CN104458784B - 烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及公开了一种烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法，该测定方法采用CP/MAS 13C－NMR法对烟草样品进行检测，然后测定烟草样品中纤维素结晶度和晶态结构。本发明中的烟草样品的前处理是用酸性洗涤剂进行洗脱即可，无需用强氧化剂亚氧酸钠脱木质素并经碱和酸处理，前处理过程简单、费时短，而是采用数据处理时，对不同类型烟草样品分别扣除相应的非纤维素背景吸收的方式来除去木质素的干扰。本方法实现了对酸性洗涤剂提取的烟草纤维素样品原纤结构的研究，可以为纤维素改性、烟草加工及低次烟叶和烟梗的处理等提供重要的理论依据。
Description
【技术领域】
本发明属于烟草科学领域，具体涉及一种烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法。
【背景技术】
纤维素作为构成烟叶细胞组织和骨架的基本物质，其含量对烟草的加工性能、燃烧性及吸食品质有较大影响；在烟草的加工过程中，纤维素大分子晶型结构及结晶度的变化等因素对于烟草的润胀吸湿性能和柔韧性等品质都有重要的影响。因此，加强对烟草纤维素的研究对于提高卷烟加工质量具有重大意义。
纤维素大分子是由葡萄糖基通过β-1,4苷键联结成纤维素二糖单元，再形成均一聚糖的线性高分子。纤维的结构既不是完全晶态，也不是完全无定型态的，是部分结晶和部分取向，由结晶区和无定形区联接而成的二相体系。结晶区之间的连接部分为无定形区，结晶区和无定形区无明显的界限，彼此间的过渡是渐变的。结晶区和无定形区间的比例，结晶的完善程度随纤维的种类，纤维的部位而异。在纤维素纤维的微细结构中，结晶度是描述纤维素超分子结构的一个重要参数，它表示纤维素中结晶区占纤维总体积的百分率。聚集态结构中的结晶部分及无定型部分都是决定纤维素性质的重要方面，纤维的物理化学性质都与结晶度有着密切的关系。
纤维素结晶度的测定方法包括X－射线衍射法(XRD法)、红外光谱法(FTIR法)、拉曼光谱法、交叉极化魔角自旋核磁共振法(CP/MAS 13C－NMR法)等，但主要集中在造纸纤维中([1]马晓娟，黄六莲，陈礼辉，等.纤维素结晶度的测定方法[J].造纸科学与技术，2012，31(2)：75-78.
[2]Sunkyu Park,John O Baker,Michael E Himmel,etc.Cellulose crystallinityindex:measurement techniques and their impact on interpreting cellulaseperformance[J].Biotechnology for Biofuels,2010,3:10.
[3]Schenzel K.,Fischer S.NIR FT Raman spectroscopy,a rapid,analytical tool fordetecting the transformation of cellulose polymorphs.Cellulose，2001，8:49-57.)。其中以XRD法应用较多(Nicoleta Terinte,Roger Ibbett,Kurt Christian Schuster.OVERVIEWON NATIVE CELLULOSE AND MICROCRYSTALLINECELLULOSE I STRUCTURE STUDIED BY X-RAY DIFFRACTION(WAXD):COMPARISON BETWEENMEASUREMENT TECHNIQUES.Lenzinger Berichte,2011,89:118-131.)，其优势在于前处理简单，但测定准确度不及CP/MAS 13C－NMR法，且不能定量反映纤维素的晶态结构；FTIR因干扰物质较多，测定结果比其他方法明显偏高；拉曼光谱需要在碱性溶液中测定，结果会受到碱浓度的影响；结合了CP/MAS法的13C－NMR比前三种方法能更加完整准确地得到纤维素微观结构的全部信息，在近年来的造纸纤维研究中开始应用，如肖青等人(肖青，万金泉，王艳.CP/MAS 13C－NMR技术对木浆纤维微观结构的研究[J].化学学报，2009，67(22)：2629-2634.)应用此法进行了对桉木木片的研究探索，在测定前经过了较为复杂的前处理过程，且需脱除木质素才能进行测定。
对烟草中纤维素的研究有报道的仅限于纤维素含量的测定，而对其结构及结晶度分析未见报道。且烟草与桉木类物理化学性质差异较大，应用CP/MAS13C－NMR法对烟草纤维素结晶度及晶态结构进行深入研究尚属空白。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明提供了一种烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法，该方法包括以下步骤：
步骤A、将参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010中性洗涤纤维的测定步骤得到中性洗涤纤维含量；选取同一参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤得到酸性洗涤纤维含量；再根据参比烟草样品的中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量得到参比烟草样品的纤维素含量；然后选取同一参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤未经马弗炉灰化得到颗粒状、浅棕绿色的烟草纤维素参比标样；
步骤B、利用CP/MAS 13C－NMR法对纤维素标样和步骤A得到的烟草纤维素参比标样进行测定分别得到纤维素标样谱图和烟草纤维素参比标样谱图，然后用烟草纤维素参比标样谱图扣除相同含量的纤维素标样谱图即得到参比烟草样品中非纤维素吸收背景谱图；
步骤C、将待测烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤未经马弗炉灰化得到待测烟草纤维素样品，然后利用CP/MAS 13C－NMR法对待测烟草纤维素样品进行测定得到待测烟草纤维素样品的谱图，将待测烟草纤维素样品的谱图扣除步骤B中得到的非纤维素吸收背景谱图即得到了该待测烟草样品的纤维素谱图；
步骤D、待测烟草纤维素的结晶度的分析与计算：
由待测烟草样品的纤维素谱图中δ80～92ppm中结晶区和非结晶区信号面积计算结晶度，计算公式如下：
式中：S晶—为δ86～92ppm的信号面积，
S非—为δ80～86ppm的信号面积；
或，由待测烟草样品的纤维素谱图δ80～92ppm的C4区拟合分解来计算待测烟草纤维素的结晶度，计算方法如下：利用混合洛仑兹和高斯函数模型并借助DWIN-NMR软件拟合技术对待测烟草样品的纤维素谱图的C4信号峰拟合得到δ80～92ppm信号峰拟合图，在有序的C4区(δ80～92ppm)中分别由纤维素Iα、纤维素Iα+β、和纤维素Iβ引起的信号用Lorentzian谱线进行拟合；在无序的C4区(δ80～86ppm)中分别由次晶纤维素PC、可及基原纤表面AS和不可及基原纤表面IAS引起的信号用Gaussian谱线进行拟合；然后采用下式计算结晶度：
X＝Iα+Iα+β+Iβ+PC，其中Iα、Iα+β、Iβ、PC分别表示13C NMR光谱δ80～92ppm的C4区拟合后纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素PC的相对含量；
步骤E、待测烟草纤维素的晶型与含量的分析和计算：
对待测烟草样品的纤维素谱图中δ102～108ppm信号峰拟合，采用4个Lorentzian线形表示不同晶型，测定结晶区纤维素Iα、纤维素Iβ以及次晶纤维素PC的相对含量；
步骤F、待测烟草纤维素原纤尺寸的计算：
