儀器分析在材料中的應(yīng)用

1、X射線衍射儀測(cè)微纖絲角,植物纖維的微纖絲角與纖維的強(qiáng)度、彈性模量等有著密切的關(guān)系，對(duì)木材加工和制漿造紙性能都有重要的決定作用。本幻燈片介紹了常用的幾種測(cè)量微纖絲角的方法，著重介紹X射線衍射法測(cè)量木材纖維的微纖絲角的方法和計(jì)算，比較了X射線衍射法測(cè)纖維微纖絲角的特點(diǎn)。并通過(guò)一個(gè)X射線衍射儀測(cè)量木材纖維微纖絲角的峰值圖，詳細(xì)說(shuō)明了測(cè)量纖維平均微纖絲角的方法。,,2024/3/19,2,一．微纖絲角的概念,微纖絲角(Microfibril a

2、ngle,MFA)為細(xì)胞次生壁S2層微纖絲排列方向與細(xì)胞主軸所形成的夾角,或可表述為細(xì)胞壁中纖維素鏈的螺旋卷索與纖維軸之間的夾角。,2024/3/19,3,一．微纖絲角的概念,,,S,2024/3/19,4,一．微纖絲角的概念,微纖絲角愈小則細(xì)胞的抗張強(qiáng)度愈大。木材細(xì)胞壁次生壁中層(S2)的微纖絲角是木材機(jī)械性能的主要決定因子之一,特別影響木材的彈性模量和異向收縮性;微纖絲角與木材密度也存在一定的相關(guān)關(guān)系,并與木材強(qiáng)度和硬度密切相關(guān)。單

3、個(gè)管胞中微纖絲角與紙漿纖維的抗拉強(qiáng)度和伸縮性密切相關(guān),微纖絲角小,抗拉強(qiáng)度大;微纖絲角大,則伸縮性強(qiáng)。,2024/3/19,5,二．測(cè)量微纖絲角的方法,微纖絲角是在細(xì)胞水平上的一個(gè)微觀量,目前測(cè)定微纖絲角的方法主要有: 碘染色法、汞浸法、偏光顯微鏡法、光學(xué)顯微鏡觀察法和Ｘ射線衍射法。,2024/3/19,6,二．測(cè)量微纖絲角的方法,碘染色法,即用光學(xué)顯微鏡技術(shù)研究微纖絲的方向角。用光學(xué)顯微鏡不能直接觀察木材細(xì)胞壁S2層的纖絲,但

4、胞壁經(jīng)脫木素處理后,用碘化鉀溶液染色,使其間隙中填以碘的針狀結(jié)晶;該碘結(jié)晶的方向,即顯示出纖絲或微纖絲的排列方向。汞浸法,以水銀加壓纖維浸注纖維胞腔,用偏光顯微鏡觀察。,2024/3/19,7,二．測(cè)量微纖絲角的方法,偏光顯微鏡法,偏振片能吸收某一方向的光振動(dòng)。木材纖絲長(zhǎng)軸方向平行于胞壁層,成層狀排列。當(dāng)垂直胞壁面入射的完全偏振光振動(dòng)面平行于主截面,通過(guò)木材纖維試樣后的光矢量振動(dòng)方向不變。在正交偏光下,就出現(xiàn)消光。消光角即微纖絲角。

5、光學(xué)顯微鏡觀察法,在光學(xué)顯微鏡下觀察木材縱切面或單根纖維與微纖絲方向一致的特征,如胞壁上的條紋,裂隙和紋孔等?，F(xiàn)在測(cè)量中用的較少。,2024/3/19,8,三．X射線衍射測(cè)量微纖絲角計(jì)算,Ｘ射線是在20世紀(jì)30年代就用于纖維的研究。射線衍射法的準(zhǔn)備和觀察簡(jiǎn)易迅速,從(002)面衍射強(qiáng)度曲線求得平均微纖絲角,有40%法、50%法、函數(shù)法、0.6T法4種方法。在這幾種方法中用Ｘ射線(002)弧0.4%法,所測(cè)得的數(shù)據(jù)和其它實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較一致

6、。0.6Ｔ法除具一定理論基礎(chǔ)外,在實(shí)際操作中也有其優(yōu)越性。,2024/3/19,9,三．X射線衍射測(cè)量微纖絲角計(jì)算,平均微纖絲與峰值高度40%處的寬度相對(duì)應(yīng)，通常假定峰值高度40%（002）弧的角寬度一半等于平均微纖絲角；與平均微纖絲角衍射強(qiáng)度曲線 50%處的寬度對(duì)應(yīng)，通常假定峰值高度50%（002）弧的角寬度一半等于平均微纖絲角；,,,2024/3/19,10,三．X射線衍射測(cè)量微纖絲角計(jì)算,利用微纖絲的分布函數(shù)

7、f(u)=?uf(u)du計(jì)算u ；在強(qiáng)度分布曲線上確定兩拐點(diǎn)，并分別作切線，它與橫軸兩交點(diǎn)之間的 1/2寬定義為角距離T, u =0.6T。記為:M0.6T,,,,2024/3/19,11,X射線衍射測(cè)量微纖絲角0.4T法,,,2024/3/19,12,X射線衍射測(cè)量微纖絲角0.5T法,,,2024/3/19,13,X射線衍射測(cè)量微纖絲角0.6T法,,,2024/3/19,14,三．X射線衍射測(cè)量微纖絲角計(jì)算,,2024/3/19,

8、15,三．X射線衍射測(cè)量微纖絲角計(jì)算,2024/3/19,16,三．X射線衍射測(cè)量微纖絲角計(jì)算,碘染色法測(cè)量值比實(shí)際值稍??；立體角的平面投影M0.6T一般略大于碘染色法；立體空間結(jié)構(gòu)M0.6T有一定的理論基礎(chǔ)，在實(shí)際應(yīng)用中也有優(yōu)越性；角度大于20度也適用，平頂峰40%法和50%法作為經(jīng)驗(yàn)法被采用；與其他試驗(yàn)數(shù)據(jù)較一致,2024/3/19,17,四．X射線衍射的原理,2024/3/19,18,五．X射線衍射儀的工作原理,,2024/

9、3/19,19,六．X射線衍射測(cè)量微纖絲角試驗(yàn),將木材沿弦切面切成0.5-0.6mm厚的薄片，編號(hào)待用。按照X射線衍射儀說(shuō)明書，在廣角測(cè)量?jī)x部分，換上纖維樣品架，并調(diào)節(jié)好。裝上樣品，使入射X射線垂直樣品，并選 ?=22.6?;繞轉(zhuǎn)樣品，使角從0 ?轉(zhuǎn)動(dòng)到360 ? ，同時(shí)在記錄儀上記錄強(qiáng)度分布曲線。按0.6T法，根據(jù)衍射曲線,算出木材樣品的平均微纖絲角。,2024/3/19,20,六．X射線衍射測(cè)量微纖絲角試驗(yàn),2024/3/19

10、,21,七．X射線衍射測(cè)量微纖絲角特點(diǎn),Ｘ射線衍射在一次操作中得到的衍射圖樣,即能反映出幾百個(gè)細(xì)胞平均微纖絲角的測(cè)定數(shù)。Ｘ射線衍射測(cè)定試樣不需作任何預(yù)處理,這可免除各種直接法測(cè)定中木材受化學(xué)處理而產(chǎn)生胞壁脹縮變化的缺點(diǎn)。其余方法都是用顯微鏡觀察，因纖絲角是三維空間的角度，故顯微鏡觀察到的并不是纖絲角本身，而Ｘ射線法不存在此問(wèn)題。,2024/3/19,22,參考文獻(xiàn)：,阮錫根等，應(yīng)用X射線衍射-（002）衍射弧法——測(cè)定木材纖維次生壁

11、的微纖絲角，林業(yè)科學(xué)，1982.18(1):64-70劉粵惠等，X射線衍射分析原理與應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社，2003.10費(fèi)本華，X射線衍射法測(cè)定銅錢樹木材微纖絲角及其變異的研究，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995.22(3):262-265。,2024/3/19,23,參考文獻(xiàn)：,洑香香等，木材微纖絲角研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.26(6):83-87江澤慧等，應(yīng)用Ｘ射線衍射技術(shù)研究竹材超微結(jié)構(gòu)Ｉ.竹材纖絲角，林業(yè)科