Лабораторная работа № 6 Определение целлюлозы
Для определения целлюлозы в древесине и в другом растительном сырье используют свойства целлюлозы, отличающие её от других компонентов древесины. Так, в отличии от экстрактивных веществ целлюлоза не растворяется в воде и органических растворителях. В отличие от лигнина она сравнительно устойчива к действию окислителей и гидролизуется под действием кислот, а в отличие гемицеллюлозы не растворяется в водных растворах щелочей и труднее гидролизуется.
Используют три способа определения целлюлозы: прямой способ, основанный на количественном выделении её из растительных тканей; определение целлюлозы через холоцеллюлозу; косвенный способ, основанный на рассчете содержания целлюлозы по выходу Д – глюкозы при полном гидролизе.
При прямом способе из древесины удаляют экстрактивные вещества, лигнин
(делигнификация) и большую или меньшую часть гемицеллюлоз. В полученном целлюлозном остатке – «сырой» целлюлозе определяют примеси гемицеллюлоз и остаточного лигнина и вносят соответствующие поправки.
Прямые методы вследствие относительной простоты анализа имеют широкое применение и чаще всего применяют азотно-спиртовой метод или метод Кюршнера. Этот метод основан на обработке древесины спиртовым раствором азотной кислоты. Лигнин нитруется и частично окисляется. Продукты нитрования и окисления растворяются в спирте. Гемицеллюлозы гидролизуются на 65 – 75%. Окислительная деструкция целлюлозы под действием азотной кислоты в спиртовой среде по сравнению с водной уменьшается, СП целлюлозы понижается и целлюлоза частично аморфизируется. Предварительного экстрагирования древесного сырья не требуется, так как экстрактивные вещества удаляются эталоном в ходе обработки азотно-спиртовой смесью.
Методика определения целлюлозы азотно-спиртовым методом. Навеску воздушно–сухих опилок массой около 1 г помещают в коническую колбу на 250 мл и добавляют мерным цилиндром 25 мл азотно–спиртовой смеси. Для анализа используют смесь, состоящую из одного объёма концентрированной азотной кислоты (плотностью 1,4 г/мл) и четырех объёмов 95% этилового спирта. К колбе присоединяют обратный холодильник и кипятят опилки со смесью на водяной бане в течении одного часа, избегая слишком бурного кипения. После кипячения опилкам дают осесть и осторожно сливают жидкость через предварительно высушенный до постоянной массы и взвешенный стеклянный пористый фильтр. Попавшие на фильтр опилки смывают обратно в колбу, используя 25 мл свежей азотно–спиртовой смеси, и снова кипятят в колбе с обратным холодильником в течении одного часа. Такую обработку проводят 3 – 4 раза. После третьей обработки делают пробу на полноту делигнификации и решают, нужно или нет продолжать обработку. Признаком конца делигнификации служит отсутствие красного окрашивание при действии на пробу целлюлозы (несколько волокон) солянокислого раствора флороглюцина.
После последней обработки целлюлозу отфильтровывают на стеклянном фильтре, применяя отсос, промывают 10 мл свежей азотно – спиртовой смесью, а затем горячей водой до отрицательной реакции по индикатору метиловому оранжевому. При промывке тщательно смывают целлюлозу из колбы на фильтр. Фильтр с целлюлозой сушат в сушильном шкафу при температуре 103±2°С до постоянной массы и взвешивают.
Массовую долю «сырой» целлюлозы, % к абсолютно сухой древесине, рассчитывают по формуле
,
где m1 – масса фильтра с целлюлозой, г;
m – масса пустого фильтра, г;
g – масса абсолютно сухой навески древесины, г.
Для расчета массовой доли чистой целлюлозы вносят поправку на остаточные гемицеллюлозы (пентозаны). Для этого массовую долю «сырой» целлюлозы умножают на поправочный коэффициент (100 – П)/100, где П – массовая доля остаточных пентозанов в целлюлозе. Обычно в целлюлозе, выделенной из древесных пород умеренной климатической зоны составляют 5…6% пентазанов
(Кп 0,95…094) для древесины хвойных пород и 9…10% для лиственных пород (Кп 0,91…090).
Массовая доля чистой целлюлозы рассчитывается по формуле
.
Расхождение между результатами двух параллельных определений не должен превышать 1,0%.
Примечание. При приготовлении азотно–спиртовой смеси необходимо соблюдать максимальную осторожность. Смесь следует приготавливать в вытяжном шкафу. Осторожно перемешивая вливать азотную кислоту в этиловый спирт (!). Приготовленную смесь переливают в бутыль с притертой пробкой. Смесь долго хранить не рекомендуется. Лучше всего пользоваться свежеприготовленной азотно-спиртовой смесью.