Определение целлюлозы и холоцеллюлозы

Холоцеллюлоза, получаемая обработкой надуксусной кислотой, близка к хлоритной холоцеллюлозе по выходу и СП, но по сравнению с последней содержит больше карбонильных групп. Если такую холоцеллюлозу используют для дальнейших исследований с применением щелочных обработок рекомендуется восстановить СО-группы борогидридом натрия NaBH4.

Препараты холоцеллюлозы, предназначенные для выделения гемиц

еллюлоз и определения альфа-целлюлозы, нельзя сушить при температуре 100…105 °С. Сушку следует производить в вакуум-сушильном шкафу при температуре не выше 60 °С или на воздухе. При определении выхода возможны ошибки в результате удерживания препаратами холоцеллюлозы органических растворителей, которые не удаляются при сушке.

В стандартные методы ANSI/ASTM D 1104 и TAPPI T 9 т включено выделение холоцеллюлозы методом хлорирования обессмоленной древесины с последующей обработкой этаноль-ным раствором моноэтаноламина. В научных исследованиях часто используют также методы делигнификации хлоритом натрия в кислой среде и надуксусной кислотой.

2. Определение целлюлозы

Для определения целлюлозы в древесине и другом растительном сырье используют свойства целлюлозы, отличающие ее от других компонентов древесины. Так, в отличие от экстрактивных веществ целлюлоза не растворяется в воде и органических растворителях. В отличие от лигнина она сравнительно устойчива к действию окислителей и гидролизуется под действием кислот, а в отличие от гемицеллюлоз – не растворяется в водных растворах щелочей и труднее гидролизуется.

В настоящее время используют три способа определения целлюлозы: прямой способ, основанный на количественном выделении непосредственно из растительных тканей; определение целлюлозы через холоцеллюлозу; косвенный способ, основанный на расчете содержания целлюлозы по выходу Л-глюкозы при полном гидролизе.

При прямом способе из древесины удаляют экстрактивные вещества, лигнин и большую или меньшую часть гемицеллюлоз. В полученном целлюлозном остатке – сырой целлюлозе определяют примеси гемицеллюлоз и остаточного лигнина и вносят соответствующие поправки. Сама целлюлоза при выделении несколько разрушается.

Препараты целлюлозы в зависимости от метода делигнификации изменяются по выходу и содержанию остаточных устойчивых гемицеллюлоз и сравнимы с техническими древесными целлюлозами. Следовательно, они дают представление о возможном * выходе целлюлозы при варке. Прямые методы вследствие относительной простоты анализа до сих пор находят широкое применение. Из прямых методов определения целлюлозы чаще всего применяют хлорный и азотно-спиртовой.

Хлорный метод, или метод Кросса и Бивена, основан на чередующихся обработках древесины влажным хлором и горячим водным раствором сульфита натрия, растворяющим продукты замещения и окисления лигнина. Раствор хлорированного лигнина имеет красный цвет в случае лиственного лигнина и коричневый у хвойного лигнина. Признаком окончания делигнификации служит исчезновение окраски. Чтобы не деструктировать целлюлозу, хлорирование проводят при охлаждении. Гемицеллюлозы частично растворяются в растворе сульфита натрия. Они удаляются примерно на одну треть, поэтому внесение поправки на остаточные гемицеллюлозы обязательно. Для удаления экстрактивных веществ необходимо предварительное экстрагирование органическими растворителями. Метод хлорирования лежит в основе стандарта TAPPI T 17 т. Поскольку препарат содержит значительную долю остаточных гемицеллюлоз, его называют целлюлозой Кросса и Бивена.

Азофносрисфовой метод, или метод Кюршнера, основан на обработке древесины спиртовым раствором азотной кислоты. Лигнин нитруется и частично окисляется. Продукты нитрования и окисления растворяются в спирте. Гемицеллюлозы гидролизуются. Окислительная деструкция целлюлозы под действием азотной кислоты в спиртовой среде по сравнению с водной уменьшается. Однако СП целлюлозы понижается в результате этанолиза и целлюлоза частично аморфизируется. Предварительного экстрагирования органическими растворителями не требуется, так как экстрактивные вещества удаляются этанолом в ходе обработки.

