一种测定黑液中木素含量的方法

摘要

本发明提供一种测定黑液中木素含量的方法，通过草浆黑液木素在520nm处水杨酸溶液吸光度值与木素溶解量二者的线性关系进行木素的含量测定。本发明能够快速、简便、准确地测定黑液中木素的含量，在测量时可以排除草浆黑液中还原糖及亚硫酸钠的干扰。本发明不但能测定碱法草浆黑液中木素含量，还可以测定碱性亚硫酸盐法草浆黑液中木素含量。采用该方法测定草浆黑液中木素相对含量是准确可靠的。

权利要求

1.一种测定黑液中木素含量的方法，其特征在于按以下步骤进行操作：

第一步、配制3，5-二硝基水杨酸溶液，称取6.3g 3，5-二硝基水杨酸和262ml -1

2mol·l 氢氧化钠溶液加入酒石酸钾钠热溶液中，再加5g结晶酚和5g亚硫酸钠搅拌溶解，冷却后定容至1000ml，储存于棕色瓶，放置72h后使用；

第二步、木素的提取，取一定量的碱法蒸煮黑液，用稀硫酸调节溶液至pH6，离心分离，取上层液体，再用稀硫酸调至pH 3，再离心分离，取出沉淀物，并用稀硫酸洗涤，然后离心，重复操作2～3次，取离心后沉淀物置于80℃真空干燥箱烘干，用研钵研碎，制得粗木素；

第三步、木素的提纯，将粗木素溶于140ml吡啶-醋酸-水体系中，用180ml氯仿萃取，静置4h分层后摇荡，再次分层后，分出下层溶有木素的有机层，上层溶液中加入150ml氯仿再次萃取，摇荡后静置，待分层后分离出下层的有机层，合并两次有机层萃取液，在旋转真空蒸发器中浓缩至95～105ml，移至1000ml无水乙醚中，搅拌使析出沉淀，将沉淀用乙醚洗涤，至无吡啶味为止，置于P2O5的真空干燥器中干燥，得到浅灰色精制木素；

第四步、木素吸光度曲线制作，配制0.2g/ml的木素标准溶液，取定量木素标准溶液加入比色管中，用稀释10倍的3，5-二硝基水杨酸溶液定溶10ml，在波长520nm处，用稀释10倍的3，5-二硝基水杨酸溶液为参比测定吸光度值，以木素浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标作图，得到木素含量与吸光度之间线性关系曲线；

第五步、黑液中木素含量测定，根据标准曲线制作过程，将待测品溶于3，5-二硝基水杨酸溶液中，经稀释后测定其在520nm处吸光度值，然后根据标准曲线计算出其中木素含量，待测品为黑液溶液或黑液中固形物；

其中，酒石酸钾钠溶液是将182g酒石酸钾钠溶于500ml去离子水制成，吡啶-醋酸-水体系中吡啶∶醋酸∶水的体积比为9∶1∶4。

2.根据权利要求1所述的一种测定黑液中木素含量的方法，其特征在于待测品为黑液溶液，首先制作木素含量与吸光度之间线性关系曲线，其次测定黑液溶液中木素的含量，具体测定方法为：取黑液稀释适当倍数，然后取稀释液5ml至比色管中，加入2ml 3，5-二硝基水杨酸溶液，加去离子水定容至20ml，取样以稀释10倍3，5-二硝基水杨酸溶液为参比，于

520nm处测定吸光度值，根据木素标准曲线计算黑液中木素含量。

3.根据权利要求1所述的一种测定黑液中木素含量的方法，其特征在于待测品为黑液中固形物，首先制作木素含量与吸光度之间线性关系曲线，其次测定黑液中固形物中的木素含量，具体测定方法如下：第一步、取一定量的碱法蒸煮黑液，用稀硫酸调节溶液至pH 6，离心分离，取上层液体，再用稀硫酸调至pH 3，再离心分离，取出沉淀物，并用稀硫酸洗涤，然后离心，重复操作2～

