全 文 ：第 41卷 第 4期
2 0 1 4年 1 2月
福 建 林 业 科 技
Jour of Fujian Forestry Sci and Tech
Vol. 41 No. 4
Dec.，2 0 1 4
doi:10． 13428 / j． cnki． fjlk． 2014． 04． 005
楠属和润楠属 4 种木材的红外光谱鉴别
庄 琳，黄 群，徐燕红
(南京森林警察学院，江苏 南京 210023 )
摘要:采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)法对楠属(桢楠、闽楠)和润楠属(润楠、宜昌润楠)4 种木材进行红外光谱分析。结
果表明:区别楠属与润楠属的光谱主要在 1730 ～ 1740 cm －1、1640 ～ 1650 cm －1区域;闽楠特征峰在 1235 cm －1附近，桢楠的
特征峰在 1261 cm －1和 1232 cm －1附近;润楠的特征峰在 1460 cm －1附近;宜昌润楠特征峰在 1688 cm －1和 1650 cm －1附近。
能够利用傅立叶自去卷积图谱共有峰率和变异峰率双指标序列法鉴别 4 种木材。此技术有望成为木材司法鉴定体系中的
有效方法之一。
关键词:傅立叶变换红外光谱(FTIR) ;楠属;润楠属;木材识别
中图分类号:S781. 1;O657. 33 文献标识码:A 文章编号:1002 － 7351(2014)04 － 0021 － 05
Four Kinds of Phoebe and Machilus Wood Infrared Absorption Spectrum Identification
ZHUANG Lin，HUANG Qun，XU Yan-hong
(Nan Jing Forest Police College，Nanjing 210023，Jiangsu，China)
Abstract:Analysing Phoebe and Machilus 4 kinds of wood infrared spectrum shows that the difference area between Phoebe and
Machilus mainly in 1730 ～ 1740 cm －1、1640 ～ 1650 cm －1 two peak spectrum period. Phoebe bournei displays characteristic peak
spectrum in 1235 cm －1 by the method of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The characteristic peak spectrum of Phoe-
be zhennan is in 1261 cm －1 and 1232 cm －1. The characteristic peak spectrum of Machilus pingii is in 1460 cm －1. The characteristic
peak spectrum of Machilus ichangensis is in 1688 cm －1 and 1650 cm －1. Four kinds of wood can be identified through Dual-Index Se-
quence Analysis of common peak ratio and variant peak ratio. There is a good application prospect in the field of wood classification
and identification by using the infrared spectra of wood. This technology is expected to become one of the effective ways of judicial
authentication system.
Key words:FTIR;Phoebe;Machilus;wood identification
目前对于樟科木材的识别，主要是通过木材外形特征和木材切片的解剖学特征［1］，借助与已经正确
定名的木材标本的切片进行比对鉴别，过程较复杂，需要凭借个人经验，对形态特征比较相似的木材品种
识别的误差率较大［2］。
原木状态下依据木材组织构造进行树种的识别相对比较容易和准确，但是加工成家具、根雕、木雕等
制品后，很难在无损情况下直接根据木材特征进行鉴定。如果物证是残存的微量木屑，更无法用传统的检
验方法对木材进行鉴定。傅立叶红外光谱法(FTIR)是利用化合物有其特有的红外吸收光谱，根据谱带的
数目、位置、形状和强度(峰值)的特点来判断是否存在该化合物或官能团。Satoru T等［3］用红外光谱和马
氏距离对木材进行分类，以二阶导数光谱作为判别依据，成功鉴别出其实验的每类木材。张蓉等［4］通过
对比木粉经抽提处理前后红外光谱之间的差异，及其抽提物化学成分种类及其变化，探讨了 5 种红木类木
材树种的识别技术与方法。
本研究以 2 种国家野生植物保护 2 级植物桢楠和润楠的木材为研究对象，样本采用直接刮取微量木
屑，应用傅立叶变换红外光谱仪的衰减全反射法检验样本的红外光谱。并分别用同属木材闽楠和宜昌润
楠作为对照，探讨红外吸收峰的归属问题，对楠木之间的鉴别进行初步尝试，以期对珍贵树种木材微量或
收稿日期:2014 － 08 － 14;修回日期:2014 － 09 － 19
基金项目:国家公益项目林业专项科研项目(野生动植物及产品侦测鉴定技术研究，201004094)
作者简介:庄琳(1969—) ，女，江苏新沂人，南京森林警察学院副教授，从事物证技术、司法鉴定。E-mail:nj123406224@
aliyun. com。
福 建 林 业 科 技 第 41 卷
无损鉴别探索一条简捷有效的方法。
1 材料与方法
1. 1 材料
樟科楠属 2 种木材:桢楠(Phoebe zhennan(Hemsl. )Yang)、闽楠(Phoebe bournei (Hemsl. )Yang)和樟
科润楠属 2 种木材:润楠(Machilus pingii Cheng ex Yang)、宜昌润楠(Machilus ichangensis Rehder ＆ E.
