Open Collections

UBC Theses and Dissertations

UBC Theses Logo

UBC Theses and Dissertations

Fixation mechanism of ammoniacal copper wood preservatives Xie, Changshi 1994

Your browser doesn't seem to have a PDF viewer, please download the PDF to view this item.

Item Metadata

Download

Media
831-ubc_1995-0080.pdf [ 4.83MB ]
Metadata
JSON: 831-1.0086798.json
JSON-LD: 831-1.0086798-ld.json
RDF/XML (Pretty): 831-1.0086798-rdf.xml
RDF/JSON: 831-1.0086798-rdf.json
Turtle: 831-1.0086798-turtle.txt
N-Triples: 831-1.0086798-rdf-ntriples.txt
Original Record: 831-1.0086798-source.json
Full Text
831-1.0086798-fulltext.txt
Citation
831-1.0086798.ris

Full Text

F I X A T I O N M E C H A N I S M O F A M M O N I A C A L C O P P E R W O O D P R E S E R V A T I V E S b y C H A N G S H I X I E B . S c . a n d M . S c . N a n j i n g U n i v e r s i t y , P . R . o f C h i n a , 1 9 8 2 A T H E S I S S U B M I T T E D I N P A R T I A L F U L F I L L M E N T O F T H E R E Q U I R E M E N T F O R T H E D E G R E E O F M A S T E R O F S C I E N C E i n F A C U L T Y O F G R A D U A T E S T U D I E S ( D e p a r t m e n t o f W o o d S c i e n c e ) W e a c c e p t t h i s t h e s i s a s c o n f o r m i n g t o t h e r e q u i r e d s t a n d a r d T H E U N I V E R S I T Y O F B R I T I S H C O L U M B I A D e c e m b e r , 1 9 9 4 © C h a n g s h i X i e , 1 9 9 4 In presenting this thesis in partial fulfilment of the requirements for an advanced degree at the University of British Columbia, I agree that the Library shall make it freely available for reference and study. I further agree that permission for extensive copying of this thesis for scholarly purposes may be granted by the head of my department or by his or her representatives. It is understood that copying or publication of this thesis for financial gain shall not be allowed without my written permission. Department of The University of British Columbia Vancouver, Canada Date DE-6 (2/88) A B S T R A C T T h i s t h e s i s d e s c r i b e s t h e f i r s t c o m p r e h e n s i v e s t u d y o f t h e c h e m i s t r y o f a m m o n i a c a l c o p p e r b a s e d w o o d p r e s e r v a t i v e s , i n c l u d i n g t h e f i x a t i o n o f c o p p e r a n d n i t r o g e n i n t r e a t e d w o o d ; a n d t h e i d e n t i f i c a t i o n o f t h e c a u s e o f t h e b l a c k c o l o r i n t r e a t e d D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d . T h e e f f e c t s o f e n h a n c e d n i t r o g e n c o n t e n t i n a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n t r e a t e d w o o d o n t h e d e c a y b y t h r e e r o t t i n g f u n g i w e r e i n v e s t i g a t e d . T a x i f o l i n , a D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d e x t r a c t i v e w a s i s o l a t e d a n d i d e n t i f i e d u s i n g u l t r a v i o l e t ( U V ) , i n f r a r e d ( I R ) , n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e ( N M R ) a n d m a s s s p e c t r o m e t r y ( M S ) . I t w a s c o n f i r m e d t h a t t a x i f o l i n r e a c t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n s t o f o r m a b l a c k c o p p e r - n i t r o g e n - t a x i f o l i n c o m p l e x . N i t r o g e n f i x a t i o n i n a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t e d w o o d w a s s t u d i e d t h r o u g h t h e r e a c t i o n o f a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n w i t h w o o d a n d i t s c o m p o n e n t s . I t w a s f o u n d t h a t c a r b o n y l a n d c a r b o x y l i c g r o u p s i n l i g n i n a n d h e m i c e l l u l o s e s c a n r e a c t w i t h a m m o n i a t o f i x n i t r o g e n i n w o o d . T h e f i x a t i o n m e c h a n i s m o f c o p p e r a n d n i t r o g e n i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d w a s s t u d i e d t h r o u g h t h e r e a c t i o n o f v a n i l l i n , a l i g n i n m o d e l c o m p o u n d , w i t h a n a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n . T h e g r e e n c o p p e r c o m p l e x f o r m e d w a s e x t e n s i v e l y s t u d i e d u s i n g i n f r a r e d ( I R ) , e l e c t r o n s p i n r e s o n a n c e ( E S R ) e l e m e n t a l a n a l y s i s a n d X - r a y s i n g l e c r y s t a l l o g r a p h y a n d i d e n t i f i e d t o b e a v a n i l l i n - c o p p e r a m m o n i a c o m p l e x . A n X - r a y s t r u c t u r a l a n a l y s i s o f a s i n g l e c r y s t a l o f t h e c o m p l e x e n a b l e d t h e s t r u c t u r e t o b e k n o w n . I n t h e c o m p l e x b o t h t h e m e t h o x y a n d p h e n o l i c o x y g e n a t o m s o f g u a i a c y l u n i t s w e r e c o o r d i n a t e d t o t h e c o p p e r , t o g e t h e r w i t h i i n i t r o g e n f r o m a m m o n i a f o r m i n g a s i x c o o r d i n a t e d c o m p l e x . T h i s w a s f i r s t d e t e r r r i i n a t i o n o f a c r y s t a l s t r u c t u r e o f c o p p e r - l i g n i n m o d e l c o m p l e x w h i c h m a y d e s c r i b e i m p o r t a n t b o n d f o r m a t i o n s o c c u r r i n g d u r i n g t h e f i x a t i o n o f c o p p e r a n d n i t r o g e n f r o m a m m o n i a c a l c o p p e r w o o d p r e s e r v a t i v e s . T h e e f f e c t o f e n h a n c e d n i t r o g e n i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d o n t h e d e c a y w a s s t u d i e d . W o o d t r e a t e d w i t h h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n s h o w e d a n i n c r e a s e d d e c a y r e s i s t a n c e t o b o t h P. placenta a n d a s l i g h t l y e n h a n c e d r e s i s t a n c e t o T. versicolor f u n g u s . H o w e v e r , f o r G. trabeum t h e w e i g h t l o s s e s o f t h e a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t e d - w o o d w a s s l i g h t l y i n c r e a s e d r e l a t i v e t o t h e c o n t r o l . A m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d w i t h l o w c o p p e r r e t e n t i o n s h o w e d i n c r e a s e d d e c a y r e s i s t a n c e t o b o t h T. versicolor a n d G. trabeum. T h e n i t r o g e n i n t h e c o m p l e x c a n n o t b e u s e d b y f u n g i f o r t h e i r g r o w t h . H o w e v e r , t h e a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d w i t h l o w c o p p e r r e t e n t i o n w a s e a s i l y a t t a c k e d b y P. placenta d u e t o i t s a b i l i t y t o f o r m i n s o l u b l e c o p p e r o x a l a t e i n c o p p e r t r e a t e d w o o d . iii T A B L E O F C O N T E N T S p a g e A B S T R A C T i i T A B L E O F C O N T E N T S i v L I S T O F T A B L E S v i i i L I S T O F F I G U R E S x A C K N O W L E D G E M E N T . x i i 1. I n t r o d u c t i o n 1 1 . 1 B l a c k c o l o r o f D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d a f t e r t r e a t m e n t w i t h A C A 2 1 . 2 F i x a t i o n m e c h a n i s m o f a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s i n w o o d 3 1 . 3 I m p a c t o f n i t r o g e n r e t e n t i o n i n A C A t r e a t e d w o o d 4 1 . 4 T h e o b j e c t i v e s o f t h i s s t u d y 5 2. B a c k g r o u n d 6 2 . 1 C h e m i c a l n a t u r e o f w o o d 6 2 . 2 B i o l o g i c a l d e t e r i o r a t i o n o f w o o d 7 2 . 3 A m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s 8 2 . 3 . 1 R o l e o f a m m o n i a i n i m p r o v i n g p r e s e r v a t i v e t r e a t m e n t 1 2 2 . 3 . 2 A m m o n i a c a l c o p p e r c o m p l e x e s J . 1 3 2 . 3 . 3 R e a c t i o n o f a m m o n i a a n d a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n w i t h w o o d a n d i t s c o m p o n e n t s 1 4 iv 2 . 3 . 3 . 1 R e a c t i o n o f a m m o n i a w i t h w o o d c o m p o n e n t s 1 4 2 . 3 . 3 . 2 R e a c t i o n o f a m m o n i a c a l c o p p e r c o m p l e x w i t h c e l l u l o s e . 1 5 2 . 3 . 4 F i x a t i o n o f a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s i n w o o d . 1 6 2 . 3 . 5 E S R s p e c t r a l a n a l y s i s o f w o o d t r e a t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s 1 7 2 . 3 . 5 . 1 T h e p r i n c i p l e o f E S R . ! . . . 1 7 2 . 3 . 5 . 2 E S R a n a l y s i s o f a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d 1 9 2 . 4 E n h a n c e d n i t r o g e n c o n t e n t i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d 2 3 2 . 4 . 1 N i t r o g e n r e q u i r e m e n t f o r f u n g a l g r o w t h 2 3 2 . 4 . 2 N i t r o g e n c o n t e n t i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d 2 4 2 . 5 B l a c k d i s c o l o r a t i o n o f D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d t r e a t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s 2 7 2 . 5 . 1 I m p o r t a n c e o f D o u g l a s - f i r w o o d s p e c i e s i n B . C . P r o v i n c e 2 7 2 . 5 . 2 T r e a t a b i l i t y o f D o u g l a s - f i r 2 7 2 . 5 . 3 E x t r a c t i v e c h e m i s t r y o f D o u g l a s - f i r 2 8 2 . 5 . 4 E f f e c t o f t h e e x t r a c t i v e s o n w o o d p r o p e r t i e s 3 2 .0 E x p e r i m e n t a l 3 4 3 . 1 S t u d y o f e x t r a c t i v e s i n D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d r e s p o n s i b l e f o r d e v e l o p m e n t o f b l a c k d i s c o l o r a t i o n w h e n t r e a t i n g w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n 3 4 3 . 1 . 1 P r e l i m i n a r y a n a l y s i s o f e x t r a c t i v e s 3 4 3 . 1 . 2 I s o l a t i o n a n d i d e n t i f i c a t i o n o f t h e e x t r a c t i v e r e a c t i n g w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n t o p r o d u c e a b l a c k c o l o r 3 7 3 . 1 . 2 . 1 I s o l a t i o n o f t h e e x t r a c t i v e s 3 7 3 . 1 . 2 . 2 I d e n t i f i c a t i o n o f t h e i s o l a t e d c o m p o u n d 4 0 3 . 1 . 2 . 2 R e a c t i v i t y w i t h c o p p e r s o l u t i o n s 4 1 3 . 2 F i x a t i o n c h e m i s t r y o f a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s 4 2 3 . 2 . 1 S a m p l e p r e p a r a t i o n 4 2 3 . 2 . 2 S a m p l e t r e a t m e n t 4 4 3 . 2 . 3 A n a l y s i s m e t h o d s 4 5 3 . 3 N i t r o g e n c o n t e n t i n t h e a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d 5 0 3 . 3 . 1 S a m p l e p r e p a r a t i o n 5 0 3 . 3 . 2 A n a l y s i s o f c o p p e r a n d n i t r o g e n i n t r e a t e d b l o c k s 5 1 3 . 3 . 3 F u n g a l e x p o s u r e o f t e s t e d b l o c k s a m p l e s . . . . . 5 2 Results and discussion 5 6 4 . 1 S t u d y o f e x t r a c t i v e s i n D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d r e s p o n s i b l e f o r d e v e l o p m e n t o f b l a c k d i s c o l o r a t i o n w h e n tieating w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n 5 6 4 . 1 . 1 I d e n t i f i c a t i o n o f t h e e x t r a c t i v e r e a c t i n g w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n t o p r o d u c e a b l a c k c o l o r 5 6 4 . 1 . 2 T h e n a t u r e o f t h e c h e m i c a l c o m p l e x f o r m e d b e t w e e n c o p p e r s o l u t i o n a n d t a x i f o l i n 6 6 4 . 2 F i x a t i o n c h e m i s t r y o f a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s y s t e m 7 2 4 . 2 . 1 R e a c t i o n o f a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n 7 2 4 . 2 . 1 . 1 W o o d 7 2 4 . 2 . 1 . 2 C e l l u l o s e 7 4 4 . 2 . 1 . 3 H o l o c e l l u l o s e 7 4 4 . 2 . 1 . 4 L i g n i n 7 5 4 . 2 . 2 R e a c t i o n o f a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n w i t h w o o d 7 8 4 . 2 . 3 R e a c t i o n o f a m m o n i u m h y d r o x i d e / a m m o n i a c a l v i c o p p e r s o l u t i o n w i t h a l i g n i n m o d e l c o m p o u n d 7 9 4 . 2 . 3 . 1 R e a c t i o n o f v a n i l l i n w i t h a a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n 7 9 4 . 2 . 3 . 2 R e a c t i o n o f v a n i l l i n w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n . . 8 2 4 . 3 W h e t h e r t h e e n r i c h m e n t o f n i t r o g e n i n a m m o n i a c a l - c o p p e r p r e s e r v a t i v e t r e a t e d w o o d i n c r e a s e s t h e d e c a y p o t e n t i a l 1 0 0 4 . 3 . 1 W o o d t r e a t e d w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n 1 0 0 4 . 3 . 2 W o o d t r e a t e d w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n 1 0 4 5 . C o n c l u s i o n 1 0 9 6. R e c o m m e n d a t i o n i l l 7. L i t e r a t u r e 1 1 3 vii L I S T O F T A B L E S 2 - 1 - 1 C o m p o s i t i o n o f A C A 1 1 2 - 1 - 2 T h e s u c c e s s i v e f o r m a t i o n c o n s t a n t f o r t h e c o p p e r ( I I ) a n d n i c k e l ( I I ) i o n s w i t h a m m o n i a a s a l i g a n d 1 3 2 - 1 - 3 C h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f s i x c o m m o n c o n i f e r o u s w o o d s 3 1 3 - 1 - 1 C r y s t a l l o g r a p h i c d a t a 4 8 4 - 1 - 1 A s s i g n m e n t o f a b s o r p t i o n b a n d s i n I R s p e c t r u m o f t h e i s o l a t e d c o m p o u n d 6 0 4 - 1 - 2 C h e m i c a l s h i f t s f o r t h e p r o t o n N M R s p e c t r u m o f t h e c o m p o u n d e x t r a c t e d f r o m D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d 6 2 4 - 2 - 1 P e a k a r e a r a t i o o f a m i d e / s a l t a g a i n s t c a r b o n - h y d r o g e n s f r e t c l i i n g 7 4 4 - 2 - 2 A t o m i c c o o r d i n a t e s a n d B e q 8 5 4 - 2 - 3 S e l e c t e d b o n d l e n g t h s ( A ) f o r v a n i l l i n - c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x 8 6 4 - 2 - 4 S e l e c t e d b o n d a n g l e s ( ° ) f o r v a n i l l i n - c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x 8 7 4 - 2 - 5 H y d r o g e n b o n d s a n d C - H 0 i n t e r a c t i o n 8 8 4 - 2 - 6 A s s i g n m e n t o f m a i n a b s o r p t i o n b a n d s i n I R s p e c t r a o f v a n i l l i n a n d c o p p e r - v a n i l l i n c o m p l e x 9 3 4 - 2 - 7 T h e E S R p a r a m e t e r s f o r c o p p e r - v a n i l l i n c o m p l e x a n d c o p p e r s o l u t i o n a n d c o p p e r t r e a t e d w o o d a t r o o m t e m p e r a t u r e 9 7 4 - 3 - 1 N i t r o g e n c o n t e n t i n t h e t r e a t e d w o o d a n d p H v a l u e s o f t h e l e a c h a t e s o l u t i o n 1 0 2 4 - 3 - 2 C o p p e r a n d n i t r o g e n c o n t e n t s a n d w e i g h t l o s s e s o f t h e t r e a t e d w o o d e x p o s e d t o P. placenta. , 1 0 7 viii 4 - 3 - 2 C o p p e r a n d n i t r o g e n c o n t e n t s a n d w e i g h t l o s s e s o f t h e t r e a t e d w o o d e x p o s e d t o G. trabeum .... '. 1 0 7 4 - 3 - 3 C o p p e r a n d n i t r o g e n c o n t e n t s a n d w e i g h t l o s s e s o f t h e t r e a t e d w o o d e x p o s e d t o T. versicolor 1 0 7 ix L I S T O F F I G U R E S 2 - 1 - 1 E n e r g y l e v e l s f o r a s y s t e m w i t h e l e c t r o n s p i n S = l / 2 a n d n u c l e a r s p i n 1 = 3 / 2 s h o w i n g t h e e f f e c t s o f m a g n e t i c f i e l d a n d t h e n u c l e a r q u a d r u p o l e m o m e n t 2 1 2 - 1 - 2 R e l a t i o n b e t w e e n t h e m a g n e t i c p a r a m e t e r s g / / a n d A / / f o r c o p p e r - t r e a t e d w o o d a n d c o p p e r s o l u t i o n s . 2 2 3 - 1 - 1 P r e l i m i n a r y e x t r a c t i o n p r o c e d u r e f o r i s o l a t i o n o f e x t r a n e o u s c o m p o u n d s . . 