3次，取离心后沉淀固形物置于80℃真空干燥箱烘干，研碎；

第二步、从干燥后沉淀固形物中取0.100g置于比色管中，加适量水，再加2ml 3，5-二硝基水杨酸溶液将其溶解，然后加去离子水定容至20ml，再取比色管中溶液4ml置于另一比色管中，加稀释10倍3，5-二硝基水杨酸溶液至20ml，取样以稀释10倍的3，5-二硝基水杨酸溶液为参比，于520nm处测定吸光度值，根据木素标准曲线计算出固形物中木素比例。

4.根据权利要求1所述的一种测定黑液中木素含量的方法，其特征在于适用于草类原料所得黑液中木素的含量测定。

说明书

一种测定黑液中木素含量的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及造纸废水的处理及黑液资源综合利用技术领域，具体是利用分光光度法测定黑液中木素工艺，主要应用于造纸废水处理及黑液综合利用过程中木素的定量。

背景技术

[0002] 木素是自然界合成量及存在量仅次于纤维素的天然高分子化合物。全世界造纸工7
业每年产生工业木素约5×10 吨，只有不到10％得到有效地利用。工业用木素主要从制浆造纸黑液中获得。根据制浆方法的不同，工业木素主要有碱木素和木素磺酸盐等，其中碱木素占绝大多数。木素结构复杂，分子量分布广，分子中含有醚键，碳碳双键，苯甲氧基，醇羟基，酚羟基，羰基和苯环等。

[0003] 由于木素结构比较复杂，并且很难分离和提取，国内外很多学者都致力于木素分离手段与结构分析研究，但对于如何测定黑液中木素含量研究很少。用于木素测定方法主要是测定原料与纸浆中木素，测定原料中木素方法一般有重量法和分光光度法，重量法有国标测定Klason木素的含量，此外还有酸性洗涤纤维法和巯基乙酸法；分光光度法主要有酸溶木素法和乙酰溴法。测原料中木素，最近还有红外光谱法快速测定毛竹Klason木素的含量报道。纸浆中木素含量是利用卡伯值来间接反应高低的。

[0004] 在制浆蒸煮过程中大部分木素和一部分碳水化合物被降解，溶于黑液之中，使黑液中木素与原料中木素形态与结构发生很大变化。并且黑液中的固形物组成比较复杂，分散体系呈胶体性质。在测定黑液中木素含量时，用原料和纸浆木素含量的测定方法来测定黑液中木素时都不适用。有直接用紫外光谱280nm处苯环的吸收值来测定黑液中木素含量的，但这种方法误差大，很难排除其他一些组分的干扰。黑液中木素含量测定与原料木素含量测定方法是不同的，建立简单、快速、准确的测定黑液中木素含量实验方法，对于开发利用制浆造纸黑液中木素具有较大的应用价值。

发明内容

[0005] 本发明采用水杨酸溶解分光光度法测定黑液中木素含量，目的是建立一种快速、简便、准确的黑液中木素含量测定方法。研究结果表明，黑液木素在520nm处DNS溶液吸光度值与木素溶解量二者具有较高的线性关系。该方法在测量时可以排除黑液中还原糖及亚硫酸钠的干扰。不但能测定碱法草浆黑液中木素含量，还可以测定碱性亚硫酸盐法草浆黑液中木素含量。附图1为以去离子水为参比，DNS溶液及稻草、芦苇及玉米秸秆DNS溶解木素的紫外-可见光光谱图，附图2为以DNS为参比测得的三类草类原料DNS木素溶液紫外-可见光450～600nm处光谱图。两图横坐标都是波长，纵坐标为吸光度值。从两图可以看出选择该方法测定木素含量有一定的实践基础。

[0006] 具体操作方法如下：

[0007] 第一步、DNS溶液的配制，称取6.3gDNS和262ml 2mol·l-1氢氧化钠溶液加入酒石酸钾钠热溶液中(182g酒石酸钾钠溶于500ml去离子水)，再加5g结晶酚和5g亚硫酸钠搅拌溶解。冷却后定容至1000ml，储存于棕色瓶，放置72h后使用。