H. Wilson)。样本均来自于国家林业局森林公安司法鉴定中心植物实验室。
1. 2 方法
仪器设备和参数设置。测试仪器:Nicolet iN10 MX 型 FT － IR 傅立叶红外光谱仪，ATR 附件，金刚石
晶体，检测器:DTGS。参数设置:测试波数范围 400 ～ 4000 cm －1，仪器分辨率 4 cm －1，扫描采样 32 次。分
析软件 Omnic 8. 2。
用刀片在木材标本上刮取纤维丝(长 1 ～ 2 cm，粗 0. 2 cm) ，将待测木丝置于金刚石晶体上，用 FTIR －
OMNI 采样器固定钮压紧样品，木丝与金刚石晶体之间形成紧密接触，进行扫描，计算机采集样本的衰减
全反射红外光谱图谱文本文件和图形文件。每个标本取样 6 次，重复测试 6 次，红外光谱图取其平均图
谱。
2 结果与分析
2． 1 楠属和润楠属 4 种木材红外光谱分析
闽楠、桢楠、润楠、宜昌润楠等 4种木材的红外吸收光谱见图 1。图谱明显区分出 3 个谱带区域:4000 ～
2700 cm －1、2700 ～ 1800 cm －1、1800 ～ 600 cm －1。2700 ～ 1800 cm －1区域木材几乎没有吸收峰，有一些弱峰
为金刚石晶体形成，所以本文不予讨论。4000 ～ 2700 cm －1区域主要有 2 个明显的吸收峰，一个处于 3331
cm －1附近，另一个在 2901 cm －1附近。1800 ～ 600 cm －1区域为木材红外图谱的指纹区，是研究分析的重点
(图 2)。
N1 为闽楠;N2 为桢楠;N3 为润楠;N4 为宜昌润楠。下同。
图 1 4 种木材红外吸收光谱
由图 2 可知，1740 cm －1附近表征纤维素羰基、非共轭的酮、酯和羟基中的 C= O伸缩振动。在此峰位
润楠属的润楠和宜昌润楠均有 1 个吸收峰，峰位均在 1337 cm －1;而楠属的闽楠和桢楠无此吸收峰。1730
cm －1附近表征的是半纤维素的乙酰基和羧基上 C = O 的伸缩振动吸收峰，4 种木材均有 1 个吸收峰。
1650 cm －1附近表征的是 C= O伸缩振动，对位取代共轭芳酮的吸收峰。在此峰位上楠属的闽楠和桢楠表
现为单峰，峰位分别是 1652 cm －1和 1640 cm －1，两者峰位漂移距离较远;润楠属的润楠和宜昌润楠均分裂
为双峰，润楠峰位分别是 1656 cm －1、1646 cm －1;宜昌润楠峰位分别是 1657 cm －1、1646 cm －1。
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第 4 期 庄琳，等:楠属和润楠属 4 种木材的红外光谱鉴别
在 1600 cm －1附近，表征木质素侧链上的 C= O 伸缩振动加上芳香核振动的吸收峰;4 种木材峰位几
乎没有差异，均在 1595 cm －1附近。1550 cm －1附近，宜昌润楠表现出 1 个弱吸收峰，其它 3 种木材无吸收
峰。1500 cm －1附近处表征芳香环骨架的伸缩振动，所有树种都表现出强吸收峰，一般而言，针叶树的峰位
基本上都在 1510 cm －1以上，而阔叶树的峰位都在 1509 cm －1以下。阔叶树的木质素除了愈疮木型之外，
还有一定比例的紫丁香型木质素，两者的组成比例为 4∶1 ～ 1∶2，随着紫丁香基含量的增加，芳香环变形震
动的位置就会降低，致使最大特定吸收峰由 1510 cm －1偏移至 1506 cm －1［5］。紫丁香基越多，峰位向下漂
移越远，因此，4 种木材中闽楠、润楠、宜昌润楠峰位均在 1506 cm －1，桢楠峰位在 1508 cm －1，这也印证了相
对其它 3 种木材，桢楠木质素结构中紫丁香基比例较少的推断。
图 2 4 种木材 1800 ～ 600 cm －1区域红外吸收光谱
1462 cm －1附近表征 C—H的平面变形弯曲振动不对称弯曲振动与 － CH3 + － CH2 相关联的不对称弯
曲振动［6］。此峰位，闽楠、桢楠、宜昌润楠表现为单峰，峰位分别在 1461 cm －1、1455 cm －1、1460 cm －1，桢楠
差异性较大;润楠分裂为双峰，分别是 1461 cm －1、1454 cm －1。1420 cm －1附近吸收峰是其它类型芳香环的
振动［7］;1370 cm －1处表征脂肪族在甲基中和酚 OH上的 C—H伸缩振动［8］;在 1320 cm －1附近表征典型的
紫丁香基丙烷环呼吸、C—O拉伸等。楠属的闽楠和桢楠峰位均在 1320 cm －1左右，而润楠属的润楠和宜
昌润楠峰位均在 1324 cm －1左右。
1235 cm －1附近表征紫丁香基，闽楠、润楠、宜昌润楠 3 种木材均有 1 个强吸收峰。但桢楠在此处分裂
为双峰，一个是 1232 cm －1，表征这一吸收峰主要为 C—C和 C—O的伸缩振动并与 C = O 伸缩相关联，针
叶树一般有弱吸收峰，而阔叶树一般无此峰［9］;另一个峰位为 1261 cm －1表征愈疮木基环加上 C = O，C—
O伸缩振动，这表明桢楠木质素中紫丁香基的含量比较低。
1155 cm －1处表征 C—H芳香族面内弯曲，紫丁香基的特征，与仲醇 C—O伸缩振动重合;1103 cm －1处
表征 C—O—C非对称伸缩振动。1028 cm －1峰段主要是木质素芳香族 C—H 平面变形面内弯曲振动加上
C—O在主要醇类的变形振动以及 C= O非共轭的拉伸。896 cm －1处表征纤维素 β-链特征、苯环平面之外
的 C—H振动［10］。4 种木材均有强吸收峰或中强吸收峰。
830 cm －1附近表征紫丁香 C—H面外弯曲振动，4 种木材均有弱吸收峰，闽楠、润楠、宜昌润楠峰位基
本一致，但桢楠漂移至 818 cm －1。662 cm －1附近表征的是 OH面外弯曲振动，4 种木材均有强吸收峰。楠
属的闽楠和桢楠都在 664 cm －1附近;而润楠属的润楠和宜昌润楠在 660 cm －1附近，峰位漂移了 4 cm －1。
2． 2 楠属和润楠属 4 种木材红外光谱共有峰峰强分析
4 种木材在 1732、1595、1506、1462、1420、1370、1320、1235、1155、1103、1028、896、830、662 cm －1附近峰
位都有共同的吸收峰。吸收峰的强度与官能团的含量有着相关性，一般而言官能团含量高，相应的吸收峰
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福 建 林 业 科 技 第 41 卷
也强。吸收峰的相对强度决定了峰与峰之间相对的高度，关联着谱带的形状。比较各吸收峰的强度，通常
是用 1500 cm －1附近的峰作为参照，计算其它各峰(Ai)的相对强度，Ai /A 1500 cm －1。这是因为 1500 cm －1
峰位 1 ～ 13 分别为 1732、1595、1506、1462、1420、1370、
1320、1235、1155、1103、1028、896、830、662 cm －1附近峰位。
图 3 4 种木材红外吸收光谱共有峰相对峰强比较
附近的振动峰归属于苯环骨架振动，可以表达木质
素结构单元特点，且受水分影响小，谱带稳定［11］。
苯丙烷作为木质素的主体结构单元，共有 3 种
基本结构，即愈疮木基结构 G 环(guaiacyl)、紫丁香
基结构 S环(syringyl)和羟苯基结构 H 环(Hydroxyl
phenyl)［12］。A 1600 cm －1 /A 1500 cm －1的相对强度
表征木质素中愈疮木基木质素和紫丁香基木质素相
对作用的强弱。芳香环之特定吸收会随着紫丁香型
木质素含量的增加而上升，在 1600 cm －1附近的吸
收峰強度就越高［13］。由图 3 可知，4 种木材中，闽
楠、润楠、宜昌润楠相对峰强在 1. 0 以上，而桢楠相
对峰强在 1. 0 以下。
2． 3 楠属和润楠属 4 种木材红外光谱自去卷积分析
红外光谱图是由多种官能团的振动所形成相互交叉或叠加的吸收峰，一些弱吸收峰或被强吸收峰掩
