Способ определения степени замещения целлюлозы

 

Изобретение относится к физико-химическому анализу и может быть использовано при количественном определении протоносодержащих веществ в исходных, промежуточных и конечных продуктах. Эталонные и исследуемые образцы высушивают до постоянной массы, после чего возбуждают и регистрируют сигнал свободной индукции. Определяют времена спин-спиновой релаксации для каждого образца и по соответствующей формуле рассчитывают степень замещения. Способ позволяет произвести определение с высокой точностью и экспрессностью, не разрушая образец. 1 табл.

Изобретение относится к физико-химическому анализу и может быть использовано при количественном определении протоносодержащих веществ в исходных, промежуточных и конечных продуктах в научно-исследовательских технологических целях.

Известен химический способ определения степени замещения, заключающийся в выборочном замещении первичных и вторичных гидроксильных групп различными йодосодержащими реактивами, и по содержанию йода, вступившего в реакцию, судят о степени замещения целлюлозы (см. Химия древесины, под ред. Л.Э.Уайза и др. М., 1959, с. 247-348).

Недостатком указанного способа является длительность процесса определения, недостаточная точность результатов.

Известен способ определения степени замещения по смещению инфракрасного спектра (см. А.В.Оболенская и др. Практические работы по химии древесины и целлюлозы. М., 1965, с. 381).

Недостатком известного способа является сложность и трудоемкость приготовления образцов.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения степени замещения целлюлозы, описанный в патенте RU 2035726, G 01 N 24/08, 20.05.95. Способ включает возбуждение и регистрацию характеристического сигнала от образцов до дейтерирования и после дейтерирования, по которому рассчитывают степень замещения.

Недостатком данного способа является необходимость дейтерирования исследуемого образца, что усложняет процесс и увеличивает время определения степени замещения целлюлозы.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного изобретения - экспрессность, высокая точность и достоверность результатов.

Исходный и обработанный образцы исследуемого материала высушивают до постоянной массы при t=105^oC в течение 4 часов, возбуждают сигнал свободной индукции (ССИ) раздельно в исходном и обработанном образцах и измеряют времена спин-спиновой релаксации T₂, по результатам измерений определяют параметр a, по которому рассчитывают степень замещения целлюлозного материала на 100 элементарных звеньев.

где 300 - максимальное значение степени замещения для целлюлозы; 1 - максимальное значение параметра a для тризамещенного образца; a - параметр исследуемого образца: a₀ - параметр исходного, необработанного образца.

Параметр a выражается a=T₂^и/T₂^тз, также a=T₂^ц/T₂^тз, где T₂^тз - время спин-спиновой релаксации тризамещенного образца; T₂^и - время спин-спиновой релаксации исследуемого образца.

В промышленности широко используются материалы, производные от целлюлозы, полученные методом замещения гидроксильных групп в глюкопиронозных кольцах молекул целлюлозы [C₆H₇O₂(OH)₃]ⁿ на различные заместители. Такими материалами является нитроцеллюлоза, этилцеллюлоза, метилцеллюлоза, ацетилцеллюлоза и другие. Физико-химические свойства этих материалов зависят от степени замещения. Поэтому точному определению степени замещения придается большое значение в технологии производства этих материалов.

Нужно отметить, что время спин-спиновой релаксации чутко реагирует на изменения молекулярной системы в элементарных звеньях молекул целлюлозы. Проведение исследований показали, что зависимость степени замещения для ацетатов целлюлозы от параметра носит прямолинейный характер (см. таблицу).

Угловой коэффициент K=300/(1-a_a). (1) В конечном итоге, на 100 элементарных звеньев мы получим

Данную формулу можно использовать для всех производных целлюлозы. Конкретно, для ацетата целлюлозы формула примет вид
= 9,1 (a-0,67). (3)
Предложенный способ является недеструкционным, отличается простотой и экспрессностью, а также высокой точностью.

Способ осуществляется следующим образом.

Приготавливаются эталонные образцы исходной необработанной и тризамещенной целлюлозы, а также исследуемые образцы. Образцы в пробирках высушиваются при температуре 105^oC до постоянной массы в течение 4 часов, затем образцы герметизируются резиновой пробкой в пробирке, помещаются в датчик импульсного ЯМР, регистрируется сигнал ССИ и определяется время спин-спиновой релаксации T₂.

Формула изобретения

Способ определения степени замещения целлюлозы, включающий возбуждение и регистрацию характеристического сигнала исследуемого образца, определение параметров сигнала, по которому рассчитывают степень замещения, отличающийся тем, что предварительно исследуемые и эталонные образцы высушивают до постоянной массы, в качестве характеристического сигнала регистрируют сигнал спада свободной индукции протонов, определяют времена спин-спиновой релаксации и рассчитывают степень замещения по формуле

где T₂^ц - время спин-спиновой релаксации необработанного образца целлюлозы;
Т₂^т3 - время спин-спиновой релаксации тризамещенного образца;
Т₂^и - время спин-спиновой релаксации исследуемого образца.

РИСУНКИ

Рисунок 1