[0008] 第二步、木素的提取，取一定量的碱法蒸煮黑液，用稀硫酸调节溶液至pH6，离心分离，取上层液体，再用稀硫酸调至pH 3，再离心分离，取出沉淀物，并用稀硫酸洗涤，然后离心，重复操作2～3次，取离心后沉淀物置于80℃真空干燥箱烘干，用研钵研碎，制得粗木素。

[0009] 第三步、木素的提纯，将粗木素溶于140ml吡啶-醋酸-水(体积比9∶1∶4)体系中，用180ml氯仿萃取，静置4h分层后摇荡，再次分层后，分出下层溶有木素的有机层，上层溶液中加入150ml氯仿再次萃取，摇荡后静置，待分层后分离出下层的有机层，合并两次萃取液，在旋转真空蒸发器中浓缩至大约100ml，移至1000ml无水乙醚中，在搅动下沉淀出木素来，将沉淀出的木素用乙醚洗涤，至无吡啶味为止，置于P2O5的真空干燥器中干燥，得到浅灰色精制木素。

[0010] 第四步、木素吸光度曲线制作，准确称量精制木素1.000g溶于常温50mlDNS溶液，用去离子水定容至500ml，制得木素标准液。按表1向比色管中加入定量木素，用稀释10倍后DNS溶液定溶10ml，在波长520nm处，用稀释10倍DNS为参比测定吸光度值，以木素浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标作图，得到木素含量与吸光度之间线性关系曲线。

[0011] 第五步、黑液中木素含量测定，根据标准曲线制作过程，将木素溶于DNS溶液中，经稀释后侧定其在520nm处吸光度值，然后根据标准曲线计算出其中木素含量。

[0012] 本发明可用于测定黑液中木素的含量，也可以测定黑液中固形物中木素的含量。

[0013] 测定黑液溶液中木素含量时，取黑液稀释适当倍数，然后取稀释液5ml至比色管中，加入2ml DNS溶液，加去离子水定容至20ml，取样以稀释10倍DNS溶液为参比，于520nm处测定吸光度值，根据木素标准曲线计算黑液中木素含量。

[0014] 测定黑液中固形物中木素含量时，其具体方法如下：

[0015] 第一步、取一定量的碱法蒸煮黑液，用稀硫酸调节溶液至pH 6，离心分离，取上层液体，再用稀硫酸调至pH 3，再离心分离，取出沉淀物，并用稀硫酸洗涤，然后离心，重复操作2～3次，取离心后沉淀固形物置于80℃真空干燥箱烘干，研碎；

[0016] 第二步、从干燥后沉淀固形物中取0.100g置于比色管中，加适量水，再加2ml 3，5-二硝基水杨酸溶液将其溶解，然后加去离子水定容至20ml，再取比色管中溶液4ml置于另一比色管中，加稀释10倍DNS溶液至20ml，取样以稀释10倍DNS溶液为参比，于520nm处测定吸光度值，根据木素标准曲线计算出固形物中木素比例。

[0017] 本发明适用于草类原料所得黑液中木素的含量测定。

[0018] 本发明用水杨酸溶解紫外-可见分光光度法测定黑液中木素含量，建立一种简单、快速、准确的测定黑液中木素含量的实验方法，对于开发利用制浆造纸黑液中木素资源具有较大的应用价值。

附图说明

[0019] 图1、以去离子水为参比，DNS溶液及稻草、芦苇及玉米秸秆DNS溶解木素的紫外-可见光光谱图。

[0020] 图2、为以DNS为参比测得的三类草类原料DNS木素溶液紫外-可见光450～600nm处光谱图。

[0021] 图3、为三种草类原料木素含量与吸光度之间线性关系曲线。

[0022] 图4、葡萄糖溶液在350～600nm波段吸光度值扫描曲线。

[0023] 图5、Na2SO3溶液在350～600nm波段吸光度值扫描曲线。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。

