常 明 武玉洁 赵翠然 程 瑶 于宏伟

（1.石家庄学院，河北石家庄，050035；2.河北一品制药股份有限公司，河北石家庄，052165）

汉麻纤维不仅具备了棉织物柔软舒适的优点，还有天然抑菌、防紫外线辐射、吸湿快干的特点［1-4］，因此在医疗卫生领域中具有重要的应用前景。汉麻纤维的优异性能与其特殊结构有关。传统的红外光谱广泛应用在植物纤维结构研究［5-6］，但由于传统的红外光谱分辨能力不高，而三级红外光谱是一类较为新型的红外光谱技术，其谱图分辨能力要优于传统的红外光谱［7-8］。东北地区是我国汉麻的主要产地，故而以东北汉麻纤维为主要研究对象，以剑麻纤维作为对比，采用三级红外技术进一步探索温度变化对汉麻纤维和剑麻纤维微观结构及热稳定性的影响，为汉麻纤维和剑麻纤维的科学加工提供有意义的科学借鉴。

1 试验

1.1 材料

汉麻纤维和剑麻纤维（未经过化学处理），齐齐哈尔大学轻工与纺织学院提供。

1.2 仪器

红外光谱仪（Spectrum 100型）；ATR-FTIR变温附件（Golden Gate型）；ATR-FTIR变温控件（WEST 6100+型）。每次试验以空气为背景，对信号进行8次扫描累加；测温范围303 K～393 K，变温步长10 K。汉麻纤维和剑麻纤维一维及变温红外光谱数据采用Spectrum v 6.3.5软件处理；汉麻纤维和剑麻纤维二维红外光谱数据采用TD Versin 4.2软件处理。

2 结果与讨论

2.1 汉麻纤维一维及二阶导数红外光谱研究

在303 K～393 K的温度范围内，开展汉麻纤维主要官能团的一维及二阶导数红外光谱研究。相关光谱数据见表1。

根据表1数据可知，汉麻纤维的二阶导数红外光谱的谱图分辨能力要优于相应的一维红外光谱。随着测定温度的升高，汉麻纤维νasCH2、νsCH2、νC=O和 δCH2对应的吸收频率出现了明显的蓝移现象，而汉麻纤维 νC—O-1、νC—O-2、νC—O-3和 νC—O-4对应的吸收频率出现了明显的红移现象。

表1 汉麻纤维光谱数据（303 K～393 K）

2.2 剑麻纤维一维及二阶导数红外光谱研究

在303 K～393 K的温度范围内，开展剑麻纤维主要官能团一维及二阶导数红外光谱研究。相关光谱数据见表2。

根据表2数据可知，剑麻纤维的变温二阶导数红外光谱的谱图分辨能力要优于相应的变温一维红外光谱。随着测定温度的升高，剑麻纤维νasCH2、νsCH2、νC=O、δCH2、νC—O-1和 νC—O-3对应的吸收频率出现了明显的蓝移现象，剑麻纤维νC—O-2和νC—O-4对应的吸收频率出现了明显的红移现象。

表2 剑麻纤维光谱数据（303 K～393 K）

通过表1和表2发现，随着测定温度的升高，汉麻纤维和剑麻纤维的官能团对应的频率及强度均有明显改变。其中汉麻纤维半纤维素和纤维素对应的吸收频率（νC=O和 νC—O）变化值要显著大于剑麻纤维的半纤维素和纤维素对应的吸收频率。

汉麻纤维和剑麻纤维中主要含有纤维素、半纤维素、木质素及果胶。其中，纤维素是一种高分子碳水化合物，是组成植物细胞壁的主要成分，纤维素不溶于水及中性溶剂。半纤维素不是均一聚糖，而是一群复合聚糖的总称。植物细胞壁中的纤维素和木质素是由半纤维素混合物紧密地相互贯穿在一起。半纤维素在化学性质、功能和结构方面与纤维素有着很多的相似性，半纤维素不溶于水，但能溶于碱液。木质素也是植物细胞壁的主要成分之一，基本存在于细胞的细胞膜及细胞壁的内部。麻类植物的木质素主要存在于麻茎的木质部组织及韧皮组织中。果胶是一种含有水解乳糖醛酸基的复杂碳水化合物，呈黏质状态。文献［9］报道，汉麻纤维则含有更多的半纤维素，剑麻纤维中含有较多的纤维素。与纤维素相比，半纤维素的热稳定性较低［10-11］。

由于汉麻纤维及剑麻纤维νC—O对应的吸收强度最大，因此分别以此为研究对象，开展相关二维红外光谱研究，进一步考查温度变化对于汉麻及剑麻纤维C—O键的影响。

2.3 汉麻纤维和剑麻纤维νC—O的二维红外光谱研究

2.3.1 汉麻纤维

在1 100 cm-1～1 000 cm-1频率范围内，开展汉麻纤维νC—O同步二维红外光谱的研究。结果见图1。

图1 汉麻纤维νC—O同步二维红外光谱

根据图 1可知，在（1 012 cm-1，1 012 cm-1）、（1 035 cm-1，1 035 cm-1）、（1 045 cm-1，1 045 cm-1）、（1 065 cm-1，1 065 cm-1）和（1 090 cm-1，1 090 cm-1）频率附近发现 5 个相对强度较大的自动峰。这进一步证明，汉麻纤维在该 频 率（1 012 cm-1、1 035 cm-1、1 045 cm-1、1 065 cm-1和 1 090 cm-1）处对应的官能团对于温度变化比较敏感。此外在（1 012 cm-1，1 045 cm-1） 、（1 012 cm-1，1 065 cm-1） 、（1012cm-1，1090cm-1） 、（1035cm-1，1 060 cm-1） 、（1 035 cm-1，1 080 cm-1） 、（1045cm-1，1070cm-1） 、（1045cm-1，1 090 cm-1） 、（1 060 cm-1，1 080 cm-1）和（1 070 cm-1，1 090 cm-1）频率处发现 9个相对强度较大的交叉峰。则进一步证明汉麻纤维在该频率处对应的官能团之间存在着较强的分子内或分子间的相互作用。

