Использование инфракрасной спектроскопии для исследования древесины.

Инфракрасный спектр древесины представляет собой не просто сумму полос поглощения ее отдельных компонентов, но включает в себя полосы, характеризующие связи, существующие между макромолекулами целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз. Спектры выделенных компонентов древесины могут значительно отличаться друг от друга в зависимости от метода выделения. Полисахариды при выделении подвергаются гидролизу, что ведет к значительному уменьшению молекулярной массы и степени кристалличности. Лигнин при выделении подвергается окислению, конденсации и иным процессам. Кроме того, при выделении лигнина каким-либо растворителем (диоксаном, этанолом и т.д.) выделяется «осколок» макромолекулы лигнина, не характеризующий весь набор функциональных групп и связей, присутствующих в полимере. Поэтому при сопоставлении спектров основных компонентов древесины нужно учитывать различия в структуре, обусловленные методом выделения их из древесной матрицы.

Известно, что в ИК-спектрах целлюлозы большая размытая полоса 3300-3400 см^-1 связана с валентными колебаниями OH-групп, а относительно четко выделяющаяся полоса 1430 см^-1 связана с внутренними деформационными колебаниями СН₂ в группах СН₂ОН, являющимися концевыми (боковыми) группами макромолекул целлюлозы. Известно также, что в спектрах сахаров частоты внутренних деформационных колебаний этих метиленовых групп очень чувствительны к структурным факторам, поэтому полосу 1430 см^-1 в спектре целлюлозы следует отнести за счет СН₂-групп в участках с определенным силовым полем окружающих структурных элементов, а не ко всем группам СН₂, эту полосу связывают с колебаниями СН₂ около боковой группы атома С₆. Маятниковые деформационные колебания С₆-OH связаны с полосами в области 1300-1400см^-1.

Предобработка способствует разрыхлению структуры древесины. По этой причине в ИК-спектрах происходит одновременное снижение интенсивности полосы «кристалличности» (1421 см^-1) и повышение интенсивности полосы «аморфности» (897 см^-1). Претерпевает определенные перестройки структура лигнина. Это видно по снижению интенсивности полос при 1591 и 1506 см^-1, отражающих колебания в ароматических единицах лигнина. Происходит выравнивание этих полос по интенсивности, что говорит об изменении окружения бензольного кольца в молекуле лигнина. Также происходит резкое уменьшение полосы при 1233 см^-1, отражающей колебания сирингильного кольца, что, возможно, связано с его деметилированием.

Заключение

Инфракрасная спектроскопия находит применение в исследовании строения полупроводниковых материалов, полимеров, биологических объектов и непосредственно живых клеток, как метод изучения строения молекул получила наибольшее распространение в органической и элементоорганической химии. В отдельных случаях для газов в инфракрасной области удается наблюдать вращательную структуру колебательных полос.

Быстродействующие спектрометры позволяют получать спектры поглощения за доли секунды и используются при изучении быстропротекающих химических реакций. С помощью специальных зеркальных микроприставок можно получать спектры поглощения очень малых объектов, что представляет интерес для биологии и минералогии.

Инфракрасная спектроскопия играет большую роль в создании и изучении молекулярных оптических квантовых генераторов, излучение которых лежит в инфракрасной области спектра. Методами инфракрасной спектроскопии наиболее широко исследуются ближняя и средняя области инфракрасного спектра, для чего изготовляется большое число разнообразных (главным образом двухлучевых) спектрометров.

Список литературы

1. Грибов Л.А. Введение в молекулярную спектроскопию. М. 1976.

2. Вербалович В.П. Инфракрасная спектроскопия биологических мембран. Наука. Казахская ССР. Алма-Ата.1977.

3. Беллами Л., Инфракрасные спектры молекул, пер. с англ., М., 1957;

4. Кросс А., Введение в практическую инфракрасную спектроскопию, пер. с англ., М., 1961;

5. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ, ИК, ЯМР и масс-спектроскопии в органической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979.

6. Ярославский Н. Г., Методика и аппаратура длинноволновой инфракрасной спектроскопии, «Успехи физических наук», 1957, т. 2.

7. Н.Г. Базарнова, Е.В. Карпова, И.Б. Катраков, Методы исследования древесины и ее производных. Изд-во Алт. гос. ун-та, 2002. 160 с.