[0025] 用本方法对稻草、芦苇及玉米秸秆碱性亚硫酸钠黑液中木素含量进行测定。

[0026] 第一步、DNS溶液配制：

[0027] 称取6.3g DNS和262ml 2mol·l-1NaOH溶液加入酒石酸钾钠热溶液中(182g酒石酸钾钠溶于500ml去离子水)，再加5g结晶酚和5g亚硫酸钠搅拌溶解。冷却后定容至1000ml，储存于棕色瓶，放置72h后使用；

[0028] 第二步、木素的提取：

[0029] 取一定量的碱法蒸煮黑液，用稀硫酸调节溶液至pH 6，离心分离，取上层液体，再用稀硫酸调至pH 3，再离心分离，取出沉淀物，并用稀硫酸洗涤，然后离心，重复操作2～3次，取离心后沉淀物置于80℃真空干燥箱烘干，用研钵研碎，制得粗木素；

[0030] 第三步、木素的提纯：

[0031] 将粗木素溶于140ml吡啶-醋酸-水(体积比9∶1∶4)体系中，用180ml CHCl3萃取，静置4h分层后摇荡，再次分层后，分出下层溶有木素的有机层。上层溶液中加入150ml CHCl3再次萃取，摇荡后静置，待分层后分离出下层的有机层。合并两次萃取液，在旋转真空蒸发器中浓缩至大约100ml，移至1000ml无水乙醚中，在搅动下沉淀出木素来，将沉淀出的木素用乙醚洗涤，至无吡啶味为止。置于P2O5的真空干燥器中干燥，得到浅灰色精制木素；

[0032] 第四步、木素吸光度曲线制作：

[0033] 准确称量精制木素1.000g溶于常温50ml DNS溶液，用去离子水定容至500ml，制得木素标准液。按表1向比色管中加入定量木素，用稀释10倍后DNS溶液定溶10ml，在波长520nm处，用稀释10倍DNS为参比测定吸光度值，以木素浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标作图，得到木素含量与吸光度之间线性关系曲线见图3，根据图中曲线可以得到木素含量与吸光度值间计算公式。

[0034] 表1、不同木素含量的DNS溶液吸光度值：

[0035]

[0036] 图3中稻草木素含量与吸光度关系曲线为y1＝1.2225x1+0.0046，R12＝0.9991；玉米秸秆为y2＝1.0065x2+0.0041，R22＝0.9991；芦苇为y3＝0.7485x3+0.0035，R32＝
0.9998。

[0037] 根据标准曲线线性回归公式，可以得到木素含量c(g·l-1)与吸光度值A之间关系。

[0038] 稻草： 秸秆： 芦苇：

[0039] 其中，c1、c2、c3分别为待测稻草、玉米秸秆、芦苇黑液中木素浓度；A1、A2、A3分别为测定时稻草、玉米秸秆、芦苇黑液吸光度值。N1、N2、N3为待测溶液稀释倍数，N应该取适当值，使A介于0.3～0.7之间。

[0040] 第五步、黑液中木素含量测定

[0041] 测定碱性亚硫酸盐法蒸煮黑液中的木素是比较困难的。由于木素不能完全沉淀出来，用常规方法是无法测定的。测定稻草、玉米秸秆、芦苇碱性亚硫酸钠黑液酸析所得沉淀物和上层液体中木素含量，验证本方法的可行性。

[0042] 取黑液100ml置于500ml烧杯中，然后加入一定体积的1mol·l-1盐酸溶液，使黑液pH值约为5左右，离心后沉淀置于烘箱中干燥后称重，即为酸析一级沉淀物。由于加入盐酸溶液后pH为5左右，该pH值下酸析出木素含有较多杂质，所以要测其纯度。用测定固形物中木素含量方法测定以及沉淀中木素含量，即从干燥后沉淀固形物中取0.100g置于比色管中，加适量水，再加2ml DNS将其溶解，然后加去离子水定容至20ml。再取比色管中溶液4ml置于另一比色管中，加稀释10倍DNS溶液至20ml，取样以稀释10倍DNS溶液为参比，于520nm处测定吸光度值，根据木素标准曲线计算出固形物中木素比例。

