طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز روشی برای شناسایی و تفکیک الیافِ گیاهان غیرچوبی کتان، شاهدانه، کنف و پنبه

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 0.2 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.

ftir-atr spectroscopy: the method for identifying and separating the fibers of non-woody plants such as flax, hemp, kenaf and cotton

problem definition and objectives: the non-woody plant fibers such as flax, hemp, and kenaf are always investigated due to their morphological similarities and sometimes variable values ​​obtained from microchemical tests. this study aims to evaluate the chemical composition ratio between the amounts of lignin, cellulose, and organic compounds and to investigate the differences between wood and bast fibers, bast fibers, and lignin extracted from flax, hemp, and kenaf and cotton fibers.methodology: for this purpose, in addition to library studies, laboratory and instrumental methods were also used. four flax, hemp, kenaf, and cotton plants were collected from different regions of iran and were classified and tested in four groups: a) stem (total wood and bast fibers), b) bast fibers, c) lignin, and d) cotton fibers. to obtain lignin from three flax, hemp, and kenaf plants, wood flour was prepared using the mwl method. these flours were extracted separately with a dioxane:water solution (v/v 1:9, ml/g 10) containing 0.2 m/l hcl in 3 stages for 24h by immersion method at 40 °c in a shaker. the solution was concentrated after filtration in a vacuum environment at 60 °c to a volume of 20 ml. the precipitated lignin was washed several times with distilled water, first in an oven at 60 °c and then in a freeze dryer. finally, all four groups were examined using ftir-atr spectroscopy method and compared with the garside diagram.results: the findings from the ftir-atr method have shown the same structures for the four plants above. but there is only the intensity factor in these compounds that shows their difference. therefore, the ratio of the intensity values ​​of the aromatic vibrations of the c=c bonds of lignin in the region of 1595 cm -1 to the intensity values ​​of the vibrations of the ether glyoxyde bonds c-o-c in the region of 1105 cm -1, which are representative of polysaccharides (abundant amount of cellulose), and the intensity of the c-h stretching vibrations in the region of 2900 cm -1, which is representative of all organic materials, was evaluated. the study of the ratio of lignin to the amount of cellulose and the same amount of lignin to the amount of organic compounds in the fibers of flax, hemp, kenaf and cotton plants determines unique points for each plant that are separate even with the amounts of bast fibers separated from the stems of flax, hemp and kenaf plants and have an upper trend along the diagonal axis. so that the fibers with the lowest amount of lignin are closer to the center of intersection of the two axes and have a lower height from the two horizontal and vertical axes and are observed among cotton fibers and flax bast fibers. on the other hand, with increasing height from the two axes, the amount of lignin increases and the plant fibers move more towards lignification, which is observed in the kenaf stem and its bast fibers. the points on the graph show that the decrease in the amount of lignin of the bast fibers is relative to the total stem fibers (wood fiber + skin + companion cells) of each plant, and only the bast fibers of the kenaf plant do not follow this rule and show a higher amount of lignin compared to the small amounts of cellulose and organic compounds equal to this plant. also, the amounts of lignin-rich extracts in each plant produce specific and distinct points from each plant, which are in order from the lowest to the highest amount of lignin for cotton, flax, hemp, and finally kenaf.