盖。通过傅立叶自去卷积(FSD)技术对红外谱图进行解构，可以将原谱峰分成若干个子峰，避免了峰与峰
之间的相互影响，增加了对比分析的准确性和有效性［14］。
图 4 4 种木材傅立叶自去卷积图谱
从解构的谱图(图 4)可以直观地发现，4 种木材既有相似的部分，各自也有不同之处。数据分析采用
文献［15 － 16］中共有峰率和变异峰率双指标序列法。如 N1∶ N2(a，b，c)表示该序列以 N1 为标准计算其它
样品指纹图谱的共有峰率和变异峰率，该序列片段表示 N1 与 N2 的共有峰率为 a，其中 N1 的变异峰率为
b，N2 的变异峰率为 c。共有峰率 a =(N1 与 N2 的共有峰数 /(N1 与 N2 的共有峰数 + N1 的变异峰数 + N2
的变异峰数) )× 100%;b =(N1 的变异峰数 /N1 与 N2 的共有峰数)× 100%;c =(N2 的变异峰数 /N1 与 N2
的共有峰数)× 100%。
多维序列空间分析是以非线性映射和序列空间为基础而建构的分析框架，本研究直接比较各木材间
的定量关系，并将这种关系以序列空间予以体现，采用每种木材为参考，计算其它木材相对该木材的共有
峰率和变异峰率，可以直接准确地建立木材之间的关系。按照双指标序列法，根据图 4 对 4 种木材傅立叶
自去卷积红外吸收峰进行分析，结果为:
N1∶ N4(72. 2;21. 2，17. 3)N3(72;16. 7，22. 2)N2(58. 6;34. 0，36. 2) ;
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第 4 期 庄琳，等:楠属和润楠属 4 种木材的红外光谱鉴别
N2∶ N4(59. 7;48. 8，41. 9)N1(58. 6;36. 2，34. 0)N3(54. 8;39. 1，46. 5) ;
N3∶ N4(65;32，22)N2(54. 8;46. 5，39. 1)N1(72;22. 2，16. 7)。
在不同序列中，4 种木材共有峰率和变异峰率都有所不同，利用该多维双指标序列体系能够直观地找
到具有最相似关系的 2 个样品，如 N1 ∶ N2(58. 6，34. 0，36. 2) ;意味着闽楠与桢楠之间两者一致性达到
58. 6%，闽楠的变异峰率 34%，桢楠的变异峰率为 36. 2%。从上述指标分析，桢楠与润楠、闽楠、宜昌润楠
相似度为 54. 8、58. 6、59. 7，4 种木材中，桢楠与其它 3 种树木差别最大。共有峰率和变异峰率双指标图谱
分析方法具有更高的分辨率，利用双指标分析法可以通过已知的标准图库群对样品进行相似度比较，可以
准确进行比对，为木材的鉴定提供理论依据。
3 结论
区别楠属与润楠属的光谱主要在 1730 ～ 1740 cm －1、1640 ～ 1650 cm －1区域;闽楠特征峰在 1235 cm －1
附近，桢楠的特征峰在 1261 cm －1和 1232 cm －1附近;润楠的特征峰在 1460 cm －1附近;宜昌润楠特征峰在
1688 cm －1和 1650 cm －1附近。从 4 种木材红外吸收光谱图可以直观地判断同属之间图谱相似度更高，不
同属之间差异性更大。红外光谱所测得的图谱是木材中所含各种化合物红外光谱的叠加，若采用一维
FTIR分析法，对同是樟科的不同树种进行鉴别，在一定程度上需要依赖经验。而傅立叶自去卷积能够解
读一维图谱上隐含的信息，从而可以从吸收峰的位置上更能准确地加以鉴别。通过红外光谱自去卷积图
谱共有峰率和变异峰率双指标序列法的分析，定量得出同属之间图谱相似度更高，不同属之间差异性更大
的结论。利用木材红外谱图的差异，在木材分类研究和鉴定领域有较好的应用前景，此技术也有望成为木
材司法鉴定体系中的有效方法之一。对木材的红外光谱研究还处于初步阶段，需要进一步研究不同地区
木材红外光谱的稳定性和差异性，以及建立各类木材标准的红外指纹库才能应用于实际的司法鉴定。
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