[0043] 取离心后上层液再加入一定体积1mol·l-1盐酸溶液，调pH值至2左右，然后离心。取出沉淀，并用稀盐酸洗涤沉淀、离心，重复操作2～3次，将最后得到沉淀物置于烘箱，干燥至恒重，并记录沉淀物重。所得沉淀为二级沉淀物，由于再加入盐酸后，溶液pH小于3，此pH段下沉淀其他物质比较少，又经过多次酸洗，得到木素纯度较高，认为二级沉淀物全为木素。

[0044] 将上面每次离心后上层液体都置入同一个500ml烧杯中，并测定离心液中木素含量：取黑液稀释适当倍数，然后取稀释液5ml至比色管中，加入2ml DNS溶液，加去离子水定容至20ml，取样以稀释10倍DNS溶液为参比，于520nm处测定吸光度值，根据木素标准曲线计算黑液中木素含量。

[0045] 测定原黑液中木素含量，并与沉淀木素与清夜中木素含量之和比较，结果见表2。

[0046] 表2、黑液酸析木素含量测定与比较：

[0047]

[0048] 从表2中可以看出，100ml三类草类原料黑液中酸析后沉淀木素与上层液中残余木素和与原始黑液100ml木素含量相差不大，说明采用水杨酸紫外-可见分光光度法测定黑液中木素含量准确性较高。

[0049] 干扰物质对木素测定的影响的分析：

[0050] DNS是测量溶液中还原糖的一种显色剂，在温度较高时能与溶液中还原性糖发生反应，生成颜色较深的物质，还原糖存在将会干扰木素含量的测定。测量溶液中还原糖含量-1时，一般选择波长为485～540nm。对葡萄糖水溶液10g·l 和葡萄糖DNS溶液(取2ml -1
DNS，用10g·l 葡萄糖水溶液定容至20ml)在350～600nm波段吸光度值进行测试扫描，扫描结果如图4所示。从图4可以看出，葡萄糖在这个波段内没有吸收峰，并且DNS溶解葡萄糖后吸光度曲线和DNS吸光度曲线相差甚少，这说明在常温下，葡萄糖还原性末端基与DNS未产生新的吸光物质，测试木素含量时可以排除糖类的干扰。

[0051] 在测定碱性亚硫酸盐蒸煮黑液中木素含量时，要排除Na2SO3的干扰。对-1 -110g·l Na2SO3溶液及Na2SO3DNS溶液(取2ml DNS，用Na2SO3 10g·l 水溶液定容至20ml)进行400～600nm波段吸光度值扫描，结果见图5。

[0052] 由图5可以看出：Na2SO3在400～600nm波段没有吸收，吸收曲线呈直线。Na2SO3-DNS溶液比原DNS溶液吸光度值略有提高，当波长大于500nm时吸光度趋于零，Na2SO3的干扰会比较小。

[0053] 在DNS稀释溶液以水为参比，其他溶液以DNS稀释溶液为参比，木素的DNS溶液浓-1度为0.5g·l 的条件下，测定各样品在520nm处吸光度值如表3所示。由表3可以看出，-1
干扰物质的吸光度都比较小，葡萄糖溶液实测浓度9g·l 时吸光度0.086，亚硫酸钠实测-1 -1
浓度9g·l 时吸光度0.048，而木素浓度0.5g·l 时吸光度达到0.526，说明干扰物对木素测定影响不大。

[0054] 表3、各样品在520nm处吸光度值：

[0055]

[0056] 注：DNS稀释溶液是以水为参比，其他溶液均以DNS稀释溶液为参比。木素的DNS溶液浓度为0.5g·l-1。