紫外——可见光谱分析技术及其在实际造纸工业中的应用

张春敬

（山东轻工业学院制浆造纸科学与技术教育部重点实验室，山东省济南，250353）

紫外
——可见光谱分析技术及其在实际造纸工业中的应用

张春敬

（山东轻工业学院制浆造纸科学与技术教育部重点实验室，山东省济南，250353）

本文在简要介绍紫外——可见光谱分析技术的定义、特点、应用范围、原理的基础上，重点介绍了紫外——可见光谱分析技术在造纸工业中的应用。色谱分析具有高效、灵敏的特点。进而讨论了紫外——可见光谱在制浆造纸中的发展趋向。

紫外——可见光谱 造纸 色谱分析

前言

通过研究溶液中物质的分子或离子对紫外可见光谱的吸收情况，对物质进行定性、定量和结构分析的分析方法，称为紫外—可见分光光度法（Ultraviolet and visible spectrophotometry缩写为 UV—VIS）。就仪器分析范畴而言，与各种近代分析方法相比较，紫外与可见分光光度法算是一种较为传统的方法。但它能发展至今而且在整个分析化学领域仍占有重要位置，究其原因，这与它本身具有许多特点是分不开的。

1 紫外与可见分光光度法的主要特点：

1.1 测量范围广

当物质的含量为常量(1%～50%)、微量(1%～10-3%)、痕量(10-4%～10-5%)时，采用紫外与可见分光光度法可直接或间接测定。如采用预先浓缩或其他方法，甚至可测定含量为10-6%～10-9%的物质。该法多用于微量和痕量组分的测定，其灵敏度和准确度可与近代仪器分析方法相媲美。

1.2 应用范围广

在定量分析方面，紫外——可见分光光度法是应用范围极为广泛的重要工具。在无机化合物方面，几乎元素周期表中所有金属元素均能进行测定。亦能分析测定象氮、硼、硅、砷、氧、硫、硒、氟、氯等非金属元素。紫外——可见分光光度法也能定量测定大部分有机化合物。例如，某些醛、醇、酮、胺(脂肪族或芳香族)、酚、芳烃、羧酸、腈、卤代烃、醌、烯、酰胺、异氰酸脂、硝基化合物、芳基横酸、磺胺、二硫化物、亚甲醚、吡啶及其取代物、糠醛及其取代物、吲哚及其取代物、氮基酸、蛋白质等。在定性鉴定方面，对于许多有机化合物而言，紫外——可见分光光度法可作为红外光谱、核磁共振光谱等定性技术的一种重要辅助工具。由此可见，紫外——可见分光光度法的应用范围是极为广泛的。

1.3 操作较简便、快速，且仪器成本相对较低，易于普及推广

自20世纪50年代开始至今，由于有机试剂和络合物化学的迅速发展以及仪器的不断改进，使紫外与可见分光光度法的面貌也随着为之一新。据有关资料统计，在60年代初，分光光度法在整个分析方法中所占的比重约为45%。此后，虽然在其他近代仪器分析的方法的发展下使其有所下降，但近年来分光光度法所占的比重仍稳定在30%左右。1978年美国“分析化学”杂志发表有关读者统计结果表明，使用不同分折方法人数所占百分比以分光光度法和气相色谱法最高，均占被统计的读者人数的64%。由此可见，分光光度法并未失去其重要地位。

2 紫外——可见光谱的可测量范围[1]

2.1 测量原料和纸浆中木素的含量

紫外光谱法对共轭体系的分析有它的独到之处，其突出特点是对芳香族化合物的全面分析。以苯丙烷基为基本单元的木素，在紫外光谱区波长280nm和205nm出现两个特征吸收峰。这两个木素的紫外特征吸收峰被用作对木素进行定性和定量分析的依据。当采用紫外光谱法对木素进行定量分析时，通常采用排除糖类的方法以解决其对测定的干扰。紫外光谱应用于木素定量测定的代表性测定项目有：紫外法测定原料和纸浆中酸溶木素的含量、紫外溴乙酰法测定原料和纸浆中木素含量等。

2.2 测定纸浆中乙烯糖醛酸含量

植物纤维原料的半纤维素主要以聚4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖占很大比例。在硫酸盐法蒸煮过程中，该聚木糖的侧链基团4-O-甲基葡萄糖醛酸受到高温强碱的作用，通过β-甲醇消除反应，在六元环上形成双键，转变为4-脱氧-β-左旋-对-己烯-4-糖醛酸，简称己烯糖醛酸 （Hexenuronicacid简称HuA）。选择性酸水解法（HUT法）是利用乙烯糖醛酸在弱酸性条件下发生选择性水解的特性，采用紫外分光光度法对水解生成的主要产物2-糠醛和5-羧酸-2-糠醛进行定量分析测定。

2.3 分光光度法测量原料和纸浆中戊聚糖含量

在造纸原料和纸浆和化学组成中，戊聚糖是其中重要成分之一。由于原料种类和浆种的不同，与之对应的戊聚糖含量也不同，因此对纸浆的物理和化学性质也有重要影响，测定戊聚糖含量具有极其重要的意义。采用分光光度法测定糠醛含量，需加入显色剂，使糠醛显色。显色的糠醛溶液在可见光区对一定波长(630nm)的光产生强的吸收，其吸光度与溶液的浓度成正比。依据朗伯——比耳定律：

A=logI0/I=K·ρ·σ

式中：A-试样测定的吸光度

σ-石英比色皿的厚度，cm(通常 σ＝1cm)