从步骤D的δ80～92ppm信号峰拟合图得到C4原子的总信号强度ITot、可及基原纤表面的信号强度IAS和不可及基原纤表面的信号强度IIAS，计算基原纤聚集束尺寸的步骤如下：根据q＝IAS/ITot，同时q＝(4n-4)/n2，其中n为沿基原纤聚集束一边上的葡萄糖数，计算出n的值，再根据公式d＝0.57×n，d即为相应的基原纤聚集束的尺寸；
计算基原纤尺寸的步骤如下：根据q＝(IAS+IIAS)/ITot，同时q＝(4n-4)/n2，其中n为沿基原纤一边上的葡萄糖数，计算出n的值，再根据公式d＝0.57×n，d即为相应的基原纤的尺寸。
根据本发明的一个实施例，所述的CP/MAS 13C－NMR法是采用AVANCEAV 400spectrometer超导傅立叶数字化核磁共振谱仪进行测定，测试条件参数如下：场强9.40T，4mm和7mm魔角探头，转速15kHz，脉冲宽度90°，交叉极化时间4μs，接触时间2ms，采样时间34ms，采样间隔时间2.0s，扫描次数：1024，谱宽300ppm，一级定标用四甲基硅烷(CH3)4Si。
下面对本发明作进一步的说明。
本发明提供了一种烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法，该方法包括以下步骤：
步骤A、将参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010中性洗涤纤维的测定步骤得到中性洗涤纤维含量；选取同一参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤得到酸性洗涤纤维含量；再根据参比烟草样品的中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量得到参比烟草样品的纤维素含量；然后选取同一参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤未经马弗炉灰化得到颗粒状、浅棕绿色的烟草纤维素参比标样；
即将参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010第7.2.4节的中性洗涤纤维的测定步骤得到中性洗涤纤维含量；选取同一参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010第7.2.5节的酸性洗涤纤维的测定步骤得到酸性洗涤纤维含量；再根据参比烟草样品的中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量得到参比烟草样品的纤维素含量；然后选取同一参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤未经马弗炉灰化(即按照烟草行业标准YC/T347-2010第7.2.5.1～7.2.5.4的步骤处理)得到颗粒状、浅棕绿色的烟草纤维素参比标样；
步骤B、利用CP/MAS 13C－NMR法对纤维素标样和步骤A得到的烟草纤维素参比标样进行测定分别得到纤维素标样谱图和烟草纤维素参比标样谱图，然后用烟草纤维素参比标样谱图扣除相同含量的纤维素标样谱图即得到参比烟草样品中非纤维素吸收背景谱图；
步骤A的目的是针对某一类型的烟草样品得到一个参比标样，然后通过步骤B得到此类型烟草样品的NMR非纤维素吸收背景谱图，用于待测烟草样品检测。在本发明的实施例中，考虑到不同烟草类型样品的NMR非纤维素吸收背景谱图会存在差异，步骤A中烟草样品的选择根据待测烟草样品的类型来定，如待测烟草样品为一系列的烤烟样品，则在步骤A中选取其中的一个烤烟样品处理得到烟草纤维素参比标样。
步骤C、将待测烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤未经马弗炉灰化得到待测烟草纤维素样品，然后利用CP/MAS 13C－NMR法对待测烟草纤维素样品进行测定得到待测烟草纤维素样品的谱图，将待测烟草纤维素样品的谱图扣除步骤B中得到的非纤维素吸收背景谱图即得到了该待测烟草样品的纤维素谱图；
本发明给出了一个具体的实施例步骤B～C的详细步骤，该步骤如下：
