波谱学杂志, 2021, 38(2): 277-290 doi: 10.11938/cjmr20202850

综述评论

核磁共振技术在生物质转化中的应用

陈晓丽1,2,3, 吕微1,2,3, 苏秋成1,2,3, 付娟1,2,3, 莫家媚1,2,3, 刘琪英,1,2,3

1. 中国科学院广州能源研究所, 广东 广州 510640

2. 中国科学院可再生能源重点实验室, 广东 广州 510640

3. 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室, 广东 广州 510640

Conversion of Lignocellulose Studied by Nuclear Magnetic Resonance

CHEN Xiao-li1,2,3, LV Wei1,2,3, SU Qiu-cheng1,2,3, FU Juan1,2,3, MO Jia-mei1,2,3, LIU Qi-ying,1,2,3

1. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China

2. CAS Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou 510640, China

3. Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development, Guangzhou 510640, China

通讯作者:

刘琪英, Tel: 020-37029839, E-mail: liuqy@ms.giec.ac.cn

LIU Qi-ying, Tel: 020-37029839, E-mail: liuqy@ms.giec.ac.cn


收稿日期: 2020-09-2  

基金资助: 国家重点研发计划资助项目.  2019YFC1905303
国家自然科学基金资助项目.  51976220

Received: 2020-09-2  

摘要

生物质结构的精确分析研究有利于其各个组分的转化利用，而核磁共振（NMR）技术是生物质解聚及结构演变分析中重要的表征技术.本文主要介绍了1H NMR、13C NMR、31P NMR和2D HSQC四种NMR技术在生物质结构、产物定性和定量分析、反应路径和催化解聚机理探究中的应用，然后讨论了NMR技术应用于生物质研究中存在的主要问题，并进行了展望.

关键词： 生物质 ; 1H NMR ; 13C NMR ; 31P NMR ; 2D HSQC

Abstract

Nuclear magnetic resonance (NMR) is an important characterization method for the depolymerization of lignocellulosic biomass and its structure evolution analysis. The accurate NMR analysis facilitates the selective transformation of different biomass components. In this review, the principles of NMR are presented. Four types of NMR experimental methods, including 1H NMR, 13C NMR, 31P NMR and 2D HSQC, and their applications in the structure elucidation, qualitative and quantitative analysis of products, reaction path and catalytic depolymerization mechanism of lignocellulose are mainly introduced. Finally, the main problems and perspectives of NMR method in valorization of lignocellulosic biomass are discussed.

Keywords： lignocellulose ; 1H NMR ; 13C NMR ; 31P NMR ; 2D HSQC

PDF (1248KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

陈晓丽, 吕微, 苏秋成, 付娟, 莫家媚, 刘琪英. 核磁共振技术在生物质转化中的应用. 波谱学杂志[J], 2021, 38(2): 277-290 doi:10.11938/cjmr20202850

CHEN Xiao-li. Conversion of Lignocellulose Studied by Nuclear Magnetic Resonance. Chinese Journal of Magnetic Resonance[J], 2021, 38(2): 277-290 doi:10.11938/cjmr20202850

引言

随着化石资源消耗引发的能源危机和环境问题的日益加剧，生物质作为重要的可再生资源，可以通过物理、化学或生物学方法转化为小分子化合物，因此被认为是生产高品质化学品和燃料的重要碳源.生物质主要组分包括纤维素（35%~50%）、半纤维素（20%~30%）和木质素（15%~30%）[1]，是世界上储量最为丰富的资源.其中，纤维素是由葡萄糖单元通过β-1, 4糖苷键链接而成的线状聚合物，同一链中不同葡萄糖分子之间以及相邻链之间又通过氢键联在一起组成；半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，单糖聚合体间分别以共价键、氢键、醚键和酯键链接；木质素由愈创木基丙烷（G）、紫丁香基丙烷（S）和对羟苯基丙烷（H）结构单元通过各种醚键（C-O-C）和C-C键聚合而成的三维网状无定型结构聚合物[2].生物质各个组分间以化学键和共价键相互交联的方式键合成具有三维立体结构的天然高分子聚合物，具有一定的抗解聚性，从而使得生物质的解聚难度增加、过程变得复杂.选择性解聚切断生物质结构中C-O和C-C键，可以得到包含芳香基、酚羟基、羰基、甲氧基等小分子化合物，如乙醇、乙二醇、丙二醇等重要的中间体、食品添加剂和液体燃料等，而且这些小分子化合物在生产高品质化学品和燃料方面具有极大的应用前景[3].

生物质有效解聚是其转化利用过程中的关键，而高效解聚技术的获取源于对生物质解聚路径及结构演变规律的深入认识和掌握[4].对生物质解聚规律的认识必须借助现有的多种分析手段和技术.目前，越来越多的表征技术开始应用于生物质转化研究，例如：通过气相色谱质谱联用（GC-MS）、气相色谱（GC）和高效液相色谱（HPLC）等技术对可挥发解聚产物进行定性和定量分析，可直观有效地判断生物质的解聚转化效率；通过凝胶渗透色谱（GPC）技术分析生物质解聚后的碎片分子量分布信息，可掌握三组分在解聚体系中结构的拆解情况；通过裂解-气相色谱/质谱联用（Py-GC/MS）技术分析木质素高温裂解产物及其选择性分布情况（如可挥发性小分子产物的类型和含量等），可辅助探究木质素的高温裂解路径[5]；通过X射线光电子能谱（XPS）分析获取生物质中处于不同化学环境的碳原子和氧原子的化学价态和结合能等信息，有助于推断解聚过程中生物质C-O、C-C键的断裂情况及变化规律[6]；通过傅立叶红外光谱（FT-IR）和紫外-可见-近红外吸收光谱（UV-Vis-NIR）分析原料、产物和残渣表面分子的化学键和官能团特征吸收峰可获得生物质解聚过程中化学键的变化信息，推测解聚过程和结构演变趋势[7, 8].通过核磁共振（NMR）波谱（包括1H NMR、13C NMR、31P NMR及多维相关谱）可获得有关生物质转化过程中产物的结构、官能团和链接键等信息，帮助推导大分子单元间链接键的类型、断裂情况，产物结构特征及转化路径[9].这些表征技术的应用加深了科研人员对生物质转化过程产物的分子结构、化学键合方式和断裂途径的认知.相比其他分析表征技术，NMR技术可以精确的反映原子核所处化学环境的细微变化，提供有关组分的分子结构（包括化学位移、积分面积、耦合裂分等等）和动力学等信息，在复杂化合物尤其是天然高分子化合物的结构解析方面具有显著优势，是天然大分子链接键断裂、拆解过程及结构演变分析必不可少的工具.此外，NMR技术还具有操作简便快速、可重复性强、测量准确、能够保持样品完整性等优点.NMR尤其是液体NMR技术目前已成为生物质结构分析中极为关键的表征手段.

本文首先简要介绍了NMR技术的原理，再分别从1H NMR、13C NMR、31P NMR和2D HSQC四个方面论述其在生物质结构表征、催化解聚机理、反应路径探究和产物定量分析中的应用，讨论了其中存在的主要问题，并对相关技术的发展进行了展望.

