紫外可见分光光度法在造纸工业中的应用汇总

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业紫外可见分光光度法在造纸工业中的应用摘要：紫外可见分光光度法是仪器分析中应用最为广泛的分析方法之一，他具有灵敏度高、准确度较高、适用范围广、操作简便和快速等特点。紫外可见分光光度法在制浆造纸中被广泛应用于分析纸浆中的化学组成、废液中的有机组分以及用来对纸浆中的组分进行定量分析，而且广泛使用在木素结构和性质的研究中。本文主要研究紫外可见分光光度计的原理、结构和在造纸中应用。关键词：紫外可见分光光度法造纸检测1紫外可见分光光度计基本原理紫外可见分光光度计是吸光光度法常用仪器。紫外可见吸光光度法是根据物质对紫外光和可见光选择性吸收而进行分析的方法。吸光光度法的理论基础是光的吸收定律——朗伯-比尔定律，其数学表达式为A=Kdc朗伯-比尔定律的物理意义是，当一束平行单色光垂直通过某溶液时，溶液的吸光度A与吸光物质的浓度c及液层厚度d成正比。当液层厚度d以cm、吸光物质浓度c以“mol·L-1”为单位时，系数K就以ε表示，称为摩尔吸收系数。此时朗伯—比尔定律表示为A=εdc式中摩尔吸收系数单位为L·mol-1·cm-1。吸光光度法具有较高的灵敏度和一定的准确度，特别适宜于微量组分的测量。在污水中含油量一般较少，国家标准是不大于10mg/l。本法具有操作简便、快速、适用范围广等特点，在分析化学中占有重要的地位。2紫外可见分光光度计的结构3.1仪器结构一束复合光通过分光系统，将其分成一系列波长的单色光，任意选取某一波长的光，根据被测物质对光的吸收强弱进行物质的测定分析，这种方法称为分光光度法。分光光度法所使用的仪器称为分光光度计。紫外可见分光光度计种类和型号较多，常用的有72型、721型、752型等。各种型号的分光光度计的基本结构都相同，由五部分组成：①光源(钨灯、卤钨灯、氢弧灯、氘灯、汞灯、氙灯、激光光源)；②单色器(滤光片、棱镜、光栅、全息栅)；③样品吸收池；④检测系统(光电池、光电管、光电信增管)；⑤信号指示系统(检流计、微安表、数字电压表、示波器、微处理机显像管)。单色器是将来自光源的混合光分解为单色光，并提供所需波长的光，是仪器的关键部件。它是由入口与出口狭缝、色散元件和准直镜等组成，其中色散元件是关键性元件，主要有棱镜和光栅两类。3.1.1棱镜单色器光线通过一个顶角为θ的棱镜，从AC方向射向棱镜，如图1所示，在C点发生折射。光线经过折射后在棱镜中沿CD方向到达棱镜的另一个界面上，在D点又一次发生折射，最后在空气中DB方向行进。图1棱镜的折射光线经过此棱镜后，传播方向从AA′变为BB′，两方向的夹角δ称为偏向角。偏向角与棱镜的顶角θ、棱镜材料的折射率以及入射角i有关。如果平行的入射光由λ1，λ2，λ3三色光组成，且λ1<λ2<λ3，通过棱镜后，就分成三束不同方向的光，且偏向角不同。波长越短、偏向角越大，如图2所示，δ1>δ2>δ3。这即为棱镜的分光作用，又称光的色散。棱镜分光器就是根据此原理设计的。图2不同波长的光在棱镜中的色散棱镜是分光的主要元件之一，一般是三角柱体。由于其构成材料不同，透光范围也就不同。比如，用玻璃棱镜可得到可见光谱用石英棱镜可得到可见及紫外光谱，用溴化钾(或氯化钠)棱镜可得到红外光谱等。棱镜单色器示意图如图3所示。图3棱镜单色器示意图1-入射狭缝；2-准直透镜；3-色散元件；4-聚焦透镜；5-焦面；6-出射狭缝3.1.2光栅单色器单色器还可以用光栅作为色散元件，反射光栅是由磨平的金属表面上刻划许多平行的、等距离的槽构成。辐射由每一刻槽反射，反射光束之间的干涉造成色散。3.1.3752型分光光度计的原理和结构752型分光光度计为紫外光栅分光光度计，测定波长200nm~800nm。752型分光光度计由光源室、单色器、样品室、光电管暗盒、电子系统及数字显示器等部件组成，仪器的工作原理如图6所示。图6752型分光光度计结构原理示意图仪器内部光路从钨灯或氢灯发出的连续辐射经滤色片选择聚光镜聚光后投向单色器进狭缝。狭缝位于聚光镜及单色器内准直镜的焦平面上，进入的复合光通过平面反射镜反射及准直镜，变成平行光射向色散光栅。复合光通过光栅的衍射作用，形成按照一定顺序均匀排列的连续单色光谱。单色光谱重新返回准直镜，然后按照聚光原理成像在出射狭缝上。出射狭缝选出指定带宽的单色光通过聚光镜，落在试样室被测样品中心，样品吸收后透射的光经光门射向光电管阴极面。根据光电效应原理，会产生一股微弱的光电流。经电流放大器放大，送到数字显示器，测出透光率或吸光度；或通过对数放大器实现对数转换，显示出被测样品的浓度C值。光路系统如图7所示。图7752型分光光度计光学系统图1-钨灯；2-滤色片；3-氢灯；4-聚光镜；5-进狭缝；6-保护玻璃；7-反射镜；8-准直镜；9-光栅；10-保护璃；11-出狭缝；12-聚光镜；13-样品；14-光门；15-光电管3.2紫外可见分光光度计仪器的使用方法两种分光光度计（752型分光光度计与721型分光光度计）的使用方法类似。步骤分述如下，（1）仪器通电前，检查供电电源与仪器所需电压是否相符，然后接通电源，预热二十分钟。（2）通过波长选择旋钮，使波长读数窗内指示在所需波长刻度线上。（3）通过T、A、C选择钮，将仪器置“T”测试状态。（4）通过灵敏度旋钮，选择合适的放大灵敏度。本仪器设置8档，其中1档最低。选择原则是:保证“T”值调到“100%”的前提下，尽可能采用灵敏度较低档。这样仪器的稳定性更好。（5）将被测试样倒入比色皿内，其中第一格放置比试样。（6）调零。打开样品室盖板，光门自动关闭；调节“0”旋钮至仪器显示“0.000”。（7）调100%。盖上样品室盖板，光门自动打开；将参比试样推入光路中，调节“100”旋钮至仪器显示“100.00”。如调不到“100”，可增大一档灵敏度。（8）测“T”值。将被测试样依次推入光路，即可在显示器上读取到“T”值。（9）测“A”值。把选择开关置于“A”档，依次将被测试样推入光路，即可在显示器上读取到“A”值。（10）测“C”值。将选择开关置于“C”档，把配置好的标准浓度试样推入光路，调节浓度旋钮显示已知的标准浓度值；然后依次将被测试样推入光路，即可在显示器上读取到“C”值。3紫外可见分光光度法在纸浆检测中的应用随着制浆造纸工业科技的发展，现代制浆造纸测试技术的应用范围日益广泛。目前在制浆造纸研究中，几乎已囊括仪器分析方法所有门类。例如光谱分析(紫外光谱、红外光谱、原子吸收与原子发射光谱等)、色谱分析(气相色谱法、高压液相色谱、凝胶渗透色谱等)、质谱、核磁共振、电子自旋共振、X-射线能谱、电子显微镜分析、电化学分析等，而且新的测试技术仍在不断涌现。紫外可见分光光度法用于木素、半纤维素和纤维素的定性和定量分析，以及纸和纸浆中金属离子含量的测定，制浆废液中挥发酚、AQ、COD和有机污染物的测定等。3.1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。3.2测定纸浆中木素的含量[1-2]木素含量的测定：先用苯醇混合物抽提纤维原料,排除色素等的干扰；称取一定量的苯醇抽提物,用溴乙酰冰乙酸溶液(25%)加热溶解,过量的试剂用氢氧化钠溶液滴定分解;溶解反应过程中产生的溴及溴化物,通过加入盐酸羟胺还原排除干扰。用冰醋酸稀释溶解的样品到一定体积,用紫外分光光度计(空白溶液参比)在波长280nm处测定溶液吸光度。根据朗伯比尔定律测出木素含量。聚戊糖含量的测定将原料试样与12%(w/w)盐酸共沸,使其中的聚戊糖转化为糠醛,再用分光光度法定量测定出蒸馏出来的糠醛含量,然后换算成聚戊糖含量。另外，利用紫外可见分光光度计的双波长比色法,以戊糖、己糖的等摩尔吸收波长和戊糖的特征吸收波长为基础,可以实现了阔叶木和草类原料半纤维素(聚戊糖含量高于聚己糖)提取液中总糖、戊糖和己糖含量的快速测定与分析。3.3测定纸浆树脂中甘油三脂含量树脂障碍是造纸工业中最严重也是必须要解决的问题，树脂障碍问题在以针叶木为原料的生产中尤为重要。研究证实，纸机上出现的树脂障碍，大多数是由树脂中的非极性成分甘油三酯(TG)造成的。在树脂障碍控制技术的研究中，如何准确迅速的定量分析纸浆树脂中甘油三酯的含量是控制树脂障碍必须解决的问题。目前能够测定纸浆中树脂含量的方法主要有凝胶渗透色谱、薄层色谱、气相色谱、13C核磁共振光谱、高效液相色谱等。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。用紫外可见光谱测定树脂甘油三酯含量的基本原理为：利用树脂溶剂配制一定浓度的甘油三酯溶液，与皂化剂反应后，使甘油三酯水解为甘油和脂肪酸，其中甘油在协同试剂的协同作用下与氧化剂发生氧化反应，反应产物与显色剂发生显色反应，生成黄色的有机物质，在412nm处有最大紫外光谱吸收，其颜色的深浅与甘油三酯的含量成正比例关系。3.4纸浆、纸和纸板中金属离子含量的测定[3]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、推确的特点。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沈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。3.5废水中COD的检测紫外可见分光光度法COD测定技术是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法。有机物在紫外光谱区的吸光度和COD之间有很好的相关性，该相关性是UV法检测COD的依据。根据大多数有机物的吸光光谱特性，本设计采用测定水样在254nm、265nm、360nm处的吸光度来分析水样的有机物浓度。下图是UV法检测COD的原理框图。首先，光源发出的光照射并透过透明的污水测量池，由于污水中有机物的原因，紫外波长的光将被不同程度的吸收。穿透测量池的光被光路调节系统分成几种特定波长的光，通过光电检测电路对这几种特定波长的光进行光电检测，可以确定污水对紫外光的吸光度。最后，再对吸光度进行分析和计算便可以得出污水中COD的值。UV法检测COD的一个重要特点就是，检测前需要一组已知COD浓度的水样作标准样品组，根据其浓度和水样的紫外吸光度建立相应的数学模型。当测量未知水样时，再根据仪器获得的水样吸光度计算对应的COD值。因此，UV法检测COD的关键步骤之一就是数学模型的建立。数学模型的预测能力、推广能力都直接影响着COD检测仪的测量精度。4在造纸中应用的实例周学飞[4]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浓度二快速测定值将卡伯值。石海强、何北海[5]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，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的吸光度与浓度成线性关系，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[6]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[7]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[8]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