a、准确称取纤维素标准样品(10-250mg)，制备相应的13C NMR谱，根据谱图δ99-112ppm区积分面积与样品重量建立线性关系(图1(a))(由NMR仪器配备软件即可实现)；
b、制备烟草纤维素参比标样的13C NMR谱(图1(b))；
c、选择烟草纤维素参比样品扣除浓度合适(由烟草纤维素参比样品中纤维素含量计算得)的纤维素标准样品光谱吸收后作为非纤维素吸收背景谱图(图1(c))；
d、由待测烟草纤维素样品的谱图(图1(d))扣除非纤维素背景吸收(图1(c))所得的差谱图(图1(e))即为待测烟草纤维素样品的纤维素谱图。
步骤D、待测烟草纤维素的结晶度的分析与计算：
由待测烟草样品的纤维素谱图中δ80～92ppm中结晶区和非结晶区信号面积计算结晶度，计算公式如下：
式中：S晶—为δ86～92ppm的信号面积，
S非—为δ80～86ppm的信号面积；
或，由待测烟草样品的纤维素谱图δ80～92ppm的C4区拟合分解来计算待测烟草纤维素的结晶度，计算方法如下：利用混合洛仑兹和高斯函数模型并借助DWIN-NMR软件拟合技术对待测烟草样品的纤维素谱图的C4信号峰拟合得到δ80～92ppm信号峰拟合图，在有序的C4区(δ80～92ppm)中分别由纤维素Iα、纤维素Iα+β、和纤维素Iβ引起的信号用Lorentzian谱线进行拟合；在无序的C4区(δ80～86ppm)中分别由次晶纤维素PC、可及基原纤表面AS和不可及基原纤表面IAS引起的信号用Gaussian谱线进行拟合；然后采用下式计算结晶度：
X＝Iα+Iα+β+Iβ+PC，其中Iα、Iα+β、Iβ、PC分别表示13C NMR光谱δ80～92ppm的C4区拟合后纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素PC的相对含量；
步骤E、待测烟草纤维素的晶型与含量的分析和计算：
对待测烟草样品的纤维素谱图中δ102～108ppm信号峰拟合，采用4个Lorentzian线形表示不同晶型，测定结晶区纤维素Iα、纤维素Iβ以及次晶纤维素PC的相对含量；
纤维素在固态下存在着五种结晶变体，天然纤维素是以纤维素I形式存在的，纤维素I晶体并不是以单一晶型形式存在，而是纤维素Iα和纤维素Iβ两种晶体的混合物，并且在一定条件下它们可以相互转化；而次晶纤维素是指表示有序性不及但运动性大于纤维素Iα和Iβ的结晶结构。
步骤F、待测烟草纤维素原纤尺寸的计算：
从步骤D的δ80～92ppm信号峰拟合图得到C4原子的总信号强度ITot、可及基原纤表面的信号强度IAS和不可及基原纤表面的信号强度IIAS，计算基原纤聚集束尺寸的步骤如下：根据q＝IAS/ITot，同时q＝(4n-4)/n2，其中n为沿基原纤聚集束一边上的葡萄糖数，计算出n的值，再根据公式d＝0.57×n，d即为相应的基原纤聚集束的尺寸；
计算基原纤尺寸的步骤如下：根据q＝(IAS+IIAS)/ITot，同时q＝(4n-4)/n2，其中n为沿基原纤一边上的葡萄糖数，计算出n的值，再根据公式d＝0.57×n，d即为相应的基原纤的尺寸。
基原纤即丝状多晶体，是结晶纤维素中最小的结构单元。本发明的实施例是通过计算纤维素晶粒尺寸可得到基原纤的横向尺寸。假设纤维素基原纤形成聚集体的方向和纤维主轴的方向是一致的，并且假定基原纤一基原纤接触的表面对不可及基原纤表面的信号强度(δ83.8～84.1ppm)有主要作用，那么可通过NMR光谱计算横向基原纤尺寸及基原纤聚集束尺寸(即微原纤横向尺寸)。并且本发明的实施例中假设基原纤和基原纤聚集束具有近似方形的截面，根据经验方程：
q＝(4n-4)/n2
其中，n为沿基原纤或基原纤聚集束一边上的葡萄糖数。通过计算宽面(0.61nm，单斜相110与三斜晶系010)与窄面(0.54nm，单斜相110与三斜晶系100)中纤维素链的间距的平均值得到转换系数，即纤维素链上一个葡萄糖的尺寸为0.57nm，所以d＝0.57×n，d即为相应的基原纤或基原纤聚集束的尺寸。