1 NMR技术

自旋量子数I≠0的原子核都会有核自旋产生.原子核由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成，带电原子核的自旋运动会产生微观磁矩.在磁场中，自旋能级发生分裂，受到与该能级间隔相匹配的射频照射时，原子核会吸收射频辐射的能量，产生能级跃迁，即发生NMR吸收[10].相邻能级的能量差（$\Delta E$）与外加磁场强度（${H_0}$）呈正比，也与核的旋磁比（$\gamma $）相关，基本关系如(1)式所示，其中h为普朗克常数.

$\Delta E = \gamma h{H_0}/2{\rm{ \mathsf{ π} }}$

NMR技术近年来发展迅速，包括一维、二维在内的多种NMR技术方法得以开发，定量分析也已不再局限于一维NMR，异核乃至二维等NMR的定量分析也得以报道.采用的NMR技术不同，样品制备和参数设置也有所差异.例如：固体1H NMR实验要求样品为固体粉末，且颗粒细密均匀，生物质样品量一般在20~100 mg以上，样品的延迟时间（D1）相对较大，一般设置为7 s，扫描次数通常需要达到128次；而对于液体1H NMR实验，一般情况下，样品须溶于氘代试剂，并制备成均一溶液，对样品需求量较少，一般将3~10 mg生物质样品溶解于0.5 mL氘代试剂中，D1通常设置为1.5 s，扫描4~6次，就可得到信噪比较高的信号.氘代溶剂在液体NMR测试中不可或缺，目前市场上销售的氘代试剂种类有很多种，可以作为生物质溶剂的氘代试剂有十余种，包括氘代氯仿（CDCl3）、氘代甲醇（CH3OD）、氘代水（D2O）、氘代丙酮[(CD3)2CO]和氘代二甲亚砜[(CD3)2SO]等.

虽然有关生物质的NMR分析已发表了大量的文献[11-12]，NMR技术已成为生物质结构转化分析的常规方法，但是NMR技术并不能检测所有的原子核.NMR常用的同位素核包括1H、11B、13C、15N、17O、19F、29Si、31P等.其中，1H核和31P核的天然丰度接近100%，灵敏度较高，往往较短时间内就可以得到信噪比很高的NMR信号；13C核天然丰度为1.1%左右，通过增加扫描次数，也可以得到信噪比较高的信号，且信号分布范围较宽.而且在生物质中，这几种元素含量丰富，故1H NMR、13C NMR和31P NMR在生物质结构分析中应用最为广泛.在生物质结构分析中应用最多的二维NMR技术是异核单量子相关谱（2D HSQC）.

2 NMR技术在生物质转化中的应用

2.1 1H NMR

多糖（polysaccharide）是一类分子结构复杂且庞大的糖类物质，在自然界分布极广，是生物质的主要成分之一.1H NMR可以非常有效地识别多糖解聚产物中糖苷键的类型及其数量和比例，以及聚合物中不同键的链接结构和位置.Cheng等[12]归纳了NMR技术在多糖结构分析中的应用，发现多糖的化学位移与组成糖单元的化学位移之间存在良好的相关性.如多糖的H-2至H-6的信号位于δH 3.5~4.5，H-1位于δH 4.5~5.8；对于单糖，α-异构体H-1（具有赤道H）特征峰位于δH 5.3~5.8，β-异构体（具有轴向H）位于δH 4.5~4.8.纤维素是葡萄糖单元通过β-糖苷键链接成的聚合体，解聚产物为β-D-吡喃葡萄糖，该产物C-1、C-3和C-2位置上的质子特征峰分别为δH 3.74、3.24和3.03.通过建立多糖和单糖的NMR信息数据库，可以帮助快速鉴别单糖和多糖的类型及结构.

1H NMR应用于生物质转化的研究时，主要用于生物质及其衍生物的结构分析、催化转化过程及反应机理的研究.广州能源研究所吕微等[13]借助1H NMR分析了不同溶剂条件下木质素水解产物的特征，通过1H NMR图谱中位于δH 4.1~4.6的β-O-4指纹区信号强度差异，清晰说明了单双相溶剂体系对木质素链接键β-O-4断裂及解聚效果的影响；同时，在δH 4.1~4.6处丰富的指纹信号表明在含有乙醇的溶剂体系中，特别是在乙酸乙酯/水（EtOAc/H2O）体系中，有更多的烷基芳烃和酯化产物生成.Zhang等[14]研究了离子液体中制备的木聚糖接枝聚己内酯共聚物，在共聚物的1H NMR谱中，发现位于δH 3.02、3.13、3.25、3.49、3.85和4.26的信号分别对应木聚糖骨架上的H-2、H-5a、H-3、H-4、H-5e和H-1，位于δH 2.25、1.52、1.41、1.30、3.45和3.98的信号对应聚己内酯侧链中的亚甲基质子，来自亚甲基上e′位置的羟基（e′-OH）质子信号为δH 4.39；谱图中没有来自羧酸的质子信号，这说明聚己内酯附着在木聚糖上并接枝形成酯共聚物.在纤维素的解聚方面，Tan等[15]利用1H NMR对Al2(SO4)3/乙醇-水体系催化木薯解聚过程进行表征，发现D-葡萄糖中H-1和H-2的特征峰（δH 5.15、δH 3.12）强度明显变弱，表明Al2(SO4)3在乙醇-水体系发生水解形成Lewis酸，Lewis酸可催化葡萄糖发生C-2→C-1的氢转移，异构化为果糖，反应线路如图 1所示.木薯首先解聚生成葡萄糖单元，葡萄糖在Al2(SO4)3/乙醇-水体系催化下转化为果糖，果糖作为中间产物在Lewis酸和乙醇作用下进一步转化为乙酰丙酸乙酯和乙酰丙酸.Zhu等[16]采用1H NMR研究了离子效应对果糖转化为2, 5-二甲基呋喃（HMF）过程的影响，1H NMR谱图显示加入1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物[BMim]Cl，果糖上与碳骨架直接连接的质子的化学位移均相应向低场移动，而HMF的H-1和羟基质子的化学位移向低场移动，证明了阳离子[BMim]+和果糖上质子相互作用，促进果糖脱水，阴离子Cl-和HMF中H-1及羟基质子形成氢键，起到稳定HMF结构，抑制其结焦和缩聚的作用.此外，在催化解聚路径和机理研究中，为明晰化学反应的历程，对各产物进行追本溯源，最为常用的方法是采用稳定同位素标记法对标记元素进行追踪，探究有机反应路径[17].Choudhary等[18]采用同位素标记的1H NMR技术对水介质中均相催化剂（CrCl3和AlCl3）和多相催化剂（Snβ）催化葡萄糖异构化制备果糖的机理进行研究，发现葡萄糖C-2位的氘原子（D-2）转移到D-果糖的C-1位，该信息证实了3组催化体系中葡萄糖异构化为果糖的氢化物转移机理是一致的.这为后续生物质解聚条件的选择及反应路径的调控提供了理论指导，也为类似的机理研究提供了借鉴思路.