Выход выделенного препарата, называемого целлюлозой Кюршнера, ниже, чем выход целлюлозы Кросса и Бивена. Однако при внесении всех поправок результаты обоих методов оказываются примерно одинаковыми.

Азотно-спиртовой метод по сравнению с хлорным получил более широкое распространение. Этот метод более прост, лишен неудобств работы с токсичным хлором и выполняется быстрее, так как не требует предварительного экстрагирования. В литературе есть указания, что для анализа древесины тропических пород более пригоден азотно-спиртовой метод, но необходимое число последовательных обработок может оказаться больше, чем для древесных пород умеренной климатической зоны.

Иногда при определении целлюлозы используют метод Зейферта, основанный на обработке древесины смесью ацетил-ацетона и диоксана, подкисленной соляной кислотой. Этот метод хотя и дает более воспроизводимые результаты, чем метод Кюршнера, но выход препарата целлюлозы оказывается ниже.

При определении целлюлозы через холоцеллюлозу сначала из растительного материала удаляют экстрактивные вещества и проводят делигнификацию. Из полученной холоцеллюлозы удаляют гемицеллюлозы водным раствором щелочи, в результате чего выделяется целлюлоза в виде альфа-целлюлозы. Или же в холоцел-люлозе определяют нецеллюлозные компоненты и вычитают их из содержания холоцеллюлозы.

Способы определения чистой целлюлозы в виде щелочеустойчивой альфа-целлюлозы считают более точными по сравнению с прямыми способами выделения целлюлозы непосредственно из обессмоленной древесины. При выделении альфа-целлюлозы деградация целлюлозы сводится к минимуму. Однако результаты определения целлюлозы при этом не будут абсолютно точными, так как в препарате альфа-целлюлозы остаются примеси остаточного лигнина и гемицеллюлоз, не удаляющихся полностью1 щелочной обработкой. Часть ксиланов необратимо адсорбируется на целлюлозе, а при анализе древесины хвойных пород не растворяется и часть маннанов, которые удерживаются в альфа-целлюлозе. Многократная обработка растворами щелочей позволяет извлечь большую часть остаточных нецеллюлозных полисахаридов и лигнина, но приводит к существенному снижению выхода альфа-целлюлозы и ее СП. Таким образом, практически невозможно выделить из холоцеллюлозы препарат альфа-целлюлозы, содержащий всю целлюлозу древесины, но не содержащий неглю-козных Сахаров. Косвенный способ определения альфа-целлюлозы теоретически позволяет долучить более точные результаты, но оказывается значительно более трудоемким, а сложение ошибок отдельных анализов может привести к ошибке и в определении массовой доли альфа-целлюлозы.

При косвенном способе, основанном на расчете содержания целлюлозы по D-глюкозе, содержащейся в гидро-лизате трудногидролизуемых полисахаридов, количество D-глюкозы определяют хроматографическими методами. Для расчета массовой доли целлюлозы выход глюкозы, вычисленный в процентах по отношению к исходной абсолютно сухой древесине, умножают на коэффициент 0,9, т.е. пересчитывают на глюкан. Более точные данные получают определением состава моносахаридов в гидролизате холоцеллюлозы или выделенной из нее альфа-целлюлозы. При расчете массовой доли глюкана в случае древесины хвойных пород желательно вносить поправку на глюкозу, звенья которой содержатся в остаточном глюкоманнане. С этой целью в гидролизате определяют маннозу и рассчитывают массовую долю глюкозы, содержащейся в глюкоманнане, принимая соотношение звеньев глюкозы и маннозы равным 1:3. Получаемое расчетное значение массовой доли целлюлозы уже будет близким к истинному содержанию целлюлозы в древесине.

 Скачать реферат