方法，該方法包括以下 步驟：
[0013] 步驟A、將參比煙草樣品按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T347-2010中性洗滌纖維的測定 步驟得到中性洗滌纖維含量；選取同一參比煙草樣品按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T347-2010酸 性洗滌纖維的測定步驟得到酸性洗滌纖維含量；再根據(jù)參比煙草樣品的中性洗滌纖維含量 和酸性洗滌纖維含量得到參比煙草樣品的纖維素含量；然后選取同一參比煙草樣品按照煙 草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T347-2010酸性洗滌纖維的測定步驟未經(jīng)馬弗爐灰化得到顆粒狀、淺棕綠 色的煙草纖維素參比標(biāo)樣；
[0014] 步驟B、利用CP/MAS13C-NMR法對纖維素標(biāo)樣和步驟A得到的煙草纖維素參比 標(biāo)樣進行測定分別得到纖維素標(biāo)樣譜圖和煙草纖維素參比標(biāo)樣譜圖，然后用煙草纖維素參 比標(biāo)樣譜圖扣除相同含量的纖維素標(biāo)樣譜圖即得到參比煙草樣品中非纖維素吸收背景譜 圖；
[0015] 步驟C、將待測煙草樣品按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T347-2010酸性洗滌纖維的測定 步驟未經(jīng)馬弗爐灰化得到待測煙草纖維素樣品，然后利用CP/MAS13C-NMR法對待測煙草 纖維素樣品進行測定得到待測煙草纖維素樣品的譜圖，將待測煙草纖維素樣品的譜圖扣除 步驟B中得到的非纖維素吸收背景譜圖即得到了該待測煙草樣品的纖維素譜圖；
[0016] 步驟D、待測煙草纖維素的結(jié)晶度的分析與計算：
[0017] 由待測煙草樣品的纖維素譜圖中S80?92ppm中結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)信號面積計 算結(jié)晶度，計算公式如下：
[0018]
【權(quán)利要求】
1. 一種煙草纖維素的結(jié)晶度及晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定方法，其特征在于該方法包括以下步 驟： 步驟A、將參比煙草樣品按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T347-2010中性洗滌纖維的測定步驟 得到中性洗滌纖維含量；選取同一參比煙草樣品按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T347-2010酸性洗 滌纖維的測定步驟得到酸性洗滌纖維含量；再根據(jù)參比煙草樣品的中性洗滌纖維含量和酸 性洗滌纖維含量得到參比煙草樣品的纖維素含量；然后選取同一參比煙草樣品按照煙草行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T347-2010酸性洗滌纖維的測定步驟未經(jīng)馬弗爐灰化得到顆粒狀、淺棕綠色的 煙草纖維素參比標(biāo)樣； 步驟B、利用CP/MAS13C-NMR法對纖維素標(biāo)樣和步驟A得到的煙草纖維素參比標(biāo)樣 進行測定分別得到纖維素標(biāo)樣譜圖和煙草纖維素參比標(biāo)樣譜圖，然后用煙草纖維素參比標(biāo) 樣譜圖扣除相同含量的纖維素標(biāo)樣譜圖即得到參比煙草樣品中非纖維素吸收背景譜圖； 步驟C、將待測煙草樣品按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T347-2010酸性洗滌纖維的測定步驟 未經(jīng)馬弗爐灰化得到待測煙草纖維素樣品，然后利用CP/MAS13C-NMR法對待測煙草纖維素 樣品進行測定得到待測煙草纖維素樣品的譜圖，將待測煙草纖維素樣品的譜圖扣除步驟B 中得到的非纖維素吸收背景譜圖即得到了該待測煙草樣品的纖維素譜圖； 步驟D、待測煙草纖維素的結(jié)晶度的分析與計算： 由待測煙草樣品的纖維素譜圖中S80?92ppm中結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)信號面積計算結(jié) 晶度，計算公式如下：
式中：Ss-為δ部?92ppm的信號面積， S非一為δ80?86ppm的信號面積； 或，由待測煙草樣品的纖維素譜圖S80?92ppm的C4區(qū)擬合分解來計算待測煙草纖 維素的結(jié)晶度，計算方法如下：利用混合洛侖茲和高斯函數(shù)模型并借助DWIN-NMR軟件擬合 技術(shù)對待測煙草樣品的纖維素譜圖的C4信號峰擬合得到δ80?92ppm信號峰擬合圖，在 δ80?92ppm有序的C4區(qū)中分別由纖維素Ia、纖維素Ια+0、和纖維素Ie引起的信號用 Lorentzian譜線進行擬合；在δ80?86ppm無序的C4區(qū)中分別由次晶纖維素PC、可及基 原纖表面AS和不可及基原纖表面IAS引起的信號用Gaussian譜線進行擬合； 然后采用下式計算結(jié)晶度： X=Ia+Ia+e+Ie+PC，其中 1。、1。+0、10、？(：分別表示13〇匪1?光譜3 8〇?92--111的〇4 區(qū)擬合后纖維素晶型Ia、Ia+e和Ie和次晶纖維素PC的相對含量； 步驟Ε、待測煙草纖維素的晶型與含量的分析和計算： 對待測煙草樣品的纖維素譜圖中δ102?108ppm信號峰擬合，采用4個Lorentzian線形表示不同晶型，測定結(jié)晶區(qū)纖維素Ia、纖維素Ie以及次晶纖維素PC的相對含量； 步驟F、待測煙草纖維素原纖尺寸的計算： 從步驟D的δ80?92ppm信號峰擬合圖得到C4原子的總信號強度IT()t、可及基原纖 表面的信號強度Ias和不可及基原纖表面的信號強度Iias，計算基原纖聚集束尺寸的步驟如 下：根據(jù)q=IAS/IT(rt，同時q= (4n_4)/n2,其中η為沿基原纖聚集束一邊上的葡萄糖數(shù)，計 算出η的值，再根據(jù)公式d= 0. 57Xn，d即為相應(yīng)的基原纖聚集束的尺寸； 計算基原纖尺寸的步驟如下：根據(jù)q= (IAS+IIAS)/IT()t，同時q= (4n_4)/n2,其中η為沿 基原纖一邊上的葡萄糖數(shù)，計算出η的值，再根據(jù)公式d= 0. 57Xn，d即為相應(yīng)的基原纖的 尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙草纖維素的結(jié)晶度及晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定方法，其特征在于所 述的CP/MAS13C-NMR法是采用AVANCEAV400spectrometer超導(dǎo)傅立葉數(shù)字化核磁共 振譜儀進行測定，測試條件參數(shù)如下：場強9. 40T，4mm和7mm魔角探頭，轉(zhuǎn)速15kHz，脈沖寬 度90°，交叉極化時間4μs，接觸時間2ms，采樣時間34ms，采樣間隔時間2. 0s，掃描次數(shù)： 1024,譜寬300ppm，一級定標(biāo)用四甲基硅烷（CH3) 4Si。
【文檔編號】G01N24/08GK104458784SQ201410687592
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】譚蘭蘭, 戴亞, 馮廣林, 李東亮, 江長國, 朱曉蘭 申請人:川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司