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   在混合介质（10%H2O和90%乙醇）中用Al2(SO4)3催化木薯解聚的反应路线（根据文献[15]修改）

Fig.1   Reaction route of cassava depolymerization catalyzed by Al2(SO4)3 in mixed medium (10% H2O and 90% ethanol) (Reproduced from Ref. [15])


1H NMR不仅可以用于结构定性，而且可以进行定量分析，因而应用极为广泛.Shin等[19]利用1H NMR技术研究了木材碳水化合物中木聚糖的含量.在酸水解过程中，杨木木粉中的木聚糖单体脱水为糠醛，糠醛在酸性条件下进一步降解或缩合.为了利用1H NMR波谱进行碳水化合物成分的精确分析，糠醛及其反应产物均计为木糖.糠醛1H NMR谱峰显示在芳香区（δH 6.7~9.5），端基质子的信号位于δH 4.4~5.4，根据端基质子和糠醛的信号峰积分，得出木聚糖转化率为0.66.定量1H NMR技术为生物质转化研究提供了有效信息，但该方法误差相对较大，不适用于痕量分析.

虽然使用1H NMR技术能够较快获得生物质中的质子信息，且信噪比很高，但不可忽视的是1H NMR谱图重叠严重，难以深度解析生物质的结构信息，不能满足清晰认识生物质解聚路径和规律的挑战和需求，因此往往需要结合其他表征手段，如13C NMR、2D NMR、GC-MS、LC-MS、FT-IR等进行结构分析.如郑秋闿等[20]在对三种不同来源木质素的结构特性进行研究时，发现木质素的1H NMR谱图信号重叠，难以精确区分各质子的特征峰，于是通过结合FT-IR图谱中各红外吸收峰的归属实现了木质素结构的定性分析，发现松木的木质素结构以愈创木基结构单元为主，玉米秆和桦木木质素以紫丁香基和愈创木基结构单元为主，为阔叶林和针叶林木质素的差异性研究及综合利用提供了理论依据.

2.2 13C NMR

13C NMR谱图可以反映化合物中的碳原子类型（如羰基碳、氰基碳），还能提供化合物碳骨架等信息，从而提供更多分子结构信息.如根据13C NMR谱中伯、仲、叔和季碳的特征峰信息，可推断出植物中二萜生物碱类化合物的骨架结构，利用化合物中季碳及其取代基信号能有效鉴别C19-二萜生物碱[21].

近年来，13C NMR主要用于催化体系下木质素的组成和化学特性分析，进行催化解聚的过程和机理研究.许凤等[22]利用13C NMR研究有机溶剂对溶解的麦草木质素的物理化学特性影响.芳香区信息表明相比有机醇溶液，有机酸溶液的脱木素作用更加广泛，能选择性降解麦草中的纤维素、木质素及半纤维素.张通等[23]进行了酶解秸秆残渣中木质素提取方法的研究，利用13C NMR和1H NMR分析了碱溶酸析法、高沸点醇提取法、甲酸乙酸法及碱性乙醇法从残渣中提取的木质素组成差异，发现四种提取方法得到的木质素产品具有相似的化学结构和性质.

13C同位素标记NMR波谱可以分辨并精确定量不同种类的化合物，是一种十分有效的非破坏性分析手段.近年来，它已逐渐成为生物质转化过程和机理研究的得力工具.在对Ni@C催化剂选择性催化纤维素制备乙醇的研究中，Liu等[24]对中间产物葡萄糖进行13C同位素标记，通过13C NMR追踪反应过程并研究其反应机理，如图 2所示：分别在1号位、2号位和5号位同位素标记的葡萄糖在δC 16.8和δC 57.5（对应于乙醇中碳原子）有信号峰，其中5号位标记的葡萄糖中乙醇信号相对较弱，而在3号位和4号位标记的葡萄糖则没有乙醇的信号，证明了Ni@C催化剂催化断裂葡萄糖C-C键具有选择性，乙醇通过定向断裂葡萄糖C-2-C-3键和脱除C-1位置羟基生成.该研究首次利用非贵金属催化剂实现了纤维素一步转化为乙醇，在木质纤维素催化制备乙醇领域取得了突破.Hilde等[25]通过13C标记的甲酸研究了甲酸和木质素在高温条件下的反应途径，13C NMR谱图显示，用标准甲酸制备的木质素油和用13C标记的甲酸制备的木质素油在13C NMR谱图中位于δC 170~180，这一范围内的信号来自羰基键，表明甲酸中的碳原子最终存在于生物油的羰基，并形成芳香酸等化合物.这项工作表明甲酸参与木质素反应过程并生成了生物油，说明甲酸是木质素转化的氢供体和解聚促进剂.谢益民等[26]发现，在13C-6标记的葡萄糖和纤维二糖的存在下，松柏醇葡萄糖苷在过氧化物酶催化脱氢聚合过程中与碳水化合物之间形成了化学键，且葡萄糖的C-6与木质素结构单元以苯甲醚键连，从而阐明了植物纤维细胞壁中木质素与聚葡萄糖化学键的链接方式和木质素催化脱氢的反应机理.

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   同位素标记的葡萄糖氢解实验的13C NMR谱图.(a) δC 15~18局部图；(b) δC 54~60局部图[24]

Fig.2   13C NMR spectra from isotope-labeled glucose hydrogenolysis experiment at (a) δC 15~18 and (b) δC 54~60 regions[24]


定量13C NMR可以实现生物质结构和官能团的定量计算，用于分析生物质处理过程中的组分、结构变化和演变机理等.Yoshihirosano等[27]研究了磨木和木粉中木质素的结构变化，发现随着处理时间的增加，总羟基的数量减少，酚羟基的含量增加，β-O-4链接键结构的含量显著降低，β-5和β-β链接键结构的含量变化不大，木质素发生的解聚可能与β-芳醚键的均裂解有关.该研究进一步阐明在没有酸催化剂的情况下，溶液中阳离子促进木质素解聚的机理，这对推进造纸制浆工艺具有积极意义.Wen等[28]通过定量13C NMR研究酶解原料、离子液体催化剂和预处理酶解的三种残渣（木质素）的含量差异，发现离子液体催化的木质素在δC 58~62处的特征峰减弱，证明离子液体可催化木质素的β-O-4键部分断裂，导致分子量减小，初步表明了离子液体中木质素的解离规律.

交叉极化魔角旋转（CP/MAS）[29, 30]可以消除偶极子的相互作用和化学位移的异向性，样品不必进行分离和溶解等处理，就可以直接进行测试.CP/MAS 13C NMR技术已经广泛用于生物质及其组分的结构研究，通过比较反应前后谱图中13C NMR信号的变化可以确定化学反应路径.该方法为木质纤维原料结构的定性和初步定量提供了可能，是传统定量表征手段的有效补充.陈琳等[31]应用CP/MAS 13C NMR研究了黄孢原毛平革菌降解玉米秸秆木质素的过程，发现玉米秸秆经纤维素酶酶解后，作为木质素结构单元主要链接方式的β-O-4键基本没有断裂；木质素单位苯环的甲氧基单元碳的含量稍有增加，紫丁香基单元/愈创木基单元值降低，推断反应过程中紫丁香基优先参与反应.Evstigneyev等[32]利用CP/MAS 13C NMR测定了木质素中烷基芳基键，发现木质素中烷基-O-芳基间键的含量与δC 96~68区域的信号积分面积之间存在较强的线性相关.这表明CP/MAS 13C NMR可同时测定可溶性和不溶性木质素中烷基-O-芳基的含量，也可同时测定可溶性产物中甲氧基的含量.

