طیف‌سنجی FTIR-ATR روشی برای شناسایی و تفکیک الیافِ گیاهان غیرچوبی کتان، شاهدانه، کنف و پنبه

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران

2 هیات علمی/پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران

3 گروه فیتوشیمی، پژوهشکده گیاهان و مواد اولیه دارویی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران.

4 مرمت آثار تاریخی دانشگاه هنر اصفهان/ کارشناس آزمایشگاه کتابخانه و موزه ملی ملک

5 گروه مرمت آثار ، دانشکده مرمت، دانشگاه هنر اصفهان.

doi
10.22034/ijwp.2024.2026443.1653
چکیده

بیان مساله و اهداف: الیاف گیاهان غیرچوبی کتان، شاهدانه و کنف به دلیل شباهت‌های مورفولوژیکی (ریخت‌شناسی)، بیومتری و مقادیر مشابه کمّی و بعضاً متغیر حاصل از آزمایشات میکروشیمیایی همواره مورد بحث و بررسی هستند. این پژوهش بر آن است تا نسبت ترکیبات شیمیایی میان مقادیر لیگنین، سلولز و ترکیبات آلی را ارزیابی و تفاوت میان فیبرهای چوبی و پوستی، فیبرهای پوستی و لیگنین استخراج شده از الیاف گیاهان کتان، شاهدانه و کنف  و پنبه را امکان‌سنجی نماید.مواد و روشها: برای این منظور، علاوه بر مطالعات کتابخانه‌ای از روش‌های آزمایشگاهی و دستگاهی نیز استفاده شد. چهار گیاه کتان، شاهدانه، کنف و پنبه از مناطق مختلف ایران جمع‌آوری شد و در چهار گروه؛ الف) ساقه (مجموع فیبرهای چوبی و پوستی)، ب) الیاف پوستی جدا شده، ج) لیگینین و د) الیاف دانه پنبه از این گیاهان دسته‌بندی و مورد آزمون قرار گرفت. برای تهیه لیگنین حاصل از سه گیاه کتان، شاهدانه و کنف از روش چوب آسیاب شده (MWL) آرد چوب تهیه گردید. این آردها به طور مجزا با محلول دی اکسان: آب (V/V 1:9، mL/g 10) حاوی کلریدریک اسید M/L 2/0 طی 3 مرحله h24 به روش غوطه‌وری در دمای °C40 در شیکر استخراج گردید. محلول حاصل پس از فیلتراسیون در محیط خلاء و در دمای °C60  تا حجم mL 20 تغلیظ گردید. لیگنین رسوب شده، پس از چندین بار شستشو با آب مقطر ابتدا در آون با دمای °C60 و سپس با خشک‌کن انجمادی خشک شد. در نهایت هر چهار گروه با استفاده از روش طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و همزمان روش غیرتخریبی طیف‌بینی بازتاب کلی تضعیف‌شده (ATR) به لحاظ کمّی و کیفی بررسی و با نمودار گارسید مقایسه شدند.نتایج: یافته‌های حاصل از روش دستگاهی FTIR-ATR ساختارهای یکسانی برای چهار گیاه فوق ظاهر نموده‌اند. اما تنها عامل شدت در این ترکیبات وجود دارد که تفاوت آنان را نشان می‌دهد. بنابراین نسبت کسرهای حاصل از مقادیر شدت ارتعاشات آروماتیکی پیوندهای C=C لیگنین در ناحیة cm -1  1595 به مقادیر شدت ارتعاشات پیوندهای اتری گلوکسید C-O-C در ناحیة cm -1  1105 که نمایندة پلی‌ساکارید (مقدار فراوان سلولز) هستند و میزان شدت ارتعاشات کششی C-H در ناحیه cm -1  2900 که نماینده همه مواد آلی است ارزیابی شد. بررسی نسبت لیگنین به میزان سلولز و همین مقدار لیگنین به نسبت ترکیبات آلی موجود در الیاف گیاهان کتان، شاهدانه، کنف و پنبه نقاط منحصر به فردی را برای هر گیاه تعیین می‌نماید که حتی با مقادیر فیبرهای پوستی جدا شده از ساقۀ گیاهان کتان، شاهدانه و کنف نیز مجزا هستند و در راستای محور مورب روندی صعودی را دارند. به‌طوری‌که الیاف با کمترین میزان لیگنین به مرکز تقاطع دو محور نزدیک‌تر و ارتفاع کمتری از سطح دو محور افقی و عمودی دارند و در میانِ الیاف پنبه و الیاف پوستی کتان مشاهده می‌شود. از طرف دیگر با افزایش ارتفاع از سطح دو محور، میزان لیگنین افزایش یافته و بیشتر به سمت چوبی شدن الیاف گیاهی پیش می‌رود که در ساقه کنف و الیاف پوستی آن مشاهده می‌گردد. آنچه نقاط روی نمودار نشان می‌دهند، کاهش مقدار لیگنین در میان الیاف پوستی، نسبت به مجموع فیبرهای ساقه (فیبرچوبی+ پوستی+ سلول‌های همراه) هر گیاه است و تنها الیافِ پوستی گیاه کنف از این قانون تبعیت نکرده و مقدار لیگنین بیشتر را نسبت به مقادیر اندک سلولز و ترکیبات آلی برابر با این گیاه را نشان می‌دهند. همچنین مقادیر عصاره‌های غنی از لیگنین در هر گیاه  نقاط مشخص شده و متمایزی را از هر گیاه حاصل می‌آورد که به ترتیب از کمترین تا بیشترین مقدار لیگنین برای پنبه، کتان، شاهدانه و در نهایت کنف است.نتیجه­ گیری: نتایج نشان می‌دهند که تمایزات اندکی میان ترکیبات شیمیایی الیافِ مشابه در یک گروه، مانند الیاف سلولزی پوستی کتان، شاهدانه و کنف در این دو روش تخریبی و غیر تخریبی وجود دارد؛ اما مقایسه میان نسبت شدت جذب‌های لیگنین به ترکیبات آلی و نسبت شدت جذب لیگنین به سلولز در روش دستگاهی ATR برای هر گیاه اعم از مجموع فیبرهای ساقه، فیبر پوستی، فیبر حاصل از دانه (پنبه) و عصاره غنی از لیگنین متعلق به هر گیاه، نقطه‌ای مجزا را می‌دهد که از یکدیگر متمایز هستند؛ بنابراین این روش طیف‌سنجی غیر تخریبی می‌تواند در شناسایی و تفکیک الیاف گیاهان کتان، شاهدانه، کنف و پنبه مورد استفاده قرار گیرد.