О ВОЗМОЖНОСТИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИГНИНА И ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В РАСТИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ С ПОМОЩЬЮ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ

УДК 543.42-035.2

  • Сергей Геннадьевич Кострюков Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва http://orcid.org/0000-0002-1774-0836 Email: kostryukov_sg@mail.ru
  • Никита Александрович Малов Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Email: nik.malov.2020@bk.ru
  • Юлия Юрьевна Мастерова Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Email: masterova.yu@gmail.com
  • Хусаин Бахрамович Матякубов Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Email: husin_518@mail.ru
  • Иван Александрович Конушкин Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Email: konushkinivan71@gmail.com
  • Константин Викторович Саврасов Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Email: ksav@inbox.ru
  • Александр Алексеевич Пыненков Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Email: alekspyn@yandex.ru
  • Наталья Александровна Хлучина Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва Email: kostryukov_sg@mail.ru
DOI_disc_logo https://doi.org/10.14258/jcprm.20220310665
Ключевые слова: ИК-спектроскопия, полоса поглощения, лигноцеллюлозная биомасса, лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза

Аннотация

Предложен методический подход для количественного определения лигнина и целлюлозы в растительных материалах методом ИК-спектроскопии в среднем инфракрасном диапазоне с использованием метода взвесей в таблетках с KBr. Для реализации этого метода были приготовлены двойные смеси, состоящие из целлюлозы и лигнина, в различном массовом соотношении, на основании которых были построены калибровочные графики, отражающие зависимость интенсивности аналитических полос поглощения лигнина (1508–1512 см-1) и целлюлозы (1059–1061 см-1) от их содержания в смесях. На основе полученных зависимостей интенсивность/концентрация выведены формулы, позволяющие по интенсивности аналитических полос поглощения рассчитать содержание лигнина и целлюлозы. Предложенная методика апробирована на широком круге образцов растительной биомассы: 9 образцов древесины и 11 образцов отходов переработки сельскохозяйственной продукции. Показана хорошая пригодность предлагаемого метода для количественного определения лигнина, отклонение от литературных данных составило не более 1%. Однако в предлагаемом варианте метод оказался непригоден для определения целлюлозы, так как не учитывал вклад гемицеллюлозы и экстрактивных веществ в полосу поглощения 1059–1061 см-1, следствием чего явились сильно завышенные результаты определения содержания целлюлозы.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Metrics

Загрузка метрик ...

Биографии авторов

Сергей Геннадьевич Кострюков, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой органической химии

Никита Александрович Малов, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

студент

Юлия Юрьевна Мастерова, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

кандидат химических наук, преподаватель

Хусаин Бахрамович Матякубов, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

аспирант

Иван Александрович Конушкин, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

студент

Константин Викторович Саврасов, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

кандидат физико-математических наук, доцент

Александр Алексеевич Пыненков, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

младший научный сотрудник

Наталья Александровна Хлучина, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва

ведущий инженер

Литература

Moore A.K., Owen N.L. Applied Spectroscopy Reviews, 2001, vol. 36, no. 1, pp. 65–86. DOI: 10.1081/ASR-100103090.

Pozhidaev V.M., Sergeeva Y.E., Malakhov S.N., Yatsishina E.B. Journal of Analytical Chemistry, 2021, vol. 76, no. 5, pp. 573–577. DOI: 10.1134/S1061934821050142.

Zhao P., Li Z.-Y., Wang C.-K. Journal of Spectroscopy, 2021, 6088435. DOI: 10.1155/2021/6088435.

Traoré M., Kaal J., Martínez Cortizas A. Wood Science and Technology, 2018, vol. 52, no. 2, pp. 487–504. DOI: 10.1007/s00226-017-0967-9.

Ozgenc O., Durmaz S., Hakki Boyaci I., Eksi-Kocak H. Drewno, 2018, vol. 61, no. 201, pp. 91–105. DOI: 10.12841/wood.1644-3985.247.02.

Derkacheva O., Sukhov D. Macromolecular Symposia, 2008, vol. 265, no. 1, pp. 61–68. DOI: 10.1002/masy.200850507.

