乙酰溴法测定浑河草本植物中木质素的质量分数

魏晨光，孙静雯，李子逸，于伟豪

（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）

木质素作为一种高分子有机化合物，主要分布于陆源高等植物体内，可用来对河流及海洋陆源物质进行定量的示踪研究，木质素的质量分数可以用来示踪河流及海洋环境中陆源有机质的量[1-2]。

分离纯化木质素的方法有两种：将木质素以外的成分分解并作为不溶物沉淀的方法，以及将木质素溶解在有机溶剂中进行纯化的方法[3]。木质素质量分数可通过硫酸法（Klason法）、乙酰溴法、高效液相色谱法和氧化还原法等方法进行测定[4-5]。硫酸法是早期测定木质素质量分数应用较为普遍的方法，这种方法是利用72%的硫酸对样品进行消解，在加热条件下，将糖类化合物溶解成可溶性成分，得到的剩余不溶性固体即为木质素，之后经过过滤、洗涤、干燥、称重等步骤即可得到木质素的质量[6-7]。但这种方法有一些弊端，加热溶解时，部分木质素也会被溶解，产生相应的误差，因此需要修正木质素质量分数值。

乙酰溴法原理是根据物质分子对200～760 nm范围内电磁波的吸收特性建立的定性定量分析方法。乙酰溴法是测定木质素质量分数的重要方法，该方法是将样品置于乙酰溴和冰醋酸的混合溶液中，使木质素的酚羟基乙酰化，对得到的乙酰化木质素溶液在280 nm处具有最大紫外吸收峰的值进行测量，即可得到木质素的质量分数[8]。在研究比较了上述几种检测方法的文献资料后，本文根据实验室现有条件，用乙酰溴法来对浑河流域草本植物样品中木质素质量分数进行定量分析，并对试验条件进行反复优化，在提高方法的准确性和精密性的同时，力求方法简单快速，可行性强。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

仪器：紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；恒温水浴锅，常州中捷实验仪器有限公司；电子天平，美国华志公司。

材料与试剂：标准木质素，分析纯，合肥巴斯夫生物科技有限公司；乙酰溴，分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；冰醋酸，分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；氢氧化钠，分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司。

1.2 木质素乙酰化反应

准确称取5 mg标准木质素，放入25 mL具塞试管中，加入5 mL体积分数为10%～50%乙酰溴的冰醋酸溶液，盖好试管塞，放入恒温水浴锅中，控制温度在50～90 ℃的条件下反应20～60 min，然后将反应液移入装有10 mL 2 mol·L-1氢氧化钠和10 mL冰醋酸溶液的容量瓶中终止反应，充分混匀，用冰醋酸稀释至50 mL，以冰醋酸为空白溶液，测定并比较不同反应条件下产物在280 nm处的紫外吸收值[9]。

标准工作曲线：取一定量的木质素标准品，配制成质量浓度分别为0.04、0.06、0.1、0.2、0.3、0.4 g·L-1的标准液，按前述条件进行乙酰化反应，测定溶液在280 nm处的紫外吸收值，得到标准工作曲线如图1所示，拟合得到的线性方程为y=-0.006+2.593x，线性相关系数R=0.997 8。

图1 木质素乙酰化溶液的紫外吸收标准工作曲线

1.3 样品木质素质量分数测定

称取0.05 g草本植物样品，按1.2的步骤进行乙酰化处理，用冰醋酸稀释至80 mL，以冰醋酸为空白测定乙酰化溶液在280 nm处的紫外吸收值A1；同时做样品的空白试验，以减小样品自身吸光度带来的误差。称取相同质量的样品，不加乙酰溴试剂，之后采用完全相同的步骤，同样以冰醋酸为空白，测定在280 nm处的紫外吸收值A2。样品的吸光度A=A1-A2，根据标准曲线方程计算得到木质素质量分数。

2 结果与讨论

2.1 乙酰溴法测定木质素单因素优化试验

在乙酰溴法测定木质素的试验中，木质素质量分数测定的准确性很大程度上受控于乙酰化反应的进程，因此有必要对木质素乙酰化反应条件进行一系列的优化试验，以使木质素能够充分乙酰化并且溶解。设置反应温度、反应时间和乙酰溴体积分数3个影响因素，反应温度为50、60、70、80、90 ℃，反应时间为20、30、40、50、60 min，乙酰溴体积分数为10%、20%、30%、40%、50%。依据“1.2”中的方法进行乙酰化反应后，用紫外-可见分光光度计定量测定木质素的吸光度。以木质素的吸光度为评价指标，考察以上3个因素对木质素乙酰化过程的影响，确定单因素的最佳取值范围。每个试验在相同条件下进行3次，以3次测量数据的平均值作为最终测定结果。

2.1.1 反应温度的影响

在反应时间为30 min、乙酰溴体积分数为40%时反应温度对木质素乙酰化反应的影响见图2。

图2 反应温度对木质素乙酰化反应的影响

由图2可知，在温度低于70 ℃时，温度越高木质素乙酰化反应就越充分，样品的紫外吸光度在反应温度70 ℃时接近最大值，当温度高于70 ℃时，木质素乙酰化溶液的吸光度开始下降，造成这种现象的原因可能是木质素乙酰化溶液的温度达到或高于乙酰溴自身的沸点，使得乙酰溴试剂出现一定程度的挥发，从而对木质素乙酰化进程产生了一定的影响。因此，木质素乙酰化反应宜在70 ℃的反应温度下进行。

2.1.2 反应时间的影响

在反应温度为70 ℃、乙酰溴体积分数为40%时反应时间对木质素乙酰化反应的影响见图3。

图3 反应时间对木质素乙酰化反应的影响

由图3可知,随着反应时间的增加，木质素吸光度先呈现出上升趋势，而当反应时间到30 min以后，木质素的吸光度没有明显的变化，说明经过30 min的乙酰化反应后沉积物中所含的木质素已完全溶解,溶液的吸光度并没有随着反应时间的增加而继续增加。因此，木质素乙酰化反应宜控制反应时间为30 min。

2.1.3 乙酰溴体积分数的影响

木质素的乙酰化反应程度与乙酰溴在冰醋酸介质中的体积分数密切相关。在反应温度为70 ℃、反应时间为30 min时乙酰溴体积分数对木质素乙酰化反应的影响如图4所示。

图4 乙酰溴体积分数对木质素乙酰化反应的影响

当乙酰溴在冰醋酸介质中的体积分数低于40%时，木质素乙酰化溶液的吸光度随着乙酰溴体积分数的增加而逐渐增大，而当体积分数高于40%时，试样的吸光度下降。样品的紫外吸光度在乙酰溴体积分数为40%时接近最大值，说明木质素乙酰化反应宜控制乙酰溴体积分数为40%。

本文进一步对木质素乙酰化产物的稳定性进行了试验，结果表明，在室温条件下，木质素乙酰化衍生物溶液在反应6 000 s之后，仍具有稳定的紫外吸收性能，如图5所示，证明木质素乙酰化反应产物在试验中的稳定程度足够保持试验结果的可靠性。综上所述，木质素质量分数测定的单因素优化条件为：反应温度70 ℃、反应时间30 min、乙酰溴体积分数40%。

图5 木质素乙酰衍生物溶液的稳定性

2.2 草本植物样品中木质素的测定结果

在最佳反应条件下，用乙酰溴法对浑河流域草本植物中木质素质量分数进行测定（具体步骤见“1.3”），测定结果在13.16%～14.79%之间，平均为(13.91±0.82)%。该结果高于文献中碱性氧化铜法精确测定的草本植物样品木质素质量分数（10%以下）[10]，说明本实验结果存在一定的误差，可能是取样量较多样品本身吸光度误差所导致。

3 结 论

1）在乙酰溴法测定木质素的试验中，木质素质量分数测定的准确性主要受控于乙酰化反应的进程，以反应温度、反应时间、乙酰溴体积分数的大小为指标，通过单因素试验，优化确定了木质素乙酰化最佳反应条件：反应温度为70 ℃，反应时间为30 min，乙酰溴体积分数为40%。应对反应条件进行严格的控制，以防止体系中多糖类物质对实验结果产生影响。

2）用乙酰溴法测得的浑河草本植物样品中木质素质量分数为13.91%。本文方法具有简单、易于操作、稳定性和精确度高、试样需求量少等优点。

目前木质素的精确测定采用的是碱性氧化铜法[11]，但该方法需要较高的实验室条件，本文采用的方法目的是研究用相对简单的乙酰溴法测定木质素的可行性，对于在实际中的应用来讲，仍需进行更多深入的研究。