优势互补的固体和液体NMR技术的结合被证明是分析生物质混合物最有效的方法之一，目前已被广泛用于检测植物的聚合物组分及衍生物全组分.固体NMR可用于固体生物质或者不溶性组分的检测，而液体NMR通常用于从生物质样品解聚过程中提取的可溶性组分的检测.Cheng等[33]将棉花壳和棉花毛刺化学改性为羧甲基化产物，并分别通过固体和液体13C NMR技术对改性前后的水溶性和不溶性组分的变化进行了研究.固体NMR谱图表明，不溶性组分主要为纤维素和羧甲基纤维素（CMC），位于δC 179处的信号相对较小，说明纤维素羧甲基化水平较低；棉花壳样品羧甲基化水平高于棉花毛刺.液体NMR谱图表明，可溶性组分主要为CMC和羧甲基化木聚糖（CMX）.其中，棉花壳可溶性组分含有约56% CMX和44% CMC，棉花毛刺可溶性组分中含有37% CMX和63% CMC.固体和液体NMR技术的结合应用为生物质全组分的研究提供了表征新途径.

但由于13C核的NMR灵敏度远远低于1H核，因此，13C NMR在微量或痕量样品的测定方面具有局限性.如纤维素和半纤维结晶度高、溶解度低，其13C NMR谱图信号微弱，难以进行特性分析.为了提高信噪比，往往需要尽可能增加采样次数、延长测试时间、提高样品浓度.如在测定玉米芯和桉树在酶催化水解释放的微量半纤维素的13C NMR谱图时，为了得到信噪比较高的谱图，采样次数提高到了4.5万次，测试时间长达44 h[34].

2.3 31P NMR

31P NMR技术日渐成熟，在测定含磷化合物的分子结构方面，具有重要作用[35].木质素中含有不稳定质子的基团与含磷试剂可生成含磷衍生物，用31P NMR可以研究羧基、羟基等官能团的含量和组成.

31P NMR定量技术已广泛应用于生物炼制资源羟基的表征，用于测定不同工业技术解聚的木质素的官能团，包括草本木质素、硬木木质素和软木木质素.目前亚磷酸化后的31P NMR测定是木质纤维羟基的含量和组成测定的最常用方法，它可以同时提供芳香羟基，以及分别与紫丁香基、愈创木基和对羟基苯基单元相连酚羟基的信息.Meng等[36]报道了木质素中羟基的31P NMR定量分析，研究中使用的内标N-羟基-5-降冰片烯-2, 3-二甲酰胺（NHND）具有与木质素衍生组分易分离的化学位移.2-氯-4, 4, 5, 5-四甲基-1, 3, 2-二氧膦杂戊环（TMDP）衍生的羟基基团，包括脂肪族、紫丁香基、愈创木基、对羟基苯基和羧酸羟基，具有本质上不同的化学位移，这使得它们能够被31P NMR区分和定量.如图 3所示，以NHND为内标，木质素中各种羟基（例如脂肪族、酚类和羧酸）和TMDP之间反应的亚磷酸化产物：δP 144~150处为脂肪族羟基的反应产物，δP 137~141为愈创木基型、紫丁香基型和对羟基苯基型酚羟基的反应产物，δP 134~136为羧酸上羟基的反应产物.通过上述方法可以快速分析木质素中羟基的组成及其含量.Wen等[37]对亚磷酸化杨木木质素进行31P NMR定量分析，并研究了离子液体预处理过程中木质素结构的变化规律，发现δP 146~149处的吸收峰变弱，表明离子液体促进了木质素的脱水反应，导致脂肪族羟基减少；温度升高，δP 141~144吸收峰变强，表明木质素中的芳基醚键断裂，解聚被继续强化，缩合度进一步增加.该研究增强了对离子液体预处理过程中木质素解聚过程的理论研究，有助于木质素预处理化学工艺的改进.

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3   以N-羟基-5-降冰片烯-2, 3-二甲酰胺（NHND）为内标，2-氯-4, 4, 5, 5-四甲基-1, 3, 2-二氧膦杂戊环（TMDP）衍生后的杨木硬木木质素的定量31P NMR谱（根据文献[36]修改）

Fig.3   The quantitative 31P NMR spectrum of a hardwood poplar lignin derived with TMDP using NHND as an internal standard (Reproduced from Ref. [36])


Argyropoulos等[38]结合定量31P NMR与自旋捕获技术测定了羟基、烷基和酰基自由基的化学位移.通过氮氧磷化合物5-二异丙氧基-磷酰基-5-甲基-1-吡咯啉-N-氧化物（DIPPMPO）与以氧为中心和以碳为中心的自由基反应，形成稳定的自由基加合物，并在含磷内标物的存在下，使用31P NMR对其进行了准确定量.这项工作证明了DIPPMPO自旋俘获与定量31P NMR结合使用，是一种有效的识别和量化许多自由基物种的工具.此外，Chen等[39]还通过定量31P NMR分析了不同生长年限木质素的结构变化，发现与单次纤维素酶酶解木质素样品（CEL）相比，两次纤维素酶酶解木质素样品（DEL）不仅具有较高的产量，而且具有相似的结构特征.研究还发现生长期1年的DEL中对羟基苯甲酸盐（PB）和对羟基苯基单元（H）含量高，而生长期5年的DEL的S/G比值高.该项工作通过不同生长年限杨树木质素样品的结构表征可以更好地了解木质素大分子结构特征在不同时期的变化规律.

与传统的化学技术相比，31P NMR在测定羟基方面具有独特的优势，不仅谱图分辨率高，而且基于31P NMR测定的木质素中羟基，其结果准确度通常高于其他独立技术（如FT-IR/热解、电导滴定法、1H NMR和13C NMR），并且需要的样品量少、实验时间短.但该方法也有其局限性, 例如内标物信号与木质素重叠，且内标物易降解.

31P脉冲法[40]是一种基于脉冲长度的浓度测定方法，其原理是NMR信号强度和探头90°脉冲长度的乘积与样品浓度呈正比.该方法可用于生物质中羟基含量的测定，并且测定结果与利用内标法所得结果一致.31P脉冲法简化了样品制备，即无需样品前处理和添加内标，因此消除了内标引起的信号重叠和内标稳定性等问题.目前该方法已经成功应用于木质素羟基的组成及其含量的测定.Lagerquist等[40]利用31P脉冲法测定了松树和桦木样品木质素的组成及其含量.31P脉冲法是以磷酸三苯酯（TPP）作为外部标准，三份桦木和松木的木质素样品采用TMDP亚磷酸化后进行测定，分别对脂肪族羟基（δP 150.0~145.0）、C-5取代酚羟基（δP 145.0~140.3）、紫丁香基酚羟基（δP 140.3~137.0）、羧基（δP 136.0~134.0）的测定值进行对比，发现标准偏差均小于0.08，证明采用31P脉冲法在木质素的羟基含量测定的数据比较稳定和准确.