3 6 4 - 1 - 1 U V a b s o r p t i o n s p e c t r u m o f a m e t h a n o l s o l u t i o n ( l x 1 0 " 5 ) o f t h e w h i t e s o l i d i s o l a t e d f r o m a c e t o n e - e x t r a c t i v e 5 8 4 - 1 - 2 F T I R s p e c t r a o f a ) t a x i f o l i n f o r m a c e t o n e e x t r a c t i v e , b ) t h e b l a c k p r e c i p i t a t e f o r m e d d u r i n g t h e r e a c t i o n o f t a x i f o l i n a n d a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n 5 9 4 - 1 - 3 i H - N M R s p e c t r u m o f t h e w h i t e s o l i d i s o l a t e d f r o m a c e t o n e - e x t r a c t i v e i n a c e t o n e - D 6 6 1 4 - 1 - 4 M a s s s p e c t r u m o f t h e w h i t e s o l i d i s o l a t e d f r o m a c e t o n e e x t r a c t f r o m D o u g l a s - f i r 6 3 4 - 1 - 5 D i a g n o s t i c m a s s s p e c t r a l f r a g m e n t a t i o n f r o m t h e w h i t e s o l i d e x t r a c t e d f r o m D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d 6 4 4 - 1 - 6 T h e m o l e c u l a r s t r u c t u r e o f t a x i f o l i n ( a ) a n d t h e t h r e e p o s s i b l e 1 : 1 c o p p e r c o m p l e x e s s h o w i n g t h e t h r e e r e a c t i v e ( b ) , ( c ) a n d ( d ) 6 5 4 - 1 - 7 C h a n g e s i n t h e v i s i b l e s p e c t r a o f t a x i f o l i n i n m e t h a n o l t o w h i c h w a s a d d e d a a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n 6 7 4 - 1 - 8 T h e v i s i b l e s p e c t r a o f t a x i f o l i n p l u s a ) C C A s o l u t i o n , b ) c o p p e r i n e x c e s s s o d i u m s u l p h a t e h y d r o x i d e , c ) c o p p e r s u l p h a t e i n d i s t i l l e d w a t e r a n d d ) 2 % a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n , 6 0 m i n u t e s a f t e r m i x i n g 6 8 4 - 2 - 1 I R s p e c t r a o f w o o d s a m p l e s b e f o r e ( a ) a n d a f t e r ( b ) t r e a t m e n t w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n 7 3 X 4 - 2 - 2 I R s p e c t r a o f h o l o c e l l u l o s e b e f o r e a n d a f t e r a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t m e n t 7 6 4 - 2 - 3 I R s p e c t r u m o f t h e s o l i d o b t a i n e d from t h e f i l t r a t e o f a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t e d h o l o c e l l u l o s e 7 7 4 - 2 - 4 G C - M S s p e c t r u m o f t h e r e a c t i o n p r o d u c t s o f v a n i l l i n w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e 8 0 4 - 2 - 5 P e r s p e c t i v e v i e w o f C u ( I I ) - b i s ( v a n i l l i n a t o ) b i s ( a m m o n i a ) w i t h t h e a t o m i c n u m b e r i n g ; 3 3 % p r o b a b i l i t y t h e r m a l e l l i p s o d e a r e s h o w n f o r t h e n o n - h y d r o g e n a t o m s 8 4 4 - 2 - 6 P a c k i n g o f C u ( I I ) - b i s ( v a n i l l i n a t o ) b i s ( a m m o n i a ) i n a m o n o c l i n i c u n i t c e l l . T h e h y d r o g e n b o n d s a r e i n d i c a t e d b y t h i n l i n e s 8 9 4 - 2 - 7 I R s p e c t r a o f v a n i l l i n a n d v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x , a ) v a n i l l i n , b ) v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x 9 1 4 - 2 - 8 U V - v i s i b l e s p e c t r u m o f a N u j o l m u l l o f t h e v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x 9 2 4 - 2 - 9 E S R s p e c t r a o f v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x , a ) s o l i d a t r o o m t e m p e r a t u r e b ) i n D M S O s o l u t i o n a t 1 1 5 K 9 6 4 - 3 - 1 W e i g h t l o s s e s f o r a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t e d w o o d 1 0 3 4 - 3 - 2 W e i g h t l o s s e s f o r a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d 1 0 8 xi A C K N O W L E D G E M E N T S I w o u l d l i k e t o s i n c e r e l y t h a n k D r . J o h n N . R . R u d d i c k , m y s u p e r v i s o r , f o r h i s p a t i e n t g u i d a n c e a n d e n c o u r a g e m e n t t h r o u g h o u t t h e c o u r s e o f t h e r e s e a r c h w o r k a n d i n p r e p a r a t i o n o f t h i s t h e s i s . I w o u l d l i k e t o e x p r e s s m y a p p r e c i a t i o n t o t h e m e m b e r s o f m y t h e s i s c o m m i t t e e , D r . L . P a s z n e r , D r . G . H e r r i n g a n d D r . N . R i c h a r d s o n f o r t h e i r i n v a l u a b l e a d v i c e a n d s u p p o r t o n s e v e r a l a s p e c t s o f t h i s t h e s i s . I g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e t h e N S E R C / I n d u s t r i a l C h a i r i n W o o d p r e s e r v a t i o n f o r f i n a n c i a l s u p p o r t . F i n a l l y , I w i s h t o s i n c e r e l y t h a n k m y w i f e Y i F e n g a n d m y s o n L e i f o r t h e i r p a t i e n c e a n d u n d e r s t a n d i n g o v e r t h e p a s t y e a r s . xii 1 1. I N T R O D U C T I O N W o o d i s a r e m a r k a b l e m a t e r i a l o f g r e a t v a l u e a n d i m p o r t a n c e i n t h e w o r l d e c o n o m y . C a n a d a i s t h e w o r l d ' s l e a d i n g e x p o r t e r o f f o r e s t p r o d u c t s . I n 1 9 9 1 C a n a d i a n e x p o r t s o f f o r e s t p r o d u c t s w e r e v a l u e d a t $ 1 9 , 1 0 0 m i l l i o n . W i t h a t r a d e s u r p l u s o f $ 1 8 . 1 b i l l i o n i n 1 9 9 1 , t h e f o r e s t i n d u s t r y w a s a m a j o r c o n t r i b u t o r t o C a n a d a ' s p o s i t i v e t r a d e b a l a n c e ( C a n a d a Y e a r B o o k , 1 9 9 4 ) . C l e a r l y , t h e f o r e s t i n d u s t r y p l a y s a m a j o r r o l e i n C a n a d a ' s e c o n o m i c a c t i v i t y . W o o d i s u s e d e x t e n s i v e l y a s a s t r u c t u r a l m a t e r i a l i n t h e w o r l d . W h e n w o o d m a t e r i a l i s i n u s e u n d e r c o n d i t i o n s w h e r e i t b e c o m e s w e t , i t i s l i a b l e t o d e c a y . I t h a s b e e n e s t i m a t e d t h a t t h e a n n u a l l o s s i n C a n a d a d u e t o t h e b i o l o g i c a l d e s t r u c t i o n o f t i m b e r i s i n e x c e s s o f $ 5 0 0 m i l l i o n . D e c a y o f d o m e s t i c d w e l l i n g s a l o n e h a s b e e n e s t i m a t e d t o c o s t C a n a d i a n h o m e o w n e r s o v e r $ 1 0 0 m i l l i o n a n n u a l l y ( R u d d i c k , 1 9 8 0 a ) . W i t h t h e p o p u l a t i o n i n C a n a d a c o n t i n u i n g t o i n c r e a s e , t h e d e m a n d f o r w o o d s u p p l y w i l l c o n t i n u e t o g r o w . O n e s t r a t e g y d e s i g n e d t o a c h i e v e a n a d e q u a t e s u p p l y o f w o o d f o r t h i s g r o w t h i s t o i n c r e a s e t h e s e r v i c e l i f e o f w o o d p r o d u c t s s u b j e c t t o d e c a y . C o n s e q u e n t l y , m o r e a t t e n t i o n i s b e i n g f o c u s e d o n w o o d p r e s e r v a t i o n , s i n c e t h i s c a n h e l p c o n s e r v e f o r e s t s a n d p r o v i d e e c o n o m i c a n d s o c i a l b e n e f i t s ( W i l k i n s o n , 1 9 7 9 ) . T h e v a c u u m - p r e s s u r e i m p r e g n a t i o n o f w o o d e n c o m m o d i t i e s w i t h p r e s e r v a t i v e s , t o e x t e n d t h e i r s e r v i c e l i f e , h a s b e e n v e r y s u c c e s s f u l i n e x p a n d i n g t h e u s e o f n o n d u r a b l e w o o d s p e c i e s s u c h a s h e m - f i r [ a c o m m e r c i a l m i x t u r e o f w e s t e r n h e m l o c k (Tsuga heterophylla S a r g e . ) a n d a m a b i l i s f i r {Abies amabilis F o r b e s . ) ] . I n C a n a d a t h e w o o d p r e s e r v a t i o n i n d u s t r y t r e a t s 1 . 9 8 5 m i l l i o n c u b i c m e t e r s ( m 3 ) o f w o o d e a c h y e a r , w i t h 5 1 . 5 % g o i n g t o c o n s u m e r l u m b e r , 2 1 . 3 % t o p o l e p r o d u c t i o n a n d 2 4 . 1 % t o i n d u s t r i a l l u m b e r . T h e 1 9 9 2 v a l u e o f t h i s t r e a t e d 2 l u m b e r w a s $ 5 4 7 m i l l i o n . T h e v a l u e o f t h e t o t a l v o l u m e o f t r e a t e d w o o d i n s t a l l e d i n C a n a d a i s i n e x c e s s o f $ 1 0 b i l l i o n ( S t e p h e n s et al, 1 9 9 4 ) . A m o n g t h e w o o d p r e s e r v a t i v e s u s e d i n C a n a d a , c h r o m a t e d - c o p p e r - a r s e n a t e ( C C A ) , a m a j o r w a t e r b o r n e c h e m i c a l p r e s e r v a t i v e , i s w i d e l y u s e d t o p r o t e c t t h e w o o d . H o w e v e r , i t i s r a r e l y u s e d f o r D o u g l a s - f i r {Pseudotsuga menziesii ( M i r b . ) F r a n c o ) o r s p r u c e (Picea s p . ) h e a r t w o o d b e c a u s e o f p o o r p e n e t r a t i o n . I m p r o v e d t r e a t m e n t o f s u c h r e f r a c t o r y w o o d s p e c i e s c a n b e a c h i e v e d b y a m m o n i a c a l c o p p e r b a s e d w o o d p r e s e r v a t i v e s . R u d d i c k ( 1 9 8 0 b ) i n v e s t i g a t e d t h e t r e a t a b i l i t y o f l o d g e p o l e p i n e (Pinus contorta D o u g l . ) h e a r t w o o d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r a r s e n a t e ( A C A ) a n d C C A . A n a l y s i s o f p r e s e r v a t i v e p e n e t r a t i o n a n d r e t e n t i o n s h o w e d t h a t b o t h w e r e h i g h e r i n t h e A C A t r e a t e d l u m b e r t h a n i n t h a t t r e a t e d w i t h C C A . H o w e v e r , w i t h s o m e w o o d s p e c i e s w i t h A C A t r e a t m e n t r e s u l t s i n a n u n p l e a s a n t d a r k c o l o r ( R u d d i c k , 1 9 7 9 ) . T h i s c o l o r r e d u c e s t h e a c c e p t a b i l i t y o f c e r t a i n p r o d u c t s , e . g . d e c k i n g a n d f e n c i n g . I n t h e f o r m u l a t i o n s o f a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s y s t e m d e v e l o p e d , c o p p e r i s t h e b i o c i d e l y a c t i v e c o m p o n e n t , b u t o t h e r c o - b i o c i d e s a r e a l s o i n c l u d e d , s u c h a s a r s e n i c i n A C A . I n d u s t r i a l c o n c e r n w i t h t h e t o x i c i t y a n d t h e c o s t o f a r s e n i c ( V ) o x i d e h a s l e d t o t h e r e p l a c e m e n t o f s o m e a r s e n i c w i t h l e s s t o x i c z i n c i n t h e d e v e l o p m e n t o f a m m o n i a c a l c o p p e r z i n c a r s e n a t e ( A C Z A ) . M o r e r e c e n t l y , a m m o n i a c a l c o p p e r / q u a t ( A C Q ) a n d a m m o n i a c a l c o p p e r c i t r a t e ( C C ) h a v e b e e n c o m m e r c i a l i z e d . T h e y e x h i b i t r e l a t i v e l y l o w m a m m a l i a n t o x i c i t y a n d l o w e n v i r o n m e n t a l i m p a c t . 1.1 Black color of Douglas-fir heartwood after treatment with A C A I t i s w e l l k n o w n t h a t t h e A C A t r e a t m e n t o f c e r t a i n w o o d s p e c i e s , s u c h a s D o u g l a s - f i r , r e s u l t s i n a d a r k e n i n g o f t h e w o o d d u r i n g t r e a t m e n t . T h e c a u s e o f t h i s 3 d a r k e n i n g i s m o s t l i k e l y r e l a t e d t o a m m o n i u m h y d r o x i d e i n t h e p r e s e r v a t i v e s , s i n c e t r e a t m e n t w i t h e i t h e r c o p p e r o r a r s e n i c c o n t a i n i n g p r e s e r v a t i v e s s u c h a s C C A , d o e s n o t g i v e t h i s r e a c t i o n . I t m a y a l s o b e a f u n c t i o n o f t h e h i g h p H o f t h e t r e a t i n g s o l u t i o n . A l i t e r a t u r e s u r v e y c o n f i r m e d t h a t n o e x p l a n a t i o n h a s y e t b e e n f o u n d f o r t h i s d a r k e n i n g o f D o u g l a s - f i r a f t e r t r e a t m e n t w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s . I t i s n o t e v e n k n o w n , f o r e x a m p l e , w h i c h c o m p o n e n t i n D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d i s r e s p o n s i b l e f o r t h e d a r k c o l o r . 1.2 Fixation of ammoniacal copper preservative in wood T h e f i x a t i o n m e c h a n i s m o f a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s i s n o t u n d e r s t o o d . I t h a s b e e n s u g g e s t e d t h a t t h e c u p r i a m m o n i u m i o n s i n s o l u t i o n r e a c t b y i o n e x c h a n g e w i t h e x c h a n g e a b l e p r o t o n s i n f u n c t i o n a l g r o u p s i n w o o d , s u c h a s c a r b o x y l i c a c i d g r o u p s ( K u p c h i n o v et al., 1 9 7 5 ) . I n a d d i t i o n , e v a p o r a t i o n o f a m m o n i a w i l l r e s u l t i n t h e b r e a k d o w n o f t h e t e t r a m i n o c u p r i c c o m p l e x e s p r e s e n t i n s o l u t i o n , t h u s f o r m i n g w a t e r - i n s o l u b l e c o p p e r s a l t s , s u c h a s a r s e n a t e i n t h e c a s e o f A C A ( H a r t f o r d , 1 9 7 3 ) . T o d a t e , t h i s p r o p o s e d f i x a t i o n m e c h a n i s m h a s n o t b e e n v e r i f i e d e x p e r i m e n t a l l y . R e c e n t l y , t h i s h y p o t h e s i s w a s c h a l l e n g e d w h e n i t w a s o b s e r v e d t h a t A C A -t r e a t e d s p r u c e p o l e s r e t a i n e d t h e e n h a n c e d n i t r o g e n l e v e l s , m o r e t h a n t w o y e a r s a f t e r t r e a t m e n t . T h e n i t r o g e n m u s t t h e r e f o r e b e s t r o n g l y b o u n d i n t h e w o o d . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e a m m o n i a m a y r e a c t w i t h t h e w o o d c o m p o n e n t s d u r i n g i m p r e g n a t i o n , a l l o w i n g t h e n i t r o g e n t o b e f i x e d t o t h e w o o d . A n u m b e r o f i n v e s t i g a t i o n s o f t h e b o n d i n g o f c o p p e r c o m p l e x e s i n t r e a t e d w o o d u s i n g e l e c t r o n s p i n r e s o n a n c e ( E S R ) h a v e b e e n r e p o r t e d ( R u d d i c k et al., 1 9 9 2 ; H u g h e s et al, 1 9 9 2 ) . I t w a s f o u n d t h a t c o p p e r - n i t r o g e n c o m p l e x e s w e r e m o s t l i k e l y f o r m e d i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d . T h e s e c o m p l e x e s h a d a h i g h 4 l e a c h i n g r e s i s t a n c e . B a s e d o n t h e a b o v e o b s e r v a t i o n s , a r e a c t i o n b e t w e e n t h e a m m o n i a a n d t h e c o p p e r i n t h e p r e s e r v a t i v e o r t h e w o o d m a y b e p r o p o s e d w h i c h r e s u l t s i n a c o m p l e x f o r m a t i o n , a n d b o u n d n i t r o g e n p r e s e n t i n t r e a t e d w o o d . H o w e v e r , t h e f o r m o f t h i s n i t r o g e n f i x e d i n t h e w o o d a n d t h e n a t u r e o f t h e c o p p e r -n i t r o g e n c o m p l e x e s i n t r e a t e d w o o d r e m a i n u n k n o w n . 1.3 The impact of nitrogen retention in ACA-treated wood T h e m a i n o r g a n i s m s r e s p o n s i b l e f o r d e t e r i o r a t i o n o f w o o d a r e b a c t e r i a , f u n g i a n d i n s e c t s . I n t e m p e r a t e r e g i o n s o f C a n a d a , t h e m o s t a b u n d a n t a n d s i g n i f i c a n t o r g a n i s m s r e s p o n s i b l e f o r w o o d d e c a y a r e f u n g i . F u n g i , l i k e o t h e r o r g a n i s m s , r e q u i r e s u b s t a n t i a l a m o u n t s o f n i t r o g e n f o r s y n t h e s i s o f p r o t e i n a n d o t h e r c e l l c o n s t i t u e n t s o r p r o d u c t s s u c h a s n u c l e o p r o t e i n s , l i p o p r o t e i n s , e n z y m e s , a n d c h i t i n i n h y p h a l c e l l w a l l s . W o o d - i n h a b i t i n g f u n g i a r e u n i q u e i n t h e i r a b i l i t y t o o b t a i n t h e i r n i t r o g e n n e e d s f r o m t h e g e n e r a l l y v e r y s m a l l a m o u n t a v a i l a b l e i n w o o d . T h e n i t r o g e n c o n t e n t o f w o o d r a n g e s f r o m 0 . 0 3 % a n d 0 . 