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第1篇 生物质化学实验技术基础1

第1章 生物质化学实验室安全与防护1

1.1化学实验室安全使用规则1

1.2化学实验意外事故的紧急处理2

1.3实验室安全用电与灭火常识3

1.3.1实验室安全用电3

1.3.2实验室灭火常识3

1.4危险化学品的使用4

1.4.1危险化学品分类4

1.4.2危险化学品储存4

1.5实验室废弃物的处理5

1.5.1实验室废弃物的收集、存放5

1.5.2实验室废弃物的处理方法5

第2章 常用仪器和试剂7

2.1常用玻璃仪器7

2.1.1玻璃仪器种类7

2.1.2玻璃仪器洗涤13

2.1.3玻璃仪器干燥与存放15

2.2常用实验设备16

2.2.1电子天平16

2.2.2搅拌器18

2.2.3加热设备19

2.2.4循环水真空泵21

2.2.5pH计22

2.2.6干燥箱24

2.2.7粉碎机27

2.2.8离心机28

2.2.9马弗炉28

2.2.10超声波清洗器30

2.2.11高压灭菌锅31

2.2.12恒温摇床33

2.2.13恒温恒湿培养箱34

2.2.14超净工作台34

2.2.15光学显微镜35

2.3化学试剂一般知识36

2.3.1试剂分类36

2.3.2试剂包装与储存37

2.3.3试剂取用方法38

2.4水和常用气体39

2.4.1实验室用水39

2.4.2气体的获得与纯化41

第3章 生物质化学实验基础操作46

3.1配制标准溶液46

3.1.1配制原料46

3.1.2使用仪器46

3.1.3配制步骤46

3.1.4注意事项46

3.2加热与冷却47

3.2.1加热方法47

3.2.2冷却方法49

3.3溶解、蒸发和结晶50

3.3.1溶解50

3.3.2蒸发50

3.3.3结晶51

3.4过滤和洗涤51

3.4.1普通过滤52

3.4.2减压过滤53

3.4.3保温过滤53

3.4.4离心分离54

3.5烘干和灼烧54

3.6蒸馏55

3.6.1常压蒸馏55

3.6.2减压蒸馏57

3.6.3水蒸气蒸馏58

3.6.4分馏60

3.7萃取62

3.7.1液-液萃取62

3.7.2液-固萃取63

3.8滴定分析64

3.8.1仪器装置64

3.8.2操作方法65

3.8.3注意事项65

第4章 试样的采集与制备67

4.1固体试样的采集与制备67

4.1.1采样目的67

4.1.2采样原则67

4.1.3采样方案67

4.1.4固体试样的制备69

4.2液体试样的采集71

4.2.1液体试样采集的有关知识71

4.2.2液体试样的采集方法72

4.3气体试样的采集74

4.3.1气体试样采集的器具75

4.3.2气体试样的采集方法77

第5章 化学实验数据记录与处理79

5.1数据记录与处理79

5.1.1实验数据表达方式79

5.1.2有效数字及运算法则80

5.1.3误差及表征81

5.2计算机软件在数据处理中的应用83

5.2.1 Excel在数据处理中的应用83

5.2.2 Origin在数据处理中的应用84

5.2.3 ChemOffice在数据处理中的应用85

5.2.4 Design-Expert在响应曲面法中的应用85

参考文献86

第2篇 生物质化学实验与分析技术88

第6章 生物质资源化学分析技术88

6.1针阔叶材的细胞形态88

6.1.1木材纤维原料的生物结构及细胞形态88

6.1.2实验技术92

6.2木材细胞的分离和纤维细胞的测定93

6.2.1实验目的93

6.2.2实验材料93

6.2.3实验方法93

6.2.4纤维细胞长度和宽度93

6.2.5绘制试材纤维细胞形态图93

6.3生物质试材采集及分析用试样的制备93

6.3.1试材的采集93

6.3.2试样的制备94

6.3.3生物质分析实验94

6.4生物质水分测定94

6.4.1水分测定目的94

6.4.2水分测定原理94

6.4.3测定仪器和试剂95

6.4.4测定方法和计算95

6.5生物质灰分测定95

6.5.1灰分测定目的95

6.5.2灰分测定原理95

6.5.3测定仪器和试剂95

6.5.4灰分测定方法和计算95

6.5.5灰分测定注意事项96

6.6甲苯-醇抽提物测定96

6.6.1抽提物实验目的96

6.6.2抽提原理96

6.6.3实验仪器和试剂96

6.6.4测定方法和计算96

6.6.5注意事项97

6.7纤维素含量测定97

6.7.1纤维素含量测定实验目的97

6.7.2纤维素含量测定原理97