在1 100 cm-1～1 000 cm-1频率范围内，进一步开展汉麻纤维νC—O异步二维红外光谱的研究。结果见图2。

图2 汉麻纤维νC—O异步二维红外光谱

根据图 2可知，在（1 010 cm-1，1 035 cm-1）、（1010cm-1，1060cm-1） 、（1035cm-1，1 045 cm-1） 、（1 035 cm-1，1 070 cm-1） 、（1035cm-1，1090cm-1） 、（1045cm-1，1 060 cm-1） 、（1 045 cm-1，1 070 cm-1） 、（1 060 cm-1，1 070 cm-1） 和 （1 060 cm-1，1 090 cm-1）频率附近发现了9个相对强度较大的交叉峰。汉麻纤维νC—O的二维红外光谱数据证明，其对应的红外吸收频率包括1 010 cm-1（νC—O-1）、1 035 cm-1（νC—O-2）、1 045 cm-1（νC—O-3）、1 060 cm-1（νC—O-4） 、1 070 cm-1（νC—O-5） 和1 090 cm-1（νC—O-6）。根据 NODA 规则［12-13］，随着测定温度的升高，汉麻纤维中νC—O吸收峰变化快慢 的 顺 序 为 ：1 010 cm-1（νC—O-1）＞1 090 cm-1（νC—O-6）＞1 045 cm-1（νC—O-3）＞1 070 cm-1（νC—O-5）＞1 035 cm-（1νC—O-2）＞1 060 cm-（1νC—O-4）。

2.3.2 剑麻纤维

在1 100 cm-1～1 000 cm-1频率范围内，开展剑麻纤维νC—O同步二维红外光谱研究，结果见图3。

图3 剑麻纤维νC—O同步二维红外光谱

根据图3可知，在（1 012 cm-1，1 012 cm-1）和（1 042 cm-1，1 042 cm-1）频率附近发现两个相对强度较小的自动峰。此外在（1 012 cm-1，1 042 cm-1）频率发现一个相对强度较小的交叉峰。

在1 100 cm-1～1 000 cm-1频率范围内，进一步开展剑麻纤维νC—O异步二维红外光谱的研究，结果见图4。

图4 剑麻纤维νC—O异步二维红外光谱

根据图 4可知，在（1 005 cm-1，1 010 cm-1）、（1 005 cm-1，1 045 cm-1）、（ 1 005 cm-1，1 085 cm-1）、（ 1 005 cm-1，1 095 cm-1）、（1 010 cm-1，1 035 cm-1）、（ 1 010 cm-1，1 060 cm-1）、（1 035 cm-1，1 045 cm-1）、（1 035 cm-1，1 085 cm-1）、（1 035 cm-1，1 095 cm-1）、（1 045 cm-1，1 060 cm-1）、（1 060 cm-1，1 085 cm-1）和（1 060 cm-1，1 095 cm-1）频率附近发现了12个相对强度较大的交叉峰。剑麻纤维νC—O的二维红外光谱数据证明，其对应的红外吸收频率包括1 005 cm-1（νC—O-1）、1 010 cm-1（νC—O-2）、1 035 cm-1（νC—O-3）、1 045 cm-1（νC—O-4）、1 060 cm-1（νC—O-5）、1 085 cm-1（νC—O-6）和1 095 cm-1（νC—O-7）。根据NODA规则，随着测定温度的升高，剑麻纤维中νC-O吸收峰变化快慢的顺序为：1 010 cm-1（νC—O-2）＞1 005 cm-1（νC—O-1）＞1 085 cm-1（νC—O-6）＞1 045 cm-1（νC—O-4）＞1 095 cm-1（νC—O-7）＞1 035 cm-1（νC—O-3）＞1 060 cm-1（νC—O-5）。

通过图1和图3可知，汉麻纤维νC—O对应自动峰的相对强度要明显强于剑麻纤维，则进一步证明汉麻纤维νC—O对应的官能团对于温度变化更为敏感。试验发现：汉麻纤维和剑麻纤维对应的官能团吸收峰（C—O键）对于热的敏感程度顺序存在着较大的差异性。尽管汉麻纤维和剑麻纤维的化学组成基本相同，但相应的纤维素和木质素的结合有所差异。剑麻纤维中的纤维素羟基与木质素之间的氢键结合较弱，但汉麻纤维中微量酚类物质的存在会增加相应的纤维素羟基与木质素之间的氢键结合。

3 结论

汉麻纤维和剑麻纤维主要包括 νasCH2、νsCH2、νC=O、δCH2和 νC—O等5种红外吸收模式。在303 K～393 K的测定温度范围内，相较于剑麻纤维，汉麻纤维的C—O键和C=O键对应的红外吸收强度和频率都有显著变化，通过进一步研究温度变化对汉麻纤维和剑麻纤维C—O键的影响，发现汉麻纤维νC—O对应的官能团对于温度变化更为敏感。