1 % o f t h e d r y w e i g h t o f w o o d ( A l l i s o n et al., 1 9 6 3 , C o w l i n g a n d M e r r i l l , 1 9 6 6 ) . M a n y f u n g i a r e a b l e t o u s e a m m o n i a , n i t r a t e s , n i t r i t e s , a n d u r e a a s s o l e s o u r c e s o f n i t r o g e n . S e v e r a l r e s e a r c h e r s h a v e s h o w n t h a t i n c r e a s i n g t h e n i t r o g e n c o n t e n t o f w o o d , f r e q u e n t l y b y a d d i t i o n o f a n a m m o n i u m s a l t , i n c r e a s e s t h e r a t e o f d e c a y b y w o o d - d e s t r o y i n g f u n g i . A m m o n i u m i s o f t e n t h e b e s t n i t r o g e n s o u r c e , b u t i t m a y a f f e c t t h e m e d i a p H a n d , h e n c e , g r o w t h r e s p o n s e s ( Z a b e l a n d M o r r e l l , 1 9 9 2 ) . I t w a s f o u n d t h a t t h e n i t r o g e n c o n t e n t i n A C A - t r e a t e d s p r u c e w o o d w a s m u c h h i g h e r t h a n t h a t i n u n t r e a t e d w o o d e v e n a f t e r t w o y e a r s o f o u t d o o r s t o r a g e . I t w a s s u g g e s t e d t h a t t h e n i t r o g e n w a s s t r o n g l y b o u n d i n t h e w o o d . W h e t h e r f u n g i o r b a c t e r i a a r e c a p a b l e o f m e t a b o l i z i n g t h e h i g h e r n i t r o g e n c o n t e n t i n t h e a m m o n i a -t r e a t e d w o o d t o p r o m o t e t h e i r g r o w t h i s u n k n o w n . 5 1.4 The objectives of this study B a s e d u p o n t h e l i m i t e d k n o w l e d g e o f t h e r e a c t i o n s o f a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n s w i t h w o o d , a n d t h e p o s s i b l e e n h a n c e d e f f e c t o f t h e a m m o n i a t r e a t m e n t o n f u n g a l a c t i v i t y , t h e f o l l o w i n g s t u d i e s h a v e b e e n p l a n n e d . (1) Determine the cause of the darkening of Douglas-fir heartwood when treated with ACA. (2) Investigate the fixation mechanism of ammoniacal copper complexes in wood and determine which wood component can take part in the fixation reaction. (3) Establish whether enrichment of nitrogen in ammoniacal-copper preservative treated wood increases the decay potential. 6 2. B A C K G R O U N D 2.1 C h e m i c a l n a t u r e o f w o o d W o o d i s c o m p r i s e d p r i m a r i l y o f c e l l u l o s e ( 4 0 - 5 0 % ) a n d h e m i c e l l u l o s e ( 2 0 -3 5 % ) a n d l i g n i n ( 1 5 - 3 5 % ) . T h e r e i s a m i n o r a m o u n t o f e x t r a n e o u s m a t e r i a l s ( 2 -1 0 % ) i n w o o d , m o s t l y i n t h e f o r m o f o r g a n i c e x t r a c t i v e s s u c h a s t a n n i n s , l i g n a n , f l a v o n o i d s , s t i l b e n e s , t e r p e n o i d , s t a r c h , l i p i d s , p e c t i n s , a l k a l o i d s , p r o t e i n s , f a t a n d w a x e s a n d a s w e l l a s t r a c e a m o u n t o f i n o r g a n i c m i n e r a l s ( 0 . 1 - 1 . 0 % ) . C e l l u l o s e i s t h e m o s t i m p o r t a n t c o m p o n e n t i n w o o d a n d i t c o n s i s t s o f 1 , 4 - | 3 -l i n k e d g l u c o p y r a n o s e s u g a r u n i t s h a v i n g b o t h i n t e r m o l e c u l a r a n d i n t r a m o l e c u l a r h y d r o g e n b o n d i n g . T h e a v e r a g e c e l l u l o s e c h a i n l e n g t h ( o r d e g r e e o f p o l y m e r i z a t i o n ) i s i n t h e 7 , 0 0 0 t o 1 0 , 0 0 0 g l u c o s e u n i t r a n g e . C e l l u l o s e c o n s i s t s o f a c r y s t a l l i n e a r e a w h e r e c e l l u l o s e c h a i n s a r e a r r a n g e d i n a n o r d e r l y t h r e e d i m e n s i o n a l c r y s t a l l a t t i c e a s w e l l a s a m o r p h o u s r e g i o n s w h e r e t h e c e l l u l o s e c h a i n s s h o w m u c h l e s s o r i e n t a t i o n w i t h r e s p e c t t o e a c h o t h e r . T h e s u r f a c e s o f t h e m i c r o f i b r i l s a r e s u r r o u n d e d b y h e m i c e l l u l o s e . T h e h e m i c e l l u l o s e a n d l i g n i n a r e a s s o c i a t e d p r i m a r i l y w i t h t h e n o n c r y s t a l l i n e z o n e s t h a t o c c u r w i t h i n a n d b e t w e e n t h e m i c r o f i b r i l s . H e m i c e l l u l o s e s a r e p o l y m e r s o f v a r i o u s p e n t o s e a n d h e x o s e s u g a r u n i t s . T h e m a j o r s u g a r s i n t h e p o l y m e r b a c k b o n e s a r e g l u c o s e , x y l o s e , m a n n o s e , g a l a c t o s e , a r a b i n o s e , r h a m n o s e , a n d u r o n i c a c i d s . T h e c h e m i s t r y o f h e m i c e l l u l o s e s h a s b e e n w i d e l y s t u d i e d , a n d h a s b e e n f o u n d t o b e m u c h m o r e c o m p l e x t h a n c e l l u l o s e . H e m i c e l l u l o s e s d i f f e r f r o m c e l l u l o s e i n h a v i n g s h o r t c h a i n l e n g t h s , a n d s i d e c h a i n s t h a t a r e s o m e t i m e s b r a n c h e d , a n d s u g a r m o n o m e r s o t h e r t h a n g l u c o s e . H e m i c e l l u l o s e a r e e i t h e r w a t e r o r a l k a l i s o l u b l e . I n s o f t w o o d s t h e g a l a c t o g l u c o m a n n a n s a n d a r a b i n o g l u c u r o n x y l a n s p r e d o m i n a t e , w h i l e i n 7 h a r d w o o d s t h e a r a b i n o g l u c u r o n o x y l a n s a n d g l u c o m a n n a n s a r e t h e m o s t f r e q u e n t l y o c c u r r i n g s t r u c t u r e s . T h e t h i r d m a j o r w o o d c o m p o n e n t , l i g n i n , i s a r a n d o m t h r e e d i m e n s i o n a l p o l y m e r o f t w o b a s i c p h e n y l p r o p a n e m o n o m e r s . T h e p h e n y p r o p a n e u n i t s a r e l i n k e d b y b i p h e n y l , a r y l - a l k y l o r e t h e r l i n k a g e s , a n d f o r m r e l a t i v e l y s t a b l e a n d i n a c t i v e p o l y m e r s t h a t a r e r e s i s t a n t t o h y d r o l y s i s . L i g n i n c a n b e d i v i d e d i n t o s e v e r a l c l a s s e s a c c o r d i n g t o t h e s t r u c t u r a l e l e m e n t s . G u a i a c y l l i g n i n , w h i c h o c c u r s i n a l m o s t a l l s o f t w o o d s , i s l a r g e l y a p o l y m e r i z a t i o n p r o d u c t o f c o n i f e r y l a l c o h o l . T h e g u a i a c y l - s y r i n g y l l i g n i n , t y p i c a l o f h a r d w o o d s , i s a c o p o l y m e r o f c o n i f e r y l a n d s i n a p y l a l c o h o l s , t h e r a t i o v a r y i n g f r o m 4 : 1 t o 1 : 2 f o r t h e t w o m o n o m e r i c u n i t s . T h e c o n c e n t r a t i o n o f l i g n i n i s h i g h e r i n t h e m i d d l e l a m e l l a t h a n i n t h e s e c o n d a r y w a l l . H o w e v e r , b e c a u s e o f t h e t h i c k n e s s o f t h e s e c o n d a r y w a l l , a t l e a s t 7 0 % o f t h e l i g n i n i n s o f t w o o d s i s l o c a t e d i n t h i s r e g i o n . L i g n i n p r o v i d e s s t i f f n e s s a n d s t r e n g t h . L i g n i n a l s o i s a v e r y d u r a b l e m a t e r i a l , a c t i n g a s a b a r r i e r a g a i n s t m i c r o b i a l a t t a c k o f t h e m o r e v u l n e r a b l e c a r b o h y d r a t e s i n t h e c e l l w a l l . L i g n i n h a s b e e n p r o v e d t o b e a m a j o r f i x a t i o n s i t e f o r s o m e i n o r g a n i c w o o d p r e s e r v a t i v e c o m p o n e n t s , s u c h a s c o p p e r ( D a h l g r e n , 1 9 7 5 ) . T h e a m o u n t , t y p e a n d l o c a t i o n o f l i g n i n w i t h i n t h e w o o d s t r u c t u r e h a v e a s i g n i f i c a n t i m p a c t o n t h e f i x a t i o n o f w o o d p r e s e r v a t i v e s a n d t h u s t h e m i c r o b i a l s u s c e p t i b i l i t y o f t h e w o o d . 2.2 Biological deterioration of wood W o o d , a s a n a t u r a l l y p r o d u c e d o r g a n i c m a t e r i a l , m a y b e s u b j e c t t o d e c a y , T h e p r i n c i p a l a g e n c i e s o f t h i s d e s t r u c t i o n a r e b a c t e r i a , f u n g i a n d i n s e c t s . I n g e n e r a l , t h e m a i n a g e n c i e s o f b i o d e t e r i o r a t i o n o f w o o d i n C a n a d a a r e f u n g i . N o t a l l f u n g i t h a t c o l o n i z e w o o d l e a d t o d e g r a d a t i o n o f t h e s t r u c t u r a l c o m p o n e n t s ( / . e. d e c a y ) . S u c h m o u l d a n d s t a i n f u n g i g e n e r a l l y d o n o t c a u s e l o s s i n 8 s t r e n g t h . D e c a y f u n g i c a u s e s i g n i f i c a n t s o f t e n i n g o r w e a k e n i n g o f w o o d , o f t e n t o t h e p o i n t t h a t w o o d p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a r e c o m p l e t e l y d e s t r o y e d . D e c a y f u n g i c a n b e f u r t h e r c l a s s i f i e d a s b r o w n r o t s a n d w h i t e r o t s ( N i c h o l a s , 1 9 7 3 ; Z a b l e a n d M o r r e l l , 1 9 9 2 ) . T h e b r o w n r o t s s e l e c t i v e l y a t t a c k t h e c e l l u l o s e a n d h e m i c e l l u l o s e o f t h e c e l l , w i t h l i t t l e e f f e c t o n t h e l i g n i n ( B r a y a n d A n d r e w s , 1 9 2 4 ; C a m p b e l l , 1 9 5 2 ) . W o o d s e r i o u s l y d e g r a d e d b y t h e s e f u n g i w i l l h a v e a n a b n o r m a l l y b r o w n i s h c o l o r . W h i t e r o t f u n g i h a v e t h e a b i l i t y t o d e g r a d e b o t h t h e l i g n i n a n d c e l l u l o s e c o m p o n e n t s o f t h e c e l l ( K a w a s e , 1 9 6 2 ) . T h e y s o m e t i m e s h a v e o n l y a l i m i t e d e f f e c t u p o n t h e c o l o r o f t h e w o o d b u t i n o t h e r c a s e s m a y g i v e i t a b l e a c h e d o r w h i t i s h c o l o r . S o f t - r o t f u n g i a r e A s c o m y c o t i n a t h a t a t t a c k w o o d t h a t i s v e r y w e t ( 8 0 - 1 0 0 % M C ) a n d u s u a l l y p e n e t r a t e r a t h e r s l o w l y . T h e y g r a d u a l l y d e g r a d e w o o d f r o m t h e s u r f a c e . T h e y a r e s i m i l a r t o b r o w n r o t f u n g i i n t h a t o n l y d e g r a d e c e l l u l o s e ( Z a b l e a n d M o r r e l l , 1 9 9 2 ) . 2 . 3 A m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s A m m o m a c a l w o o d p r e s e r v a t i v e s h a v e b e e n k n o w n s i n c e t h e b e g i n n i n g o f t h e c e n t u r y . I n 1 9 0 7 " A c z o l " w a s o n e o f t h e f i r s t t o b e i n t r o d u c e d a s a n a m m o m a c a l s o l u t i o n o f c o p p e r a n d z i n c s a l t s w i t h p h e n o l ( H u n t a n d G a r r a t t , 1 9 6 7 ) . I n 1 9 4 0 t h e U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a p a t e n t e d a n a m m o n i a c a l w o o d p r e s e r v a t i v e c a l l e d C h e m o n i t e ® ( G o r d o n , 1 9 4 0 ) , w h i c h c o n t a i n e d c o p p e r s a l t s t o p r o v i d e f u n g i c i d a l a c t i o n , a n d a r s e n i c s a l t s w h i c h f u n c t i o n e d a s a f u n g i c i d e a s w e l l a s a n i n s e c t i c i d e . T h e s a l t s w e r e d i s s o l v e d i n a q u e o u s a m m o n i a a n d t h e p r e s e r v a t i v e w a s f i x e d i n t h e w o o d b y t h e p r e c i p i t a t i o n o f w a t e r - i n s o l u b l e c o p p e r a r s e n a t e a s t h e v o l a t i l e a m m o n i a e v a p o r a t e d . I t w a s f i r s t a m m o n i a c a l c o p p e r a r s e n i t e p r e s e r v a t i v e ( A C A ) w h i c h w a s s u b m i t t e d t o t h e A W P A p r e s e r v a t i v e s c o m m i t t e e i n 1 9 4 9 ( B a e c h l e r , 1 9 4 9 ) : T h e f i r s t c o m m e r c i a l C h e m o n i t e ® t r e a t i n g 9 p l a n t w a s b u i l t i n 1 9 3 5 t o p r e s e r v e l u m b e r , t i e s , p o l e s , a n d p i l e s , m a i n l y o f w h i t e f i r . L a t e r i n 1 9 4 1 , a C h e m o n i t e ® t r e a t i n g p l a n t w a s b u i l t t h a t p r o c e s s e d a l m o s t e x c l u s i v e l y c o a s t a l D o u g l a s - f i r ( F r i t z , 1 9 4 7 ) . T h e c o m p o s i t i o n o f A C A i s s h o w n i n t a b l e 2 - 1 - 1 . A C A w a s o r i g i n a l l y p r e p a r e d a t t h e t r e a t i n g p l a n t b y m i x i n g t h e c o p p e r c h e m i c a l w i t h a r s e n i c t r i o x i d e i n a m m o n i u m h y d r o x i d e , w h i c h w a s k n o w n a s a m m o n i a c a l c o p p e r a r s e n i t e . I n t h e m i d - 1 9 7 0 ' s , i t w a s r e a l i z e d t h a t d u r i n g t h e m i x i n g p r o c e s s , t h e a i r o x i d i z e d t h e a r s e n i c t o t h e p e n t a v a l e n t f o r m . T h u s t h e n a m e w a s c h a n g e d t o a m m o n i a c a l c o p p e r a r s e n a t e ( R u d d i c k , 1 9 8 2 ) . F o l l o w i n g i m p r e g n a t i o n o f t h e A C A i n t h e w o o d , t h e a m m o n i a e v a p o r a t e s . T h i s c a u s e s a b r e a k d o w n o f t h e c h e m i c a l c o m p l e x e s a n d f o r m a t i o n o f a w a t e r i n s o l u b l e c o p p e r a r s e n a t e i n t h e w o o d , w h i c h w i l l n o t b e w a s h e d o u t w h e n t h e t r e a t e d w o o d i s p l a c e d i n s e r v i c e . W i t h t h e g r o w i n g p r e s s u r e f r o m e n v i r o n m e n t a l g r o u p s o n c o n v e n t i o n a l w o o d p r e s e r v a t i v e s , a m m o n i a - b a s e d p r e s e r v a t i v e s s h o w c o n s i d e r a b l e p r o m i s e f o r f u r t h e r d e v e l o p m e n t t o i n c r e a s e t h e i r v e r s a t i l i t y a s w o o d p r e s e r v a t i v e s . M o s t o f t h e f o r m u l a t i o n s d e v e l o p e d u s e c o p p e r a s t h e a c t i v e c a t i o n b e c a u s e o f i t s e x c e l l e n t f u n g i c i d a l a c t i o n . I n d u s t r y c o n c e r n w i t h t h e t o x i c i t y a n d l e a c h i n g o f a r s e n i c l e d t o i n t e r e s t i n r e p l a c i n g s o m e o f t h e a r s e n i c . C l a r k e a n d R a k ( 1 9 7 4 ) f o u n d t h a t a d d i t i o n o f z i n c o x i d e t o A C A e n h a n c e d a r s e n i c f i x a t i o n . I n t h i s f o r m u l a t i o n , fifty p e r c e n t o f t h e a r s e n i c o x i d e w a s r e p l a c e d b y z i n c o x i d e . T h i s l e a d t o d e v e l o p m e n t o f a m m o n i a c a l c o p p e r z i n c a r s e n a t e ( A C Z A ) w h i c h w a s f i r s t i n t r o d u c e d t o C a n a d i a n S t a n d a r d s A s s o c i a t i o n ( C S A ) , b u t w a s n e v e r d e v e l o p e d f u r t h e r . S u b s e q u e n t l y a s i m i l a r A C Z A f o r m u l a t i o n w a s i n t r o d u c e d i n t h e U n i t e d S t a t e s i n 1 9 8 1 i n w h i c h t h e C u : Z n : A s r a t i o w a s 1 : 1 : 1 ( B e s t a n d C o l e m a n , 1 9 8 1 ) . I n 1 9 8 3 t h e A W P A a p p r o v e d t h e 1 : 1 : 1 f o r m u l a t i o n o f A C Z A i n t o t h e p r e s e r v a t i v e s t a n d a r d ( M o r g a m , 1 9 8 9 ) . M o r e r e c e n t l y , a m m o n i a c a l c o p p e r c i t r a t e ( C C ) a n d a m m o n i a c a l 10 c o p p e r / q u a t e r n a r y a m m o r u u m c o m p o u n d s f o r m u l a t i o n s ( A C Q ) h a v e b e e n d e v e l o p e d w h i c h e x h i b i t r e l a t i v e l y l o w m a m m a l i a n t o x i c i t y a n d l o w e n v i r o n m e n t a l i m p a c t ( F i n d l a y a n d R i c h a r d s o n , 1 9 8 3 ) . < T3 as oo ON © ci oo O N 9 O X «•> ci i </-> 9 o X oo 9 o o IJg 1 3 o O N o\ Ov o I X O < o c o a CO 0 1 o U 1 CA 1^ 5 o OV o 1 in O N ON o o< c4 cri • i •ri oo' U") o 9 u K x a § 5 u X © • o ON ON + + o o NO •>*• ui O v O ' * * O ° ~-C l © C ) O 12 2.3.1 Role of ammonia in improving preservative treatment T h e r e a s o n f o r t h e i n c r e a s e d p e n e t r a t i o n o f A C A t r e a t m e n t i s n o t w e l l k n o w n , b u t i s b e l i e v e d t o b e a s s o c i a t e d w i t h t h e a c t i o n o f a m m o n i a o n t h e c e l l u l o s e , w h i c h r e s u l t s i n a s e p a r a t i o n o f t h e h y d r o g e n b o n d i n g ( W i n a n d y et al., 1 9 8 9 ) . T h e r e f o r e , a m m o n i a i s a n e x c e l l e n t s w e l l i n g a g e n t . A m m o n i a i s a l s o c a p a b l e o f d i s s o l v i n g e n c r u s t i n g m a t e r i a l s s u c h a s f a t s , w a x e s , r e s i n s a n d p o l y g a l a c t u r o n i c a c i d s ( H u l m e , 1 9 7 9 ) , t h u s e n h a n c i n g p r e s e r v a t i v e p e n e t r a t i o n , e s p e c i a l l y i n r e f r a c t o r y s p e c i e s . C o n s i d e r a b l e e f f o r t h a s m a d e i n o r d e r t o u n d e r s t a n d t h e e f f e c t o f a n h y d r o u s a m m o n i a o n v a r i o u s c o m p o n e n t s o f t h e w o o d ( B a r i s k a a n d P o p p e r , 1 9 7 1 a n d 1 9 7 5 ; R a k 1 9 7 7 ) . T h e s e s t u d i e s i n d i c a t e d t h a t a m m o n i a p e n e t r a t e d t h e a m o r p h o u s c e l l u l o s e f i r s t , t h e n t h e c e l l u l o s e , h e m i c e l l u l o s e a n d l i g n i n , a n d e v e n t u a l l y t h e c r y s t a l l i n e c e l l u l o s e . W a t e r d o e s n o t e n t e r t h e c r y s t a l l i n e r e g i o n o f c e l l u l o s e a n d i s s o r b e d o n l y b y t h e p a r a c r y s t a l l i n e r e g i o n o f c e l l u l o s e ( B a r i s k a et al., 1 9 6 9 ) . S c h u e r c h ( 1 9 6 4 ) p o i n t e d o u t t h a t a m m o n i a i s a s u p e r i o r s o l v e n t f o r b o t h t h e m a j o r p o l y m e r s y s t e m s - t h e p h e n o l i c l i g n i n b i n d e r a n d t h e p o l y s a c c h a r i d e s y s t e m i n t h e c e l l w a l l . A l t h o u g h t h e l i g n i n i s a b r a n c h e d a n d c r o s s l i n k e d p o l y m e r , w h e n f u l l y p e n e t r a t e d b y a m m o n i a , i t s w e l l s , b e c o m e s s o f t , b u t i t s m o l e c u l e s a r e n o t d i s s o l v e d o r c o m p l e t e l y s e p a r a t e d . T h e h e m i c e l l u l o s e m a y b e d e a c e t y l a t e d a n d a c e t a m i d e m a y b e f o r m e d d u r i n g t r e a t m e n t w i t h a m m o n i a . I t w a s r e p o r t e d t h a t u r o n i c a c i d g r o u p s m a y b e c o n v e r t e d t o a m m o n i u m s a l t s o r a m i d e s ( S c h u e r c h , 1 9 6 4 ) R a k ( 1 9 7 7 ) r e p o r t e d , i n h i s s t u d i e s o f s p r u c e , t h a t t h e p e r m e a b i l i t y o f s p r u c e r o u n d w o o d i n t h e r a d i a l d i r e c t i o n w a s i m p r o v e d u s i n g a m m o n i a c a l s o l u t i o n s o f i n o r g a n i c s a l t s , c o m p a r e d w i t h a q u e o u s s o l u t i o n s . H e a l s o n o t i c e d t h a t t h e a m m o n i a c a l s y s t e m p e n e t r a t e d s p r u c e 1 . 