Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Optimering av 31P-NMR spektroskopi för analys av hydroxylgrupper i lignin
KTH, School of Engineering Sciences in Chemistry, Biotechnology and Health (CBH).
2018 (Swedish)Independent thesis Basic level (professional degree), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Optimization of 31P NMR spectroscopy for analysis of hydroxyl groups in lignin (English)
Abstract [sv]

Lignin är en restprodukt från massaindustrin som har stor potential för vidareanvändning i bland annat materialutveckling. För att utreda möjliga användningsområden för ett specifikt lignin är det viktigt att ha kunskap om ligninets molekylstruktur och bindningar. 31P-NMR spektroskopi kan användas som analysmetod för kvantifiering av hydroxylgrupperna hos lignin. Vid användning av 31P-NMR spektroskopi måste ligninprovet först derivatiseras med ett derivatiserings-reagens innehållande fosfor. Till analyserna behövs en lämplig intern standard för att kunna beräkna halten av de olika strukturelementen i lignin.

RISE Research Institutes of Sweden ville se om det gick att komplettera analyserna av lignins struktur med hjälp av ett nytt derivatiserings-reagens, DR(I) (2-chloro-1,3,2-dioxaphospholane). Tidigare har derivatiserings-reagenset DR(II) (2-chloro-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaphospholane) använts. Det nya derivatiserings-reagenset DR(I) har en liknande struktur men är en mindre molekyl och förväntades därför kunna analysera fler strukturelement som tidigare inte kunnat påvisas.

Projektet har undersökt 10 olika interna standarder med DR(I) i syfte att hitta den bästa interna standarden. Den första som undersöktes är den som används med DR(II), N-hydroxy-5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid imine. Av de undersökta interna standarderna är tre tagna från tidigare litteratur och sex är tidigare helt obeprövade. Samtliga undersöktes både som blankprov och med ett utvalt barrveds-kraftlignin.

N-hydroxy-1,8-naftalimid (intern standard 4) var bäst baslinjeupplöst men inte tillräckligt stabil för att kunna användas som intern standard. Bisfenol-A (intern standard 3) var den interna standard som var den mest stabila och alla stabilitetstest utfördes med denna interna standard som referens.

Av de tidigare obeprövade interna standarderna är det endast N-hydroxysuccinimide (intern standard 5) som kan användas som intern standard, dock är den inte tillräckligt stabil.

N-hydroxy-5-norborene-2,3-dicarboxylic acid imine (intern standard 1) ansågs vara den bäst lämpade interna standarden. Denna prövades med olika typer av kraftlignin; barrveds-kraftlignin, lövveds-kraftlignin samt ett blandlignin. Den undersöktes även med ”milled wood lignin”. För detta lignin var det uppenbart att den valda interna standarden inte var helt optimal. En annan intern standard med bättre baslinjeupplösning skulle vara ett bättre alternativ för ”milled wood lignin”.

Relaxationstiden mättes även för intern standard 1 och de olika strukturerna i ligninet.

RISE Research Institutes of Sweden kan använda DR(I) som komplement till den nuvarande analysen med DR(II) vid beräkning av mängden av de sekundära alifatiska grupperna. En uppdelning av de olika formerna (erythro och threo) av den vanligaste bindningen hos lignin, β-O-4-bindningen, går också att urskilja. Eftersom denna bindning bryts i sulfatmassaprocessen är signalen svag, vilket gör att en uppdelning av erythro och threo vid beräkningarna av hydroxylgrupperna inte är relevant.

Abstract [en]

Lignin is a residue from the pulp industry, which has great potential for further use, including material development. To investigate possible uses for a specific lignin, it is important to have knowledge of the lignin's molecular structure. 31P NMR spectroscopy can be used when quantifying the hydroxyl groups of lignin. When using 31P NMR spectroscopy, the lignin sample must be derivatized with a phosphorous reagent. The analysis requires an appropriate internal standard to calculate the amount of the different structural elements in lignin.

RISE Research Institutes of Sweden wishes to complement the analyzes of lignin structures using a new derivatization reagent, DR(I) (2-chloro-1,3,2-dioxaphospholane). Previously, the derivatization reagent DR(II) (2-chloro-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaphospholane) has been used. The new derivatization reagent DR(I) has a similar structure but is a smaller molecule.

In this report, 10 different internal standards have been examined with DR(I) to find the most suitable one. The first internal standard, N-hydroxy-5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid imine, was used with DR(II). Three internal standards were from articles and six were previously unexamined. All of these were first tested as blanks without lignin and then with a selected softwood lignin.

N-hydroxy-1,8-naphthalimide (internal standard 4) showed the best resolution but was not stable enough to be used as an internal standard. Bisphenol A (internal standard 3) was the most stable derivatized internal standard and the stability tests were performed with this internal standard as a reference.

Of the previously unexamined internal standards, N-hydroxysuccinimide (internal standard 5) was the only appropriate internal standard to use. However, it was not as stable as N-hydroxy-5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid imine (internal standard 1), which was found to be the most suitable internal standard.

N-hydroxy-5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid imine (internal standard 1) was examined with different types of kraft lignin; softwood kraft lignin, hardwood kraft lignin and a mixture kraft lignin. N-hydroxy-5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid imine was also investigated with "milled wood lignin". For ”milled wood lignin” it became obvious that the resolution of the selected internal standard can be improved. Another internal standard that has not been examined in this report could be a better option.

The relaxation time was also determined for N-hydroxy-5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid imine and the different hydroxyl groups of lignin.

RISE Research Institutes of Sweden can use DR(I) in analysis of kraft lignin as a complement to the currently used method with DR(II) for calculating the amount of secondary aliphatic groups. A differentiation of erythro and threo of the most common binding (β-O-4) can also be noted with these lignins with DR(I). Since this bond is broken to a large extent in the kraft process, the signal is week. This means that when calculating the hydroxyl groups, a separation of erythro and threo is not relevant.

Place, publisher, year, edition, pages
2018.
Keywords [en]
31P NMR, lignin, kraft lignin, internal standard, hydroxyl groups
National Category
Chemical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-223987OAI: oai:DiVA.org:kth-223987DiVA, id: diva2:1188966
Educational program
Bachelor of Science in Engineering - Chemical Engineering
Available from: 2018-03-09 Created: 2018-03-09 Last updated: 2018-03-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(6086 kB)26 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 6086 kBChecksum SHA-512
979e0538226d84dbdd95572a6412d7dd0e5eddd1fc3937a714283404885391974484a1b0923928731ed99926b8b175c2edd3c3e5274ba81ea570b07182cbe19b
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Engineering Sciences in Chemistry, Biotechnology and Health (CBH)
Chemical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 26 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 61 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf