1.4.2　固渣微觀結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)Chandra等[4]的統(tǒng)計(jì)，一些常見(jiàn)的農(nóng)作物秸稈（如小麥秸稈、玉米秸稈、稻秸稈，草秸稈）的纖維素、半纖維素及木質(zhì)素含量分別在25%～44.3%、30%～50%、10%～21%之間，稱為“三素”，通過(guò)范氏洗滌法來(lái)測(cè)定[108]。除了成分外，秸稈微觀結(jié)構(gòu)也是重要的表征手段。微觀結(jié)構(gòu)主要包括顆粒表面形態(tài)、關(guān)鍵性化學(xué)鍵和官能團(tuán)的特征及纖維素結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的變化可以反映原料被降解菌和水解酶利用的程度。目前秸稈微觀結(jié)構(gòu)常用的研究手段有掃描電鏡（scanning electron microscope，SEM）、傅立葉變換紅外光譜儀（fourier transform infrared spectrometer，F(xiàn)TIR）、X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）和核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）等。

秸稈預(yù)處理或發(fā)酵前后結(jié)構(gòu)的變化可以利用SEM直觀表征。如Sun和Chen[109]在常壓甘油自催化預(yù)處理麥草研究中，通過(guò)SEM觀察到木質(zhì)素與半纖維素降解物等形成的糖類復(fù)合體沉積在纖維表面，與原料結(jié)構(gòu)明顯不同。

化學(xué)鍵和特征官能團(tuán)能利用FTIR進(jìn)行表征，主要使用3個(gè)波段區(qū)間：4000～2500cm-1，為X-H伸縮振動(dòng)區(qū)（X為C、O、N、S等元素）；2500～1900cm-1，為三鍵和雙鍵累積區(qū)；1900～1200cm-1，為雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)[110]。秸稈組分都包含特有的特征峰，如半纖維素中木聚糖C＝O伸縮振動(dòng)峰為1735cm-1，木質(zhì)素的特征峰在1505～1515cm-1區(qū)間；多糖的特征峰在890～1200-1區(qū)間，其中890～900cm-1是纖維素β-葡萄糖糖苷鍵的特征峰，與纖維素的分解有關(guān)[110，111]。如Rodrigues等[111]通過(guò)設(shè)置1375cm-1、1160cm-1及898cm-1為對(duì)照峰，1510cm-1作為木質(zhì)素特征峰，確定了藍(lán)桉樹(shù)（Eucalyptus globulus）木質(zhì)素含量的變化。楊天學(xué)[110]在玉米秸稈干式厭氧發(fā)酵中，采用FTIR圖譜分析纖維素、半纖維素和木質(zhì)素特征官能團(tuán)的變化，認(rèn)為“三素”中各官能團(tuán)降解程度差異明顯，可以反映玉米秸稈發(fā)酵前后結(jié)構(gòu)的變化。另外還可以通過(guò)FTIR來(lái)確定組成的變化，如波長(zhǎng)1430-1cm與898-1cm、1429-1cm與893-1cm、1098-1cm與900-1cm比值可表征纖維素結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)的比例關(guān)系[107]。

纖維素結(jié)晶度是秸稈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)之一，結(jié)晶度的降低有利于水解效率的提高[112]。如Monlau等[107]在研究秸稈各成分結(jié)構(gòu)與甲烷產(chǎn)量關(guān)系時(shí)，分別利用FTIR的LOI（1430cm-1和898cm-1比）和XRD衍射峰峰值來(lái)確定纖維素的結(jié)晶程度，兩者相關(guān)性較好（R2=0.93）。13C NMR對(duì)于分子內(nèi)部排列更靈敏，因此更適合結(jié)晶度的測(cè)定。