7 - 1 . 8 t i m e s f a s t e r i n t h e r a d i a l d i r e c t i o n t h a n t h e a c i d i c C C A , w h i l e t h e p e r m e a b i l i t y i n t h e t a n g e n t i a l d i r e c t i o n 13 w a s 3 . 8 t i m e s f a s t e r . T h e p e r m e a b i l i t y o f s p r u c e s a p w o o d t o a n a q u e o u s a m m o n i a c a l s o l u t i o n o f i n o r g a n i c s a l t s w a s f o u n d t o b e b e t t e r t h a n a p l a i n w a t e r s o l u t i o n . 2 . 3 . 2 A m m o n i a c a l c o p p e r (II) c o m p l e x e s A d d i t i o n o f a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n t o a n a q u e o u s s o l u t i o n o f t h e c o p p e r ( I I ) i o n s r e s u l t s i n t h e s e t t i n g u p o f a c o m p l e x e q u i l i b r i u m , i n v o l v i n g t h e s u c c e s s i v e r e p l a c e m e n t o f c o o r d i n a t e d w a t e r b y a m m o n i a a c c o r d i n g t o t h e e q u a t i o n : C u ( H 2 0 ) 6 2 + + n N H 3 o C u ( N H 3 ) n ( H 2 0 ) 6 . n 2 + + n H 2 0 T h e s u c c e s s i v e f o r m a t i o n c o n s t a n t s f o r t h e s e r e a c t i o n s a r e s h o w n i n T a b l e 2 - 1 - 2 , t o g e t h e r w i t h t h o s e f o r t h e N i ( H 2 0 ) 6 2 + c a t i o n . F o r n i c k e l ( I I ) t h e r e i s a s m o o t h d e c r e a s e f r o m K I t o K 6 , w h e r e a s f o r c o p p e r ( I I ) , K 6 i s z e r o a n d K 5 i s v e r y s m a l l , i n d i c a t i n g a n e g l i g i b l e t e n d e n c y t o t a k e u p m o r e t h a n f o u r a m m o n i a g r o u p s . T a b l e 2 - 1 - 2 T h e s u c c e s s i v e f o r m a t i o n c o n s t a n t f o r t h e c o p p e r ( I I ) a n d n i c k e l ( I I ) i o n s w i t h a m m o n i a a s a l i g a n d ( H a t h a w a y et al. 1 9 7 0 ) K i K 2 K 1 3 K 1 4 K i 5 K 1 6 C U 2 + 1 2 0 0 0 3 0 0 0 8 0 0 1 2 0 0 . 3 -N i2+ 5 0 0 1 5 0 5 0 1 5 5 1 T h e m o s t c o m m o n c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x C u ( N H 3 ) 4 ( H 2 0 ) 2 h a s a d i s t o r t e d o c t a h e d r a l c o n f i g u r a t i o n a r o u n d t h e m e t a l a t o m w i t h t h e f o u r n i t r o g e n b o n d s ( C u - N = 2 . 0 3 - 2 . 0 6 A ) c l o s e s t t o t h e c o p p e r a t o m i n a p l a n e a n d t w o l e s s s t r o n g l y b o u n d w a t e r l i g a n d s ( C u - 0 = 2 . 5 9 - 3 . 3 7 A ) , o n a n a x i s p e r p e n d i c u l a r t o 14 t h i s p l a n e ( E m e l e u s , 1 9 7 3 , M a z z i , 1 9 5 5 ) . C o p p e r ( I I ) i o n s c a n a l s o f o r m c o m p l e x e s w i t h a m i n e s s u c h a s e m y l e n e d i a m i n e a n d p y r i d i n e . 2.3.3 Reaction of ammonia and ammoniacal copper with wood and its components. 2.3.3.1 Reaction of ammonia with wood components T r e a t m e n t o f w o o d w i t h a q u e o u s a m m o n i a c a u s e s s u b s t a n t i a l c h a n g e s i n w o o d p r o p e r t i e s , (e.g. m o r e h y g r o s c o p i c , s w e l l i n g t o a h i g h d e g r e e a n d d o u b l i n g o f i n t e r n a l s u r f a c e a r e a ) . M a h d a l i k et al. ( 1 9 7 1 ) s t u d i e d t h e c h a n g e s i n t h e c h e m i c a l p r o p e r t i e s o f t h e w o o d t r e a t e d w i t h l i q u i d a m m o n i a . T h e y f o u n d t h a t t h e r e a c t i o n o f a m m o n i a w i t h m o i s t w o o d f i x e d m o r e n i t r o g e n t h a n w h e n o v e n d r i e d w o o d w a s r e a c t e d . T h e y a l s o n o t e d t h a t t h e e x t r a c t i v e s o f o a k f i x e d a n o t i c e a b l y g r e a t e r a m o u n t o f n i t r o g e n , t h a n t h e l i g n i n - p o l y s a c c h a r i d e c o m p o n e n t s . G a s e o u s a m m o n i a i s r e t a i n e d i n l a r g e a m o u n t s b y c e l l u l o s e f i b e r . C o t t o n m a y o c c l u d e 1 1 5 t i m e s i t s v o l u m e o f g a s e o u s a m m o n i a . W h e n t h e a m m o n i a h a s e v a p o r a t e d , t h e c e l l u l o s e a p p e a r e d t o b e u n c h a n g e d c h e m i c a l l y . A q u e o u s a m m o n i a , e v e n w h e n c o n c e n t r a t e d ( 2 3 - 2 8 % NH3), s e e m e d t o h a v e n o e f f e c t o n c e l l u l o s e ( H e u s e r , 1 9 4 6 ) . A q u e o u s a m m o n i a i s r e p o r t e d t o r e d u c e c e l l u l o s e m i c r o f i b r i l s i n t o m o r e e l e m e n t a r y f r a g m e n t s . A s a r e s u l t o f r u p t u r e o f p h y s i c a l a n d h y d r o g e n b o n d i n g b e t w e e n c o m p l e x e s o f c a r b o h y d r a t e m a c r o m o l e c u l e s . T h e c l e a v a g e o f c h e m i c a l b o n d s b e t w e e n t h e m i d d l e l a m e l l a a n d t h e c e l l w a l l i n t h e m i d d l e l a m e l l a w a s o b s e r v e d . S o l a r a n d M e l c e r ( 1 9 7 8 ) h a v e r e p o r t e d e x p e r i m e n t s t o e x a m i n e t h e p h y s i c a l a n d c h e m i c a l c h a n g e s i n l i g n i n w h e n w o o d w a s t r e a t e d w i t h a q u e o u s a m m o n i a . T h e y f o u n d t h a t t h e t o t a l n u m b e r o f a c i d i c g r o u p s i n t h e l i g n i n d e c r e a s e d b y o n e t h i r d a n d t h e c a r b o x y l g r o u p c o n t e n t w a s r e d u c e d b y o n e h a l f d u r i n g t h e t r e a t m e n t . 15 T h e i n f r a r e d s p e c t r a s h o w e d a n i n c r e a s e i n t h e a b s o r p t i o n a t 1 6 7 0 c m - 1 w h i c h w a s i n t e r p r e t e d a s e v i d e n c e f o r t h e f o r m a t i o n o f a - k e t o g r o u p s i n t h e s i d e c h a i n o f t h e l i g n i n p h e n y l p r o p a n e u n i t s , a s a r e s u l t o f h y d r o l y s i s o f b o n d i n g b e t w e e n l i g n i n a n d h o l o c e l l u l o s e . T h e b a n d a t 1 2 4 0 c m - 1 d e c r e a s e d a f t e r t r e a t m e n t w i t h a m m o n i a s o l u t i o n , a s a c o n s e q u e n c e o f h y d r o l y s i s o f C - 0 e s t e r a n d e t h e r b o n d s . T h e i n f r a r e d s p e c t r a a l s o c o n t a i n e d a l o w e r i n g o f t h e b a n d a t 1 7 4 0 c m - 1 , c o n s i s t e n t w i t h a d e c r e a s e i n t h e n u m b e r o f c a r b o x y l g r o u p s i n t h e l i g n i n s a m p l e s . K a p l u n o v a et al. ( 1 9 8 6 ) s t u d i e d t h e r e a c t i o n o f n i t r o l i g r i i n f r o m c o t t o n - s e e d h u s k s w i t h a q u e o u s a m m o n i a . A t r o o m t e m p e r a t u r e t h e l i g n i n r e a c t e d w i t h a m m o n i a m a i n l y t h r o u g h t h e c a r b o n y l a n d c a r b o x y l g r o u p s , f o r m i n g i m i n e s a n d a m m o n i u m s a l t s . K o v a l ' c h u k et al. ( 1 9 7 2 ) r e a c t e d l i g n i n f r o m s u n f l o w e r h u s k s w i t h a q u e o u s a m m o n i a s o l u t i o n . T h e i n f r a r e d s p e c t r a s h o w e d t h a t t h e c a r b o x y l i c g r o u p s r e a c t e d w i t h a m m o n i u m i o n s t o f o r m a m m o n i u m s a l t s , w h i c h f u r t h e r c o n v e r t e d i n t o a m i d e s . T h e y a l s o p o i n t e d o u t t h a t P - d i k e t o n e s t r u c t u r e i n l i g n i n c a n r e a c t w i t h a m m o n i a a n d l e a d t o t h e f o r m a t i o n o f a m i n e s . 2.3.3.2 Reaction of ammoniacal copper complex with cellulose A n a q u e o u s s o l u t i o n o f t e t r a a m m i n e c o p p e r h y d r o x i d e , [ C u ( N H 3 ) 4 ] ( O H ) 2 , i s a g o o d s o l v e n t f o r d i s s o l v i n g c e l l u l o s e , a n d i s w i d e l y u s e d f o r t h e v i s c o s i t y d e t e r m i n a t i o n o f p u l p i n t h e p a p e r a n d p u l p i n d u s t r y . I t i s p r e p a r e d b y d i s s o l v i n g c u p r i c o x i d e i n e x c e s s a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n . T h e t e t r a m m i n e c o p p e r h y d r o x i d e c a n s w e l l , p e p t i z e , a n d e v e n t u a l l y d i s p e r s e c e l l u l o s e . T h e d i s p e r s i o n o f c e l l u l o s e i n c u p r i a r n m o n i u m h y d r o x i d e i s a c c o m p a n i e d b y a c h e m i c a l r e a c t i o n . T h e i n t e r a c t i o n o f t h e c u p r i c i o n s i n s t r o n g a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n w i t h g l y c o l - l i k e h y d r o x y l g r o u p s t o f o r m c o m p l e x e s , h a s b e e n r e p o r t e d e x t e n s i v e l y . B a s e d o n c o n d u c t i v i t y m e a s u r e m e n t s . R e e v e s ( 1 9 4 9 ) s u g g e s t e d t h a t s u c h c o m p l e x 16 f o r m a t i o n w a s c r i t i c a l l y d e p e n d e n t o n t h e d i s t a n c e s b e t w e e n t h e h y d r o x y l g r o u p s , w h i c h b e t w e e n h y d r o x y l g r o u p s o n a d j a c e n t c a r b o n a t o m s w a s d e p e n d e n t o n t h e a n g l e s b e t w e e n t h e g r o u p s . C o m p l e x f o r m a t i o n o c c u r r e d m o s t r e a d i l y a t t h e t r u e cis p o s i t i o n ( 0 ° a n g l e s ) a n d a t 6 0 ° a n g l e , b u t d i d n o t o c c u r a t t h e a n g l e s o f 1 2 0 ° o r 1 8 0 ° . H i n o j o s a a n d h i s c o - w o r k e r s ( 1 9 7 4 ) s t u d i e d t h e i n t e r a c t i o n o f t e t r a a m m i n e c o p p e r i o n s w i t h c e l l u l o s e u s i n g e l e c t r o n s p i n r e s o n a n c e ( E S R ) . T h e y f o u n d t h a t t h e r e a c t i o n b e t w e e n t e t r a a r n m i n e c o p p e r i o n s a n d c e l l u l o s e w a s v e r y r a p i d a n d r e v e r s i b l e . W h e n t h e c o n c e n t r a t i o n o f a m m o n i a w a s d e c r e a s e d i n t h e c u p r i c i o n - a m m o n i u m h y d r o x i d e - c e l l u l o s e c o m p l e x e s , t h e E S R s i g n a l d u e t o p a r a m a g n e t i c r e s o n a n c e o f t h e c o m p l e x d e c r e a s e d o r w a s l o s t . S i m i l a r r e s u l t s w e r e o b t a i n e d w h e n p o t a s s i u m h y d r o x i d e w a s r e m o v e d f r o m t h e c o m p l e x e s f o r m e d w h e n c o p p e r s u l p h a t e d i s s o l v e d i n p o t a s s i u m h y d r o x i d e . I t w a s c o n c l u d e d t h a t t h e r e a c t i o n o f t e f r a a n m i i n e c o p p e r i o n s w i t h a d j a c e n t h y d r o x y l g r o u p s o n t h e c e l l u l o s e t o f o r m c o m p l e x e s d e p e n d e d o n a n o p t i m u m d i s t a n c e b e t w e e n o f t h e h y d r o x y l g r o u p s . E v i d e n t l y , w e t t i n g o f c e l l u l o s e f i b e r s w i t h s o l u t i o n s o f s t r o n g b a s e s a l l o w e d t h e a d j a c e n t h y d r o x y l g r o u p s t o f a v o r a b l e p o s i t i o n s t o y i e l d t h i s o p t i m u m a r r a n g e m e n t . W h e n t h e b a s e w a s r e m o v e d , r o t a t i o n o c c u r r e d t o g i v e l e s s f a v o r a b l e p o s i t i o n s o f t h e h y d r o x y l g r o u p s f o r c o m p l e x i n g w i t h c u p r i c i o n s ( H i n o j o s a et al., 1 9 7 4 ) ) . 2.3.4 Fixation of ammoniacal copper preservatives in wood A m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s h a v e b e e n e x a m i n e d b y H u l m e ( 1 9 7 9 ) . T h e f i x a t i o n m e c h a n i s m o f a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s i n w o o d h a s b e e n r e p o r t e d b y E a d i e a n d W a l l a c e ( 1 9 6 2 ) , C l a r k e a n d R a k ( 1 9 7 4 ) a n d S u n d m a n ( 1 9 8 4 ) . F o l l o w i n g t h e i m p r e g n a t i o n o f t h e a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s o l u t i o n i n t o t h e w o o d , i t h a s b e e n s u g g e s t e d t h a t t e t r a a r m n i n e c o p e r i o n s r e a c t b y 17 i o n e x c h a n g e w i t h f u n c t i o n a l g r o u p s i n t h e w o o d s u c h a s c a r b o x y l i c g r o u p s ( K u p c h i n o v et ah, 1 9 7 5 ) . I n a d d i t i o n , t h e e v a p o r a t i o n o f a m m o n i a c a u s e s t h e b r e a k d o w n o f t h e c o m p l e x e s i n s o l u t i o n t o f o r m w a t e r - i n s o l u b l e c o p p e r s a l t s , s u c h a s c o p p e r a r s e n a t e i n t h e c a s e o f A C A ( H a r t f o r d , 1 9 7 3 ) . T h e a b o v e f i x a t i o n m e c h a n i s m s h a v e n o t b e e n v e r i f i e d e x p e r i m e n t a l l y . T h e g e n e r a l l y a c c e p t e d f i x a t i o n t h e o r y f o r a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s i n w o o d w a s c h a l l e n g e d i n t h e l a t e 1 9 7 0 ' s , w h e n i t w a s o b s e r v e d t h a t A C A - t r e a t e d s p r u c e p o l e s e c t i o n s s t o r e d o u t d o o r s r e t a i n e d e n h a n c e d n i t r o g e n l e v e l s , m o r e t h a n t w o y e a r s a f t e r t r e a t m e n t ( R u d d i c k , 1 9 7 9 ) . A n a n a l y s i s o f f o u r z o n e s w a s m a d e , a t t h e s u r f a c e ( 0 t o 5 m m ) , a t t h e l i m i t o f t h e c o p p e r p e n e t r a t i o n , t h e h e a r t w o o d j u s t b e y o n d t h e l i m i t o f t h e c o p p e r p e n e t r a t i o n , a n d t h e c e n t e r o f t h e c r o s s s e c t i o n . T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t n i t r o g e n l e v e l w a s g r e a t l y e n h a n c e d i n t h e A C A - t r e a t e d w o o d , t h e n i t r o g e n c o n t e n t a p p e a r i n g t o b e r e l a t e d t o t h e A C A r e t e n t i o n . I n a d d i t i o n , t h e r e w a s e v i d e n c e t h a t t h e a m m o n i a h a d p e n e t r a t e d b e y o n d t h a t a c h i e v e d b y t h e c o p p e r . R e c e n t l y e l e c t r o n s p i n r e s o n a n c e ( E S R ) w a s u s e d t o s t u d y t h e c o p p e r i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d ( R u d d i c k et al., 1 9 9 2 ; H u g h e s et al, 1 9 9 4 ) . T h e y f o u n d t h a t t h e c o p p e r - n i t r o g e n c o m p l e x e s w e r e f o r m e d i n t h e w o o d a f t e r t r e a t m e n t w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n . 