根据本发明的一个实施例，所述的CP/MAS 13C－NMR法是采用AVANCEAV 400spectrometer超导傅立叶数字化核磁共振谱仪进行测定，测试条件参数如下：场强9.40T，4mm和7mm魔角探头，转速15kHz，脉冲宽度90°，交叉极化时间4μs，接触时间2ms，采样时间34ms，采样间隔时间2.0s，扫描次数：1024，谱宽300ppm，一级定标用四甲基硅烷(CH3)4Si。
[有益效果]
本发明中对于烟草样品进行纤维素相关分析的前处理是用酸性洗涤剂进行洗脱即可，无需用强氧化剂亚氧酸钠脱木质素并经碱和酸处理，前处理过程简单、费时短，而是采用数据处理时，对不同类型烟草样品分别扣除相应的非纤维素背景吸收的方式来除去木质素的干扰。通过前述改进，实现了对酸性洗涤剂处理的烟草纤维素样品结晶度的测定。
本方法实现了对酸性洗涤剂处理的烟草纤维素样品中不同纤维素晶型分布及比例的准确测定，弥补了传统XRD法无法对不同晶型含量进行量化的缺陷。
本方法首次实现了对酸性洗涤剂处理的烟草纤维素样品原纤结构的研究。
前述测定结果可以为纤维素改性、烟草加工及低次烟叶和烟梗的处理等提供重要的理论依据。
【附图说明】
图1为本发明的一个实施例的非纤维素吸收背景谱图和烟草纤维素样品的纤维素谱图；
图2为本发明的一个实施例的待测烟草样品的纤维素谱图的C4信号峰拟合得到δ80～92ppm信号峰拟合图；
图3为本发明的一个实施例的待测烟草样品的纤维素谱图的C1信号峰拟合得到δ102～108ppm信号峰拟合图。
【具体实施方式】
通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
一种烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法，该方法包括以下步骤：
步骤A、将参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010第7.2.4节的中性洗涤纤维的测定步骤得到中性洗涤纤维含量；选取同一参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010第7.2.5节的酸性洗涤纤维的测定步骤得到酸性洗涤纤维含量；再根据参比烟草样品的中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量得到参比烟草样品的纤维素含量；然后选取同一参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤未经马弗炉灰化(即按照烟草行业标准YC/T347-2010第7.2.5.1～7.2.5.4的步骤处理)得到颗粒状、浅棕绿色的烟草纤维素参比标样；
步骤B、利用CP/MAS 13C－NMR法对纤维素标样和步骤A得到的烟草纤维素参比标样进行测定分别得到纤维素标样谱图(图1(a))和烟草纤维素参比标样谱图(图1(b))，然后用烟草纤维素参比标样谱图扣除相同含量的纤维素标样谱图即得到参比烟草样品中非纤维素吸收背景谱图(图1(c))；CP/MAS 13C－NMR法是采用AVANCE AV 400spectrometer超导傅立叶数字化核磁共振谱仪进行测定，测试条件参数如下：场强9.40T，4mm和7mm魔角探头，转速15kHz，脉冲宽度90°，交叉极化时间4μs，接触时间2ms，采样时间34ms，采样间隔时间2.0s，扫描次数：1024，谱宽300ppm，一级定标用四甲基硅烷(CH3)4Si；
步骤C、将待测烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤未经马弗炉灰化得到待测烟草纤维素样品，然后利用CP/MAS 13C－NMR法对待测烟草纤维素样品进行测定得到待测烟草纤维素样品的谱图(图1(d))，将待测烟草纤维素样品的谱图扣除步骤B中得到的非纤维素吸收背景谱图即得到了该待测烟草样品的纤维素谱图(图1(e))；
步骤D、待测烟草纤维素的结晶度的分析与计算：
由待测烟草样品的纤维素谱图(图1(e))中δ80～92ppm中结晶区和非结晶区信号面积计算结晶度，计算公式如下：
式中：S晶—为δ86～92ppm的信号面积，
