The quantification of quinones in wood pulps

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2010
Major/Subject
Puunjalostuksen kemia
Mcode
Puu-19
Degree programme
Language
en
Pages
iv + 94 + [16]
Series
Abstract
The colour of pulp derives from chromophoric structures which are present in wood and composed during pulping and bleaching. Ortho- and para-quinones are important and highly colored chromophoric compounds. Quinones exist in small quantities in the wood lignin. The contribution of quinones on color of lignin can be studied more efficiently if quinone content is measured. The quinone content is important information for the modelling research of the color of pulp. Furthermore, the quinone content is useful information when studying the reasons of color change of native wood material. The use of UVRR and UV-Vis reflectance methods in the quinone content determination were studied. The UVRR method is based on the separate location of o-quinone band (1702 cm<sup>-1</sup>) in the UVRR spectrum. The UV-Vis reflectance method is based on phenazine derivatization of quinone structures. UV/Vis reflectance spectra of formed phenazine structures were recorded from the hand sheets against white and black reference background in order to calculate the spectrum for the infinitely thick sample. Kubelka-Munk equation was applied for the conversion of the spectrum into an absorbance (k/s) spectrum, which is linearly proportional to concentrations. The absorbance of derived quinone is stronger compared to the absorbance of untreated quinone. The reaction was found to take place with both o-quinones and p-quinones. The reaction rate of p-quinone was lower. The used absorbance (k/s) value of derived quinone (505 nm) is in separate band area. The calibration curves with quinone model compounds and filter paper as a model compound of pulp was performed with both methods. The attempt to develop the determination of quinone content of mill pulp samples by the UVRR method failed because the interfering influence of lignin was too strong. The quinone content determination of mill pulp samples by UV-Vis reflectance method was performed by impregnation of quinone model compound (internal standards) and phenazine reagents on mill pulp hand sheet samples.

Selluloosan väri johtuu puussa olevista ja sellunkeitossa ja valkaisussa syntyvistä kromoforisista rakenteista. Orto- ja para-kinonit ovat tärkeitä ja voimakkaan värisiä kromoforisia yhdisteitä. Puun ligniini sisältää pieniä määriä kinoneita. Kinonien vaikutuksen tutkiminen ligniinin värin osalta olisi helpompaa, jos kinonipitoisuus voitaisiin määrittää. Kinonipitoisuuden tunteminen on tärkeää, kun yritetään mallintaa tieteellisesti selluloosan väriä. UVRR- ja UV-Vis-heijastusspektroskopian hyödyntämistä tutkittiin kinonien määrittämiseksi. UVRR-menetelmä perustuu o-kinoni juovan (1702 cm<sup>-1</sup>) matriisista erottuvaan sijaintiin UVRR spektrissä. UV-Vis refiektanssi menetelmä perustuu kinonirakenteiden fenatsiiniderivointiin. Muodostuneiden fenatsiinirakenteiden UV-Vis heijastusspektrit mitattiin mustaa ja valkoista taustaa vasten, jotta voitiin laskea spektri äärettömän paksulle näytteelle. Kubelka-Munkin yhtälöä käytettiin mitattujen spektrien muuntamisessa absorbanssi spektreiksi (k/s), jotka ovat lineaarisessa suhteessa tutkittuihin konsentraatioihin. Derivoidun kinonin absorbanssi on voimakkaampi kuin derivoimattoman kinonin absorbanssi. Fenatsiinireaktio tapahtui o-kinonin lisäksi myös p-kinonilla. P-kinonin fenatsiinireaktio oli hitaampi. Määrityksessä käytetty derivoidun kinonin absorptio arvo (k/s) (505 nm) oli hyvin erottuvalla alueella spektrissä. Impregnoiduilla ja derivoiduilla kinonien malliaineilla ja suodatinpaperilla tehdyt kalibrointisuorat onnistuivat molemmilla mittausmenetelmillä. UVRR-mittauksiin perustuvaa kinonien määritysmenetelmää ei saatu toimimaan johtuen ligniinin voimakkaasti häiritsevästä vaikutuksesta spektrissä. Tehdasmassojen kinonipitoisuuden määrittäminen UV-Vis-heijastusmenetelmällä toteutettiin impregnoimalla fenatsiinikemikaaleja ja kinonin malliainetta (sisäinen standardi) selluarkin pinnalle.
Description
Supervisor
Vuorinen, Tapani
Thesis advisor
Jääskeläinen, Anna-Stiina
Keywords
Quinone, kinoni, UVRR spectroscopy, UVRR-spektroskopia, UV-Vis, UV-Vis heijastusspektroskopia, reflectance spectroscopy
Other note
Citation