基于吸光度法的纤维素纳米晶体粒径检测方法

1.本发明涉及纳米纤维素技术领域，具体涉及一种基于吸光度法的纤维素纳米晶体粒径检测方法。

背景技术：

2.纳米纤维素(nano cellulose，nc)是指一维尺寸达到1～100nm，具有一定长径比、化学成分为纤维素的生物质纳米材料，其具有环境友好性、高亲水性、优异的生物相容性、高透明性等优点。在造纸、医药、食品、复合材料等诸多领域中应用广泛。
3.作为一种具有重要物化性质的新型材料，迄今为止，纳米纤维素的最重要质量指标-直径，通常都是用扫描电镜(scanning electron microscope，sem)或透射电镜(transimission electronic microscopy，tem)检测，而这些大型精密仪器一般只有高校、研究院所等研究机构拥有，且操作过程复杂，检测及维护费用昂贵，因此，无法及时快速指导纳米纤维素实际生产，严重限制了其规模化生产及推广使用。
4.在对某种物质进行定性和定量分析时，常采用吸光光度分析法，其原理就是根据该物质分子对不同波长的光具有选择性吸收的特性而建立。经硫酸酸水解获得的cnc由于表面存在大量磺酸基基团使其分散液具有良好的稳定性，在一定程度上可认为该分散液中的分散质相对均匀，适用于吸光光度法对其进行吸光度的表征。同时，不同粒径的纤维素纳米晶体由于比表面积和长径比不同，会使其表现出的吸光度不同。
5.综上所述，给吸光度法检测纤维素纳米晶体的粒径提供了科学依据。

技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种纤维素纳米晶体粒径新型检测方法——吸光度法(本发明的纤维素纳米晶体粒径是指其直径)。该方法将纤维素纳米晶体的吸光度与其粒径间建立数学联系，为纤维素纳米晶体粒径的检测开辟了一条新的道路，可在企业中指导生产，控制纤维素纳米晶体的质量。
7.本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
8.基于吸光度法的纤维素纳米晶体粒径检测方法，包括以下步骤：
9.(1)纤维素纳米晶体吸光度的测定：将已知粒径的纤维素纳米晶体(cnc)悬浮液加水稀释成浓度为0.05％的悬浮液，室温下放置在90-100hz超声波下分散60min以上，使其充分分散；
10.将分散后的纤维素纳米晶体悬浮液立即放置于紫外-可见光分光光度计中，调节吸光度的测试波长至220nm，测试纤维素纳米晶体的吸光度值并记录。
11.(2)纤维素纳米晶体吸光度-粒径函数关系的确定：选取不同粒径的纤维素纳米晶体，测定吸光度，将测得的吸光度与其粒径之间建立函数关系，得到函数关系式为：y
(吸光度)
＝-0.0054x
(cnc粒径)
+0.4438。
12.以上所述纤维素纳米晶体为硫酸酸水解微晶纤维素(mcc)所得，并经过透射电镜
表征及分析软件image j测得纤维素纳米晶体的平均粒径。
13.以上所述吸光度测试波长220nm为纤维素纳米晶体的最大吸收波长，不同性质的纤维素纳米晶体最大吸收波长不同。
14.以上所述纤维素纳米晶体吸光度-粒径函数关系的确定是由多组数据在作图软件上进行拟合得到的函数拟合曲线。
15.本发明具有如下有益效果：
16.(1)本发明通过测试cnc的吸光度，简化了cnc粒径的测量方法，降低了表征cnc过程的经济成本。
17.(2)本发明将cnc吸光度与其粒径进行关联，既有理论文献的支持又有实例的支撑。
18.(3)本发明为cnc粒径的检测开辟了一条新的道路，可在企业中指导cnc的生产，控制cnc的质量。
附图说明
19.图1a-h分别对应本发明实施例1-8中不同粒径cnc透射电镜图。
20.图2a-h分别对应本发明实施例1-8中不同cnc粒径分布图。
21.图3为不同粒径cnc对吸光度的影响。
具体实施方式：
22.本发明构建了吸光度与纤维素纳米晶体粒径之间的数学关系，为检测纤维素纳米晶体粒径提供了简便途径。下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细的描述。
23.实施例1：
24.纤维素纳米晶体粒径测定：将mcc与50％的硫酸溶液以固液比1：10(g：ml)的比例混合均匀，在40℃下反应1h，反复离心后得到稳定的cnc悬浮液，经透射电镜表征及分析软件image j测量，图1中(a)对应50％硫酸浓度下的cnc悬浮液透射电镜图，图2中(a)对应50％硫酸浓度下的粒径分布图，由此可得到该浓度下cnc粒径为41.3nm。
25.纤维素纳米晶体吸光度测定：将上述cnc稀释成浓度为0.05％的悬浮液，超声分散60min以上，使其充分分散，然后将分散后的cnc悬浮液置于紫外-可见光分光光度计中，调节吸光度的测试波长至220nm，测试纤维素纳米晶体的吸光度值并记录，得到其吸光度值为0.2143。
26.纤维素纳米晶体粒径推测与对比：根据已知cnc的吸光度及拟合函数y
(吸光度)
＝-0.0054x
(cnc粒径)
+0.4438，推断得到cnc的粒径为42.5nm，与实际电镜表征得到的粒径尺寸相差1.2nm。
27.实施例2：
28.纤维素纳米晶体粒径测定：将mcc与52％的硫酸溶液以固液比1：10(g：ml)的比例混合均匀，在50℃下反应1.5h，反复离心后得到稳定的cnc悬浮液，经透射电镜表征及分析软件image j测量，图1中(b)对应52％硫酸浓度下的cnc悬浮液透射电镜图，图2中(b)对应52％硫酸浓度下的粒径分布图，由此可得到该浓度下cnc粒径为38.7nm。
29.纤维素纳米晶体吸光度测定：将上述cnc稀释成浓度为0.05％的悬浮液，超声分散
60min以上，使其充分分散，然后将分散后的cnc悬浮液置于紫外-可见光分光光度计中，调节吸光度的测试波长至220nm，测试纤维素纳米晶体的吸光度值并记录，得到其吸光度值为0.2300。
30.纤维素纳米晶体粒径推测与对比：根据已知cnc的吸光度及拟合函数y
(吸光度)
＝-0.0054x
(cnc粒径)
+0.4438，推断得到cnc的粒径为39.6nm，与实际电镜表征得到的粒径尺寸相差0.9nm。
31.实施例3：
32.纤维素纳米晶体粒径测定：将mcc与54％的硫酸溶液以固液比1：10(g：ml)的比例混合均匀，在50℃下反应1h，反复离心后得到稳定的cnc悬浮液，经透射电镜表征及分析软件image j测量，图1中(c)对应54％硫酸浓度下的cnc悬浮液透射电镜图，图2中(c)对应54％硫酸浓度下的粒径分布图，由此可得到该浓度下cnc粒径为16.9nm。
33.纤维素纳米晶体吸光度测定：将上述cnc稀释成浓度为0.05％的悬浮液，超声分散60min以上，使其充分分散，然后将分散后的cnc悬浮液置于紫外-可见光分光光度计中，调节吸光度的测试波长至220nm，测试纤维素纳米晶体的吸光度值并记录，得到其吸光度值为0.3558。
