木质素的测定方法

Klason 法

Klason 法的原理是利用浓硫酸水解样品中的非木质素部分,剩下的残渣即为木质素。将粉碎的花生壳用乙醇－苯(1ʒ2,

v /v )混合液抽提脱脂后,加72%的硫酸于25ħ反应2h ,加水稀释至硫酸浓度为3．0%,煮沸回流4h 后抽滤,洗涤至中性,105ħ烘至恒量,测得花生壳中木质素含量为28．93%(RSD 为0．15%)[4]。Klason 法检测植物中木质素含量具有较好的精确度,但该法只适合于硬木木质素含量的检测,不适合软木木质素和草本木质素含量的检测。

2．2紫外分光光度法

紫外分光光度法的原理是根据物质分子对波

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图1木质素的化学结构及其键合方式Fig．1Chemical structure and bonding modes of lignin

长为200 760nm这一范围电磁波的吸收特性所建立起来的一种定性和定量分析方法。木质素是由苯丙烷类基本结构单元组成的芳香族大分子化合物,其在200 300nm间有很强的紫外特征吸收峰,故该法可用于木质素含量的检测[5]。采用该法检测人参中木质素含量的操作过程是将定量的溴乙酰－乙酸溶液和高氯酸加入人参粉末中,密封后70ħ水浴30min。然后将反应液移入2mol/L NaOH 和冰乙酸混合液中,并充分振荡,于260nm测定其吸光值,依据其标准曲线方程计算得到人参中木质素的含量为2．47%(RSD为2．4%),而采用Klason 法检测的结果为1．69%(RSD为3．4%)[6]。紫外分光光度法检测植物中木质素含量具有重复性好、样品用量少、简便快速等特点。

2．3高效液相色谱法

反相高效液相色谱法适用于多种非极性和弱极性有机物或无机物的检测。采用该法检测木质素含量的基本原理是高温条件下,硫酸亚铁铵六水合物和碱性氧化铜的作用可使待测样品中的木质素形成酚类化合物,然后经过滤、碱洗、酸化、醚提、醇溶等一系列处理过程后进样检测。利用反相高效液相色谱法检测来自湖泊不同深度的14种沉积物样品中木质素含量的色谱条件为:ODS(C18)反相色谱柱,流动相为乙腈－甲醇－醋酸(1ʒ1ʒ8,v/v),流速为1．0mL/min,柱温为27ħ,检测波长为280 nm。结果显示,该法的精密度为2．0%,最低检出限达到1．0 10μg/L[7]。

Klason法是测定木质素含量的经典方法,其原理是用72%硫酸除去纤维素,难溶的木质素经过滤、洗涤、干燥称重、计算等步骤可得到其含量，但测定所需原料较多,限制了在名贵中药材如人参尤其是野山人参、移山参上应用。而紫外分光光度法测定木质素仅需微量原料,在珍稀药材的研究中更具可行性和实用性。

木质素紫外吸收标准曲线

用分光光度计扫描一定浓度的木质素溶液，确定测定波长。称取一定量Kraft木质素样品，用参比溶液（1%NaOH）配成不同浓度，使吸光度在0.1—1范围内，测定不同浓度下样品的吸光度，以浓度为横坐标、吸光度为纵坐标作图。

测样品中木质素浓度，对照标准曲线计算出样品中的木质素浓度。

A. 试剂

(a) 72%硫酸溶液：取734.69 mL浓硫酸，倒入200 mL水中，冷却后稀释1000 mL。

B. 安全注意

(a) 丙酮易燃，操作时应在通风橱中进行，避免吸入或与皮肤接触。将滤袋放入烘箱之前，要确保滤袋完

全干燥，丙酮完全挥发。

(b) 操作浓硫酸时要带橡胶手套和面罩。配制硫酸溶液时一定注意将硫酸倒入水中。如果酸接触到皮肤，

请用大量水冲洗。

C.设备

(a) 滤袋- ANKOM F57滤袋。

(b) 封口机

(c) 干燥器

（d）2 L或3 L烧杯

D. 步骤

(a) 滤袋和样品的准备

1) 用耐溶剂的记号笔给滤袋编号，称重(m 1)。

2) 直接准确称取0.5g (± 0.05 g 制备好的样品(m ) 于滤袋中。样品需要粉碎过1 mm筛。

3) 在距离滤袋上边缘大约5 mm用封口机封口。然后将样品在滤袋中展平，均匀分布。

4) 至少取一个空白滤袋(C1)，同时做空白测定。

5) 先按照ADF测定方法进行处理。

b) ADF测定之后，将干燥后的滤袋/样品放入3 L烧杯中，加足量72%硫酸将滤袋浸没（大约250 mL）。

重要：滤袋必须完全干燥，并冷却至室温后加入浓酸。如果滤袋有水分存在，加硫酸后产生热，容易使

袋子中样品烧焦，影响测定结果。

c) 将2 L烧杯放到3 L beaker中使滤袋浸没。开始时搅拌滤袋，并在30分钟内将2 L烧杯上、下提起大约30

次。

d) 3小时后将硫酸倒掉，然后用水淋洗除掉酸。重复淋洗至pH为中性。然后用250 mL 丙酮淋洗3 min除

掉水。

e）在105° C 烘箱中干燥4 h，然后放入干燥器中冷却至室温，称重（m 2）。

警告：在丙酮完全挥发掉之前不能把滤袋放入烘箱中。

f）将滤袋放入已知重量（m3）30 or 50 mL坩埚中，在525° C 条件下灰化3 h，冷却，称重（m 4）

E. 计算

试样中中性洗涤纤维质量分数按以下公式计算。

ADL (%) =[ (m2- m1x C1)-（(m4- m3)] x 100 / m

其中：m1 为空袋质量，g；m2为提取烘干后滤袋+样品质量，g；m3 为坩埚质量，g；m4 为坩埚+

灰分质量；C1 为空白袋子校正系数(烘干后质量/原来质量)；m 为样品质量，g。

目前采用滤袋技术的比较多，可以使用Ringbio 纤维分析 仪结合van soest方法进行测定。

纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖,是植物细胞壁的主要成分.

