Оценка прочности бересты путем количественного исследования водородных связей методом ИК-спектроскопии

Методами Фурье инфракрасной спектроскопии произведено сравнение систем водородных связей (Н-связей) в природной естественной бересте и технической беленой целлюлозы эвкалипта. Интервалы исследования частот (волновых чисел) 3000–3700 см–1 и 2700–3700 см–1 содержат область поглощения гидроксильными группами ОН, частоты которых порядка 3400, 3300, 3200 см–1 наиболее чувствительны к возникновению Н-связей целлюлозы. Отличительная особенность исследования состоит в том, что все измерения ИК – спектров пропускания и механического воздействии производились на натуральной бересте, упругой при продольном растяжении. Уменьшение пропускания вдали от полос поглощения связывалось с рассеянием излучения на естественной неоднородности древесины материала бересты, которая благодаря высокому качеству спилов оказалось достаточно малым, чтобы препятствовать детальному исследованию спектров поглощения (поглощательной способности). Для оценки параметров Н-связей производилась деконволюция полос поглощения гидроксильных ОН групп на 7 и 9 гауссовых контуров с целью исследования влияния метил-метилена на коэффициент регрессии R^ и исследования природы порядка взаимодействия в целлюлозосодержащем сырье, так называемый характеристический «носик» для дальнейших исследований, так как авторами не рассматривается в данной работе. В дальнейшем анализировались только параметры контуров деконволюции, относящиеся к гидроксильным группам. Принималось, что каждый гаусс-контур деконволюции может быть ассоциирован с определенным типом Н-связи (водородной связи). Определяется сдвиг частот компонент деконволюции, т.е. максимумов гаусс-контуров относительно собственной частоты колебаний гидроксильной группы, не охваченной по этой причине Н-связью. Для определения энергии Н-связей использовались литературные данные по корреляции энергии Н-связи с частотным сдвигом. Относительная плотность Н- связей оценивалась по отношению площадей гаусс-контуров деконволюции. Оказалось, что энергии и плотности для всех типов связи различаются. Оказалось, что плотности наиболее сильных межмолекулярных водородных связей, энергии и длины связей одного порядка величины природной бересты и технической беленой целлюлозы, при деконволюции спектра в области ОН без погрешностей показательна и полезна для сравнительного анализа с разными породами лиственных и хвойных целлюлозосодержащих, вместо принятой ранее высокотехнологичной беленой и небеленой конденсаторной бумаги.

1. Иванова Е.И., Смолин А.С., Звонарева Т.К., Иванов-Омский В.И. Исследование системы водородных связей в бумаге // Химия Растительного сырья. 2015. DOI: 10.14258/jcprm/20151386

2. Иванова Е.И., Иванов-Омский В.И., Давыдова И.А., Гриненко Е.В., Леонтьев Л.Л., Селиховкин А.В. Изменение структуры водородных связей в древесине вяза в связи с повреждением струйчатым заболонником // Scolytusmultistriatus (Marsham Coleoptera: Cureulionidae, Scolionidae, Scolytinae // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2018. Вып. 222. С. 23–35.

3. Иванова Е.И., Герасюта. С.М., Иванов-Омский В.И. Сравнение систем водородных связей в древесине и бумаге // Лесной журнал. 2016. Вып. I. C. 147–154. DOI: 10.17238/issn 0536-1036,1.С.147-154.

4. Иванов-Омский В.И. ИК-спектроскопия водородных связей D-глюкозе // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40(18). С. 29–34.

5. Лянг С.И., Марчсэлт Р.Х. ИК-спектры кристаллических полисахаридов. 1. Водородные связи в природной целлюлозе // J. Polim. Sci. 1959. T. 37. C. 385–395.

6. Фенгель Д. Характеризация целлюлозы с помощью деконволюции области валентных колебаний ОН-групп в Фурье ИК-спектрах // Holzforschung. 1992. T. 46. C. 283–288,

7. Шабиев Р.О., Смолин А.С.. Иванов-Омский В.И., Звонарева Т.К., Трапезникова И.Н. Ручной метод для исследования системы водородной связи бумаги, подходящей для контроля подготовки бумаги // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2020. Вып. 230. С. 100–113. DOI: 10.212 66/2079-4304.2020.230.100-113