乙酰溴法測定渾河草本植物中木質素的質量分數

魏晨光，孫靜雯，李子逸，于偉豪

（沈陽建筑大學 市政與環境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

木質素作為一種高分子有機化合物，主要分布于陸源高等植物體內，可用來對河流及海洋陸源物質進行定量的示蹤研究，木質素的質量分數可以用來示蹤河流及海洋環境中陸源有機質的量[1-2]。

分離純化木質素的方法有兩種：將木質素以外的成分分解并作為不溶物沉淀的方法，以及將木質素溶解在有機溶劑中進行純化的方法[3]。木質素質量分數可通過硫酸法（Klason法）、乙酰溴法、高效液相色譜法和氧化還原法等方法進行測定[4-5]。硫酸法是早期測定木質素質量分數應用較為普遍的方法，這種方法是利用72%的硫酸對樣品進行消解，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素，之后經過過濾、洗滌、干燥、稱重等步驟即可得到木質素的質量[6-7]。但這種方法有一些弊端，加熱溶解時，部分木質素也會被溶解，產生相應的誤差，因此需要修正木質素質量分數值。

乙酰溴法原理是根據物質分子對200～760 nm范圍內電磁波的吸收特性建立的定性定量分析方法。乙酰溴法是測定木質素質量分數的重要方法，該方法是將樣品置于乙酰溴和冰醋酸的混合溶液中，使木質素的酚羥基乙酰化，對得到的乙?；举|素溶液在280 nm處具有最大紫外吸收峰的值進行測量，即可得到木質素的質量分數[8]。在研究比較了上述幾種檢測方法的文獻資料后，本文根據實驗室現有條件，用乙酰溴法來對渾河流域草本植物樣品中木質素質量分數進行定量分析，并對試驗條件進行反復優化，在提高方法的準確性和精密性的同時，力求方法簡單快速，可行性強。

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，上海元析儀器有限公司；恒溫水浴鍋，常州中捷實驗儀器有限公司；電子天平，美國華志公司。

材料與試劑：標準木質素，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，天津市富宇精細化工有限公司；氫氧化鈉，分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.2 木質素乙?；磻?/h3>

準確稱取5 mg標準木質素，放入25 mL具塞試管中，加入5 mL體積分數為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20～60 min，然后將反應液移入裝有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，充分混勻，用冰醋酸稀釋至50 mL，以冰醋酸為空白溶液，測定并比較不同反應條件下產物在280 nm處的紫外吸收值[9]。

標準工作曲線：取一定量的木質素標準品，配制成質量濃度分別為0.04、0.06、0.1、0.2、0.3、0.4 g·L-1的標準液，按前述條件進行乙?；磻瑴y定溶液在280 nm處的紫外吸收值，得到標準工作曲線如圖1所示，擬合得到的線性方程為y=-0.006+2.593x，線性相關系數R=0.997 8。

圖1 木質素乙酰化溶液的紫外吸收標準工作曲線

1.3 樣品木質素質量分數測定

稱取0.05 g草本植物樣品，按1.2的步驟進行乙?；幚?，用冰醋酸稀釋至80 mL，以冰醋酸為空白測定乙?；芤涸?80 nm處的紫外吸收值A1；同時做樣品的空白試驗，以減小樣品自身吸光度帶來的誤差。稱取相同質量的樣品，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，測定在280 nm處的紫外吸收值A2。樣品的吸光度A=A1-A2，根據標準曲線方程計算得到木質素質量分數。

2 結果與討論

2.1 乙酰溴法測定木質素單因素優化試驗

在乙酰溴法測定木質素的試驗中，木質素質量分數測定的準確性很大程度上受控于乙?；磻倪M程，因此有必要對木質素乙?；磻獥l件進行一系列的優化試驗，以使木質素能夠充分乙?；⑶胰芙狻ＴO置反應溫度、反應時間和乙酰溴體積分數3個影響因素，反應溫度為50、60、70、80、90 ℃，反應時間為20、30、40、50、60 min，乙酰溴體積分數為10%、20%、30%、40%、50%。依據“1.2”中的方法進行乙?；磻?，用紫外-可見分光光度計定量測定木質素的吸光度。以木質素的吸光度為評價指標，考察以上3個因素對木質素乙?；^程的影響，確定單因素的最佳取值范圍。每個試驗在相同條件下進行3次，以3次測量數據的平均值作為最終測定結果。