半纤维素(hemicellulose)：是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体,这些糖是五碳糖和六碳糖,包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等.它结合在纤维素微纤维的表面,并且相互连接,这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络.

木质素（lignin）是 有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物.形成纤维支架,具有强化木质纤维的作用.

木质素按照可溶性又分为硫酸木质素、盐酸木质素、氧化铜氨木质素、高碘酸木质素、碱木质素、乙醇木质素、硫木质素、酚木质素、有机胺木质素等。酸木质素、氧化铜氨木质素是将木质素以外的成分溶解除去，木质素作为不溶性成分分离。而其他的是将木质素作为可溶性成分来进行分离。

酸木质素在分离过程中受到酸的作用，其结构会发生化学变化，不过盐酸木质素的变化比硫酸木质素的变化要小一些。硫酸木质素在分离过程中所发生的变化，是由于在水解的同时木质素发生高度缩合反应造成的。

作为后一类分离方法的典型例子是造纸的制浆过程。传统的制浆方法有两种：一种是碱法制浆，碱法蒸煮中，使用碱液处理植物原料。根据所用的碱料不同，又分为石灰法、烧碱法和硫酸盐法三种。石灰法蒸煮液的成分主要为Ca(OH)2，烧碱法蒸煮液的成分主要为NaOH，而硫酸盐法蒸煮液的成分主要为NaOH和Na2S。石灰法和烧碱法主要适用于草类原料，硫酸盐法既可蒸煮草类原料也可蒸煮木材原料。另一种方法是亚硫酸盐法，亚硫酸盐法使用亚硫酸盐(钙、镁、钠、氨的亚硫酸盐)药液,在130℃～140℃下加热蒸煮植物原料。根据蒸煮液pH值的不同，此法又分为酸性亚硫酸盐法(pH值1.5～2)、亚硫酸氢盐法(pH值4～5)、中性和碱性亚硫酸盐法(pH值10～13.5)几种。

传统制浆法使用水作为溶剂，制浆过程中产生大量废水,废水中含有大量的有机物，尤其是木质素，不仅造成环境污染还造成资源的大量浪费。传统方法提取的木质素多以木质素盐的形式存在，木质素的纯度不高，不利于木质素的深度加工利用。传统方法大量使用含有硫的催化剂，在反应中,生成的SO2或H2SO4很容易造成环境污染和对反应设备的腐蚀。

传统制浆造纸行业所带来的巨大污染正在被各国所认识，传统制浆方法正在被新型的无污染(或低污染)的制浆方法所取代。有机溶剂提取木质素制浆法有其无与伦比的优点。该法是利用有机溶剂(或和少量催化剂共同作用下)良好的溶解性和易挥发性,达到分离、水解或溶解植物中的木质素，使得木质素与纤维素充分、高效分离。生产中得到的纤维素可以直接作为造纸的纸浆；而制浆废液可以通过蒸馏法来回收有机溶剂,反复循环利用，整个过程形成一个封闭的循环系统，无废水或少量废水排放，以纯化木质素，得到的高纯度有机木质素是良好的化工原料，也为木质素资源的能够真正从源头上防治制浆造纸废水对环境的污染，是一种“绿色环保”的制浆技术；而且通过蒸馏，可大规模开发利用提供了一条新途径，避免了传统造纸行业对资源的大量浪费。

19世纪末就有人提出利用乙醇提取植物原料中的木质素来生产纸浆，而对有机溶剂法提取木质素制浆的深入研究则是20世纪80年代才兴起的。中国对有机溶剂法制浆技术的研究起步较晚，但发展很快美国、加拿大、德国等国在这方面进行了深入的研究，做了不少工作，也取得了很大的成就。

以苯丙烷为结构单元，通过醚键 -碳键彼此联接成具有三度空间结构的高聚物。结构单元的类型、数目和连接方式随树种变化很大。针叶材木质素只有愈疮木酚基型结构，阔叶材木质素则具有紫丁香酚基型、紫丁香酚基-愈疮木酚基型和愈疮木酚基型等3种结构形式。愈疮木酚基丙烷单元的苯环上反应活泼的位置较多，可能形成较多的碳 -碳键连接，因此针叶材木质素的平均分子量较高，阔叶材木质素则较易分解。针叶材木质素含甲氧基15～16%，阔叶材木质素含甲氧基21%。木质素难于水解。其分子中的酚型结构单元使木质素具有一定的亲水性，而三度空间网状结构则使木质素具有刚性和适当的抗压强度。

木质素的结构复杂，性质活泼，用不同方法从木材组织中分离得到的木质素，在结构和性质上都已发生不同程度的变化，因此在分离的木质素名称前都冠以提取方法名称，以示区别。如用浓硫酸分离得到的称为浓硫酸木质素等。将新鲜无浸提物的木粉，以甲苯为分散剂，在震动球磨中经长时间碾磨，再用二氧六环分离出来的木质素，称磨木木质素 (MWL)或布约克曼木质素，现公认为变化最少的分离木质素，可作为研究木质素分子结构的基准。

木质素的用途随原料和加工方法而异，如木质素磺酸盐可用于石油钻井时泥浆稀释剂等，而阔叶材硫酸盐木质素可用于生产二甲基亚砜等。