红外光谱数据分析||定期连载！纤维素降解-相对强度计算和归一化处理

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翠花1分钟前小编！小编！都过去这么久了，你什么时候更新纤维素的知识哇~
在上一期的红外光谱分析的推文：“红外光谱数据分析||定期连载！蛋白质二级结构分析（三）”中，提到的纤维素常识它终于来啦！！

纤维素作为一种可降解的绿色环保材料，它来源广泛，草本植物和木本植物为纤维素生产提供了绿色稳定的原料来源；它应用广阔，无论是木材，造纸等传统行业，还是医用生物材料或植物基炭材料均会应用纤维素材料。基于纤维素可降解的特性，人们对温度，光照，酸碱作用等不同处理条件下纤维素的降解有着极大的兴趣。

下图是纤维素的结构及其在UV光下的降解过程。我们可以看到，小小的纤维素里面不光有单糖结构的重复排列，也会有结晶区和非结晶区的交替变化，还存在着纤维素分子链之间的氢键。UV光主要能通过自由基反应促进单糖之间的糖苷键断裂，从而改变纤维素的空间结构和分子链长度。降解过程中纤维素中的-OH键会氧化生成-CHO或-COOH。因此，红外光谱常用于对比不同官能团之间的相对含量来判断纤维素的降解程度。

下图中，3480cm^-1,1750 cm^-1和1370 cm^-1分别对应纤维素中O-H伸缩振动，C=O伸缩振动和C-H伸缩振动。C=O/C-H，O-H/C-H这两组相对强度比值常用来分析纤维素的降解程度。一般文章中往往会先给出不同情况下的纤维素材料的红外光谱图，再通过列表给出C=O/C-H，O-H/C-H相对强度比值，通过比值变化来判断纤维素的降解程度。

除了相对强度的计算外，进行光谱归一化处理也是一种不错的选择。经过归一化处理后能更加直观的从图谱上分析降解程度。木材纸张等材料中，不光含有纤维素，也含有与纤维素结构类似的半纤维素和木质素等成分。基于结构的差异，这三种成分在不同条件下的降解程度也不相同。

为了研究不同处理阶段木材中纤维素，半纤维素和木质素的相对含量变化，测试了不同条件下木材的红外光谱。见下图和相应表格，不同的红外光谱吸收峰对应着木材中不同的成分。可发现归一化处理前，无法直观从图中对比分析出木质素，纤维素和半纤维素在处理过程中的相对含量变化；而以纤维素在1055 cm-1处吸收峰进行归一化处理后，木质素，纤维素，半纤维素特征峰的相对强度变化在图中清晰可见。

参考文献：
[1] Chang S S , Lennart Salmén, Olsson A M , et al. Deposition and organisation of cell wall polymers during maturation of poplar tension wood by FTIR microspectroscopy[J]. Planta, 2014, 239(1).[2] Liu L , Gong D , Bratasz L , et al. Degradation markers and plasticizer loss of cellulose acetate films during ageing[J]. Polymer Degradation and Stability, 2019, 168:108952.[3] Heng-Xiang Li, Qun Wang, Luming Zhang, Xin Tian, Qing Cao, Li'e Jin,Influence of the degrees of polymerization of cellulose on the water absorption performance of hydrogel and adsorption kinetics,Polymer Degradation and Stability,Volume 168,2019,108958.

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