2.1.1 反應溫度的影響

在反應時間為30 min、乙酰溴體積分數為40%時反應溫度對木質素乙酰化反應的影響見圖2。

圖2 反應溫度對木質素乙酰化反應的影響

由圖2可知，在溫度低于70 ℃時，溫度越高木質素乙酰化反應就越充分，樣品的紫外吸光度在反應溫度70 ℃時接近最大值，當溫度高于70 ℃時，木質素乙?；芤旱奈舛乳_始下降，造成這種現象的原因可能是木質素乙酰化溶液的溫度達到或高于乙酰溴自身的沸點，使得乙酰溴試劑出現一定程度的揮發，從而對木質素乙?；M程產生了一定的影響。因此，木質素乙?；磻嗽?0 ℃的反應溫度下進行。

2.1.2 反應時間的影響

在反應溫度為70 ℃、乙酰溴體積分數為40%時反應時間對木質素乙酰化反應的影響見圖3。

圖3 反應時間對木質素乙?；磻挠绊?/p>

由圖3可知,隨著反應時間的增加，木質素吸光度先呈現出上升趨勢，而當反應時間到30 min以后，木質素的吸光度沒有明顯的變化，說明經過30 min的乙酰化反應后沉積物中所含的木質素已完全溶解,溶液的吸光度并沒有隨著反應時間的增加而繼續增加。因此，木質素乙?；磻丝刂品磻獣r間為30 min。

2.1.3 乙酰溴體積分數的影響

木質素的乙?；磻潭扰c乙酰溴在冰醋酸介質中的體積分數密切相關。在反應溫度為70 ℃、反應時間為30 min時乙酰溴體積分數對木質素乙?；磻挠绊懭鐖D4所示。

圖4 乙酰溴體積分數對木質素乙?；磻挠绊?/p>

當乙酰溴在冰醋酸介質中的體積分數低于40%時，木質素乙酰化溶液的吸光度隨著乙酰溴體積分數的增加而逐漸增大，而當體積分數高于40%時，試樣的吸光度下降。樣品的紫外吸光度在乙酰溴體積分數為40%時接近最大值，說明木質素乙酰化反應宜控制乙酰溴體積分數為40%。

本文進一步對木質素乙酰化產物的穩定性進行了試驗，結果表明，在室溫條件下，木質素乙?；苌锶芤涸诜磻? 000 s之后，仍具有穩定的紫外吸收性能，如圖5所示，證明木質素乙?；磻a物在試驗中的穩定程度足夠保持試驗結果的可靠性。綜上所述，木質素質量分數測定的單因素優化條件為：反應溫度70 ℃、反應時間30 min、乙酰溴體積分數40%。

圖5 木質素乙酰衍生物溶液的穩定性

2.2 草本植物樣品中木質素的測定結果

在最佳反應條件下，用乙酰溴法對渾河流域草本植物中木質素質量分數進行測定（具體步驟見“1.3”），測定結果在13.16%～14.79%之間，平均為(13.91±0.82)%。該結果高于文獻中堿性氧化銅法精確測定的草本植物樣品木質素質量分數（10%以下）[10]，說明本實驗結果存在一定的誤差，可能是取樣量較多樣品本身吸光度誤差所導致。

3 結 論

1）在乙酰溴法測定木質素的試驗中，木質素質量分數測定的準確性主要受控于乙?；磻倪M程，以反應溫度、反應時間、乙酰溴體積分數的大小為指標，通過單因素試驗，優化確定了木質素乙?；罴逊磻獥l件：反應溫度為70 ℃，反應時間為30 min，乙酰溴體積分數為40%。應對反應條件進行嚴格的控制，以防止體系中多糖類物質對實驗結果產生影響。

2）用乙酰溴法測得的渾河草本植物樣品中木質素質量分數為13.91%。本文方法具有簡單、易于操作、穩定性和精確度高、試樣需求量少等優點。

目前木質素的精確測定采用的是堿性氧化銅法[11]，但該方法需要較高的實驗室條件，本文采用的方法目的是研究用相對簡單的乙酰溴法測定木質素的可行性，對于在實際中的應用來講，仍需進行更多深入的研究。