S非—为δ80～86ppm的信号面积；
或，由待测烟草样品的纤维素谱图δ80～92ppm的C4区拟合分解来计算待测烟草纤维素的结晶度，计算方法如下：利用混合洛仑兹和高斯函数模型并借助DWIN-NMR软件拟合技术对待测烟草样品的纤维素谱图的C4信号峰拟合得到δ80～92ppm信号峰拟合图(见图2)，在有序的C4区(δ80～92ppm)中分别由纤维素Iα、纤维素Iα+β、和纤维素Iβ引起的信号用Lorentzian谱线进行拟合；在无序的C4区(δ80～86ppm)中分别由次晶纤维素PC、可及基原纤表面AS和不可及基原纤表面IAS引起的信号用Gaussian谱线进行拟合；然后采用下式计算结晶度：
X＝Iα+Iα+β+Iβ+PC，其中Iα、Iα+β、Iβ、PC分别表示13C NMR光谱δ80～92ppm的C4区拟合后纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素PC的相对含量；
步骤E、待测烟草纤维素的晶型与含量的分析和计算：
对待测烟草样品的纤维素谱图中δ102～108ppm信号峰拟合，采用4个Lorentzian线形表示不同晶型(见图3)，测定结晶区纤维素Iα、纤维素Iβ以及次晶纤维素PC的相对含量；
步骤F、待测烟草纤维素原纤尺寸的计算：
从步骤D的δ80～92ppm信号峰拟合图(图2)得到C4原子的总信号强度ITot、可及基原纤表面的信号强度IAS和不可及基原纤表面的信号强度IIAS，计算基原纤聚集束尺寸的步骤如下：根据q＝IAS/ITot，同时q＝(4n-4)/n2，其中n为沿基原纤聚集束一边上的葡萄糖数，计算出n的值，再根据公式d＝0.57×n，d即为相应的基原纤聚集束的尺寸；
计算基原纤尺寸的步骤如下：根据q＝(IAS+IIAS)/ITot，同时q＝(4n-4)/n2，其中n为沿基原纤一边上的葡萄糖数，计算出n的值，再根据公式d＝0.57×n，d即为相应的基原纤的尺寸。
实施例1：
选取烤烟样品贵州C3F按照前述步骤A处理，得到烤烟纤维素参比标样，并得到该烤烟纤维素参比标样纤维素含量为9.84％。按照前述步骤B得到烤烟样品的非纤维素吸收背景谱图。然后选择待测烤烟样品按照前述步骤C～D进行检测，并与以前的XRD法及IR法检测结果进行对比，待测烤烟样品的结晶度见表1。
表1：不同烤烟样品纤维素的结晶度
注：*为NMR方法晶区和非晶区面积计算的公式所得；
**为13C NMR光谱拟合后由纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素PC的相对含量之和计算。
按照步骤E对待测烤烟样品的纤维素晶型含量进行分析，结果见表2。
表2：由13C CP/MAS NMR光谱计算的不同烤烟纤维素样品的晶型含量结果
| 样品 | Iα(％) | Iβ1(％) | Iβ2(％) | Iα/Iβ(％) | PC |
| 贵州C3F | 22.11 | 4.90 | 40.64 | 0.49 | 32.35 |
| 贵州B2F | 13.77 | 0.82 | 65.99 | 0.21 | 19.43 |
| 贵州X2F | 8.92 | 4.24 | 51.40 | 0.16 | 35.43 |
| 烤烟烟梗 | 9.15 | 1.44 | 62.66 | 0.14 | 26.90 |
按照步骤F计算烤烟样品纤维素原纤结构，见表3。
表3：不同烤烟纤维素样品δ80～92ppm区光谱拟合的定量信息
注：表中*为13C NMR光谱拟合后由纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素的相对含量之和计算。
实施例2：
选取湖南香料烟样品按照前述步骤A处理，得到香料烟纤维素参比标样，并得到该香料烟纤维素参比标样纤维素含量为11.12％。按照前述步骤B得到香料烟样品的非纤维素吸收背景谱图。然后将湖南香料烟样品按照前述步骤C～D进行检测，并与以前的XRD法及IR法检测结果进行对比，待测香料烟样品的结晶度见表4。
表4：香料烟样品纤维素的结晶度
