淀粉自由基的发光现象研究

论文摘要

天然高分子（淀粉、纤维素、壳聚糖）接枝共聚物是天然高分子深加工领域中的高科技产品。它是天然高分子经引发剂引发成自由基后,再与具有不饱和键的单体起连锁反应,接枝共聚形成的一种新型合成物。自由基是由于分子在物理或化学因素作用下产生含有一个或一个以上的不配对电子,处于一种不稳定的高能激发态。目前检测淀粉工业中检测自由基含量的方法都不能随时检测反应过程中自由基的含量,制约了变性淀粉工业的发展。由于天然高分子接枝共聚反应中产生的自由基具有发光特性,为实现淀粉接枝共聚反应的随时检测监控及自动控制提供了条件,为实现这一目的,对淀粉自由基发光规律的实验与理论研究显得由为重要与紧迫。本学位论文使用物理方法,用MPL-A多参数化学发光分析系统检测了由Mn+3引发的淀粉自由基的光子辐射强度变化曲线,阐述了自由基光子辐射强度的变化规律;为了寻找Mn+3引发的淀粉自由基的弛豫发光规律和淀粉自由基湮没规律间的关系,作者选取了几条典型衰减函数与发光曲线进行拟合;通过对各次拟合的参数的比较和物理意义分析,作者发现用logistic模型描述其弛豫发光规律能更好的解释相关现象与数据,并通过分析得出公式中x0即为自由基的半衰期,A1为x→0时样品的光子辐射强度,A2表示x→+∞时样品的光子辐射强度,P为发光样品中影响自由基湮灭因素的系数表示。在前面的研究基础上,根据Arrhenius方程与自由基发光理论,本文推导出了单位质量淀粉自由基光子辐射强度与反应温度之间的关系方程,给出了方程中各系数的物理意义与测量方法,然后又用MPL-A多参数化学发光分析系统测得不同温度时对应的自由基光子辐射强度,并用方程对实验值进行拟合,我们对结果进行了比较分析,找到了导致实验值与理论值存在差异的原因,并给出了合理的解释,说明用此方程描述自由基光子辐射强度与反应温度之间的关系是合理可靠的。为了进一步从理论上论证淀粉自由基的变化规律,本文又根据化学发光的动力学模型,建立了淀粉自由基的发光动力学方程,并根据自由基光子辐射强度与自由基浓度的关系,通过分析得到了淀粉自由基的湮灭方程,得到了光强随时间的变化函数。通过拟合发现,函数在不同温度下随时间的变化曲线与实验曲线的相关系数都在0.98以上,能很精确的刻画自由基的弛豫发光规律。由于淀粉自由基光子辐射强度很弱,直接测量其发射光谱非常困难,本文试图为淀粉自由基的光谱研究提供前期实验基础,选择了跟淀粉工业密切相关的产品（白酒）进行了光谱研究,本文对当前市场上比较流行的洋河蓝色经典系列白酒（梦之蓝、天之蓝、海之蓝）进行了比较研究,测定了三种酒的吸收光谱、三维荧光光谱。实验结果表明,梦之蓝、天之蓝、海之蓝有着特有的吸收光谱和荧光光谱:吸收光谱表明,三种酒在212nm和275nm有较强烈的吸收,但吸收强度不同;荧光光谱表明,在245nm的近紫外光激发下,三种酒在310nm、420nm和610nm附近都有明显的荧光发射,但强度各自不同;当激发波长增大为310nm和345nm时,依然有两个荧光峰产生,强度差别依然很大。据此,本文对五个典型的荧光峰的产生机理做了详细的分析,给出了合理的解释。本研究可以快速准确的区分三种洋河酒及其品质,为白酒的品质检测和品牌识别提供一种崭新的途径,更为后续的淀粉自由基发射光谱研究提供了实验数据。本研究丰富了自由基发光的理论,从理论上推导出了淀粉自由基的弛豫发光所遵循的规律,为淀粉自由基湮灭规律提供了数学模型,并且测量了淀粉工业的重要产品白酒的光谱。本研究论文是光电检测技术在淀粉工业中的新的应用,为进一步对自由基发光机理与规律的研究、生物超弱发光研究提供理论与实验上的参考,为淀粉自由基发射光谱以及自由基的其他方面的后续研究提供了实验基础,更为实现变性淀粉工业中的自动控制提供了思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 淀粉自由基发光国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 自由基的物理化学性质和实验仪器
• 2.1 自由基发光基本原理及探测技术的发展
• 2.2 自由基发光研究的实验设备
• 2.3 光谱研究的实验设备
• 2.4 实验所用样品
• 2.5 实验样品的发光测量
• 第三章 自由基发光衰减规律的拟合结果分析
• 3.1 不同温度下淀粉及自由基的发光值
• 3.2 自由基的发光衰减规律的拟合
• 3.3 拟合结果的分析与选择
• 3.4 本章小结
• 第四章 淀粉自由基的光子辐射强度与反应温度的关系研究
• 4.1 单位自由基发光值的测量
• 4.2 淀粉自由基发光值与温度关系的讨论
• 4.3 本章小结
• 第五章 淀粉自由基弛豫发光结果研究
• 5.1 实验方法与研究对象
• 5.2 自由基变化规律方程的建立
• 5.3 本章小结
• 第六章 洋河蓝色经典系列酒的三维荧光光谱研究
• 6.1 实验装置和实验方法
• 6.2 三种洋河酒的吸收与荧光光谱测量
• 6.3 三种酒的吸收光谱与荧光光谱分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文清单