6.7.3实验仪器和试剂97

6.7.4测定方法及计算98

6.7.5注意事项98

6.8综纤维素含量测定98

6.8.1综纤维素含量测定目的98

6.8.2综纤维素含量测定原理98

6.8.3实验仪器和试剂99

6.8.4测定方法和计算99

6.8.5注意事项99

6.9木质素含量测定99

6.9.1木质素含量测定目的99

6.9.2木质素含量测定原理99

6.9.3实验仪器和试剂100

6.9.4测定方法和计算100

6.9.5注意事项100

6.10木质素显色反应101

6.10.1木质素显色反应实验目的101

6.10.2木质素显色反应原理101

6.10.3实验仪器和试剂101

6.10.4测定方法101

6.11戊聚糖含量测定101

6.11.1戊聚糖含量测定目的101

6.11.2戊聚糖含量测定原理101

6.11.3实验仪器和试剂102

6.11.4测定方法和计算103

6.11.5注意事项103

6.12生物质pH值测定104

6.12.1生物质pH值测定目的104

6.12.2生物质pH值测定原理104

6.12.3实验仪器和试剂104

6.12.4测定方法104

6.12.5注意事项105

6.13黏度法测定植物纤维素聚合度105

6.13.1植物纤维素聚合度测定目的105

6.13.2植物纤维素聚合度测定原理105

6.13.3实验仪器和试剂105

6.13.4测定方法与计算106

6.13.5注意事项106

6.14可溶性木质素含量测定方法107

6.14.1可溶性木质素测定原理107

6.14.2可溶性木质素测定步骤107

第7章 生物质化工综合实验技术112

7.1植物细胞内含物有效组分的定性预试112

7.1.1定性预试验目的112

7.1.2定性预试验原理112

7.1.3实验仪器和试剂112

7.1.4实验方法113

7.2松香、松节油国标测定116

7.2.1松香松节油测定实验目的116

7.2.2松香松节油测定原理116

7.2.3松香、松节油质量指标117

7.2.4实验仪器和试剂117

7.3松油醇、α-紫罗兰酮的制备121

7.3.1松油醇的制备121

7.3.2α-紫罗兰酮的制备122

7.4化学法单离丁香酚香料122

7.4.1单离丁香酚实验目的122

7.4.2单离丁香酚原理123

7.4.3仪器与试剂123

7.4.4实验步骤123

7.4.5实验要求123

7.5β-蒎烯合成诺卜醇123

7.5.1β-蒎烯合成诺卜醇实验目的123

7.5.2反应方程式123

7.5.3仪器与试剂123

7.5.4实验步骤124

7.6樟脑合成樟脑醌124

7.6.1樟脑合成樟脑醌实验目的124

7.6.2反应方程式124

7.6.3实验步骤124

7.7糠酸甲酯合成125

7.7.1糠酸甲酯合成实验目的125

7.7.2糠酸甲酯合成反应方程式125

7.7.3实验仪器和试剂125

7.7.4实验步骤126

7.8果胶提取和果酱制备126

7.8.1果胶的性质与应用126

7.8.2实验技术129

7.9从番茄中提取番茄红素和β-胡萝卜素130

7.9.1提取番茄红素和β-胡萝卜素实验目的130

7.9.2提取番茄红素和β-胡萝卜素实验原理130

7.9.3实验仪器和试剂131

7.9.4实验步骤131

7.9.5注意事项131

7.10色素性能实验132

7.10.1色素性能实验目的132

7.10.2实验仪器和试剂132

7.10.3实验步骤132

7.11落叶松缩合单宁含量测定132

7.11.1单宁含量测定实验目的132

7.11.2单宁含量测定原理133

7.11.3实验仪器和试剂133

7.11.4实验方法133

7.12壳聚糖脱乙酰度测定134

7.12.1壳聚糖脱乙酰度测定实验目的134

7.12.2壳聚糖脱乙酰度测定原理134

7.12.3实验仪器和试剂134

7.12.4实验方法134

7.13活性炭吸附性能测定135

7.13.1活性炭吸附性能测定实验目的135

7.13.2活性炭吸附性能测定原理135

7.13.3实验试剂和仪器135

7.13.4实验步骤136

7.13.5注意事项137

7.14各种表面活性剂复配护肤、洗涤用品137

7.14.1实验目的137

7.14.2实验原理和反应方程式137

7.14.3实验仪器和试剂137

7.14.4实验操作步骤137

7.15易水解糖和难水解多糖含量测定139

7.15.1多糖含量测定实验目的139

7.15.2多糖含量测定原理139

7.15.3实验试剂与仪器139

