魏晨光，孫靜雯，李子逸，于偉豪

（沈陽(yáng)建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168）

木質(zhì)素作為一種高分子有機(jī)化合物，主要分布于陸源高等植物體內(nèi)，可用來(lái)對(duì)河流及海洋陸源物質(zhì)進(jìn)行定量的示蹤研究，木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以用來(lái)示蹤河流及海洋環(huán)境中陸源有機(jī)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(jī)溶劑中進(jìn)行純化的方法[3]。木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)可通過(guò)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(jìn)行測(cè)定[4-5]。硫酸法是早期測(cè)定木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)用較為普遍的方法，這種方法是利用72%的硫酸對(duì)樣品進(jìn)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(guò)過(guò)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(shí)，部分木質(zhì)素也會(huì)被溶解，產(chǎn)生相應(yīng)的誤差，因此需要修正木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)值。

乙酰溴法原理是根據(jù)物質(zhì)分子對(duì)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(cè)定木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?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)素的酚羥基乙酰化，對(duì)得到的乙酰化木質(zhì)素溶液在280 nm處具有最大紫外吸收峰的值進(jìn)行測(cè)量，即可得到木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[8]。在研究比較了上述幾種檢測(cè)方法的文獻(xiàn)資料后，本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，用乙酰溴法來(lái)對(duì)渾河流域草本植物樣品中木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行定量分析，并對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，在提高方法的準(zhǔn)確性和精密性的同時(shí)，力求方法簡(jiǎn)單快速，可行性強(qiáng)。

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(jì)，上海元析儀器有限公司；恒溫水浴鍋，常州中捷實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；電子天平，美國(guó)華志公司。

材料與試劑：標(biāo)準(zhǔn)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(xì)化工有限公司；氫氧化鈉，分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

1.2 木質(zhì)素乙酰化反應(yīng)

準(zhǔn)確稱取5 mg標(biāo)準(zhǔn)木質(zhì)素，放入25 mL具塞試管中，加入5 mL體積分?jǐn)?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(yīng)20～60 min，然后將反應(yīng)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(yīng)，充分混勻，用冰醋酸稀釋至50 mL，以冰醋酸為空白溶液，測(cè)定并比較不同反應(yīng)條件下產(chǎn)物在280 nm處的紫外吸收值[9]。

標(biāo)準(zhǔn)工作曲線：取一定量的木質(zhì)素標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)液，按前述條件進(jìn)行乙酰化反應(yīng)，測(cè)定溶液在280 nm處的紫外吸收值，得到標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系數(shù)R=0.997 8。

圖1 木質(zhì)素乙?；芤旱淖贤馕諛?biāo)準(zhǔn)工作曲線

1.3 樣品木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定

稱取0.05 g草本植物樣品，按1.2的步驟進(jìn)行乙?；幚?，用冰醋酸稀釋至80 mL，以冰醋酸為空白測(cè)定乙?；芤涸?80 nm處的紫外吸收值A(chǔ)1；同時(shí)做樣品的空白試驗(yàn)，以減小樣品自身吸光度帶來(lái)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(cè)定在280 nm處的紫外吸收值A(chǔ)2。樣品的吸光度A=A1-A2，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算得到木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙酰溴法測(cè)定木質(zhì)素單因素優(yōu)化試驗(yàn)

在乙酰溴法測(cè)定木質(zhì)素的試驗(yàn)中，木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定的準(zhǔn)確性很大程度上受控于乙酰化反應(yīng)的進(jìn)程，因此有必要對(duì)木質(zhì)素乙?；磻?yīng)條件進(jìn)行一系列的優(yōu)化試驗(yàn)，以使木質(zhì)素能夠充分乙?；⑶胰芙狻ＴO(shè)置反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和乙酰溴體積分?jǐn)?shù)3個(gè)影響因素，反應(yīng)溫度為50、60、70、80、90 ℃，反應(yīng)時(shí)間為20、30、40、50、60 min，乙酰溴體積分?jǐn)?shù)為10%、20%、30%、40%、50%。依據(jù)“1.2”中的方法進(jìn)行乙?；磻?yīng)后，用紫外-可見分光光度計(jì)定量測(cè)定木質(zhì)素的吸光度。以木質(zhì)素的吸光度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察以上3個(gè)因素對(duì)木質(zhì)素乙?；^(guò)程的影響，確定單因素的最佳取值范圍。每個(gè)試驗(yàn)在相同條件下進(jìn)行3次，以3次測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值作為最終測(cè)定結(jié)果。

2.1.1 反應(yīng)溫度的影響

在反應(yīng)時(shí)間為30 min、乙酰溴體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)反應(yīng)溫度對(duì)木質(zhì)素乙酰化反應(yīng)的影響見圖2。