Traoré M., Kaal J., Martínez Cortizas A. Spectrochimica Acta – Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2016, no. 153, pp. 63–70. DOI: 10.1016/j.saa.2015.07.108.

Fougere D., Nanda S., Clarke K., Kozinski J.A., Li K. Biomass and Bioenergy, 2016, no. 91, pp. 56–68. DOI: 10.1016/j.biombioe.2016.03.027.

Somerville C., Youngs H., Taylor C., Davis S.C., Long S.P. Science, 2010, vol. 329, no. 5993, pp. 790–792. DOI: 10.1126/science.1189268.

Wang H., Pu Y., Ragauskas A., Yang B. Bioresource Technology, 2018, vol. 217, pp. 449–461. DOI: 10.1016/j.biortech.2018.09.072.

Long H., Li X., Wang H., Jia J. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, no. 26, pp. 344–352. DOI: 10.1016/j.rser.2013.05.035.

Limayem A., Ricke S.C. Progress in Energy and Combustion Science, 2012, vol. 38, no. 4, pp. 449–467. DOI: 10.1016/j.pecs.2012.03.002.

Nanda S., Mohammad J., Reddy S.N., Kozinski J.A., Dalai A.K. Biomass Conversion and Biorefinery, 2013, vol. 4, no. 2, pp. 157–191. DOI: 10.1007/s13399-013-0097-z.

Volynets B., Ein-Mozaffari F., Dahman Y. Green Processing and Synthesis, 2017, vol. 6, no. 1, pp. 1–22. DOI: 10.1515/gps-2016-0017.

Vallejo M., Cordeiro R., Dias P.A.N., Moura C., Henriques M., Seabra I.J., Malça C.M., Morouço P. Bioresources and Bioprocessing, 2021, vol. 8, no. 1, 25. DOI: 10.1186/s40643-021-00377-3.

Spiridon I., Popa V.I. Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources. Elsevier, 2008, pp. 289–304. DOI: 10.1016/B978-0-08-045316-3.00013-2.

Qaseem M.F., Shaheen H., Wu A.-M. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2021, vol. 144, no. 7, 110996. DOI: 10.1016/j.rser.2021.110996.

Kabbour M., Luque R. Biomass, Biofuels, Biochemicals. Elsevier, 2020, pp. 283–297. DOI: 10.1016/B978-0-444-64307-0.00010-X.

Zobiole L.H.S., dos Santos W.D., Bonini E., Ferrarese-Filho O., Kremer R.J., de Oliveira R.S., Constantin J. Lignin: Properties and Applications in Biotechnology and Bioenergy. Nova Science, 2012, pp. 419–435.

Tian X., Fang Z., Smith R.L., Wu Z., Liu M. Production of Biofuels and Chemicals from Lignin. Springer, 2016, pp. 3–34. DOI: 10.1007/978-981-10-1965-4_1.

Kai D., Tan M.J., Chee P.L., Chua Y.K., Yap Y.L., Loh X.J. Green Chemistry, 2016, vol. 18, no. 5, pp. 1175–1200. DOI: 10.1039/c5gc02616d.

Wagle A., Angove M.J., Mahara A., Wagle A., Mainali B., Martins M., Goldbeck R., Raj Paudel S. Sustainable Ener-gy Technologies and Assessments, 2022, vol. 49, 101702. DOI: 10.1016/j.seta.2021.101702.

Garlapati V.K., Chandel A.K., Kumar S.P.J., Sharma S., Sevda S., Ingle A.P., Pant D. Renewable and Sustainable En-ergy Reviews, 2020, vol. 130, 109977. DOI: 10.1016/j.rser.2020.109977.

Ragauskas A.J., Williams C.K., Davison B.H., Britovsek G., Cairney J., Eckert C.A., Frederick Jr.W.J., Hallett J.P., Leak D.J., Liotta C.L., Mielenz J.R., Murphy R., Templer R., Tschaplinski T. Science, 2006, vol. 311, pp. 484–489. DOI: 10.1126/science.1114736.

T222 Om-02. Acid-insoluble lignin in wood and pulp. TAPPI Test Methods, 2006, 14 p.