2.3.5 ESR spectral analysis of wood treated with ammoniacal copper preservatives. 2.3.5.1 The principal of ESR T h e e l e c t r o n h a s a s p i n q u a n t u m n u m b e r . I n t h e p r e s e n c e o f a n a p p l i e d m a g n e t i c f i e l d , d i f f e r e n t e n e r g y s t a t e s a r i s e f r o m t h e i n t e r a c t i o n o f a n u n p a i r e d e l e c t r o n s p i n m o m e n t w i t h t h e m a g n e t i c f i e l d , r e s u l t i n g i n t h e a l i g n m e n t o f t h e 18 e l e c t r o n s p i n m o m e n t r e l a t i v e t o t h e a p p l i e d f i e l d . O n l y e l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o n w i t h t h e f r e q u e n c y ( v ) v = g p H / h where g for a free electron is 2.0023 P is the electron Bohn magneton H is the applied field strength h is Planck's constant c o n t a i n s t h e r i g h t a m o u n t o f e n e r g y t o p r o d u c e t r a n s i t i o n s b e t w e e n t h e g r o u n d a n d e x c i t e d e n e r g y s t a t e s o f t h e e l e c t r o n . F o r t h a t i t g i v e s a n E S R s i g n a l . T h e p a i r e d e l e c t r o n s d o n o t g i v e a n E S R s i g n a l s i n c e p a i r e d e l e c t r o n s h a v e s p i n s w i t h o p p o s i t e d i r e c t i o n s . U n p a i r e d e l e c t r o n s a r i s e f r o m i n c o m p l e t e l y f i l l e d e l e c t r o n s h e l l s , m a n y e x a m p l e s a r e f o u n d i n t h e d - o r b i t a l s o f t r a n s i t i o n m e t a l i o n s e . g . C u 2 + , N i 2 + ' etc. o r t h e e x c i t e d s t a t e m o l e c u l a r o r b i t a l s o f p a r a m a g n e t i c s p e c i e s s u c h a s r a d i c a l s . T h e i n t e r a c t i o n o f t h e m a g n e t i c m o m e n t o f t h o s e u n p a i r e d e l e c t r o n s w i t h a r a d i o f r e q u e n c y e l e c t r o m a g n e t i c f i e l d i n t h e m i c r o w a v e r e g i o n a n d a s i m u l t a n e o u s l y a p p l i e d s t a t i c m a g n e t i c f i e l d l e a d s t o a b s o r p t i o n o f e n e r g y b y t h e s a m p l e . F u r t h e r , t h e r e i s a f r e q u e n t i n t e r a c t i o n b e t w e e n t h i s u n p a i r e d e l e c t r o n a n d t h e m a g n e t i c m o m e n t o f n u c l e i i n t h e s a m p l e w h i c h g i v e s r i s e t o a h y p e r f i n e s t r u c t u r e i n t h e s p e c t r u m . A s a r e s u l t , a n u c l e u s o f s p i n I g i v e s r i s e t o a s p l i t t i n g o f E S R l i n e i n t o 2 1 + 1 c o m p o n e n t s , a l l o f e q u a l i n t e n s i t y s e p a r a t e d b y t h e c o u p l i n g c o n s t a n t A ( F i g . 2 - 1 - 1 ) . T h e r e f o r e , E S R r e s u l t s a r e u s u a l l y r e p o r t e d i n t e r m s o f a s p i n H a m i l t o n i a n a n d e x p r e s s e d a s t h e ' g ' a n d ' A ' t e n s o r s , t h e p r i n c i p a l v a l u e s o f w h i c h i n a n i s o t r o p i c s p e c t r a y i e l d i n f o r m a t i o n a b o u t t h e m o l e c u l a r e n v i r o n m e n t o f t h e u n p a i r e d e l e c t r o n r e s p o n s i b l e f o r t h e r e s o n a n c e a n d t h e n a t u r e o f t h e n u c l e u s i t i n t e r a c t s w i t h . 19 2 . 3 . 5 . 2 E S R a n a l y s i s o f a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d I t i s p o s s i b l e t o o b s e r v e t h e E S R s p e c t r u m o f C C A - o r A C A - t r e a t e d w o o d , s i n c e c o p p e r ( I I ) i s p a r a m a g n e t i c . T h i s a r i s e s b e c a u s e c o p p e r ( I I ) c o n t a i n s a n u n p a i r e d e l e c t r o n i n t h e d 9 - e l e c t r o n i c c o n f i g u r a t i o n , i n w h i c h t h e u n p a i r e d e l e c t r o n o c c u p i e s t h e d x 2 - y 2 o r b i t a l a n d a l l o t h e r d - o r b i t a l s a r e d o u b l y o c c u p i e d . T h e m a j o r i t y o f c o p p e r ( I I ) c o m p l e x e s h a v e a d i s t o r t e d o c t a h e d r a l g e o m e t r y , w i t h t h e t w o a x i a l b o n d s b e i n g l o n g e r t h a n t h o s e i n t h e p l a n e . T h e E S R s p e c t r a l h y p e r f i n e s t r u c t u r e r e s u l t s f r o m t h e i n t e r a c t i o n o f u n p a i r e d e l e c t r o n w i t h t h e n u c l e u s . F o r c o p p e r ( I I ) a n d i t s n u c l e a r s p i n v a l u e o f 1 = 3 / 2 , t h e E S R s p e c t r u m o f C u ( I I ) c o m p o u n d s w i l l s h o w f o u r e q u a l l y s p a c e d f e a t u r e s ( 2 1 + 1 ) d u e t o t h e h y p e r f i n e i n t e r a c t i o n . A n e a r l y E S R s t u d y o f C C A t r e a t e d w o o d w a s c a r r i e d o u t b y P l a c k e t t et al ( 1 9 8 7 ) w h o u s e d r a d i a t a p i n e {pines, radiate) a n d e x t r a c t e d l i g n i n i m p r e g n a t e d w i t h C C A a n d c o p p e r s u l f a t e . T h e E S R r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t h y d r a t e d C u 2 + i o n s w e r e r e s i d i n g i n f i x e d s i t e s w i t h i n t h e t i m b e r . M o r e d e t a i l e d w o r k b y R u d d i c k et al ( 1 9 9 2 ) a n d H u g h e s et al ( 1 9 9 2 ) f o c u s e d o n o t h e r c o p p e r s p e c i e s a s w e l l a s C C A . T h e c o p p e r s u l p h a t e t r e a t e d w o o d e x h i b i t e d a h y p e r f i n e s t r u c t u r e a t l o w e r f i e l d , w h i c h s u g g e s t e d a d x 2 _ v 2 g r o u n d s t a t e , i n w h i c h t h e c o p p e r w a s b o n d e d t o f o u r ( o r s i x ) o x y g e n a t o m s i n a s q u a r e p l a n a r ( o r d i s t o r t e d o c t a h e d r a l ) c o n f i g u r a t i o n . W o o d i m p r e g n a t e d w i t h c o p p e r a c e t a t e d i s s o l v e d i n e i t h e r w a t e r o r m e t h a n o l g a v e s i m i l a r s p e c t r a , w h i c h a l s o c o m p a r e d w e l l t o t h a t o f c o p p e r s u l p h a t e t r e a t e d w o o d . C l e a r l y , i n t h e s e t h r e e t r e a t m e n t s a n y i n t e r a c t i o n w i t h t h e s u b s t r a t e w a s i n d e p e n d e n t o f t h e s o l v e n t e m p l o y e d ( R u d d i c k , 1 9 9 2 ) . I n a m m o n i a c a l - c o p p e r t r e a t e d w o o d t h e c o p p e r i o n s h a d a h i g h e r A / / v a l u e a n d l o w e r g / / v a l u e t h a n t h o s e f o r t h e c o r r e s p o n d i n g a q u o c o p p e r i o n , r e s u l t i n g f r o m a n i n c r e a s e i n t h e e l e c t r o n d e n s i t y o n t h e c o p p e r , s i n c e n i t r o g e n i s a m o r e 20 e l e c t r o n - r i c h a t o m t h a n o x y g e n ( P e i s a c h a n d B l u m b e r g , 1 9 7 4 ) . T h i s s u p p o r t s t h e h y p o t h e s i s t h a t i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d c o p p e r - n i t r o g e n b o n d e d c o m p l e x e s a r e f o r m e d i n t h e w o o d . H u g h e s et al ( 1 9 9 2 ) a l s o r e p o r t e d t h a t t h e c o p p e r - n i t r o g e n b o n d e d c o m p l e x e s i n w o o d h a d a h i g h l e a c h i n g r e s i s t a n c e . I t h a s b e e n s h o w n t h a t f o r a c o p p e r c o m p l e x p o s s e s s i n g a s q u a r e p l a n a r g e o m e t r y t h e r e i s a n i n v e r s e d e p e n d e n c e o f A / / o n g / / ( P e i s a c h a n d B l u m b e r g , 1 9 7 4 ) . T h i s d e p e n d e n c e c a n h e l p t o i d e n t i f y t h e c o p p e r - l i g a n d g r o u p s i n t h e c o p p e r c o m p l e x e s o f k n o w n s t r u c t u r e . R u d d i c k ( 1 9 9 2 ) h a s c o m p i l e d g / / a n d A / / f o r a s e r i e s o f c o p p e r -t r e a t e d p o n d e r o s a p i n e s a m p l e s a n d s u g g e s t e d t h a t t h e E S R t e c h n i q u e m i g h t b e e m p l o y e d t o d e f i n e t h e g e o m e t r i c r e l a t i o n s h i p o f i s o s t r u c t u r a l c o p p e r c o m p l e x e s f o r m e d i n t r e a t e d w o o d ( F i g . 2 - 1 - 2 ) . I n t h e f i g u r e , c o m p l e x e s w i t h f o u r p l a n a r 2+ c o p p e r - o x y g e n b o n d i n g , e.g. [ C u ( H 2 0 ) 4 ] , l i e t o t h e l o w e r r i g h t , w h i l e t h e c o r r e s p o n d i n g m o l e c u l e s c o n t a i n i n g f o u r c o p p e r - n i t r o g e n b o n d s i n a p l a n e h a v e s m a l l e r v a l u e s o f g / / a n d l a r g e r v a l u e s o f A / / a n d t h e s e c o m p l e x e s a r e l o c a t e d o n t h e u p p e r l e f t o f t h e p l o t . T h e p a r a m e t e r s f o r c o p p e r b o u n d t o t w o n i t r o g e n a t o m s a n d t w o o x y g e n a t o m s l i e b e t w e e n t h o s e o f t h e t w o e x t r e m e s . F i g . 2 - 1 - 1 E n e r g y l e v e l s f o r a s y s t e m w i t h e l e c t r o n s p i n S = l / 2 a n d n u c l e a r s p i n 1 = 3 / 2 s h o w i n g t h e e f f e c t s o f m a g n e t i c f i e l d a n d t h e n u c l e a r q u a d r u p o l e m o m e n t . 22 200 § 180 « o i—i X < 160 140 1 2 ° n O n f o o 9 -Os 4 o . 1 3 1 4 3 „ 1 1 9) l . o 2.2 2.3 8// 2.4 F i g . 2 - 1 - 2 R e l a t i o n , b e t w e e n t h e m a g n e t i c p a r a m e t e r s g / / a n d A / / f o r c o p p e r - t r e a t e d w o o d , A v i c e l a n d c o p p e r s o l u t i o n s . 1 ) W o o d t r e a t e d w i t h . C u S O ^ K k O i n w a t e r a t r o o m t e m p e r a t u r e , 2 ) W o o d t r e a t e d w i t h C u ( C H 3 C O O ) 2 i n w a t e r a t r o o m t e m p e r a t u r e , 3 ) W o o d t r e a t e d w i t h C u ( C H 3 C O O ) 2 i n m e t h a n o l a t r o o m t e m p e r a t u r e , 4 ) W o o d t r e a t e d w i t h Q1CO3 i n N H 4 O H a t r o o m t e m p e r a t u r e , 5 ) A v i c e l t r e a t e d w i t h CUCO3 i n N H 4 O H a t r o o m t e m p e r a t u r e , 6 ) Q1CO3 i n N H 4 O H a t 7 7 K , 7 ) W o o d t r e a t e d w i t h [ C u ( e n ) 2 ] 2 + i n w a t e r a t r o o m t e m p e r a t u r e , 8 ) W o o d t r e a t e d w i t h . [ C u ( e n ) 2 ] S 0 4 i n w a t e r a t r o o m t e m p e r a t u r e , 9 ) W o o d t r e a t e d w i t h C T S ™ i n w a t e r a t . r o o m t e m p e r a t u r e , 1 0 ) A v i c e l t r e a t e d w i t h C T S ™ i n w a t e r a t . r o o m t e m p e r a t u r e , 1 1 ) C u H D O i n t o l u e n e a t 7 7 K , 1 2 ) C T M ™ a t 7 7 K , 1 3 ) W o o d t r e a t e d w i t h C i i E L D O / a m i n e a t 7 7 K , 1 4 ) C i u H D O / a m i n e a t 7 7 K , 1 5 ) A v i c e l t r e a t e d w i t h C u H D O / a m i n e i n w a t e r a t r o o m t e m p e r a t u r e . * *CuHDO - Bis-(N-cyclohcxyldia2criiurndioxy)-copper (II); cn - l,2-diarninc>ethane. 1 23 2.4 Enhanced nitrogen content in ammoniacal copper treated wood 2 . 4 . 1 N i t r o g e n r e q u i r e m e n t f o r f u n g a l g r o w t h L i k e a l l l i v i n g o r g a n i s m s , f u n g i h a v e c e r t a i n r e q u i r e m e n t s f o r g r o w t h a n d s u r v i v a l . T h e m a j o r g r o w t h n e e d s o f w o o d - i n h a b i t i n g f u n g i a r e w a t e r : f r e e w a t e r o n t h e s u r f a c e s o f c e l l l u m e n ; o x y g e n : a t m o s p h e r i c o x y g e n a t a r e l a t i v e l y l o w l e v e l f o r m o s t f u n g i ; a f a v o r a b l e t e m p e r a t u r e r a n g e f r o m 1 5 t o 4 5 ° C f o r m o s t w o o d -i n h a b i t i n g f u n g i ; a d i g e s t i b l e s u b s t r a t e ( w o o d , etc.) p r o v i d e s e n e r g y a n d m e t a b o l i t e s f o r s y n t h e s i s v i a m e t a b o l i s m ; a f a v o r a b l e p H r a n g e from 3 t o 6 f o r m o s t w o o d - i n h a b i t i n g f u n g i ; n i t r o g e n a n d m i c r o n u t r i e n t s s u c h a s v i t a m i n s a n d e s s e n t i a l e l e m e n t s s u c h a s p h o s p h o r u s ( Z a b e l a n d M o r r e l l , 1 9 9 2 ) . F u n g i r e q u i r e a s u b s t a n t i a l a m o u n t o f n i t r o g e n f o r t h e s y n t h e s i s o f p r o t e i n a n d o t h e r c e l l c o n s t i t u e n t s o r p r o d u c t s s u c h a s n u c l e o p r o t e i n s , l i p o p r o t e i n s , e n z y m e s , a n d t h e c h i t i n i n h y p h a l - c e l l w a l l s . H o w e v e r , n i t r o g e n i s p r e s e n t i n r e l a t i v e l y s m a l l a m o u n t s i n w o o d , c o m p r i s i n g b e t w e e n 0 . 0 3 % a n d 0 . 1 % o f t h e d r y w e i g h t o f w o o d ( A l l i s o n , et al., 1 9 6 3 ) . D i s t r i b u t i o n o f n i t r o g e n i n w o o d i n d i c a t e s a r e d u c t i o n i n n i t r o g e n c o n t e n t f r o m o u t e r t o i n n e r s a p w o o d , w i t h t h e l o w e s t a m o u n t s b e i n g f o u n d i n h e a r t w o o d . T h e p i t h s e c t i o n o f t e n c o n t a i n s r e l a t i v e l y l a r g e a m o u n t s o f n i t r o g e n . L i t t l e i s k n o w n c o n c e r n i n g t h e n a t u r e o f t h e n i t r o g e n o u s m a t e r i a l s i n w o o d , p r i n c i p a l l y b e c a u s e t h e s m a l l a m o u n t s p r e s e n t a r e c o m m e r c i a l l y u n i m p o r t a n t . B u t f o r w o o d - i n h a b i t i n g m i c r o o r g a n i s m s a n d i n s e c t s t h a t d e r i v e t h e i r n o u r i s h m e n t p r i m a r i l y from w o o d i t s e l f , t h e s e s m a l l a m o u n t s o f n i t r o g e n a r e o f p a r a m o u n t i m p o r t a n c e . T h e c a p a c i t y o f d e c a y f u n g i t o m e e t n i t r o g e n n e e d s w h o l l y from t h e l o w a m o u n t s a v a i l a b l e i n w o o d i s e v e n m o r e s u r p r i s i n g , b e c a u s e o f t h e p r o d i g i o u s n u m b e r o f s p o r e s r e l e a s e d ( n i t r o g e n c o n t e n t o f a b o u t 3 % ) . 24 A s e r i e s o f s t u d i e s o n t h e a v a i l a b i h t y a n d r o l e s o f n i t r o g e n i n w o o d d e t e r i o r a t i o n ( C o w l i n g a n d M e r r i l , 1 9 6 6 ; M e r r i l a n d C o w l i n g , 1 9 6 6 ; C o w l i n g 1 9 7 0 ) s h o w e d t h a t d e c a y f u n g i p r o b a b l y c o n s e r v e n i t r o g e n b y h y p h a l a u t o l y s i s d u r i n g w h i c h n i t r o g e n i s r e c y c l e d t o w a r d t h e h y p h a l t i p s . T h e c l o s e r e g u l a t i o n o f t h e c e l l u l o s e e n z y m e s y s t e m i n s o m e w o o d - d e c a y f u n g i m a y a l s o s e r v e t o c o n s e r v e n i t r o g e n . B a c t e r i a a r e o f t e n a s s o c i a t e d w i t h f u n g i i n t h e d e c a y p r o c e s s a n d m a y p l a y a n i m p o r t a n t i n t e r a c t i v e r o l e i n n i t r o g e n c y c l i n g a n d f i x a t i o n i n n i t r o g e n c y c l i n g a n d f i x a t i o n d u r i n g s o m e n a t u r a l w o o d - d e c a y p r o c e s s e s ( A h o et al., 1 9 7 4 ; L a r s e n et ah, 1 9 7 8 ) . S e v e r a l r e s e a r c h e r s h a v e s h o w n t h a t i n c r e a s i n g t h e n i t r o g e n c o n t e n t o f w o o d , f r e q u e n t l y b y a d d i t i o n o f a n a m m o n i u m c h e m i c a l , i n c r e a s e d t h e r a t e o f d e c a y b y w o o d - d e s t r o y i n g f u n g i ( F i n d l a y , 1 9 3 4 ; A m b u r g e y a n d J o h n s o n , 1 9 7 8 ) . F u n g a l n i t r o g e n s o u r c e s a r e q u i t e v a r i e d a n d m a y b e o r g a n i c o r i n o r g a n i c i n n a t u r e . I n g e n e r a l , f u n g i d o n o t m e t a b o l i z e a l l n i t r o g e n s o u r c e s w i t h e q u a l c a s e . A f u n g u s m a y h a v e a r e q u i r e m e n t f o r n i t r o g e n i n a s p e c i f i c f o r m . F u n g i m a y u t i l i z e i n o r g a n i c n i t r o g e n i n t h e f o r m o f n i t r a t e s , n i t r i t e s o r a m m o n i a , o r o r g a n i c n i t r o g e n i n t h e f o r m o f a m i n o a c i d s . A m m o n i a i s o f t e n t h e b e s t n i t r o g e n s o u r c e . D u r i n g l a b o r a t o r y s t u d i e s a m m o n i a m a y a f f e c t m e d i a p H a n d h e n c e , g r o w t h r e s p o n s e s ( Z a b l e a n d M o r r e l l , 1 9 9 2 ) . A f e w f u n g i m a y b e a b l e t o o b t a i n n i t r o g e n v i a t h e d i r e c t u t i l i z a t i o n o f a t m o s p h e r i c n i t r o g e n ( S m i t h , 1 9 7 0 ) . 