2.4 2D HSQC

二维NMR技术，尤其是2D HSQC技术越来越广泛的用于生物质解聚过程、产物含量结构和催化机理研究[41-42].

二维NMR实验为了得到较高的信噪比，样品浓度应尽可能大，如：1H-13C HSQC实验中需要的木质素的样品量一般不至少20 mg，扫描时间通常达到10 h以上.木质素的2D HSQC谱图一般分为脂肪族区、侧链区和芳香区三个部分：脂肪族区主要是侧链的CH2和CH3以及木质素的乙酰基的信号；侧链区主要是木质素结构单元之间链接键的信号区，如苄基醚键、β-O-4键、β-β键、β-5键、C-O和C-C链接键指纹信号，侧链区的信息为认识产物结构（特别是低聚）和判断解聚断键提供强有力的佐证支撑；芳香区主要是苯环结构上C-H信号[43].刘竞等[44]采用1H-13C HSQC对松木粉在NaVO3-DMSO-H2SO4体系中的氧化过程进行研究，发现在侧链区和芳香区，木质素大量链接键断裂，芳环结构被破坏，并进一步被氧化为醌类化合物.该研究为木质素的转化及利用提供理论依据，促进了木质素的高值化利用.李兵云等[45]采用1H-13C HSQC进行了粉丹竹磺化化学机械浆（SCMP）木质素结构变化分析，研究表明粉丹竹SCMP的木质素是由愈创木基型、紫丁香基型和对-羟基苯基型等三种木质素结构单元组成，木质素结构的链接方式主要是β-O-4醚键.通过SCMP中木素的结构和链接方式的表征，对竹子制浆有着重要的理论指导意义.吕微等[46]利用1H-13C HSQC研究EtOAc/H2O双相溶剂体系中Ru/C耦合MgCl2催化玉米秸秆水解残渣解聚过程，并推导其化学键断裂和降解路径.如图 4所示，通过2D HSQC谱图芳香区提供的产物结构碎片（G、H、S、FA、P-CE、T、E和B）指纹信息、侧链区（δH 1.0~5.5，δC 5~90）保留的链接键（β-O-4，β-5，β-β）结构指纹信息、基于电喷雾质谱（ESI-MS）获得的碎片分子和单体芳香物分子量结果的互相佐证，他们推测了该体系下玉米秸秆水解残渣解聚的主要反应路径：大部分β-O-4、α-O-4、β-5、4-O-5的C-O醚链接键、部分α-β、β-γ的C-C链接键，以及侧链的α-OH、β-OH和γ-OH链接键发生断裂生成低聚物和单体.该项研究推进了农林废弃物的再利用和生物质生产芳香生物精炼饲料的关键科学及核心工艺的进步.

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4   Ru/C耦合MgCl2协同催化玉米秸秆水解残渣解聚得到的非挥发性组分的2D HSQC谱（根据文献[46]修改）

Fig.4   2D HSQC NMR spectra of non-volatile components obtained from the depolymerization of the hydrolyzed residue of corn straw over Ru/C combined with MgCl2 catalysts (Reproduced from Ref. [46])


2D HSQC定量技术能实现木质素各结构单元及各种化学链接键的定性和定量分析，可用于生物质解聚产物结构分析和解聚路径推理研究[47].Delrio等[48]应用1H-13C HSQC定量技术研究黄麻纤维中木质素的结构特征，结果表明从黄麻纤维中分离的木质素中β-O-4芳醚键占总侧链的72%，β-β树脂型键占总侧链的16%，其中β-O-4芳醚键在碱性蒸煮过程中易被裂解.在有关大豆细胞壁中木质素结构研究中，Yang等[49]对四种木质素（磨碎木质素、木质素-碳水化合物复合物、纤维素酶木质素和酶水解残余酶木素）进行1H-13C HSQC定量分析，发现木质素-碳水化合物复合物中包含大量β-O-4芳基醚键（在芳香族单元中含量为84.4%），其馏分中木质素和木聚糖之间的苯基糖苷（PhGlc）键含量相对较高（在芳香族单元中含量为4.39%）；四种木质素的主要结构为β-O-4芳基醚和树脂醇.Lin等[50]通过1H-13C HSQC方法评估凋落物分解期间紫外线辐射对细胞壁化学性能的影响，定量分析了与光降解有关的凋落物化学组分之后发现：在1年的分解过程中，紫外线照射组凋落物中半纤维素的含量（23.8%）低于紫外线屏蔽组中的含量（25.9%），而细胞可溶性组分、纤维素、木质素组分在紫外光照射组含量（33.4%、38.8%、4%）均高于紫外光屏蔽组（32.7%、37.9%、3.5%）.以上结果表明凋落物降解以微生物分解为主，凋落物的半纤维素和木质素G单位明显减少.紫外光辐射造成木质素部分降解，表现为β-芳基醚和木质素H单元的损失，但木质素组分的变化并不明显.该项对凋落物中木质纤维结构和含量变化的研究有助于更好地理解光分解和碳循环过程.

高分辨魔角旋转异核单量子相关技术（HR-MAS 2D HSQC）在生物组织结构及其裂解产物研究中具有独特的优势，可进行木质纤维全组分表征.由于固体木质纤维样品分子不能自由运动，自旋之间的耦合较强，如13C核在外磁场中吸收峰很宽，会掩盖其他精细特征谱峰，造成其信号可能被错误归属.Mori等[51]采用HR-MAS 2D-HSQC测定杨树的降解产物，在脂肪族区域，杨树的降解产物有各种氨基酸、乙醇、苹果酸，胆碱、乙醇胺和葡萄糖等.在进行信号匹配的过程中，发现数据库中有多个候选降解物，例如，谷氨酰胺α、β和γ的三个NMR信号（δH 3.757，δC 57.160）、（δH 2.128，δC 68.947））和（δH 2.442，δC 73.535）分别与数据库中10种、3种和2种候选降解物相匹配.为避免上述信号错误匹配，在产物组分分析中，结合三维核磁共振技术（3D HCCH-COSY）确定了降解物对应的谱峰，通过与标准降解物信号匹配，完成降解产物的准确定性.

3D NMR技术可以解决NMR谱图信号重叠的问题，但缺点是其测试时间过长.2D NMR和3D NMR的结合使用可实现生物质降解产物结构信息的精准分析.Mori等[51]结合应用2D HSQC和3D TOCSY对纤维素降解的(1, 4)-β-d-吡喃葡萄糖甙进行了结构分析，如图 5所示，δC 60.2、74.6、79.9、74.6、72.7和62.7（折叠谱δC 102.7）分别对应(1, 4)-β-d-吡喃葡萄糖甙中的C1~C6，横线连接1H-13C-13C-1H交叉峰，垂直虚线连接3D和2D光谱之间的相应信号.图 5(a)叉号显示由3D HCCH-TOCSY分配的(1, 4)-β-d-吡喃葡萄糖甙中C1-C6信号.图 5(b)为6个沿C1~C6化学位移的13C轴切取3D 1H-1H-13C谱的1H-1H平面，通过3D-TOCSY谱图[图 5(b)]信息，在2D HSQC谱图[图 5(a)]中可清晰确定(1, 4)-β-d-吡喃葡萄糖甙多个键的关系（即多个相邻关联）.2D和3D NMR技术的互补应用实现了生物质及其衍生物的结构、含量的准确分析，有助于转化过程的研究，为农林废弃物生产高品质化学品提供重要的参考数据.