圖2 反應(yīng)溫度對(duì)木質(zhì)素乙?；磻?yīng)的影響

由圖2可知，在溫度低于70 ℃時(shí)，溫度越高木質(zhì)素乙酰化反應(yīng)就越充分，樣品的紫外吸光度在反應(yīng)溫度70 ℃時(shí)接近最大值，當(dāng)溫度高于70 ℃時(shí)，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)素乙酰化溶液的溫度達(dá)到或高于乙酰溴自身的沸點(diǎn)，使得乙酰溴試劑出現(xiàn)一定程度的揮發(fā)，從而對(duì)木質(zhì)素乙酰化進(jìn)程產(chǎn)生了一定的影響。因此，木質(zhì)素乙?；磻?yīng)宜在70 ℃的反應(yīng)溫度下進(jìn)行。

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間的影響

在反應(yīng)溫度為70 ℃、乙酰溴體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)反應(yīng)時(shí)間對(duì)木質(zhì)素乙酰化反應(yīng)的影響見圖3。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)木質(zhì)素乙酰化反應(yīng)的影響

由圖3可知,隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，木質(zhì)素吸光度先呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，而當(dāng)反應(yīng)時(shí)間到30 min以后，木質(zhì)素的吸光度沒有明顯的變化，說(shuō)明經(jīng)過(guò)30 min的乙?；磻?yīng)后沉積物中所含的木質(zhì)素已完全溶解,溶液的吸光度并沒有隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而繼續(xù)增加。因此，木質(zhì)素乙酰化反應(yīng)宜控制反應(yīng)時(shí)間為30 min。

2.1.3 乙酰溴體積分?jǐn)?shù)的影響

木質(zhì)素的乙酰化反應(yīng)程度與乙酰溴在冰醋酸介質(zhì)中的體積分?jǐn)?shù)密切相關(guān)。在反應(yīng)溫度為70 ℃、反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)乙酰溴體積分?jǐn)?shù)對(duì)木質(zhì)素乙?；磻?yīng)的影響如圖4所示。

圖4 乙酰溴體積分?jǐn)?shù)對(duì)木質(zhì)素乙?；磻?yīng)的影響

當(dāng)乙酰溴在冰醋酸介質(zhì)中的體積分?jǐn)?shù)低于40%時(shí)，木質(zhì)素乙?；芤旱奈舛入S著乙酰溴體積分?jǐn)?shù)的增加而逐漸增大，而當(dāng)體積分?jǐn)?shù)高于40%時(shí)，試樣的吸光度下降。樣品的紫外吸光度在乙酰溴體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)接近最大值，說(shuō)明木質(zhì)素乙?；磻?yīng)宜控制乙酰溴體積分?jǐn)?shù)為40%。

本文進(jìn)一步對(duì)木質(zhì)素乙?；a(chǎn)物的穩(wěn)定性進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，在室溫條件下，木質(zhì)素乙酰化衍生物溶液在反應(yīng)6 000 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?yīng)產(chǎn)物在試驗(yàn)中的穩(wěn)定程度足夠保持試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。綜上所述，木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定的單因素優(yōu)化條件為：反應(yīng)溫度70 ℃、反應(yīng)時(shí)間30 min、乙酰溴體積分?jǐn)?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(cè)定結(jié)果

在最佳反應(yīng)條件下，用乙酰溴法對(duì)渾河流域草本植物中木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)定（具體步驟見“1.3”），測(cè)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(xiàn)中堿性氧化銅法精確測(cè)定的草本植物樣品木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（10%以下）[10]，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)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(dǎo)致。

3 結(jié) 論

1）在乙酰溴法測(cè)定木質(zhì)素的試驗(yàn)中，木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定的準(zhǔn)確性主要受控于乙?；磻?yīng)的進(jìn)程，以反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、乙酰溴體積分?jǐn)?shù)的大小為指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)，優(yōu)化確定了木質(zhì)素乙?；罴逊磻?yīng)條件：反應(yīng)溫度為70 ℃，反應(yīng)時(shí)間為30 min，乙酰溴體積分?jǐn)?shù)為40%。應(yīng)對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以防止體系中多糖類物質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

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

目前木質(zhì)素的精確測(cè)定采用的是堿性氧化銅法[11]，但該方法需要較高的實(shí)驗(yàn)室條件，本文采用的方法目的是研究用相對(duì)簡(jiǎn)單的乙酰溴法測(cè)定木質(zhì)素的可行性，對(duì)于在實(shí)際中的應(yīng)用來(lái)講，仍需進(jìn)行更多深入的研究。