注：*为NMR方法结晶区和非晶区面积计算的公式所得；
**为13C NMR光谱拟合后由纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素PC的相对含量之和计算。
按照步骤E对香料烟样品的纤维素晶型含量进行分析，结果见表5。
表5：由13C CP/MAS NMR光谱计算的香料烟纤维素样品的晶型含量结果
| 样品 | Iα(％) | Iβ1(％) | Iβ2(％) | Iα/Iβ(％) | PC |
| 湖南香料烟 | 4.06 | 0.39 | 55.89 | 0.07 | 39.65 |
按照步骤F计算香料烟样品纤维素原纤结构，见表6。
表6：香料烟纤维素样品δ80～92ppm区光谱拟合的定量信息
注：表中*为13C NMR光谱拟合后由纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素的相对含量之和计算。
实施例3：
选取湖北白肋烟样品按照前述步骤A处理，得到白肋烟纤维素参比标样，并得到该白肋烟纤维素参比标样纤维素含量为14.95％。按照前述步骤B得到白肋烟样品的非纤维素吸收背景谱图。然后将湖南白肋烟样品按照前述步骤C～D进行检测，并与以前的XRD法及IR法检测结果进行对比，待测白肋烟样品的结晶度见表7。
表7：白肋烟样品纤维素的结晶度
注：*为NMR方法结晶区和非晶区面积计算的公式所得；
**为13C NMR光谱拟合后由纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素PC的相对含量之和计算。
按照步骤E对白肋烟样品的纤维素晶型含量进行分析，结果见表8。
表8：由13C CP/MAS NMR光谱计算的白肋烟纤维素样品的晶型含量结果
| 样品 | Iα(％) | Iβ1(％) | Iβ2(％) | Iα/Iβ(％) | PC |
| 湖北白肋烟 | 6.10 | 0.98 | 57.20 | 0.11 | 35.95 |
按照步骤F计算白肋烟样品纤维素原纤结构，见表9。
表9：白肋烟纤维素样品δ80～92ppm区光谱拟合的定量信息
注：表中*为13C NMR光谱拟合后由纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素的相对含量之和计算。
实施例4：
选取广州连州晒黄烟样品按照前述步骤A处理，得到晒黄烟纤维素参比标样，并得到该晒黄烟纤维素参比标样纤维素含量为13.69％。按照前述步骤B得到晒黄烟样品的非纤维素吸收背景谱图。然后将湖南晒黄烟样品按照前述步骤C～D进行检测，并与以前的XRD法及IR法检测结果进行对比，待测晒黄烟样品的结晶度见表10。
表10：晒黄烟样品纤维素的结晶度
注：*为NMR方法结晶区和非晶区面积计算的公式所得；
**为13C NMR光谱拟合后由纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素PC的相对含量之和计算。
按照步骤E对晒黄烟样品的纤维素晶型含量进行分析，结果见表11。
表11：由13C CP/MAS NMR光谱计算的晒黄烟纤维素样品的晶型含量结果
| 样品 | Iα(％) | Iβ1(％) | Iβ2(％) | Iα/Iβ(％) | PC |
| 广州晒黄烟 | 4.93 | 0.47 | 68.12 | 0.07 | 26.48 |
按照步骤F计算晒黄烟样品纤维素原纤结构，见表12。
表12：晒黄烟纤维素样品δ80～92ppm区光谱拟合的定量信息
注：表中*为13C NMR光谱拟合后由纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素的相对含量之和计算。
Claims (2)