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5   DMSO/吡啶体系中提取的杨树降解产物(1, 4)-β-d-吡喃葡萄糖甙的(a)2D HSQC和(b)切片3D TOCSY谱图（根据文献[51]修改）

Fig.5   (a) 2D HSQC and (b) slice 3D-TOCSY NMR spectra of (1, 4)-β-d-Glcp derived from poplar extracted in DMSO/pyridine (Reproduced from Ref. [51])


3 主要问题及展望

近年来，随着NMR理论、技术和仪器制造水平的不断发展，NMR技术在生物质结构分析和转化研究中应用的越来越广泛，已成为生物质结构解析、组分确定、反应机理探讨等研究中不可或缺的表征手段，但是NMR技术目前在应用中还存在一些问题，有待科学家们进一步探索和完善.生物质是结构复杂多样的高分子化合物，NMR谱图比较复杂，尤其是对于分子结构差异细微的立体异构化合物，在很窄的化学位移里面很难区分其细微的差别.因此，要区分生物质中的结构相似的组分需要借助多维NMR技术，如2D HSQC可直观可靠的测定生物质的成分和比例，HR-MAS 2D HSQC可以测定完整的木质纤维降解产物，3D NMR可以解决2D NMR实验中信号重叠问题.上述NMR方法的结合可实现生物质的降解产物结构的准确分析，有助于更好研究生物质的组分及解聚变化过程.但3D NMR技术对仪器分辨率与灵敏度的要求较高，一定程度上限制了其在生物质转化中的广泛应用；原位NMR技术可以跟踪化合物反应的过程，精准的反映化合物转化中产物的组分和结构变化，利用该技术可以进行生物质转化历程和反应机理的研究.但生物质转化反应条件相对苛刻、过程产物难以及时分离等诸多因素制约了原位NMR技术在其转化过程中的应用；17O NMR可以通过O原子的化学环境变化推断生物质中含O原子的羟基、醚基、羰基等基团的化学键的断裂及变化规律，进而研究生物质功能基团的结构差异及转化反应的过程.由于17O原子天然丰度较低，其NMR信号弱且易受其他原子的干扰，致使17O NMR在生物质转化研究中的应用较少；近年来，多种测试技术的联用拓展了NMR在生物质转化及结构解析中的应用，如LC-NMR和LC-MS-NMR联用技术通过调整色谱可以将生物质降解的产物逐一分离，然后再进行NMR测试，这种技术有助于木质素结构的分析和解聚机理研究.

相信未来随着仪器分析技术水平的不断完善及上述相关问题的解决，NMR技术在生物质结构分析和转化中的应用会更加广泛和深入，可以更快速准确的为生物质的全面、完整的组分确定和转化过程研究提供理论依据.

利益冲突【-逻*辑*与-】#160;【-逻*辑*与-】#160;无

参考文献

RAGAUSKAS A J , BECKHAM G T , BIDDY M J , et al.

Lignin valorization: Improving lignin processing in the biorefinery

[J]. Science, 2014, 344 (6185): 1246843.

DOI:10.1126/science.1246843      [本文引用: 1]

LI C Z , ZHAO X C , WANG A Q , et al.

Catalytic transformation of lignin for the production of chemicals and fuels

[J]. Chem Rev, 2015, 115 (21): 11559- 11624.

DOI:10.1021/acs.chemrev.5b00155      [本文引用: 1]

LU Y , WEI X Y , ZONG Z M , et al.

Structural investigation and application of lignins

[J]. Progress in Chemistry, 2013, 25, 839- 858.

URL     [本文引用: 1]

路瑶, 魏贤勇, 宗志敏, 等.

木质素的结构研究与应用

[J]. 化学进展, 2013, 25, 839- 858.

URL     [本文引用: 1]

SHU R Y , XU Y , ZHANG Q , et al.

Progress in catalytic depolymerization of lignin

[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering, 2016, 67 (11): 4524- 4532.

URL     [本文引用: 1]

舒日洋, 徐莹, 张琦, 等.

木质素催化解聚的研究进展

[J]. 化工学报, 2016, 67 (11): 4524- 4532.

URL     [本文引用: 1]

CHEN Q , WANG Y , ZHAI H M .

Pyrolysis characteristics of coconut shell based on TG-FTIR and Py-GC-MS analysis

[J]. Chemistry and Industry of Forest Products, 2020, 40 (1): 45- 52.

DOI:10.3969/j.issn.0253-2417.2020.01.007      [本文引用: 1]

陈强, 王艳, 翟华敏.

基于TG-FTIR和Py-GC-MS分析的椰壳热解特性研究

[J]. 林产化学与工业, 2020, 40 (1): 45- 52.

DOI:10.3969/j.issn.0253-2417.2020.01.007      [本文引用: 1]

GUO J B , TAO Z Y , LUO X G .

Analysis of bamboo lignin with FTIR and XPS

[J]. Acta Chim Sinica, 2005, 63 (16): 1536- 1540.

DOI:10.3321/j.issn:0567-7351.2005.16.014      [本文引用: 1]

郭京波, 陶宗娅, 罗学刚.

竹木质素的红外光谱与X射线光电子能谱分析

[J]. 化学学报, 2005, 63 (16): 1536- 1540.

DOI:10.3321/j.issn:0567-7351.2005.16.014      [本文引用: 1]

AMUL B , MUTHU S , RAJA M , et al.

Molecular structure, spectroscopic (FT-IR, FT-Raman, NMR, UV-VIS), chemical reactivity and biological examinations of ketorolac

[J]. J Mol Struct, 2020, 1210, 128040.

DOI:10.1016/j.molstruc.2020.128040      [本文引用: 1]

WU X F , SU X J , CHEN L , et al.

Research progress in analyzing methods of lignin structure

[J]. Renewable Energy Resources, 2015, 33 (2): 267- 274.

URL     [本文引用: 1]

武小芬, 苏小军, 陈亮, 等.

木质素结构分析方法研究进展

[J]. 可再生能源, 2015, 33 (2): 267- 274.

URL     [本文引用: 1]

WEI D , LI T , ZOU X H , et al.

Progress in application of nuclear magnetic resonance in plant research

[J]. Journal of Fujian Forestry Science and Technology, 2018, 45 (04): 116- 121.

URL     [本文引用: 1]

韦丹, 李涛, 邹显花, 等.

核磁共振技术在植物研究中的应用进展

[J]. 福建林业科技, 2018, 45 (04): 116- 121.

URL     [本文引用: 1]

张汉辉, 郑威, 陈义平. 波谱学原理及应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2016.

[本文引用: 1]

HUANG Y , DUAN Y J , QIU S , et al.

Lignin-first biorefinery: A reusable catalyst for lignin depolymerization and application of lignin oil to jet fuel aromatics and polyurethane feedstock

[J]. Sustain Energ Fuels, 2018, 2 (3): 637- 647.