Obolenskaya A.V., Elnitskaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratornyye raboty po khimii drevesiny i tsellyulozy [Laborato-ry work on the chemistry of wood and cellulose]. Moscow, 1991, 320 p. (in Russ.).

Castillo R.P., Peña-Farfal C., Neira Y., Freer J. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR): Methods, Analysis and Research Insights. Nova Science, 2016, pp. 33–66.

Karklin' V.B. Chemistry of Natural Compounds, 1981, vol. 17, no. 6, pp. 566–570. DOI: 10.1007/BF00574378.

Derkacheva O.Y., Tsypkin D.O. Journal of Applied Spectroscopy, 2018, vol. 84, no. 6, pp. 1066–1071. DOI: 10.1007/s10812-018-0588-6.

Afanas’ev N.I., Lichutina T.F., Gusakova M.A., Prokshin G.F., Vishnyakova A.P., Sukhov D.A., Derkacheva O.Y. Russian Journal of Applied Chemistry, 2006, vol. 79, no. 10, pp. 1686–1689. DOI: 10.1134/S1070427206100260.

Fiskari J., Derkacheva O., Kulomaa T., Sukhov D. Cellulose Chemistry and Technology, 2016, vol. 50, no. 2, pp. 213–217.

Derkacheva O.Y., Sukhov D.A., Fedorov A.V. Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Khimiya, 2017, no 1, pp. 64–71. (in Russ.).

Fiskari J., Derkacheva O., Kulomaa T. Cellulose Chemistry and Technology, 2021, vol. 55, no. 3-4, pp. 263–270. DOI: 10.35812/CELLULOSECHEMTECHNOL.2021.55.26

Pandey K.K. Journal of Applied Polymer Science, 1999, vol. 71, no. 12, pp. 1969–1975. DOI: 10.1002/(sici)1097-4628(19990321)71:12<1969::aid-app6>3.0.co;2-d.

Xu F., Yu J., Tesso T., Dowell F., Wang D. Applied Energy, 2013, vol. 104, pp. 801–809. DOI: 10.1016/j.apenergy.2012.12.019.

Sills D.L., Gossett J.M. Biotechnology and Bioengineering, 2012, vol. 109, no. 2, pp. 353–362. DOI: 10.1002/bit.23314.

Raspolli Galletti A.M., D'Alessio A., Licursi D., Antonetti C., Valentini G., Galia A., Nassi O Di Nasso N. Journal of Spectroscopy, 2015, 719042. DOI: 10.1155/2015/719042.

Vârban R., Crișan I., Vârban D., Ona A., Olar L., Stoie A., Ștefan R. Applied Sciences, 2021, vol. 11, no. 18, 8570. DOI: 10.3390/app11188570.

Rammal A., Perrin E., Vrabie V., Bertrand I., Chabbert B. Journal of Chemometrics, 2017, vol. 31, no. 2, e2865. DOI: 10.1002/cem.2865.

Kostryukov S.G., Petrov P.S., Kalyazin V.A., Masterova Y.Y., Tezikova V.S., Khluchina N.A., Labzina L.Y., Alalvan D.K. Polymer Science – Series B, 2021, vol. 63, no. 5, pp. 544–552. DOI: 10.1134/S1560090421050067.

Kumar B., Bhardwaj N., Agrawal K., Chaturvedi V., Verma P. Fuel Processing Technology, 2020, vol. 199, 106244. DOI: 10.1016/j.fuproc.2019.106244.

Опубликован
2022-09-26
Как цитировать
1. Кострюков С. Г., Малов Н. А., Мастерова Ю. Ю., Матякубов Х. Б., Конушкин И. А., Саврасов К. В., Пыненков А. А., Хлучина Н. А. О ВОЗМОЖНОСТИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИГНИНА И ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В РАСТИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ С ПОМОЩЬЮ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ // Химия растительного сырья, 2022. № 3. С. 71-80. URL: http://journal.asu.ru/cw/article/view/10665.
Выпуск
№ 3 (2022)
Раздел
Биополимеры растений

Copyright (c) 2022 Химия растительного сырья

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:

1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.

2. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.

3. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу.