分光学的その場計測法を用いたリグニンの超臨界水処理における反応機構の解明

利用光谱原位测量方法阐明超临界水处理中木质素的反应机理

基本信息

批准号：
21760617
负责人：
比江嶋祐介
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21760617/
关键词：
超臨界水バイオマスリグニンその場計測蛍光スペクトル

项目摘要

本年度は超臨界水条件下で利用可能な蛍光分光装置の立ち上げを行った。ナノ秒パルスレーザーと波長変換用の非線形光学素子を用いて、266nmの励起光パルスを生成し、超臨界水用セル内の試料に入射した。試料より放出された蛍光をレンズを用いて分光器内に集光し、特定波長の蛍光を光電子増倍管により検出し、オシロスコープに信号として取り込んだ。各波長における蛍光強度を測定することにより、蛍光スペクトルを取得した。グアイアコールをリグニンモデル物質として、圧力25MPaにおいて、室温から400℃までの温度範囲において蛍光スペクトル測定を行った。その結果、温度上昇とともに、室温で観測される300nm付近のピーク強度が減少するとともに、より長波長側の350nm付近に新しいピークが出現することを新たに見いだした。新たに出現したピークの帰属については現在検討中であるが、二量化反応などにより平衡が移動し、高温水中では別の化学種として存在している可能性がある。これは従来の生成物分析による反応解析では得られない情報であり、超臨界水のような特異反応場においてその場計測を行うことの重要性を示すものである。詳細なスペクトル解析を行うためには、蛍光スペクトルのS/N比を改善することが必要であると考え、強度の安定性に優れるキセノンランプへ光源を変更した。さらに、光源、分光器およびオシロスコープをパソコン上から制御することにより、1分程度の短時間で自動的に蛍光スペクトルを取得するスペクトル測定装置を新たに作製した。この装置を利用して、種々の蛍光物質について測定を行い、270nmから600nmの広い波長領域においてスペクトル解析に十分な精度の蛍光スペクトルを得られることを確認した。

今年，我们推出了一个荧光光谱仪，该光谱仪可在超临界水条件下使用。使用纳秒脉冲激光器和非线性光学元件进行波长转换，生成一个266 nm的激发脉冲，并入射在超临界水单元中的样品上。使用透镜将从样品中发出的荧光收集到光谱仪中，并通过光电层管检测到特定波长的荧光，并将荧光作为信号捕获到示波器中。通过测量每个波长处的荧光强度来获得荧光光谱。在室温的温度范围为400°C的温度范围内，使用司醇作为木质素模型物质，在25 MPa的压力下测量荧光光谱。结果，新发现的是，随着温度的上升，在室温下观察到的300 nm处的峰强度升高，而在室温下则降低了350 nm的较长范围，则在较长的范围内出现350 nm。目前正在研究新出现的峰的分配，但是由于二聚化反应，平衡可能会改变，并且可能是在高温水中作为另一种化学物种而存在的。该信息无法通过使用产品分析的常规反应分析获得，并证明了在奇异反应场（例如超临界水）中原位测量的重要性。为了进行详细的光谱分析，有必要提高荧光光谱的信噪比，并将光源更改为具有出色强度稳定性的Xenon灯。此外，通过从个人计算机中控制光源，光谱仪和示波器，在短时间内自动获取了一种新的光谱测量设备，该设备将在大约1分钟内自动获取荧光光谱。使用该设备，对各种荧光物质进行了测量，并证实，在270 nm至600 nm的宽波长范围内，具有足够精度的荧光光谱，以进行光谱分析。