DOI:10.1039/C7SE00535K      [本文引用: 1]

CHENG H N , NEISS T G .

Solution NMR spectroscopy of food polysaccharides

[J]. Polym Rev, 2012, 52 (2): 81- 114.

DOI:10.1080/15583724.2012.668154      [本文引用: 2]

LV W , LIAO Y H , ZHU Y T , et al.

The effect of Ru/C and MgCl2 on the cleavage of interand intra-molecular linkages during cornstalk hydrolysis residue valorization

[J]. Cellulose, 2020, 27 (2): 799- 823.

DOI:10.1007/s10570-019-02799-x      [本文引用: 1]

ZHANG X Q , CHEN M J , WANG H H , et al.

Characterization of xylan-graft-polycaprolactone copolymers prepared in ionic liquid

[J]. Ind Eng Chem Res, 2015, 54, 6282- 6290.

DOI:10.1021/acs.iecr.5b01323      [本文引用: 1]

TAN J , LIU Q Y , CHEN L G , et al.

Efficient production of ethyl levulinate from cassava over Al2 (SO4)3catalyst in ethanol-water system

[J]. J Energy Chem, 2017, 26, 115- 130.

DOI:10.1016/j.jechem.2016.08.004      [本文引用: 3]

ZHU C H , WANG H Y , CAI C L , et al.

Tandem conversion of fructose to 2, 5-dimethylfuran with the aid of ionic liquids

[J]. ACS Sustainable Chem Eng, 2019, 7 (19): 16026- 16040.

DOI:10.1021/acssuschemeng.9b02614      [本文引用: 1]

DU X N , WANG W , LEI W .

The prospect application and development of stable isotope labeling reagent

[J]. Chemical Reagent, 2015, 37 (9): 769- 775.

URL     [本文引用: 1]

杜晓宁, 王伟, 雷雯.

稳定性同位素标记试剂的研发及应用展望

[J]. 化学试剂, 2015, 37 (9): 769- 775.

URL     [本文引用: 1]

CHOUDHARY V , PINAR A B , LOBO R F , et al.

Comparison of homogeneous and heterogeneous catalysts for glucose-to-fructose isomerization in aqueous media

[J]. Chemsuschem, 2013, 6 (12): 2369- 2376.

DOI:10.1002/cssc.201300328      [本文引用: 1]

SHIN S J , CHO N S .

Conversion factors for carbohydrate analysis by hydrolysis and 1H-NMR spectroscopy

[J]. Cellulose, 2008, 15 (2): 255- 260.

DOI:10.1007/s10570-007-9156-6      [本文引用: 1]

ZHENG Q K , DONG Q S .

Structural analysis of lignins from three different sourses

[J]. Journal of Wei Fang University, 2011, 11 (6): 58- 61.

DOI:10.3969/j.issn.1671-4288.2011.06.015      [本文引用: 1]

郑秋闿, 董庆顺.

三种不同来源木质素的结构分析

[J]. 潍坊学院学报, 2011, 11 (6): 58- 61.

DOI:10.3969/j.issn.1671-4288.2011.06.015      [本文引用: 1]

YIN T P , LUO Z H , CAI L , et al.

Research progress and NMR spectral features of natural C19-diterpenoid alkaloids

[J]. Chinese J Magn Reson, 2019, 36 (1): 113- 126.

URL     [本文引用: 1]

尹田鹏, 罗智慧, 蔡乐, 等.

天然C19-二萜生物碱的研究进展及其核磁共振波谱特征

[J]. 波谱学杂志, 2019, 36 (1): 113- 126.

URL     [本文引用: 1]

XU F , ZHAO H , ZHAO G J , et al.

Chemical characteristic of organosolv lignins from wheat straw

[J]. Transactions of China Pulp and Paper, 2007, 22 (4): 23- 27.

DOI:10.3321/j.issn:1000-6842.2007.04.006      [本文引用: 1]

许凤, 赵红, 赵广杰, 等.

有机溶剂法麦草木质素的化学特性研究

[J]. 中国造纸学报, 2007, 22 (4): 23- 27.

DOI:10.3321/j.issn:1000-6842.2007.04.006      [本文引用: 1]

ZHANG T , BAI F D , LI Z , et al.

Extraction methods of lignin from fermentation residue

[J]. Chemical Research and Application, 2018, 30 (6): 901- 906.

DOI:10.3969/j.issn.1004-1656.2018.06.006      [本文引用: 1]

张通, 白富栋, 李政, 等.

酶解秸秆残渣中木质素提取方法的研究

[J]. 化学研究与应用, 2018, 30 (6): 901- 906.

DOI:10.3969/j.issn.1004-1656.2018.06.006      [本文引用: 1]

LIU Q Y , WANG H Y , XIN H , et al.

Selective cellulose hydrogenolysis to ethanol using Ni@C combined with phosphoric acid catalysts

[J]. ChemSusChem, 2019, 12 (17): 3977- 3987.

DOI:10.1002/cssc.201901110      [本文引用: 3]

HALLERAKER H V , GHOREISHI S , BARTH T .

Investigating reaction pathways for formic acid and lignin at HTL conditions using 13C-labeled formic acid and 13C NMR

[J]. Results in Chemistry, 2020, 2, 100019.

DOI:10.1016/j.rechem.2019.100019      [本文引用: 1]

XIE Y M , JIANG C , LIU Y C .

Study on formation mechanism of lignin dehydrogenation polymer-glucose complex

[J]. China Pulp and Paper, 2020, 39 (4): 27- 33.

[本文引用: 1]

谢益民, 蒋晨, 刘雁超.

木素脱氢聚合物-葡萄糖复合体形成机理的研究

[J]. 中国造纸, 2020, 39 (4): 27- 33.

[本文引用: 1]

YOSHIHIROSANO , TAKAOKISHIMOTO .

Delignification mechanism during high-boiling solvent pulping.Ⅴ. Reaction of nonphenolic β-O-4 model compounds in the presence and absence of glucose

[J]. J Wood Chem Technol, 2003, 23 (3-4): 279- 292.

DOI:10.1081/WCT-120026992      [本文引用: 1]

WEN J L , SUN S L , XUE B L , et al.

Quantitative structures and thermal properties of birch lignins after ionic liquid pretreatment

[J]. J Agr Food Chem, 2013, 61 (3): 635- 645.

DOI:10.1021/jf3051939      [本文引用: 1]

LIU C F , SUN R C , YE J .

Application of CP/MAS 13C-NMR spectroscopy in the study of lignocellulosic materials

[J]. Transactions of China Pulp and Paper, 2005, 20 (2): 184- 188.

DOI:10.3321/j.issn:1000-6842.2005.02.043      [本文引用: 1]

刘传富, 孙润仓, 叶君.

固体核磁CP/MAS 13C-NMR在植物纤维原料研究中的应用

[J]. 中国造纸学报, 2005, 20 (2): 184- 188.

DOI:10.3321/j.issn:1000-6842.2005.02.043      [本文引用: 1]

LIANG L X , DENG F , HOU G J , et al.

Quantitative cross polarization magic-angle spinning NMR spectroscopy in solids

[J]. Chinese J Magn Reson, 2020, 37 (1): 1- 15.