2.4.2 Nitrogen content in ammoniacal copper treated wood R u d d i c k ( 1 9 7 9 ) f o u n d t h a t t h e n i t r o g e n c o n t e n t i n A C A - t r e a t e d s p r u c e w o o d w a s m u c h h i g h e r t h a n t h a t i n u n t r e a t e d w o o d . I n a d d i t i o n , t h e a m m o n i a p e n e t r a t i o n w a s g r e a t e r t h a n t h a t o f t h e p r e s e r v a t i v e s o l u t i o n , r e s u l t i n g i n n i t r o g e n e n r i c h m e n t i n w o o d w h e r e n o c o p p e r c o u l d b e d e t e c t e d . T h e s e o b s e r v a t i o n s a r e 25 v e r y i m p o r t a n t a n d i n d i c a t e t h a t t h e a d d i t i o n o f n i t r o g e n o u s m a t e r i a l s t o w o o d m a y i n c r e a s e i t s s u s c e p t i b i l i t y t o d e c a y . T h e h i g h n i t r o g e n l e v e l s a t s u r f a c e o f t h e t r e a t e d w o o d a r e u n l i k e l y t o b e i m p o r t a n t , s i n c e t h e p r e s e r v a t i v e r e t e n t i o n w i l l a l s o b e h i g h a n d w i l l d e t e r f u n g a l a t t a c k . H o w e v e r , a t l o c a t i o n s f u r t h e r f r o m t h e s u r f a c e , w h e r e a n e n h a n c e d n i t r o g e n l e v e l h a v e b e e n o b s e r v e d , t h e p r e s e r v a t i v e r e t e n t i o n i s m u c h l o w e r t h a n t h a t r e q u i r e d t o p r e v e n t d e c a y . T h u s a n y d a m a g e e x t e n d i n g t o t h e i n n e r a r e a b e y o n d t h e t r e a t e d z o n e , e i t h e r b y d e e p c h e c k i n g d u r i n g w e a t h e r i n g o r b y m e c h a n i c a l d a m a g e , c o u l d e x p o s e w o o d w i t h a h i g h n i t r o g e n c o n t e n t a n d a l o w p r e s e r v a t i v e r e t e n t i o n . S u c h a s i t u a t i o n c o u l d l e a d t o d e c a y o f t h e e x p o s e d w o o d . A l k a l i t r e a t m e n t o f w o o d ( e . g . , s o d i u m h y d r o x i d e a n d a m m o n i u m h y d r o x i d e ) i n c r e a s e d t h e d e c a y r e s i s t a n c e i n b o t h t h e l a b o r a t o r y a n d t h e f i e l d s t u d i e s , w h i c h h a s l e a d t o s u g g e s t i o n o f a n a l k a l i t r e a t m e n t a s a n a l t e r n a t i v e m e t h o d o f w o o d p r o t e c t i o n . I t h a s b e e n a s s u m e d t h a t t h e a l k a l i t r e a t m e n t m a y d e s t r o y t h i a m i n e ( D w i v e d i a n d A r n o l d , 1 9 7 3 ) , w h i c h i s e s s e n t i a l f o r f u n g a l g r o w t h . B u t H i g h l e y ( 1 9 7 3 ) f o u n d t h a t l o w d e c a y o f a m m o n i a - t r e a t e d w o o d w a s n o t r e l a t e d t o d e s t r u c t i o n o f t h i a m i n e i n w o o d . H e f o u n d t h a t t h e p H a n d a m m o n i a c a l n i t r o g e n c o n t e n t o f w o o d a f f e c t e d d e c a y r e s i s t a n c e , a n d s u g g e s t e d t h a t a f t e r t r e a t m e n t w i t h a m m o n i a , t o x i c a m m o n i a c o m p o u n d s w e r e f o r m e d . A m b u r g e y a n d J o h n s o n ( 1 9 7 8 ) r e p o r t e d t h a t t h e i n c r e a s e d d e c a y r e s i s t a n c e o f a m m o n i u m h y d r o x i d e - t r e a t e d w o o d m a y b e d u e t o f a c t o r s t h a t i n h i b i t g e r m i n a t i o n o f b a s i d i o s p o r e s . R e c e n t l y , R u d d i c k ( 1 9 9 2 a ) r e p o r t e d t h a t s o i l - l e a c h e d C C A - t r e a t e d m i n i -s t a k e s w e r e a t t a c k e d b y d e c a y f u n g i , c a u s i n g c o n s i d e r a b l e w e i g h t l o s s e s a t g a u g e r e t e n t i o n s a b o v e t h o s e c o n s i d e r e d t o b e e f f e c t i v e . I t w a s s u g g e s t e d t h a t t h i s 26 p h e n o m e n o n w a s l i n k e d t o b a c t e r i a l a c t i o n o n t h e c h e m i c a l s i n t h e w o o d . T h i s a c t i o n c a u s e d a b r e a k d o w n o f t h e c o p p e r c o m p l e x e s , a n d m a d e t h e m s o l u b l e . 27 2.5 Black discoloration of Douglas-fir wood treated with ammoniacal copper preservatives 2.5.1 Importance of Douglas-fir wood species in B.C. D o u g l a s - f i r (Pseudotsuga menziesii ( M i r b . ) Franco), n a t i v e i n C a n a d a a n d t h e N o r t h w e s t o f t h e U . S , i s o n e o f t h e p r e d o m i n a n t c o m m e r c i a l t i m b e r s p e c i e s i n B r i t i s h C o l u m b i a , a c c o u n t i n g f o r 1 4 p e r c e n t o f t o t a l c u b i c v o l u m e o f s o f t w o o d p r o d u c t i o n i n 1 9 7 5 . I t i s t h e s t r o n g e s t c o m m e r c i a l s o f t w o o d i n C a n a d a b e i n g u s e d e x t e n s i v e l y f o r s t r u c t u r a l p u r p o s e s , s u c h a s p o l e s , p i l l i n g a n d b r i d g e t i m b e r . M u c h o f t h e s o f t w o o d p l y w o o d p r o d u c e d o n t h e P a c i f i c C o a s t c o n t a i n s D o u g l a s - f i r v e n e e r s . T h e e f f e c t i v e p r e s e r v a t i v e t r e a t m e n t o f t h i s h e a r t w o o d w i l l t h e r e f o r e b e v e r y i m p o r t a n t , p a r t i c u l a r l y f o r s a w n w o o d p r o d u c t s . 2.5.2 Treatability of Douglas-fir D u r i n g t h e l a s t t w o d e c a d e s , v a c u u m - i m p r e g n a t e d s a w n w o o d h a s b e c o m e a c c e p t a b l e i n c o n s u m e r u s e . I n w e s t e r n C a n a d a , t h e h e a r t w o o d o f h e m l o c k (Tsuga-heterophylla (Raf.) Sarg) a m a b i l i s f i r (Abies spp) i s g e n e r a l l y r e g a r d e d a s b e i n g r e l a t i v e l y e a s y t o t r e a t , w h i l e t h a t o f D o u g l a s - f i r i s c o n s i d e r e d t o b e m o r e d i f f i c u l t t o t r e a t . B r a m h a l l ( 1 9 6 6 ) r e p o r t e d t h a t t h e p e r m e a b i l i t y o f D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d p r o d u c e d i n B r i t i s h C o l u m b i a w a s e x t r e m e l y v a r i a b l e , w i t h t h a t g r o w n e a s t o f t h e c o a s t a l r a n g e b e i n g r e f r a c t o r y , i.e., u n t r e a t a b l e , w h e r e a s t h a t f r o m V a n c o u v e r I s l a n d ( c o a s t a l ) w a s m u c h e a s i e r t o p r e s s u r e i m p r e g n a t e w i t h p r e s e r v a t i v e . T h i s o b s e r v a t i o n w a s s u p p o r t e d b y W e a v e r a n d L e v i ( 1 9 7 9 ) . T h e r e a s o n s f o r t h e r e f r a c t o r y n a t u r e o f D o u g l a s - f i r a r e n o t f u l l y u n d e r s t o o d . L i e s e a n d B a u c h ( 1 9 6 7 ) h a v e p r o p o s e d t h a t t h e l o w p e r m e a b i l i t y o f t h e r a y c e l l s i s d u e t o t h e r e l a t i v e l y s m a l l p r o p o r t i o n o f r a y t r a c h e i d s . H o w e v e r , H a c k b a r t h a n d L i e s e ( 1 9 7 5 ) r e p o r t e d t h a t n e i t h e r t h e n u m b e r n o r t h e a r e a o f r a y c e l l s i n f l u e n c e d t h e p r e s e r v a t i v e 28 p e n e t r a t i o n , a n d r a t h e r i n c r e a s i n g d e n s i t y a n d t h e p r o p o r t i o n o f l a t e w o o d b o t h r e d u c e d p r e s e r v a t i v e a b s o r p t i o n . I n g e n e r a l , t h e p r o b l e m o f t r e a t i n g r e f r a c t o r y s p e c i e s h a s b e e n a t t a c k e d b y t h r e e b a s i c m e t h o d s . T h e r e a r e : ( 1 ) T h e u s e o f e n z y m e s , m o u l d s , o r b a c t e r i a ( b i o l o g i c a l ) t o e n h a n c e t h e p e r m e a b i l i t y b y b i o l o g i c a l a t t a c k o f t h e p i t s t r u c t u r e ; ( 2 ) i n c i s i n g , w h i c h m a k e s u s e o f t h e s u p e r i o r l o n g i t u d i n a l p e n e t r a t i o n t o p r o d u c e a s h e e t o f t r e a t e d w o o d t o t h e d e p t h o f t h e i n c i s i o n , a n d v a r i a t i o n o f t h e t r e a t i n g c o n d i t i o n s ( p h y s i c a l ) ; a n d ( 3 ) p r e s e r v a t i v e t y p e a n d f o r m u l a t i o n ( c h e m i c a l ) . T h e a p p r o p r i a t e s e l e c t i o n o f p r e s e r v a t i v e o r a d d i t i v e s f o r f o r m u l a t i o n c a n i n c r e a s e t h e p e n e t r a t i o n o f w o o d . H e n c e , t h e p r o b l e m o f t r e a t i n g d i f f i c u l t - t o t r e a t s p e c i e s s u c h a s D o u g l a s - f i r h a s b e e n a t t a c k e d b y u s i n g p r e s e r v a t i v e s w i t h e n h a n c e d p e n e t r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ( e . g . A C A ) a n d m o d i f i c a t i o n s o f t h e s e f o r m u l a t i o n s . R u d d i c k ( 1 9 8 9 ) i n v e s t i g a t e d t h e t r e a t a b i l i t y o f D o u g l a s - f i r w i t h A C A a n d C C A f o r c o m p a t i b l e s o l u t i o n s t r e n g t h , a n d f o u n d t h a t t h e p e n e t r a t i o n a n d r e t e n t i o n o f A C A w e r e h i g h e r t h a n t h o s e o f C C A . I t i s w e l l k n o w n b y w o o d t r e a t e r s t h a t t h e A C A t r e a t m e n t o f c e r t a i n w o o d s p e c i e s , s u c h a s D o u g l a s - f i r , r e s u l t s i n a d a r k e n i n g o f t h e w o o d d u r i n g t r e a t m e n t . I t h a s b e e n p o s t u l a t e d t h a t t h e d a r k e n i n g i s r e l a t e d t o t h e p r e s e n c e o f a m m o n i a i n A C A s o l u t i o n s i n c e t r e a t m e n t w i t h C C A , w h i c h a l s o c o n t a i n s c o p p e r a n d a r s e n i c , d o e s n o t g i v e t h i s r e a c t i o n ( R u d d i c k , 1 9 7 9 ) . 2 . 5 . 3 E x t r a c t i v e c h e m i s t r y o f D o u g l a s - f i r T h e r e a r e f o u r c h e m i c a l c o m p o n e n t s p r e s e n t i n w o o d : c e l l u l o s e , l i g n i n , h e m i c e l l u l o s e a n d e x t r a c t i v e s . C e l l u l o s e , t h e m a i n c o m p o n e n t i n w o o d , i s a l i n e a r m a c r o m o l e c u l e c o m p o s e d o f ( l - 4 ) - P - D - g l u c o p y r a n o s e . L i g r i i n i s a c o m p l e x a n d h i g h m o l e c u l a r w e i g h t p o l y m e r b u i l t u p o n p h e n y l p r o p a n e u n i t s , w h i c h a r e l i n k e d 29 b y b i p h e n y l , a r y l - a l k y l o r e t h e r l i n k a g e s . L i g n i n i n s o f t w o o d i s c o m p o s e d o f g u a i a c y l u n i t s , w h i l e t h a t i n h a r d w o o d i s b u i l t u p w i t h g u a i a c y l - s y r i n g y l u n i t s . H e m i c e l l u l o s e s a r e c o m p l e x m i x t u r e s o f p o l y s a c c h a r i d e s , a n d c o m p o s e d o f v a r i o u s s u g a r u n i t s , w i t h s h o r t e r m o l e c u l a r c h a i n s a n d s o m e b r a n c h i n g . O n l y m i n o r s t r u c t u r a l v a r i a t i o n s a r e f o u n d i n t h e l i g n i n a n d h e m i c e l l u l o s e s o f d i f f e r e n t p l a n t s . A l a r g e v a r i e t y o f w o o d c o m p o n e n t s , a l t h o u g h u s u a l l y r e p r e s e n t i n g a m i n o r f r a c t i o n , a r e s o l u b l e i n n e u t r a l o r g a n i c s o l v e n t s o r w a t e r . T h e y a r e c a l l e d e x t r a c t i v e s , l a r g e l y c o m p r i s e d o f p o l y p h e n o l i c o r g a n i c m o l e c u l e s . T h e e x t r a c t i v e c o m p o s i t i o n s v a r y w i d e l y i n d i f f e r e n t w o o d s p e c i e s . T h e s t r u c t u r a l c o n s t i t u e n t s o f D o u g l a s - f i r w o o d , n a m e l y c e l l u l o s e , h e m i c e l l u l o s e a n d l i g n i n , o c c u r i n r o u g h l y t h e s a m e p r o p o r t i o n a s i n o t h e r c o n i f e r o u s w o o d s . T h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f D o u g l a s - f i r w o o d i s s h o w n i n T a b l e 2 - 1 - 3 ( I s e n b e r g , 1 9 8 0 ) . F o r c o m p a r i s o n , t h e t a b l e a l s o i n c l u d e s d a t a o n s e v e r a l s o f t w o o d s . F o s t e r et a / . ( 1 9 8 0 ) c h a r a c t e r i z e d t h e s a p w o o d a n d h e a r t w o o d e x t r a c t s o f D o u g l a s - f i r , a n d f o u n d t h a t t h e d i e t h y l e t h e r e x t r a c t i v e ( m g / g o v e n -d r i e d e x t r a c t - f r e e w o o d b a s i s ) r e c o v e r e d f r o m t h e h e a r t w o o d w a s t h r e e t i m e s t h a t f r o m t h e s a p w o o d . N o s i n g l e , u n i v e r s a l s o l v e n t w i l l r e m o v e a l l o f t h e v a r i o u s e x t r a c t i v e c o m p o u n d s . I n o r d e r t o e n s u r e t h a t t h e e x t r a c t i v e s h a v e b e e n q u a n t i t a t i v e l y r e m o v e d , a n u m b e r o f d i f f e r e n t s o l v e n t s m u s t b e e m p l o y e d . G e n e r a l l y , t o s e p a r a t e e x t r a c t i v e s , a l c o h o l o r a c e t o n e , e t h e r a n d w a t e r a r e n e e d e d . A c e t o n e l e a c h e s o u t t h e c o l o r i n g m a t t e r , t a n n i n s , w h i l e e t h e r r e m o v e s o i l s , f a t s a n d r e s i n s . C o l d w a t e r l e a c h e s t h e s o l u b l e s h o r t - c h a i n e d c a r b o h y d r a t e s a s w e l l a s s o m e f r e e a c i d s a n d s a l t s . A c c o r d i n g l y , t h e s e t h r e e s o l v e n t s w e r e u s e d i n t h i s s t u d y t o p r e p a r e f r a c t i o n s c o n t a i n i n g t h e m a j o r e x t r a c t i v e s . 30 E a r l y w o r k o n t h e . i s o l a t i o n o f D o u g l a s - f i r e x t r a c t i v e s w a s c o n c e r n e d w i t h t h e o l e o r e s i n s ( B e n s o n a n d M c C a r t h y , 1 9 2 5 ) . T h e o l e o r e s i n c o l l e c t e d f r o m b o r i n g t h e t r e e w a s d i s t i l l e d w i t h s u p e r h e a t e d s t e a m a t a t e m p e r a t u r e o f 1 5 0 ° C f o r t h e p u r p o s e o f s e p a r a t i n g t h e v o l a t i l e o i l a n d r o s i n . T h e v o l a t i l e o i l c o n t a i n e d c t - p i n e n e w i t h s m a l l a m o u n t s o f l i m o n e n e a n d t e r p i n e o l ( S c h o r g e r , 1 9 1 7 ) . A s y s t e m a t i c a n a l y s i s o f t h e e n t i r e e x t r a c t i v e f r a c t i o n w a s m a d e b y G r a h a m a n d K u r t h ( 1 9 4 9 ) . T h e y i n v e s t i g a t e d t h e e t h e r , a c e t o n e , a n d c o l d - w a t e r e x t r a c t s f r o m t h r e e s p e c i m e n s o f D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d . I n t h e e t h e r e x t r a c t , o l e i c , l i n o e i c , l i g n o c e r i c a n d a b i e t i c a c i d s , p h y t o s t e r o l a n d t a n n i n w e r e f o u n d . T h e f a t t y a c i d s w e r e p r e s e n t b o t h i n t h e f r e e a n d c o m b i n e d s t a t e s , w h e r e a s t h e r e s i n a c i d s w e r e i s o l a t e d o n l y a s t h e f r e e a c i d s . A p e n t a h y d r o x y f l a v a n o n e a n d c a t e c h o l t a n n i n w e r e i s o l a t e d f r o m t h e a c e t o n e e x t r a c t . A p p r o x i m a t e l y 7 0 p e r c e n t o f t h e c o l d w a t e r e x t r a c t w a s a g a l a c t a n . D i h y d r o q u e r c e t i n , a m a j o r D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d p o l y p h e n o l , w a s f i r s t d e s c r i b e d b y P e w ( 1 9 4 8 ) . A s m a y b e e x p e c t e d , t h e h e a r t w o o d o f D o u g l a s - f i r c o n t a i n e d h i g h e r a m o u n t s o f e x t r a c t i v e s ( 3 . 6 % ) t h a n t h e c o r r e s p o n d i n g s a p w o o d ( 1 . 3 % ) ( H a r v e y a n d T s u n e o , 1 9 7 4 ) . A b o u t a d e c a d e l a t e r B a r t o n a n d G a r d n e r ( 1 9 5 8 , 1 9 6 3 ) a n d H a n c o c k ( 1 9 5 7 ) d e s c r i b e d d e t a i l e d a n a l y t i c a l m e t h o d s f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f d i h y d r o q u e r c e t i n i n D o u g l a s - f i r . T h e d i h y d r o q u e r c e t i n c o n t e n t i n h e a r t w o o d v a r i e d w i t h i n a n d b e t w e e n t r e e s o f t h e s a m e s p e c i e s , r a n g i n g f r o m z e r o t o 1 . 5 p e r c e n t i n D o u g l a s - f i r . W i t h i n a t r e e a g e n e r a l p a t t e r n o f i n c r e a s i n g c o n c e n t r a t i o n w i t h i n c r e a s i n g d i s t a n c e f r o m t h e p i t h w a s e v i d e n t i n t h e h e a r t w o o d . A l e u c o a n t h o c y a m i d i n w a s a l s o f o u n d i n D o u g l a s - f i r w o o d . R o g e r s a n d M a n v i l l e ( 1 9 7 2 ) i s o l a t e d ( - ) - d 5 - 4 - [ r ( R ) - 5 , - d i m e t h y l - 3 - o x o h e x y l ] - c y c l o h e x a n e - l - c a r b o x y l i c a c i d f r o m t h e p e t r o l e u m e t h e r e x t r a c t f r o m D o u g l a s - f i r w o o d . 31 15 •§ a # •S.-3 2? 5! 13 cs pi OS * <> 2 t" r-' cs r»° cs vo cs o 5 ft. .a o Si, .S D-•a 4 1 £ T3> E •a 3 32 2 . 5 . 4 E f f e c t o f t h e e x t r a c t i v e s o n w o o d p r o p e r t i e s T h e e f f e c t o f t h e w o o d e x t r a c t i v e s o n t h e p r o p e r t i e s o f t i m b e r h a v e b e e n s t u d i e d b y s e v e r a l r e s e a r c h e r s . F o r e x a m p l e , s o m e c o n i f e r w o o d s p e c i e s o f t e n d a r k e n d u r i n g s t o r a g e ( M i l l e r et al., 1 9 8 3 , E v a n t a a n d H a l v o r s o n , 1 9 6 2 ) . T h e b e h a v i o u r o f c e r t a i n c l a s s e s o f e x t r a c t i v e s i s s u f f i c i e n t l y w e l l k n o w n t o p r e d i c t t h e t y p e o f c o l o r c h a n g e s . T h e p o l y p h e n o l s h a v e r e c e i v e d m o r e a t t e n t i o n t h a n o t h e r t y p e s o f e x t r a c t i v e s . T h e t e n d e n c y o f p o l y p h e n o l s t o d i s c o l o r u n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o n s i s p a r t l y d e p e n d e n t o n t h e n u m b e r o f v i c i n a l h y d r o x y l g r o u p s ( H i l l i s , 1 9 6 2 ) . W h e n w o o d i s e x p o s e d t o a i r o r s u n l i g h t , p o l y p h e n o l s d a r k e n , d u e t o o x i d a t i o n w h i c h p r o d u c e d d a r k - b r o w n p r o d u c t s . F o r e x a m p l e , t h e f o r m a t i o n o f t h e b r o w n c o l o r s t a i n i n w e s t e r n h e m l o c k i s t h o u g h t t o r e s u l t f r o m o x i d a t i v e r e a c t i o n s o f e x t r a c t i v e s . T h e e x t r a c t i v e t h a t i s b e l i e v e d t o b e t h e m a i n c a u s e o f t h e c o l o r s t a i n i s c a t e c h i n , w h i c h u n d e r g o e s a t w o - s t a g e e n z y m e - c a t a l y z e d o x i d a t i o n , f o l l o w e d b y c o n d e n s a t i o n ( K r e b e r , 1 9 9 4 ; A v r a m i d i s et al., 1 9 9 3 ) A n o t h e r p r o p e r t y o f p o l y p h e n o l s c o n t a i n i n g o r t h o - d i h y d r o x y a n d v i c i n a l t r i h y d r o x y g r o u p i n g s , i s t h e i r a b i l i t y t o b i n d m e t a l i o n s t o f o r m c h e l a t e s , w h i c h i n m a n y c a s e s a r e d a r k c o l o r e d . T h e d e g r e e o f d i s c o l o r a t i o n w h e n m e t a l c o n t a r n i n a t e s w o o d d e p e n d s o n s e v e r a l f a c t o r s . T h e s e i n c l u d e : ( 1 ) T y p e a n d q u a n t i t y o f p o l y p h e n o l s p r e s e n t . I n m a n y c a s e s , t h e p o l y p h e n o l s c o n t a i n i n g t r i h y d r o x y g r o u p i n g s g i v e a d a r k e r c o l o r w i t h m e t a l s t h a n t h o s e c o n t a i n i n g o r t h o - d i h y d r o x y g r o u p i n g s ( T a r d i f , 1 9 5 9 ) . ( 2 ) T h e p H o f t h e s o l u t i o n s . T a r d i f ( 1 9 5 9 ) f o u n d t h a t t h e c o l o r r e a c t i o n s o f d i l u t e s o l u t i o n s o f c o m m e r c i a l t a n n i c a c i d w i t h s e v e r a l m e t a l s a t l o w c o n c e n t r a t i o n a r e d e p e n d e n t o n t h e p H o f t h e s o l u t i o n . F e r r i c i o n f o r m e d b l u e , m a u v e , r e d , a n d d a r k - r e d c o l l o c a t i o n s b e t w e e n t h e p H r a n g e s o f 2 . 0 - 5 . 0 , 5 . 0 - 7 . 0 , 7 . 0 - 1 1 . 0 , a n d g r e a t e r t h a n p H 1 1 , r e s p e c t i v e l y . 33 ( 3 ) T h e t y p e , c h e m i c a l s t a t e a n d q u a n t i t y o f m e t a l . T h e m o s t i m p o r t a n t m e t a l s w e r e i r o n , a l u m i n u m , a n d c o p p e r . W i t h d i l u t e s o l u t i o n s o f i o n s a n d t a n n i n , t h e c o l o r i s m o s t i n t e n s e a t a p H o f 4 . 5 . W i t h s t r o n g e r i o n c o n c e n t r a t i o n , t h e i n t e n s e b l u e c o l o r i s f o r m e d o v e r a w i d e p H r a n g e . C o p p e r f o r m e d d a r k - b r o w n t a n n a t e c o m p l e x e s , w h i l e a l u m i n u m i o n s f o r m e d a b r i g h t - y e l l o w c o l o r . T r o u g h t o n a n d C h o w ( 1 9 7 3 ) s t u d i e d t h e h e a t - i n d u c e d c o l o r - i n t e n s i t y c h a n g e i n D o u g l a s - f i r a n d f o u n d t h a t i t s e x t r a c t i v e s c o n t r i b u t e d s i g n i f i c a n t l y t o t h i s c h a n g e . D i h y d r o q u e r c e t i n , w h e n h e a t e d p r o d u c e d a p o w e r f u l c h r o m o p h o r e . I t w a s a l s o r e p o r t e d t h a t d m y d r o q u e r c e t i n p o s s e s s e d s o m e f u n g i c i d a l e f f e c t , c o m p l e t e l y i n h i b i t i n g g r o w t h o f t h e m o s t s e n s i t i v e f u n g i a t c o n c e n t r a t i o n s o f l e s s t h a n 0 . 5 p e r c e n t ( K e n n e d y , 1 9 5 6 ) . 34 3. EXPERIMENTAL 3.1 Study of extractives in Douglas-fir heartwood responsible for black color in ammoniacal copper treated wood 3.1.1 Preliminary analysis of extractives I n t h i s s t u d y t h r e e k i n d s o f s o l v e n t s w e r e u s e d t o f i n d o u t w h e t h e r t h e e x t r a c t i v e s w e r e r e s p o n s i b l e f o r t h e d i s c o l o r a t i o n , a n d i f s o , w h i c h f r a c t i o n o f D o u g l a s - f i r e x t r a c t i v e s w a s r e s p o n s i b l e f o r t h e r e a c t i o n w h i c h p r o d u c e d t h e d a r k c o l o u r . D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d m e a l w a s e x t r a c t e d w i t h d i f f e r e n t s o l v e n t s t o o b t a i n t h e e x t r a c t i v e f r a c t i o n s ( F i g . 3 - 1 - 1 ) . I n t h e s e e x p e r i m e n t s , t h e s o l v e n t s , a c e t o n e , d i e t h y l e t h e r a n d w a t e r w e r e u s e d . E a c h f r a c t i o n o f e x t r a c t i v e s w a s r e a c t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n t o d e t e r m i n e w h e t h e r c o l o r e d c o m p l e x e s w e r e f o r m e d . W h e n t h e r e a c t i o n w a s p o s i t i v e , /. e. d a r k c o l o u r e d m a t e r i a l s w e r e f o r m e d , t h i s f r a c t i o n w a s r e t a i n e d a n d p r o c e s s e d t o f u r t h e r s e p a r a t e t h e c o m p o n e n t s t o d e t e r m i n e w h i c h c o m p o u n d i n t h e f r a c t i o n w a s r e s p o n s i b l e f o r t h e r e a c t i o n . T w o 2 0 g r a m s a m p l e s o f D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d m e a l w e r e e x t r a c t e d s e p a r a t e l y w i t h e i t h e r 1 0 0 m l o f a c e t o n e o r d i e t h y l e t h e r f o r 2 4 h o u r s a t 2 0 ° C . T h e t w o s o l u t i o n s w e r e f i l t e r e d a n d c o n c e n t r a t e d u n d e r v a c u u m a t 2 0 ° C . T h e r e s i d u e s w e r e d r i e d u n d e r v a c u u m b e l o w 3 0 - 4 0 ° C t o c o n s t a n t w e i g h t . T h e a c e t o n e -e x t r a c t e d w o o d m e a l w a s e x t r a c t e d a g a i n w i t h 1 0 0 m l o f d i s t i l l e d w a t e r a t 4 0 ° C f o r 2 4 h o u r s . T h e e x t r a c t w a s f i l t e r e d a n d c o n c e n t r a t e d a t 6 0 ° C u n d e r r e d u c e d p r e s s u r e t o p r o d u c e a t h i r d r e s i d u e . T h r e e r e s i d u e s o b t a i n e d w e r e t h e n s u b j e c t e d t o a r e a c t i o n w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n s . 35 T h e t e s t s o l u t i o n s w e r e p r e p a r e d a s f o l l o w s : ( i ) 2 % o f a c e t o n e - e x t r a c t i v e r e s i d u e i n m e t h a n o l ( i i ) 2 % o f e t h e r - e x t r a c t i v e r e s i d u e i n m e t h a n o l . ( i i i ) 2 % o f w a t e r - e x t r a c t i v e r e s i d u e i n w a t e r . O n e m l o f e a c h s o l u t i o n w a s r e a c t e d w i t h 1 m l o f 1 . 5 % ( w / w ) s o l u t i o n o f c o p p e r s u l p h a t e i n a m m o n i u m h y d r o x i d e . U p o n a d d i t i o n o f t h e a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n , o n l y t h e a c e t o n e - e x t r a c t e d r e s i d u e i n m e t h a n o l f o r m e d a d a r k c o l o r e d p r e c i p i t a t e . T h e e t h e r - e x t r a c t p r o d u c e d a l i g h t g r e e n c o l o r s o l u t i o n , a n d w a t e r - e x t r a c t e d r e s i d u e f o r m e d a l i g h t b r o w n s o l u t i o n w i t h a t r a c e o f p r e c i p i t a t e . T h i s d a r k c o l o r m a y b e c a u s e d b y t h e p r e s e n c e o f a c e t o n e - e x t r a c t i v e r e s i d u e s i n t h e w a t e r - e x t r a c t e d f r a c t i o n . B a s e d u p o n t h e s e o b s e r v a t i o n s , i t w a s c o n c l u d e d t h a t a c o m p o u n d w a s p r e s e n t i n t h e a c e t o n e - e x t r a c t w h i c h r e a c t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n t o p r o d u c e a b l a c k p r e c i p i t a t e . T h e s u b s e q u e n t e x p e r i m e n t s t h e r e f o r e f o c u s e d o n t h e c h e m i c a l s p r e s e n t i n t h e a c e t o n e e x t r a c t i v e s . Douglas-fir meal Acetone Acetone extractives Water Water extractives Ether Ether extractives Cu-NH3 Soln. Dark brown precipitate Cu-NH3 Soln. Light brown suspension Cu-NH3 Soln. Light green precipitate F i g . 3-1-1 P r e l i m i n a r y e x t r a c t i o n p r o c e d u r e f o r i s o l a t i o n o f e x t r a n e o u s c o m p o u n d s 37 3.1.2 Isolation and identification of the extractive reacting with ammoniacal copper solutions to produce a black color B e c a u s e o f t h e p o s i t i v e r e s p o n s e r e a c t i o n o f t h e a c e t o n e e x t r a c t i v e m i x t u r e w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n , f u r t h e r e x p e r i m e n t s w e r e d e s i g n e d t o i s o l a t e a n d i d e n t i f y t h e c o m p o n e n t i n t h i s m i x t u r e w h i c h w a s b e l i e v e d t o b e r e s p o n s i b l e f o r t h e b l a c k c o l o r o n w o o d a f t e r i t w a s t r e a t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n . C o l u m n c h r o m a t o g r a p h y w a s u s e d f o r p r e l i m i n a r y p u r i f i c a t i o n o f t h e c o m p o n e n t s f r o m c r u d e a c e t o n e - e x t r a c t s . T h e c o m p o u n d i s o l a t e d f r o m D o u g l a s -f i r w a s e x a m i n e d b y u l t r a v i o l e t ( U V ) , f o u r i e r t r a n s f o r m i n f r a r e d s p e c t r o s c o p y ( F T I R ) , p r o t o n n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e ( H - N M R ) a n d m a s s s p e c t r o m e t r y ( M S ) . 3.1.2.1 I s o l a t i o n o f t h e e x t r a c t i v e D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d s a w d u s t w a s p r e p a r e d b y g r i n d i n g u p t h i n c h i p s c u t f r o m h e a r t w o o d p i e c e s , u s i n g a W i l e y m i l l , u n t i l t h e s a w d u s t w o u l d p a s s t h r o u g h a 2 0 m e s h s c r e e n . E x t r a c t i o n w i t h a c e t o n e A l a r g e g l a s s f l a s k w a s u s e d t o e x t r a c t 8 0 0 g r a m s o f w o o d m e a l ( o v e n -d r i e d b a s i s ) w i t h 1 2 0 0 m l o f a c e t o n e . A f r e s h s u p p l y o f s o l v e n t w a s i n t r o d u c e d i n t o t h e f l a s k e v e r y t w o d a y s a f t e r f i l t e r i n g t h e e x t r a c t e d s o l u t i o n s . T h e e x t r a c t s w e r e c o m b i n e d a n d c o n c e n t r a t e d u n d e r r e d u c e d p r e s s u r e t o a v o l u m e o f 3 0 0 m l . A 1 0 m l a l i q u o t f r o m t h e c o n c e n t r a t e d e x t r a c t w a s d r i e d t o c o n s t a n t w e i g h t u n d e r v a c u u m a t 4 0 ° C . T h e t o t a l c a l c u l a t e d y i e l d o f a c e t o n e - e x t r a c t w a s 2 . 4 2 p e r c e n t o f t h e o v e n - d r i e d w e i g h t o f t h e w o o d . S i l i c a g e l titin l a y e r c h r o m a t o g r a p h y ( T L C ) w a s u s e d t o e x a m i n e t h e e x t r a c t s u s i n g p e t r o l e u m e t h e r : a c e t o n e 3 : 1 m i x t u r e a s 38 t h e d e v e l o p i n g a g e n t . E x p o s i n g t h e p l a t e u n d e r u l t r a v i o l e t l i g h t r e v e a l e d t h a t t h e a c e t o n e e x t r a c t c o n t a i n e d a m i x t u r e o f a t l e a s t s i x c o m p o u n d s . U p o n a d d i t i o n o f 1 5 0 m l o f d i s t i l l e d w a t e r t o t h e c o n c e n t r a t e d e x t r a c t s o l u t i o n , a n i i l k y - w h i t e s u s p e n s i o n w a s o b t a i n e d . T h e r e s i d u a l a c e t o n e i n t h e s o l u t i o n w a s r e m o v e d u n d e r r e d u c e d p r e s s u r e , w h i l e m a m t a i n i n g t h e t e m p e r a t u r e b e l o w 4 5 ° C . I n o r d e r t o s e p a r a t e t h e c o m p o u n d p r e s e n t i n t h e m i x t u r e , i t w a s e x t r a c t e d w i t h t w o s o l v e n t s p o s s e s s i n g q u i t e d i f f e r e n t s o l u b i l i z i n g c a p a b i l i t i e s . T h e c o l l o i d a l s u s p e n s i o n w a s f i r s t e x t r a c t e d f o u r t i m e s w i t h 5 0 m l a l i q u o t s o f c h l o r o f o r m . T h e c h l o r o f o r m e x t r a c t w a s r e c o v e r e d . T h e r e m a i n i n g w a t e r l a y e r w a s f u r t h e r e x t r a c t e d w i t h f o u r , 5 0 m l p o r t i o n s o f d i e t h y l e t h e r s o l v e n t . U s i n g t h e s e t w o d i f f e r e n t s o l v e n t s e n a b l e d t h e s e p a r a t i o n o f t h e c o m p o n e n t s i n t h e c r u d e e x t r a c t s i n t o c h l o r o f o r m a n d e t h e r s o l u b l e f r a c t i o n s . B o t h t h e e t h e r a n d c h l o r o f o r m s o l u t i o n s w e r e d r i e d o v e r a n h y d r o u s s o d i u m s u l f a t e f o r 3 0 m i n u t e s a n d t h e n f i l t e r e d , a n d c o n c e n t r a t e d u n d e r r e d u c e d p r e s s u r e . T h e o i l - l i k e m a t e r i a l s w e r e o b t a i n e d f r o m t h e c h l o r o f o r m f r a c t i o n . A f t e r r e m o v i n g d i e t h y l e t h e r f r o m t h e s e c o n d f r a c t i o n , p e t r o l e u m e t h e r w a s a d d e d t o t h e r e s i d u e t o s e r v e a s a p r e c i p i t a t i n g a g e n t . T h e m i x t u r e w a s s e t a s i d e t o c r y s t a l l i z e . A f t e r s t a n d i n g i n t h e r e f r i g e r a t o r f o r t w e n t y - f o u r h o u r s , a l i g h t b r o w n s o l i d w a s f i l t e r e d o f f , w a s h e d w i t h p e t r o l e u m e t h e r a n d d r i e d i n t h e o v e n a t 1 0 3 ° C f o r f o u r h o u r s . I n o r d e r t o e x a m i n e w h i c h p a r t o f t h e f r a c t i o n i s r e s p o n s i b l e f o r t h e d a r k e n e d c o l o r i n t h e t r e a t e d h e a r t w o o d , a s o l u t i o n w a s p r e p a r e d f r o m e a c h r e s i d u e b y d i s s o l v i n g i t i n m e t h a n o l . A m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n s w e r e t h e n a d d e d t o t h e s o l u t i o n o f e a c h e x t r a c t . O n l y t h e s u b s t a n c e f r o m t h e e t h e r f r a c t i o n c o u l d r e a c t w i t h c o p p e r - a m m o n i a s o l u t i o n a n d f o r m a d a r k c o l o r e d p r e c i p i t a t e . F u r t h e r s e p a r a t i o n o f t h e c r u d e s o l i d f r o m t h e e t h e r f r a c t i o n w a s a c c o m p l i s h e d b y u s i n g c o l u m n c h r o m a t o g r a p h y . 