1.一种烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤A、将参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010中性洗涤纤维的测定步骤得到中性洗涤纤维含量；选取同一参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤得到酸性洗涤纤维含量；再根据参比烟草样品的中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量得到参比烟草样品的纤维素含量；然后选取同一参比烟草样品按照烟草行业标准YC/T347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤未经马弗炉灰化得到颗粒状、浅棕绿色的烟草纤维素参比标样；
步骤B、利用CP/MAS 13C－NMR法对纤维素标样和步骤A得到的烟草纤维素参比标样进行测定分别得到纤维素标样谱图和烟草纤维素参比标样谱图，然后用烟草纤维素参比标样谱图扣除相同含量的纤维素标样谱图即得到参比烟草样品中非纤维素吸收背景谱图；
步骤C、将待测烟草样品按照烟草行业标准YC/T 347-2010酸性洗涤纤维的测定步骤未经马弗炉灰化得到待测烟草纤维素样品，然后利用CP/MAS13C－NMR法对待测烟草纤维素样品进行测定得到待测烟草纤维素样品的谱图，将待测烟草纤维素样品的谱图扣除步骤B中得到的非纤维素吸收背景谱图即得到了该待测烟草样品的纤维素谱图；
步骤D、待测烟草纤维素的结晶度的分析与计算：
由待测烟草样品的纤维素谱图中δ80～92ppm中结晶区和非结晶区信号面积计算结晶度，计算公式如下：
式中：S晶—为δ86～92ppm的信号面积，
S非—为δ80～86ppm的信号面积；
或，由待测烟草样品的纤维素谱图δ80～92ppm的C4区拟合分解来计算待测烟草纤维素的结晶度，计算方法如下：利用混合洛仑兹和高斯函数模型并借助DWIN-NMR软件拟合技术对待测烟草样品的纤维素谱图的C4信号峰拟合得到δ80～92ppm信号峰拟合图，在δ80～92ppm有序的C4区中分别由纤维素Iα、纤维素Iα+β和纤维素Iβ引起的信号用Lorentzian谱线进行拟合；在δ80～86ppm无序的C4区中分别由次晶纤维素PC、可及基原纤表面AS和不可及基原纤表面IAS引起的信号用Gaussian谱线进行拟合；然后采用下式计算结晶度：
X＝Iα+Iα+β+Iβ+PC，其中Iα、Iα+β、Iβ、PC分别表示13C NMR光谱δ80～92ppm的C4区拟合后纤维素晶型Iα、Iα+β和Iβ和次晶纤维素PC的相对含量；
步骤E、待测烟草纤维素的晶型与含量的分析和计算：
对待测烟草样品的纤维素谱图中δ102～108ppm信号峰拟合，采用4个Lorentzian线形表示不同晶型，测定结晶区纤维素Iα、纤维素Iβ以及次晶纤维素PC的相对含量；
步骤F、待测烟草纤维素原纤尺寸的计算：
从步骤D的δ80～92ppm信号峰拟合图得到C4原子的总信号强度ITot、可及基原纤表面的信号强度IAS和不可及基原纤表面的信号强度IIAS，计算基原纤聚集束尺寸的步骤如下：根据q＝IAS/ITot，同时q＝(4n-4)/n2，其中n为沿基原纤聚集束一边上的葡萄糖数，计算出n的值，再根据公式d＝0.57×n，d即为相应的基原纤聚集束的尺寸；
计算基原纤尺寸的步骤如下：根据q＝(IAS+IIAS)/ITot，同时q＝(4n-4)/n2，其中n为沿基原纤一边上的葡萄糖数，计算出n的值，再根据公式d＝0.57×n，d即为相应的基原纤的尺寸。
2.根据权利要求1所述的烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法，其特征在于所述的CP/MAS 13C－NMR法是采用AVANCE AV 400spectrometer超导傅立叶数字化核磁共振谱仪进行测定，测试条件参数如下：场强9.40T，4mm和7mm魔角探头，转速15kHz，脉冲宽度90°，交叉极化时间4μs，接触时间2ms，采样时间34ms，采样间隔时间2.0s，扫描次数：1024，谱宽300ppm，一级定标用四甲基硅烷(CH3)4Si。
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