URL     [本文引用: 1]

梁力鑫, 邓风, 侯广进, 等.

固体核磁共振魔角旋转条件下的定量交叉极化技术(英文)

[J]. 波谱学杂志, 2020, 37 (1): 1- 15.

URL     [本文引用: 1]

CHEN L , ZHANG Q , MENG X S , et al.

CP/MAS 13C NMR and SEM characterization of corn stover lignin degradation

[J]. Chemistry and Bioengineering, 2013, 30 (6): 75- 78.

URL     [本文引用: 1]

陈琳, 张全, 孟雪松, 等.

玉米秸秆木质素降解过程的CP/MAS 13CNMR和SEM表征

[J]. 化学与生物工程, 2013, 30 (6): 75- 78.

URL     [本文引用: 1]

EVSTIGNYEV E I , MAZUR A S , KALUGINA A V , et al.

Solid-state 13C CP/MAS NMR for Alkyl-O-Aryl bond determination in lignin preparations

[J]. J Wood Chem Technol, 2018, 38 (2): 137- 148.

DOI:10.1080/02773813.2017.1393436      [本文引用: 1]

CHENG H N , BISWAS A .

Chemical modification of cotton-based natural materials: Products from carboxymethylation

[J]. Carbohyd Polym, 2011, 84 (3): 1004- 1010.

DOI:10.1016/j.carbpol.2010.12.059      [本文引用: 1]

YU Q , ZHU Y P , BIAN S X , et al.

Structural characteristics of corncob and eucalyptus contributed to sugar release during hydrothermal pretreatment and enzymatic hydrolysis

[J]. Cellulose, 2017, 24, 4899- 4909.

DOI:10.1007/s10570-017-1485-5      [本文引用: 1]

CADE-MENUN , BARBARA J .

Improved peak identification in 31P-NMR spectra of environmental samples with a standardized method and peak library

[J]. Geoderma, 2015, 257-258, 102- 114.

DOI:10.1016/j.geoderma.2014.12.016      [本文引用: 1]

MENG X Z , CRESTINI C , BEN H X , et al.

Determination of hydroxyl groups in biorefinery resources via quantitative 31P NMR spectroscopy

[J]. Nat Protoc, 2019, 14, 2627- 2647.

DOI:10.1038/s41596-019-0191-1      [本文引用: 3]

WEN J L , YUAN T Q , SUN S L , et al.

Understanding the chemical transformations of lignin during ionic liquid pretreatment

[J]. Green Chem, 2013, 16 (1): 181- 190.

[本文引用: 1]

ARGYROPOULOS D S , Li H Y , GASPAR A R , et al.

Quantitative 31P NMR detection of oxygen-centered and carbon-centered radical species

[J]. Bioorg Med Chem, 2006, 14 (12): 4017- 4028.

[本文引用: 1]

CHEN T Y , WANG B , WU Y Y , et al.

Structural variations of lignin macromolecule from different growth years of triploid of Populus tomentosa Carr.

[J]. Int J Biol Macromol, 2017, 101, 747- 757.

URL     [本文引用: 1]

LAGERQUIST L , RAHKILA J , EKLUND P .

Utilization of 31P PULCON for quantitative hydroxyl group determination in lignin by NMR spectroscopy

[J]. ACS Sustainable Chem Eng, 2019, 7 (9): 9002- 9006.

URL     [本文引用: 2]

XIAO H H , LV J , MOK D , et al.

NMR applications for botanical mixtures: The use of HSQC data to determine lignan content in sambucus williamsii

[J]. J Nat Prod, 2019, 82 (7): 1733- 1740.

URL     [本文引用: 1]

ZHAO C K , HUANG J T , YANG L J , et al.

Revealing structural differences between alkaline and kraft lignins by HSQC NMR

[J]. Ind Eng Chem Res, 2019, 58, 5707- 5714.

URL     [本文引用: 1]

WEN J L , CHEN T Y , SUN R C .

Research progress on separation and structural analysis of lignin in lignocellulosic biomass

[J]. Journal of Forestry Engineering, 2017, 2 (5): 76- 84.

URL     [本文引用: 1]

文甲龙, 陈天影, 孙润仓.

生物质木质素分离和结构研究方法进展

[J]. 林业工程学报, 2017, 2 (5): 76- 84.

URL     [本文引用: 1]

LIU J , ZHU Y T , LV W , et al.

Characterization of structural changes in lignin from biomass oxidation during formic acid production

[J]. Advances in New and Renewable Energy, 2019, 7 (3): 207- 215.

URL     [本文引用: 1]

刘竞, 朱妤婷, 吕微, 等.

氧化生物质制备甲酸过程中木质素结构变化的表征

[J]. 新能源进展, 2019, 7 (3): 207- 215.

URL     [本文引用: 1]

LI B Y , ZHAN H Y , LIANG C , et al.

Analysis of lignin structure in bambusa chungii SCMP by 2D NMR

[J]. Paper Science & Technology, 2010, 29 (5): 62- 66.

URL     [本文引用: 1]

李兵云, 詹怀宇, 梁辰, 等.

粉丹竹SCMP木素结构的2D NMR分析

[J]. 造纸科学与技术, 2010, 29 (5): 62- 66.

URL     [本文引用: 1]

LV W , SI Z , TIAN Z P , et al.

Synergistic effect of EtOAc/H2O biphasic solvent and Ru/C catalyst for cornstalk hydrolysis residue depolymerization

[J]. ACS Sustainable Chem Eng, 2017, 5 (4): 2981- 2993.

URL     [本文引用: 3]

WEN J L , SUN S L , XUE B L , et al.

Recent advances in characterization of lignin polymer by solution-state nuclear magnetic resonance (NMR) methodology

[J]. Materials, 2013, 6 (1): 359- 391.

URL     [本文引用: 1]

DELRIO J C , RENCORET J , MARQUES G , et al.

Structural characterization of the lignin from jute (corchorus capsularis) fibers

[J]. J Agr Food Chem, 2009, 57 (21): 10271- 10281.

URL     [本文引用: 1]

YANG S , YUAN T Q , SUN R C .

Structural elucidation of whole lignin in cell walls of triploid of populus tomentosa carr

[J]. ACS Sustainable Chem Eng, 2015, 4 (3): 1006- 1015.

[本文引用: 1]

LIN Y , KING J Y , KARLEN S D , et al.

Using 2D NMR spectroscopy to assess effects of UV radiation on cell wall chemistry during litter decomposition

[J]. Biogeochemistry, 2015, 125 (3): 427- 436.

DOI:10.1007/s10533-015-0132-1      [本文引用: 1]

MORI T , TSUBOI Y , ISHIDA N , et al.

Multidimensional high-resolution magic angle spinning and solution-state NMR characterization of 13C-labeled plant metabolites and lignocellulose

[J]. Sci Rep, 2015, 5 (1): 11848.

URL     [本文引用: 4]

/

〈 〉

网站设计版权所有 © 2017 《波谱学杂志》编辑部
地址：湖北省武汉市武昌区小洪山西30号 中科院精密测量科学与技术创新研究院波谱楼 《波谱学杂志》编辑部
邮编：430071　电话/传真：(086)027－87198791   E-mail: magres@wipm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发