ρ-溶液浓度，g／L

K-吸光系数，L/（g·cm）

I0-入射光强度，cd

I-透射光强度，cd

2.4 纸浆、纸和纸板中铁、铜和锰含量的测定

金属离子(Fe2+、Cu2+、Mg2+、Ca2+等)的存在，对纸浆、纸和纸板的性能会产生很大影响，特别是绝缘纸和纸板及其用浆、照相原纸及其用浆、感光纸原纸、晒图纸、电容器纸和溶解浆等，在其性能指标中均对此有特别的规定。因此，测定纸浆、纸和纸板中的金属离子含量，对于研究它的影响规律和理论，以及表征产品性能是重要的。

金属离子的定性分析通常可采用多种方法、例如化学分析法、原子吸收与原子发射光谱法，分光光度法等。每种方法各有特点，在分析时可依据需要和实验室的条件来选用。

分光光度法测定金属离子含量具有快速简便、准确的特点。其测定原理都是首先将其灰分溶于盐酸中，然后根据各种金属离子的特性，再进行不同的处理，以便金属离子转变为呈色的络合物，使其能够在分光光度法分析中在特定波长下显色，而且，其溶液显色的深浅与该金属离子的浓度成正比。因此，测定各种金属离子在特征波长下的吸收值，然后再根据各自的标准吸收曲线，即可查出各种金属离子的实际含量。

3 在造纸中应用的实例

周学飞[2]探讨了利用紫外光吸收（UV）法快速、直接测定纸浆卡伯值的方法，其基本方法是在强酸化条件下（目的是避免产生MnO2，以免干扰UV的测定）通过直接测定纸浆——KMnO4浓度来快速测定纸浆卡伯值。

石海强、何北海[3]用紫外光谱法测定马尾松TMP浆和酸性亚硫酸盐浆正己烷抽出物中甘油三酯的含量，探讨了三油酸甘油酯标准物与纸浆树脂的紫外吸光谱图特征与特征峰位置以及测试时间对吸光度值的影响。本方法具有测定结果重现性好，准确性较高，精密度基本满足要求的特点，可用于实际生产过程中定量监测纸浆中甘油三酯含量变化。结果表明，在实验试剂用量范围内，三油酸甘油酯在412nm的吸光度与浓度呈线性关系，线性相关系数为0.971；吸光度随测试时间呈线性降低关系，相关系数为0.990。再现性实验回收率98%～104%，精确度1.27%～4.03%。利用该方法测定了纸浆与酶处理后纸浆抽提物中甘油三酯的含量，评价了酶处理纸浆降解甘油酯的效果。马尾松TMP与酸性亚硫酸盐浆中甘油三酯含量较高，约占总抽提物的50%。

李继民、王彦吉、邹宁、姚丽娟[4]研究了薄层色谱分离及分光光度法测定单糖的条件，建立了一种快速测定木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖和半乳糖的薄层色谱——分光光度法。以1-萘酚为显色剂，测定了纸张样品水解液中的单糖含量，方法的线性关系较好，5种单糖的样品加标回收率为96.10%～98.18%。

罗灵芝、王立军[5]采用紫外——可见光谱法考察分别以一种淀粉基固着剂、荧光增白剂、甲基紫显白剂、PAE湿强树脂、阳离子淀粉增干强剂、AKD施胶剂和阳离子聚丙烯酰胺助留剂作为代表性的湿部化学助剂作用于漂白化学热磨机械浆(BCTMP)纤维上的吸附行为。结果表明，采用紫外——可见光谱法测定湿部助剂的残余量具有一定的可行性，并能揭示这些助剂由于电性、电荷密度、相对分子质量、用量等的不同而产生的不同吸附行为。

孙勇、张金平、杨刚、李佐虎[6]利用紫外——可见光谱分析技术对云杉木质素被二氧化氯氧化前后的结构变化进行研究，当木质素被二氧化氯氧化时，其骨架结构中的芳香环基团被有效地氧化开环。紫外光谱显示木质素在被氧化后位于280nm处的紫外吸收显著降低。研究结果说明二氧化氯能有效地氧化木质素中的芳香环，并将其氧化为带有C=O基因的黏康酸及其酯类物质或带有醌型基团的物质。

结束语

现如今，现代测量仪器的不断发展以及各种计算机辅助处理方法的使用，使得现代测量技术不断发展壮大，在各行各业中的作用也越来越重要，在制浆造纸工业中也是如此。经过几十年来造纸技术的拓展，色谱分析技术已经广泛用于造纸木素、添加剂、废水等的定性和定量分析中。紫外——可见光谱法常用于研究不同饱和的有机化合物，特别是具有共轭体系的有机化合物。紫外光谱法测定有机物含量具有样品用量少，重现性好，操作方便和测量精度高的优点，因而应用最为广泛。

[1]石淑兰、何福望.制浆造纸分析与检测[M].中国轻工业出版社，2009年

[2]周学飞.紫外光吸收法快速、直接测定纸浆卡伯值[J].纸和造纸，2005 年，第三期

[3]石海强、何北海.紫外——可见光谱测定马尾松纸浆树脂中甘油三酯含量 [J].光谱学和光谱分析，2007年，第27卷，第1期

[4]李继民、王彦吉、邹宁、姚丽娟.薄层色谱——分光光度法测定纸张中单糖的研究[J].分析科学学报，2008年，第24卷，第3期

[5]罗灵芝、王立军.湿部助剂在漂白化学热磨机械浆上的吸附[J].中国造纸，2010年，第29卷，第3期

[6]孙勇、张金平、杨刚、李佐虎.二氧化氯氧化云杉木质素的光谱研究[J].光谱学与光谱分析，2007年，第27卷，第8期

2011－3－22

造纸化学品