Журнал аналитической химии, 2021, T. 76, № 5, стр. 408-412

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Образцы археологической древесины были предоставлены Институтом Археологии РАН, там же проведена предварительная идентификация породы древесины методом оптической микроскопии. Описание образцов приведено в табл. 1. Размер исследованных образцов археологической древесины составлял 1–2 мм.

Аппаратура и вспомогательное оборудование. ИК-спектры записывали при помощи ИК-Фурье спектрометра Nicolet iS5 (Thermo Fisher Scientific, США) с использованием приставки нарушенного полного внутреннего отражения iD5 ATR (кристалл – алмаз). Спектральный диапазон 4000–550 см^–1, спектральное разрешение 4 см^–1, число сканов – 32. Регистрацию и обработку спектров проводили с использованием штатного программного обеспечения прибора (Omnic 8.2).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При анализе ИК-спектров основное внимание уделяли исследованию поглощения древесины в пяти характеристичных областях, которые были предложены нами ранее для идентификации породы: 1665–1593, 1515–1505, 1270–1220, 875–830 и 815–805 см^–1 [1].

Ранее нами отмечено [1], что в спектрах образцов современных хвойных пород в области 1665–1593 см^–1 присутствуют три полосы средней интенсивности: около 1652, 1637 и 1600 см^–1. В спектрах лиственных пород в этой области имеются две полосы средней интенсивности: около 1644 и 1594 см^–1. В области 1515–1505 см^–1 в спектрах современной хвойной древесины появляется полоса поглощения ~1509 см^–1. В спектрах лиственной древесины имеется полоса поглощения ~1505 см^–1. В спектрах современной древесины хвойных пород в области 1270–1220 см^–1 присутствуют две полосы средней интенсивности: более интенсивная в области ~1265 см^–1 и примерно вдвое менее интенсивная в области ~1230 см^–1. В спектрах лиственных пород в этой области спектра также имеются две полосы средней интенсивности. Соотношение интенсивностей максимумов поглощения для древесины лиственных пород обратное: интенсивная полоса ~1230 см^–1 и примерно вдвое менее интенсивная ~1265 см^–1. В области 900–830 см^–1 ИК-спектра современных хвойных пород имеются достаточно хорошо выраженные две полосы слабой интенсивности: около 896 и 872 см^–1. При этом интенсивность полосы 896 см^–1, как правило, больше, чем полосы 872 см^–1. В спектрах лиственных пород в этой области спектра также имеются две полосы слабой интенсивности: около 897 и 830 см^–1. Интенсивность полосы при 897 см^–1 больше, чем полосы при 830 см^–1. В спектрах хвойных пород в области 815–805 см^–1 имеется полоса слабой интенсивности около 808 см^–1. В спектрах лиственных пород в этой области полоса поглощения отсутствует. Основные результаты спектрального исследования археологической древесины приведены в табл. 2.

Достоверность идентификации породы археологической древесины по предложенным критериям в областях 1665–1593 и 875–830 см^–1 оказалась недостаточной.

Исследования образцов древесины в трех других областях ИК-спектра: 1515–1505, 1270–1220, и 815–805 см^–1 (табл. 2) показали хорошую воспроизводимость результатов и пригодность для идентификации породы археологической древесины. Во всех спектрах археологической древесины хвойных пород присутствовала полоса слабой интенсивности 811–809 см^–1, а в спектрах лиственных пород в этой области полоса поглощения отсутствовала. В ИК-спектрах хвойной археологической древесины в области 1515–1505 см^–1 присутствовала полоса поглощения 1509–1508 см^–1. В спектрах лиственной древесины обнаруживается полоса поглощения 1506–1504 см^–1. Наиболее перспективной для идентификации породы образцов археологической древесины представляется область 1270–1220 см^–1, в которой имеются две полосы средней интенсивности. При этом в хвойной древесине полоса поглощения в области 1270–1265 см^–1 более интенсивная, а полоса в области 1235–1220 см^–1 примерно вдвое меньшей интенсивности. В спектрах лиственных пород в этой области спектра соотношение интенсивностей полос обратное: более интенсивная полоса 1235–1220 см^–1 и примерно вдвое менее интенсивная 1270–1265 см^–1.

Составной частью древесины является лигнин. Мономерными звеньями лигнина являются фенилпропановые структурные единицы (ФПЕ), которые подразделяются на три вида: п-гидроксифенилпропановые (Н), гваяцилпропановые (G) и сирингилпропановые (S). Лигнин хвойных пород в основном состоит из гваяцилпропановых структурных единиц. В лиственной древесине преобладают сирингилпропановые структурные единицы. Эти различия в структуре лигнинов хвойных и лиственных пород древесины определяют характерные различия в ИК-спектрах.

Так, в спектрах хвойной древесины обнаружена полоса поглощения около 1509 см^–1 (скелетные колебания С–С-связей ароматического гваяцильного кольца). В спектрах лиственной древесины – полоса поглощения около 1505 см^–1 (скелетные колебания С–С-связей ароматического сирингильного кольца).

В спектрах древесины в области 1270–1220 см^–1 присутствуют две полосы около 1265 см^–1 (скелетные колебания гваяцильного кольца) и около 1230 см^–1 (скелетные колебания сирингильного кольца), поэтому в ИК-спектре хвойной древесины более интенсивная полоса 1265 см^–1, а в спектрах лиственных пород более интенсивная полоса 1230 см^–1.

Примеры спектров образцов археологической древесины хвойной и лиственной пород представлены на рис. 1. Различие в спектрах поглощения образцов археологической древесины хвойной и лиственной пород в области 1270–1220 см^–1 представлены на рис. 2. Как видно из приведенных примеров, использование спектра поглощения в этой области представляется наиболее перспективным для идентификации породы археологической древесины.

Рис. 1.

ИК-спектры древесины: (а) – лиственная порода (образец № 1); (б) – хвойная порода (образец № 4).

Рис. 2.

Область 1500–1200 см^–1 ИК-спектров древесины: (а) – лиственные породы; (б) – хвойные породы. Обозначение образцов приведено в соответствии с данными табл. 1.

Работа выполнена при поддержке гранта Р-ФФИ 17-29-04100 офи-м.