7.15.4实验步骤139

7.15.5注意事项140

7.16总还原物（糖）测定140

7.16.1总还原物测定实验目的140

7.16.2总还原物测定原理140

7.16.3实验试剂与仪器141

7.16.4实验步骤141

7.16.5注意事项142

7.17酵母蛋白质含量测定——微量凯氏定氮法143

7.17.1蛋白质含量测定实验目的143

7.17.2蛋白质含量测定原理143

7.17.3实验试剂与仪器144

7.17.4实验步骤144

7.17.5注意事项146

7.18天然皂素紫外可见分光光度法定量测定146

7.18.1皂素含量测定实验目的146

7.18.2香草醛-浓硫酸显色机理146

7.18.3实验试剂与仪器146

7.18.4最大吸收波长147

7.18.5显色温度和显色时间148

7.18.6稳定性149

7.18.7标准曲线149

7.18.8加标回收率149

第8章 生物质糖化实验分析技术151

8.1DNS法测定总还原糖151

8.1.1测定总还原糖实验目的151

8.1.2总还原糖测定原理151

8.1.3实验试剂和仪器151

8.1.4实验步骤151

8.2纤维素酶活评价与分析152

8.2.1纤维素酶结构与性质152

8.2.2酶活分析基本原理154

8.2.3酶活分析用试剂和仪器154

8.2.4纤维素酶滤纸酶活性的测定154

8.2.5纤维素酶二糖酶（β-葡萄糖苷酶）活力的测定155

8.2.6纤维素酶内切酶活力的测定155

8.2.7纤维素酶外切酶活力的测定155

8.2.8纤维素酶溶液中蛋白浓度的测定156

8.3生物质酶解糖化过程实验156

8.3.1生物质糖化实验目的156

8.3.2糖化实验试剂与仪器156

8.3.3实验程序156

8.3.4糖化率数据计算157

8.3.5注意事项157

第9章 纤维素乙醇转化实验分析技术158

9.1纤维素乙醇概述158

9.2培养基配制159

9.2.1培养基配制实验目的159

9.2.2实验仪器和试剂159

9.2.3培养基配方159

9.2.4培养基配制操作步骤159

9.3灭菌161

9.3.1实验目的161

9.3.2灭菌原理161

9.3.3实验仪器和试剂161

9.3.4实验操作步骤161

9.3.5注意事项162

9.4酵母菌形态观察162

9.4.1酵母菌形态观察实验目的162

9.4.2酵母菌形态观察实验原理162

9.4.3实验仪器和试剂163

9.4.4实验操作步骤163

9.4.5注意事项163

9.5纤维原料同步糖化发酵生产乙醇164

9.5.1实验目的164

9.5.2实验仪器与试剂164

9.5.3实验程序164

9.5.4乙醇转化率的计算166

9.5.5注意事项166

9.6液相色谱法分析纤维原料及发酵液糖组成166

9.6.1糖组成分析实验目的166

9.6.2糖组成分析原理166

9.6.3分析仪器和试剂167

9.6.4分析方法167

9.7液相色谱法分析纤维原料处理液及发酵液乙醇、抑制物和副产物168

9.7.1乙醇等分析实验目的168

9.7.2乙醇等分析原理168

9.7.3实验仪器和试剂168

9.7.4实验方法168

9.8变性燃料乙醇国家标准与测定169

9.8.1变性燃料乙醇技术要求169

9.8.2燃料乙醇密度169

9.8.3变性燃料乙醇外观169

9.8.4变性燃料乙醇中乙醇、甲醇含量的测定方法（气相色谱法）170

9.8.5变性燃料乙醇中水分含量的测定方法（卡尔·费休滴定法）173

9.8.6变性燃料乙醇中氯离子含量的测定方法（电位滴定法）175

9.8.7变性燃料乙醇酸度的测定方法176

9.8.8变性燃料乙醇中铜含量的测定方法（原子吸收石墨炉法）177

9.8.9变性燃料乙醇pHe值的测定方法178

第10章 生物柴油实验分析技术180

10.1生物柴油概述180

10.1.1生物柴油特点及生产应用现状180

10.1.2木本油脂是未来发展生物柴油的理想原料181

10.1.3生物柴油转化工艺182

10.2生物柴油原料油预处理182

10.2.1原料预处理182

10.2.2油脂提取183

10.2.3油脂精炼183

10.3生物柴油原料油性质分析187

10.3.1相对密度的测定187

10.3.2油脂化学常数酸值的测定187

10.3.3皂化值的测定188

10.3.4植物油平均相对分子质量的计算188

10.3.5油脂组成定性定量分析188

10.4液体碱催化生物柴油转化实验189

10.4.1碱催化转化生物柴油实验目的189

10.4.2实验试剂与仪器189

10.4.3实验程序189

10.4.4生物柴油转化率计算190

10.4.5注意事项190

10.5负载型固体碱催化剂制备生物柴油190

10.5.1固体碱催化转化生物柴油实验目的190

10.5.2固体碱催化原理190

10.5.3实验步骤191

10.6气相色谱法分析生物柴油脂肪酸甲酯组成191

10.6.1气相色谱法分析生物柴油实验目的191

10.6.2气相色谱法生物柴油分析原理191

10.6.3实验仪器和试剂191

10.6.4实验方法191

10.6.5分析方法特点194

10.7液相色谱法分析生物柴油及甘油194

10.7.1液相色谱法分析生物柴油实验目的194

10.7.2液相色谱法生物柴油分析原理195

10.7.3实验仪器和试剂195

10.7.4实验方法195

10.7.5分析方法特点197

10.8生物柴油质量标准197

10.8.1生物柴油主要性能指标197

10.8.2生物柴油质量标准199

10.9生物柴油主要指标测定方法201

10.9.1生物柴油指标测定实验目的201

10.9.2实验仪器与试剂201

10.9.3运动黏度201

10.9.4十六烷指数201

10.9.5凝点201

10.9.6倾点202

10.9.7浊点202

10.9.8冷滤点203

10.9.9馏程203

10.9.10闪点和燃点203

10.9.11相对密度204

第11章 生物质快速热解实验分析技术205

11.1生物质热解概述205

11.2生物质快速热解反应器冷态实验206

11.2.1反应器冷态实验目的206

11.2.2实验原理206

11.2.3实验装置207

11.2.4实验操作步骤207

11.3生物质热解实验208

11.3.1生物质热解实验目的208

11.3.2生物质热解实验原理208

11.3.3实验装置208

11.3.4实验操作步骤209

11.4热解油产品分离实验210

11.4.1热解油分离实验目的210

11.4.2热解油分离意义210

11.4.3实验仪器211

11.4.4实验步骤211

11.4.5注意事项212

11.5热解油及主要产品指标测定212

11.5.1热解油测定实验目的212

11.5.2热解油测定内容212

11.5.3气相色谱法测量热解油组成212

11.5.4其他指标及测量仪器215

参考文献216

第3篇 现代仪器与生物质化学分析219

第12章 元素含量分析技术219

12.1概述219

12.2金属元素分析方法220

12.2.1原子吸收光谱法220

12.2.2原子发射光谱法221

12.2.3原子荧光光谱法222

12.2.4有机元素分析法223

12.3样品前处理225

12.3.1分析一般过程225

12.3.2采集225

12.3.3预处理中的富集226

12.4元素含量分析技术在生物质化学分析领域的应用226

12.4.1生物质中金属元素分析226

12.4.2生物质产品中金属元素分析226

12.4.3氮元素含量及形态分析227

12.4.4元素表面形态分析227

第13章 紫外/可见（UV/VIS）分光光度分析技术229

13.1有机化合物的UV吸收光谱229

13.1.1跃迁类型229

13.1.2不同类型有机物紫外可见吸收230

13.2紫外-可见分光光度计231

13.3紫外可见光谱法的分析基础232

13.3.1定量分析232

13.3.2显色反应及其测量方法234

13.3.3定性分析234

13.4分析条件的选择235

13.4.1溶剂的选择235

13.4.2参比的选择236

13.4.3检测波长的选择236

13.4.4待测样品浓度范围237

13.4.5显色反应的条件237

13.5分光光度法在生物质化学分析领域的应用237

13.5.1离子浓度及形态的分析238

13.5.2生物质中有机物含量分析238

13.5.3还原糖的测定以及基于还原糖测定的酶活评价239

13.5.4对蛋白含量的测定239

13.5.5其他仪器分析的检测手段239

第14章 红外吸收光谱法240

14.1红外光谱的概述240

14.1.1基本概念240

14.1.2红外光谱谱图的表示方法240

14.1.3红外光谱波长范围240

14.1.4红外光谱的主要特点241

14.2红外光谱的基本原理241

14.2.1双原子分子振动241

14.2.2多原子分子振动242

14.3红外吸收峰及其影响因素243

14.3.1峰数243

14.3.2红外光谱的吸收强度243

14.4红外光谱与分子结构244

