第36卷，第6期 2016年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36 ,No. 6 ,pp1734-1739
June,2016
拉曼光谱在天然纤维素结构研究中的应用进展
马建锋，杨淑敏，田根林，刘杏娥”
国际竹藤中心，北京100102
摘要纤维素是木质纤维生物质细胞壁的骨架物质，也是生物燃料制备过程中重要的前驱体。作为重要的天然有机高分子，纤维素分子结构的研究备受关注。拉受光谱仪因其较高的分辨率及无损检测的特点可在多尺度研究天然纤维素复杂分子链及聚集态绪构。本文在比较了色散型拉受光谱仪和傅里叶变换拉变光谱仪的构造及相关参数的基础上，详细综述了拉曼光谱技术在植物细胞壁纤维素微区分布、天然纤维素酶解发酵、分子链空间取向、分子形变、结晶度与多晶态转变等方面的研究进展，并对拉曼光谱技术在天然纤维素分子结构研究中存在的问题进行了总结，提出了可能的解决方案，以促进拉曼光谱技术在天然有机高分子研究领域的应用
关键词天然纤维素：拉变光谱：高分子链结构：聚集态结构
中图分类号：TS01
文献标识码：A
引言
DOI : 10, 3964/j. issn. 1000-0593 (2016 )06-1734-06
(XRD）、中子散射以及交叉极化魔角旋转核磁共振波谱（CP NMR技术。这些方法在研究纤维素分子结构时，通常需要对纤维系样品进行物理或是化学预处理，处理过程不可避免
随着化石资源的消耗殆尽和环境保护意识的增强，可再生资源的开发和应用已成为国内外竞相开展的研究课题。作为棉花、木材、亚麻、草类等高等植物细胞壁的主要成分，纤维素主要由植物通过光合作用合成，是自然界取之不尽，用之不竭的可再生资源。研究表明纤维素是由D-葡萄糖以3-1，4糖者键联接而成的链状高分子化合物，同时纤维素分子内和分子间存在者大量的氢键，形成复杂的高分子链结构和聚集态结构。复杂的高分子链结构直接影响着纤维素及纤维素复合材料的物理（润胀、吸湿、热塑性)以及力学(拉伸强度、弹性模量性能，纤维素超分子结构中存在的结晶区及非晶区两相聚集态结构直接影响纤维素的化学反应性能。当前，纤维素化工行业存在的能耗高、试剂用量大、产物性能不稳定等问题，均与纤维素分子链和聚集态超分子结构的性质密切相关。另外，在生物质转化为生物乙醇的过程中，需使用纤维素酶先将纤维素降解为单糖，而后将单糖发酵制备生物之醇。在线监控纤维素分子水解生成简萄糖的过程，可以指导纤维系酸用量，进而降低生物之醇生产的成本。综上所述，纤维系分子结构的研究对天然纤维原料的开发利用具有重要的意义。
传统研究纤维系素高分子结构的方法主要有X射线衍射收稿日期：2015-04-13，修订日期：2015-08-02
地会改变纤维素样品天然状态下的分子结构。相比较而言，分子光谱能够有效地在原位状态下研究纤维素样品的分子结构。早在1947年红外光谱就被用于纤维素分子结构的研究，但样品中水分的存在极大地限制了红外光谱在纤维素结构研究中的应用。另外，由于衍射极限的限制显微红外光谱仅能提供组织水平的分子结构信息。而作为分子光谱中的另一个重要分支，拉变光谱因其制样简易及较高的空间和光谱分辨率在纤维素分子结构研究中得到了广泛的应用。本文比较了两种主要类型拉曼光谱仪的构造特点，同时详细综述了拉曼光谱仪在天然纤维素研究领域的应用进展，以期为纤维素生物合成、纤维素高效分离以及纤维素基新产品的开发提供新的研究思路和手段。
拉曼光谱仪
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激光拉曼光谱仪按分光系统差异主要分为两种：色散型拉曼（dispersiveRaman，DIS-Raman）和傅里叶变换拉曼(fou-riertransformRaman，FT-Raman)。色散型拉受光谱仪主要通过单极或是多级光栅进行分光，而傅单叶变换拉受采用迈克尔逊干涉仪进行分光。
基金项目：国际竹藤中心基本科研业务费项目(1632015002)和"十二五"国家科技支撑计划项目(2012BAD54G0103)资助
作者简介：马建锋，1984年生，国际竹藤中心助理研究员
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