34.纤维素纳米晶体粒径推测与对比：根据已知cnc的吸光度及拟合函数y
(吸光度)
＝-0.0054x
(cnc粒径)
+0.4438，推断得到cnc的粒径为16.3nm，与实际电镜表征得到的粒径尺寸相差0.6nm。
35.实施例4：
36.纤维素纳米晶体粒径测定：将mcc与56％的硫酸溶液以固液比1：10(g：ml)的比例混合均匀，在60℃下反应1.5h，反复离心后得到稳定的cnc悬浮液，经透射电镜表征及分析软件image j测量，图1中(d)对应56％硫酸浓度下的cnc悬浮液透射电镜图，图2中(d)对应56％硫酸浓度下的粒径分布图，由此可得到该浓度下cnc粒径为14.1nm。
37.纤维素纳米晶体吸光度测定：将上述cnc稀释成浓度为0.05％的悬浮液，超声分散60min以上，使其充分分散，然后将分散后的cnc悬浮液置于紫外-可见光分光光度计中，调节吸光度的测试波长至220nm，测试纤维素纳米晶体的吸光度值并记录，得到其吸光度值为0.3687。
38.纤维素纳米晶体粒径推测与对比：根据已知cnc的吸光度及拟合函数y
(吸光度)
＝-0.0054x
(cnc粒径)
+0.4438，推断得到cnc的粒径为13.9nm，与实际电镜表征得到的粒径尺寸相差0.2nm。
39.实施例5：
40.纤维素纳米晶体粒径测定：将mcc与58％的硫酸溶液以固液比1：10(g：ml)的比例混合均匀，在40℃下反应2h，反复离心后得到稳定的cnc悬浮液，经透射电镜表征及分析软件image j测量，图1中(e)对应58％硫酸浓度下的cnc悬浮液透射电镜图，图2中(e)对应58％硫酸浓度下的粒径分布图，由此可得到该浓度下cnc粒径为10.3nm。
41.纤维素纳米晶体吸光度测定：将上述cnc稀释成浓度为0.05％的悬浮液，超声分散60min以上，使其充分分散，然后将分散后的cnc悬浮液置于紫外-可见光分光光度计中，调节吸光度的测试波长至220nm，测试纤维素纳米晶体的吸光度值并记录，得到其吸光度值为0.3758。
42.纤维素纳米晶体粒径推测与对比：根据已知cnc的吸光度及拟合函数y
(吸光度)
＝-0.0054x
(cnc粒径)
+0.4438，推断得到cnc的粒径为12.6nm，与实际电镜表征得到的粒径尺寸相差2.3nm。
43.实施例6：
44.纤维素纳米晶体粒径测定：将mcc与60％的硫酸溶液以固液比1：10(g：ml)的比例混合均匀，在60℃下反应1h，反复离心后得到稳定的cnc悬浮液，经透射电镜表征及分析软件image j测量，图1中(f)对应60％硫酸浓度下的cnc悬浮液透射电镜图，图2中(f)对应60％硫酸浓度下的粒径分布图，由此可得到该浓度下cnc粒径为8.1nm。
45.纤维素纳米晶体吸光度测定：将上述cnc稀释成浓度为0.05％的悬浮液，超声分散60min以上，使其充分分散，然后将分散后的cnc悬浮液置于紫外-可见光分光光度计中，调节吸光度的测试波长至220nm，测试纤维素纳米晶体的吸光度值并记录，得到其吸光度值为0.4141。
46.纤维素纳米晶体粒径推测与对比：根据已知cnc的吸光度及拟合函数y
(吸光度)
＝-0.0054x
(cnc粒径)
+0.4438，推断得到cnc的粒径为5.5nm，与实际电镜表征得到的粒径尺寸相差2.6nm。
47.实施例7：
48.纤维素纳米晶体粒径测定：将mcc与62％的硫酸溶液以固液比1：10(g：ml)的比例混合均匀，在40℃下反应1.5h，反复离心后得到稳定的cnc悬浮液，经透射电镜表征及分析软件image j测量，图1中(g)对应62％硫酸浓度下的cnc悬浮液透射电镜图，图2中(g)对应62％硫酸浓度下的粒径分布图，由此可得到该浓度下cnc粒径为6.6nm。
49.纤维素纳米晶体吸光度测定：将上述cnc稀释成浓度为0.05％的悬浮液，超声分散60min以上，使其充分分散，然后将分散后的cnc悬浮液置于紫外-可见光分光光度计中，调节吸光度的测试波长至220nm，测试纤维素纳米晶体的吸光度值并记录，得到其吸光度值为0.4109。
50.纤维素纳米晶体粒径推测与对比：根据已知cnc的吸光度及拟合函数y
(吸光度)
＝-0.0054x
(cnc粒径)
+0.4438，推断得到cnc的粒径为6.1nm，与实际电镜表征得到的粒径尺寸相差0.5nm。
51.实施例8：
52.纤维素纳米晶体粒径测定：将mcc与64％的硫酸溶液以固液比1：10(g：ml)的比例混合均匀，在50℃下反应2h，反复离心后得到稳定的cnc悬浮液，经透射电镜表征及分析软件image j测量，图1中(g)对应62％硫酸浓度下的cnc悬浮液透射电镜图，图2中(g)对应62％硫酸浓度下的粒径分布图，由此可得到该浓度下cnc粒径为4.3nm。
53.纤维素纳米晶体吸光度测定：将上述cnc稀释成浓度为0.05％的悬浮液，超声分散60min以上，使其充分分散，然后将分散后的cnc悬浮液置于紫外-可见光分光光度计中，调节吸光度的测试波长至220nm，测试纤维素纳米晶体的吸光度值并记录，得到其吸光度值为0.4222。
54.纤维素纳米晶体粒径推测与对比：根据已知cnc的吸光度及拟合函数y
(吸光度)
＝-0.0054x
(cnc粒径)
+0.4438，推断得到cnc的粒径为4.0nm，与实际电镜表征得到的粒径尺寸相差0.3nm。
55.实例1-8及图2均证明了吸光度法检测纤维素纳米晶体粒径的准确性及可行性。

技术特征：

1.基于吸光度法的纤维素纳米晶体粒径检测方法，其特征在于：（1）纤维素纳米晶体吸光度的测定：将已知粒径的纤维素纳米晶体悬浮液加水稀释成浓度为0.05%的悬浮液，室温下放置在90-100 hz超声波下分散60min以上，使其充分分散；将分散后的纤维素纳米晶体悬浮液立即放置于紫外-可见光分光光度计中，调节吸光度的测试波长至220nm，测试纤维素纳米晶体的吸光度值并记录；（2）纤维素纳米晶体吸光度-粒径函数关系的确定：选取不同粒径的纤维素纳米晶体，测定吸光度，将测得的吸光度与其粒径之间建立函数关系，得到函数关系式为：y
（吸光度）
=
ꢀ‑
0.0054x
（cnc粒径）
+ 0.4438。2.根据权利要求1所述的基于吸光度法的纤维素纳米晶体粒径检测方法，其特征在于，所用纤维素纳米晶体为硫酸酸水解微晶纤维素所得，并经过透射电镜表征及分析软件image j测得纤维素纳米晶体的平均粒径。3.根据权利要求1所述的基于吸光度法的纤维素纳米晶体粒径检测方法，其特征在于，吸光度测试波长220nm为纤维素纳米晶体的最大吸收波长，不同性质的纤维素纳米晶体最大吸收波长不同。4.根据权利要求1所述的基于吸光度法的纤维素纳米晶体粒径检测方法，其特征在于，纤维素纳米晶体吸光度-粒径函数关系的确定是由多组数据在作图软件上进行拟合得到的函数拟合曲线。

技术总结

本发明涉及一种基于吸光度法的纤维素纳米晶体粒径检测方法，包括如下步骤：1）纤维素纳米晶体悬浮液加水稀释成浓度为0.05%的悬浮液，超声充分分散。2）将分散后的纤维素纳米晶体悬浮液立刻置于紫外-可见光分光光度计中，调节测试波长为220nm。3）观测纤维素纳米晶体的吸光度并记录。4）选取不同粒径的纤维素纳米晶体，重复以上步骤，得出纤维素纳米晶体的吸光度与其粒径间的关系。本发明通过测试CNC的吸光度，简化了CNC粒径的测量方法，降低了表征CNC过程的经济成本。CNC过程的经济成本。CNC过程的经济成本。