14.4.1红外光谱的分区244

14.4.2影响基团频率的因素244

14.5红外光谱的定性定量分析245

14.6红外光谱仪246

14.6.1色散型红外光谱仪246

14.6.2傅里叶变换红外光谱仪247

14.7样品制备248

14.7.1固体样品248

14.7.2液体样品248

14.7.3气体样品249

14.7.4压片法制样的注意事项249

14.8傅里叶红外光谱在生物质化学中的应用249

14.8.1红外光谱法对木质素的表征249

14.8.2红外光谱对纤维素的表征250

14.8.3用于天然改性产品的表征252

14.9近红外光谱分析252

14.9.1近红外光谱概述252

14.9.2近红外光谱在生物质化学分析中的应用252

14.10远红外光谱分析253

14.11拉曼光谱法253

14.11.1拉曼光谱法概述253

14.11.2拉曼光谱的应用254

第15章 色谱分析技术255

15.1色谱基础知识255

15.1.1色谱法的分类255

15.1.2色谱常用术语256

15.1.3色谱分析的基本理论258

15.1.4色谱分离效能及其影响因素260

15.1.5影响柱效能的因素260

15.2气相色谱仪261

15.2.1气相色谱仪261

15.2.2气相色谱固定相262

15.2.3气相色谱检测器263

15.3液相色谱仪265

15.3.1高压输液系统265

15.3.2进样系统266

15.3.3分离系统266

15.3.4检测系统266

15.4色谱分析方法的建立269

15.4.1气相分析方法的确立269

15.4.2液相分析方法的确立269

15.5色谱分析方法在生物质化学分析领域的应用270

15.5.1气相色谱用于油料生物质脂肪酸的检测270

15.5.2气相色谱用于生物柴油组分的检测271

15.5.3液相色谱用于糖及其转化产物分析271

15.5.4液相色谱用于高分子物质分子量的测定273

第16章 质谱分析274

16.1质谱仪器结构与工作原理274

16.1.1进样系统274

16.1.2离子源275

16.1.3质量分析器276

16.1.4检测器和记录系统277

16.1.5质谱仪的主要技术参数278

16.2有机质谱解析279

16.2.1 EI源质谱279

16.2.2 CI源质谱281

16.2.3 FAB源质谱281

16.2.4 EL和APCI源质谱281

16.3质谱联用技术281

16.3.1 GC-MS分析方法282

16.3.2 LC-MS分析方法283

16.3.3质谱联用283

16.4质谱分析技术在生物质化学分析领域的应用284

16.4.1 GC-MS在松节油改性产品中的应用284

16.4.2 GC-MS测定植物低沸点物质284

16.4.3 GC-MS测定生物柴油制备过程284

16.4.4 GC-MS对生物质热解产物的表征285

16.4.5 LC-MS用于低聚糖的检测285

第17章 核磁共振波谱分析286

17.1基本原理286

17.1.1原子核的自旋和磁矩286

17.1.2外磁场中的磁性核286

17.1.3核磁共振287

17.1.4饱和和弛豫287

17.2核磁共振波谱仪288

17.3核磁共振波谱289

17.3.1化学位移289

17.3.2影响化学位移的因素289

17.3.3化学位移与分子结构的关系290

17.3.4自旋-自旋偶合290

17.3.5谱图解析290

17.4核磁共振波谱分析在生物质化学分析领域的应用291

17.4.1纤维素核磁共振分析291

17.4.2半纤维素核磁共振分析291

17.4.3木质素核磁共振分析292

17.4.4糖类的核磁共振谱292

17.4.5木质素-碳水化合物复合体的核磁共振分析293

17.4.6二维核磁共振分析293

第18章 其他现代分析技术295

18.1其他现代分析技术295

18.1.1X射线衍生技术295

18.1.2热分析技术296

18.1.3扫描电子显微镜和电子探针微分析297

18.1.4透射电子显微镜297

18.1.5扫描探针显微技术298

18.1.6X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）299

18.1.7比表面积及孔径测定技术299

18.2X射线衍射仪测定纤维原料的结晶度300

18.3X射线衍射仪表征催化剂晶体特征301

18.4木质素的热重分析302

18.5电子扫描电镜用于表面形态的观察303

18.6比表面积仪对固体催化剂的表征304

参考文献305