39 C o l u m n c h r o m a t o g r a p h y E l u t i o n c o l u m n c h r o m a t o g r a p h y w i t h s i l i c a g e l w a s u s e d i n t h i s p h a s e o f t h e e x p e r i m e n t . A p l u g o f c o t t o n w o o l w a s p l a c e d i n t h e b o t t o m o f t h e c o l u m n 5 0 m m i n d i a m e t e r a n d a l a y e r o f s a n d w a s a d d e d o n t o p o f t h e p l u g t o p r o v i d e a n e v e n b a s e f o r t h e s i l i c a g e l c o l u m n . A m i x t u r e o f p e t r o l e u m e t h e r a n d a c e t o n e ( 3 : 2 ) w a s c h o s e n a s t h e e l u t i n g s o l v e n t b a s e d u p o n t r i a l e x p e r i m e n t s t o d e t e r m i n e t h e m a x i m u m s e p a r a t i o n o f t h e c o m p o n e n t s . T h e c o l u m n w a s p a c k e d b y a d d i n g s i l i c a g e l s l u r r y i n t h e s o l v e n t m i x t u r e . A f t e r t h e c o l u m n h a d b e e n p r e p a r e d , t h e s o l v e n t l e v e l w a s l o w e r e d t o t h e t o p o f t h e s i l i c a g e l c o l u m n b y d r a i n i n g s o l v e n t f r o m t h e b o t t o m o f t h e c o l u m n . T h e m i x e d r e s i d u e t o b e s e p a r a t e d w a s d i s s o l v e d i n a c e t o n e , a n d a p p l i e d c a r e f u l l y t o t h e t o p o f t h e s i l i c a g e l c o l u m n . T h e c o l u m n w a s t h e n e l u t e d w i t h a 3 : 2 m i x t u r e o f p e t r o l e u m e t h e r a n d a c e t o n e . I n o r d e r t o a c c e l e r a t e t h e e l u t i o n s p e e d , l o w n i t r o g e n p r e s s u r e w a s a p p l i e d a t t h e t o p o f t h e c o l u m n . T h e e l u t i o n w a s m o n i t o r e d p e r i o d i c a l l y b y t h i n - l a y e r c h r o m a t o g r a p h y ( T L C ) o n s i l i c a g e l u s i n g p e t r o l e u m e t h e r : a c e t o n e ( 3 : 2 ) a s t h e d e v e l o p i n g s o l v e n t . T h e T L C r e s u l t s w e r e o b s e r v e d u n d e r U V l i g h t . T h e d e s i r e d f r a c t i o n s c o n t a i n i n g o n l y t h e p r i m a r y p r o d u c t b a s e d o n t h e T L C e v a l u a t i o n w e r e c o l l e c t e d a n d c o n s o l i d a t e d . E v a p o r a t i o n o f t h e e l u e n t p r o d u c e d a c r e a m w h i t e s o l i d , w h i c h w a s f i l t e r e d a n d d r i e d . P r o d u c t p u r i f i c a t i o n T h e w h i t e c o m p o u n d w a s d i s s o l v e d i n a 5 0 % e t h a n o l - w a t e r s o l u t i o n ( s o l i d : s o l v e n t = 1 : 5 0 ) . A c t i v a t e d c a r b o n w a s a d d e d t o t h e s o l u t i o n , a n d t h e m i x t u r e r e f l u x e d f o r 3 0 m i n u t e s b e f o r e i m m e d i a t e l y b e i n g f i l t e r e d . T h e f i l t e r e d c a k e w a s w a s h e d t h r e e t i m e s w i t h 5 0 % w a r m e t h a n o l s o l u t i o n . T h e f i l t r a t e w a s c o n c e n t r a t e d u n d e r v a c u u m t o s m a l l v o l u m e a n d p l a c e d i n t h e r e f r i g e r a t o r o v e r n i g h t f o r 40 c r y s t a l l i z a t i o n . A c r e a m - w h i t e n e e d l e - c r y s t a l s o l i d w a s o b t a i n e d w h i c h w a s r e c o v e r e d b y f i l t r a t i o n . I t w a s d r i e d a t 1 0 5 ° C i n t h e o v e n f o r 6 h o u r s . 3 . 1 . 2 . 2 I d e n t i f i c a t i o n o f i s o l a t e d c o m p o u n d M e l t i n g p o i n t T h e m e l t i n g p o i n t w a s m e a s u r e d o n a 6 5 4 5 - J 1 7 m i c r o s c o p e e q u i p p e d w i t h a T h o m a s m o d e l 4 0 h o t s t a g e m e l t i n g a p p a r a t u s . M a s s s p e c t r o m e t r y ( M S ) T h e m a s s s p e c t r u m o f t h e w h i t e c r y s t a l l i n e s o l i d w a s o b t a i n e d b y M a s s S p e c t r o m e t r y C e n t e r , D e p a r t m e n t o f C h e m i s t r y , U B C . T h e m a s s s p e c t r u m w a s d e t e r m i n e d u s i n g c h e m i c a l i o n i z a t i o n b y t h e a d d i t i o n o f a m m o n i a t o t h e t e s t s a m p l e . U l t r a v i o l e t s p e c t r u m ( U V ) T h e U V s p e c t r u m o f t h e c o m p o u n d w a s r e c o r d e d w i t h a V a r i a n G a r y 3 S p e c t r o p h o t o m e t e r i n t h e r a n g e 4 0 0 t o 8 0 0 n m . A s o l u t i o n c o n t a i n i n g 0 . 1 m g o f t h e i s o l a t e d c o m p o u n d s a m p l e i n 1 0 m l o f m e t h a n o l w a s u s e d f o r t h e U V m e a s u r e m e n t . F o u r i e r t r a n s f o r m i n f r a r e d s p e c t r u m ( F T I R ) T h e F T I R s p e c t r u m o f t h e i s o l a t e d c o m p o u n d w a s o b t a i n e d w i t h a P e r k i n -E l m e r 1 6 0 0 S p e c t r o p h o t o m e t e r o v e r t h e r a n g e 4 0 0 0 c m - 1 t o 5 0 0 c m - 1 . A K B r p e l l e t w a s m a d e b y m i x i n g t h e c o m p o u n d ( 1 m g ) w i t h p o t a s s i u m b r o m i d e ( 2 0 0 m g ) a n d c o m p r e s s i n g t h e r e s u l t i n g p o w d e r a t 2 5 0 0 0 p s i i n a 1 c m d i a m e t e r p e l l e t p r e s s . N u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e ( N M R ) s p e c t r u m T h e p r o t o n N M R s p e c t r u m o f t h e c o m p o u n d w a s o b t a i n e d u s i n g a B r u k e r W H - 4 0 0 s p e c t r o m e t e r , D e p a r t m e n t o f C h e m i s l r y , U B C . T h e c o m p o u n d ( 6 m g ) w a s d i s s o l v e d i n d e u t e r o - a c e t o n e i n a 5 m m t h i n - w a l l e d N M R g l a s s t u b e . 41 C h e m i c a l s h i f t s w e r e r e p o r t e d i n p p m d o w n f i e l d f r o m t h e t r i m e t h y l s i l a n e ( T M S ) r e f e r e n c e s t a n d a r d . 3 . 1 . 2 . 3 R e a c t i v i t y w i t h c o p p e r s o l u t i o n s T o d e t e r m i n e u n d e r w h a t c o n d i t i o n s t h e d a r k c o l o u r e d r e a c t i o n p r o d u c t s w e r e p r o d u c e d , 0 . 1 0 3 4 g o f t h e p u r i f i e d w h i t e s o l i d w a s d i s s o l v e d i n 1 0 0 m l o f m e t h a n o l a n d a l i q u o t s r e a c t e d w i t h 0 . 0 0 3 4 M c o p p e r s o l u t i o n s a t d i f f e r e n t p H ' s . T h e c o p p e r s o l u t i o n s w e r e c o p p e r s u l p h a t e i n d i s t i l l e d w a t e r ( p H = 6 ) ; c o p p e r c a r b o n a t e i n C C A ( p H = 3 ) ; c o p p e r s u l p h a t e d i s s o l v e d i n 2 % a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n ( p H = 1 0 . 5 ) ; a n d c o p p e r s u l p h a t e i n e x c e s s s o d i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n ( p H = 1 0 ) . T h e r e a c t i o n o f 2 % a m m o n i u m h y d r o x i d e a l o n e , w a s a l s o e x a m i n e d . S i n c e t h e r e a c t i o n w i t h c o p p e r s u l p h a t e i n a m m o n i u m h y d r o x i d e p r o d u c e d a b l a c k p r e c i p i t a t e , i t w a s r e p e a t e d . A 1 4 m l a l i q u o t o f a 1 . 5 % a m m o n i a c a l c o p p e r s u l p h a t e s o l u t i o n w a s a d d e d t o 3 0 4 m g ( 1 . 0 m m o l ) o f t h e w h i t e s o l i d d i s s o l v e d i n a n h y d r o u s m e t h a n o l ( 2 0 m l ) . A f t e r f o u r h o u r s t h e o r i g i n a l w h i t e s o l i d w a s n o l o n g e r d e t e c t e d d u r i n g T L C a n a l y s i s . I t i n d i c a t e d t h a t a l m o s t a l l w h i t e s o l i d c o m p o u n d r e a c t e d w i t h c o p p e r i o n s a n d f o r m e d t h e p r e c i p i t a t e . T h e b l a c k p r e c i p i t a t e w a s f i l t e r e d , w a s h e d t h r e e t i m e s w i t h d i s t i l l e d w a t e r a n d o v e n d r i e d a t 1 0 5 ° C ( 3 6 4 m g ) . T h e F T I R s p e c t r u m o f t h e b l a c k p r e c i p i t a t e w a s r e c o r d e d . A U V - V i s i b l e s p e c t r a l a n a l y s i s i n t h e r a n g e 4 0 0 t o 8 0 0 n m w a s p e r f o r m e d o n s o l u t i o n s p r e p a r e d b y c o m b i n i n g 1 m l o f a 2 % m e t h a n o l s o l u t i o n o f t h e w h i t e s o l i d , w i t h 1 m l o f e a c h c o p p e r s o l u t i o n . 42 3.2 Fixation of ammoniacal copper preservative in wood 3.2.1 Sample preparation S a m p l e f o r F T I R a n a l y s i s a . W o o d T h e b l o c k s ( 1 5 X 2 0 X 3 0 m m ) o f p o n d e r o s a p i n e (Pinusponderosa L a w s . ) s a p w o o d w e r e p r e p a r e d f r o m k i l n d r i e d l u m b e r . T h e b l o c k s w e r e s o a k e d i n d i s t i l l e d w a t e r u n d e r r e d u c e d p r e s s u r e f o r 3 0 m i n , w h i c h r e m o v e d t h e a i r f r o m t h e w o o d . T h e v a c u u m w a s r e l e a s e d t o t h e a t m o s p h e r e t o f o r c e t h e w a t e r t o e n t e r t h e w o o d . B l o c k s w h i c h w e r e l e f t t o s o a k o v e r n i g h t f o r c o m p l e t e i m p r e g n a t i o n . T h e b l o c k s w e r e m o u n t e d i n a m i c r o t o m e i n o r d e r t o p r o d u c e 4 0 u j n t h i n e a r l y w o o d s e c t i o n s , a l o n g t h e t a n g e n t i a l s u r f a c e . D u r i n g n t i c r o t o m i n g w a t e r w a s b r u s h e d o n t h e w o o d s u r f a c e t o a v o i d d r y i n g . T h e t l v i n w o o d s e c t i o n s w e r e f l a t t e n e d i n a p e t r i d i s h t o a l l o w t o a i r d r y . b . C e l l u l o s e : P u r e c e l l u l o s e p o w d e r ( A v i c e l ™ ) c . H o l o c e l l u l o s e : H o l o c e l l u l o s e ( a m i x t u r e o f c e l l u l o s e a n d h e m i c e l l u l o s e ) w a s p r e p a r e d a c c o r d i n g t o t h e f o l l o w i n g p r o c e d u r e ( P a s z n e r , 1 9 9 4 ) . P o n d e r o s a p i n e s a p w o o d s a m p l e s w e r e c u t i n t o t h i n c h i p s a n d g r o u n d w i t h a W i l e y m i l l u n t i l t h e s a w d u s t w o u l d p a s s t h r o u g h a 2 0 m e s h s c r e e n . A 1 0 g p o r t i o n o f t h e w o o d m e a l w a s p l a c e d i n a n e x t r a c t i o n t h i m b l e , a n d c o v e r e d w i t h a c o n e s h a p e d f i l t e r p a p e r . T h e t h i m b l e w a s p l a c e d i n a S o x h l e t e x t r a c t o r , a n d t h e s a w d u s t w a s e x t r a c t e d w i t h a 2 : 1 m i x t u r e o f e t h a n o l t o b e n z e n e f o r 2 4 h o u r s . A 2 g s a m p l e o f a i r d r i e d e x t r a c t i v e f r e e p o n d e r o s a p i n e w o o d m e a l w a s p l a c e d i n a t u b e . T h e n 2 8 m l o f b u f f e r s o l u t i o n a n d 1 2 m l o f 2 0 % s o d i u m c h l o r i t e s o l u t i o n w e r e a d d e d . T h e t u b e c o n t a i n i n g t h e m i x t u r e w a s p l a c e d i n a c o n s t a n t t e m p e r a t u r e s h a k i n g i n c u b a t o r ( a t 5 0 ° C ) o v e r n i g h t . T h e c o n t e n t s o f t h e t u b e w e r e c o o l e d a n d t r a n s f e r r e d t o a m e d i u m p o r o s i t y , t a r e d , c r u c i b l e . T h e s o l i d w a s w a s h e d f i r s t w i t h 1 % a c e t i c a c i d , a n d t h e n w i t h 43 a c e t o n e . T h e s a m p l e s w e r e c o n d i t i o n e d i n t h e C T H r o o m f o r 1 w e e k , b e f o r e o v e n d r y i n g a t 1 0 5 ° C . d . K l a s o n l i g n i n : A i r - d r i e d e x t r a c t i v e - f r e e p o n d e r o s a p i n e w o o d m e a l w a s u s e d t o p r e p a r e K l a s o n l i g n i n ( P a s z n e r , 1 9 9 4 ) . T h e m o d i f i c a t i o n i n v o l v e d t h e s e c o n d a r y h y d r o l y s i s s t e p . A f t e r d i l u t i o n w i t h d i s t i l l e d w a t e r t h e c o n c e n t r a t i o n o f s u l f u r i c a c i d w a s r e d u c e d t o 3 % . T h e s o l u t i o n w a s a u t o c l a v e d u n d e r s t e a m p r e s s u r e o f 1 . 5 b a r a t 1 2 7 . 5 ° C f o r o n e h o u r . T h e i n s o l u b l e m a t e r i a l w a s a l l o w e d t o s e t t l e o v e r n i g h t , b e f o r e c a r e f u l l y d e c a n t i n g t h r o u g h a m e d i u m p o r o s i t y f i l t e r i n g c r u c i b l e . T h e s o l i d w a s w a s h e d w i t h d i s t i l l e d w a t e r a n d o v e n d r i e d a t 1 0 5 ° C . e . L i g n i n m o d e l c o m p o u n d s : L i g n i n i s a c o m p l e x a n d h i g h m o l e c u l a r w e i g h t p o l y m e r b u i l t u p o n p h e n y l p r o p a n e u n i t s . I t i s n o t p o s s i b l e t o i s o l a t e l i g n i n from w o o d w i t h o u t c a u s i n g s o m e s t r u c t u r a l c h a n g e s . I n t h i s s t u d y a l i g n i n m o d e l c o m p o u n d ( v a n i l l i n ) c o n t a i n i n g a n o r t h o - m e t h o x y l p h e n o l w a s u s e d t o i n v e s t i g a t e t h e p o t e n t i a l r e a c t i o n b e t w e e n g u a i a c y l g r o u p s c o m m o n l y i n l i g n i n a n d a m m o n i u m h y d r o x i d e / a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n . V a n i l l i n w a s p u r c h a s e d from A l d r i c h C h e m i c a l C o m p a n y . A m m o n i u m h y d r o x i d e a n d c o p p e r s u l p h a t e p e n t a h y d r a t e w e r e c o m m e r c i a l c h e m i c a l s s u p p l i e d b y B D H . 44 3 . 2 . 2 S a m p l e t r e a t m e n t a . R e a c t i o n w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e W o o d s e c t i o n s , l i g n i n , c e l l u l o s e a n d h o l o c e l l u l o s e w e r e s o a k e d i n a 5 % a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n o r 5 % o n a c o p p e r o x i d e b a s i s ( C o p p e r s u l p h a t e ) i n 1 0 % a m m o n i a s o l u t i o n f o r 1 h o u r , a n d f i l t e r e d . T h e f i l t r i t e w a s a i r d r i e d b e f o r e t e s t i n g . V a n i l l i n w a s d i s s o l v e d i n 5 % a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n u n d e r s t i r r i n g f o r e i g h t h o u r s , a f t e r w h i c h t h e a m m o n i a w a s r e m o v e d t o p r o d u c e a r e s i d u e . T h e r e s i d u e w a s d i s s o l v e d i n c h l o r o f o r m f o r g a s c h r o m a t o g r a p h - m a s s s p e c t r o m e t r y ( G C - M S ) a n a l y s i s . b . R e a c t i o n w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n V a n i l l i n ( l g , 0 . 0 0 6 6 m o l ) w a s d i s s o l v e d i n 2 0 m l 5 % a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n . T w e n t y m l o f a n a m m o m a c a l c o p p e r s o l u t i o n ( 0 . 0 0 3 0 m o l o f c o p p e r s u l p h a t e i n 5 % a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n ) w a s a d d e d t o t h i s , d r o p w i s e , w i t h s t i r r i n g . E v a p o r a t i o n o f t h e a m m o n i a f r o m t h e v a n i l l i n - a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n u n d e r r e d u c e d p r e s s u r e a t 4 0 ° C , p r o d u c e d a g r e e n c r y s t a l l i n e p r e c i p i t a t e . T h e g r e e n s o l i d w a s f i l t e r e d , a n d w a s h e d w i t h d i s t i l l e d w a t e r t o r e m o v e e x c e s s a m m o n i u m h y d r o x i d e u n t i l t h e s o l u t i o n a t t a i n e d t h e p H o f t h e d i s t i l l e d w a t e r ( p H = 6 ) . T h e g r e e n p o l y c r y s t a l l i n e s o l i d w a s d r i e d u n d e r v a c u u m a t 4 0 ° C , w a s h e d t h r e e t i m e s w i t h e t h e r t o r e m o v e u n r e a c t e d v a n i l l i n a n d f i n a l l y v a c u u m d r i e d a t r o o m t e m p e r a t u r e f o r e i g h t h o u r s . A s i n g l e c r y s t a l o f v a m l l i n - c o p p e r - a m m o m a c o m p l e x w a s o b t a i n e d t h r o u g h c a r e f u l r e c r y s t a l i z a t i o n i n a n a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n . I n a s e c o n d e x p e r i m e n t , 0 . 1 g o f t h e g r e e n p o l y c r y s t a l l i n e c o m p l e x d i s s o l v e d i n 2 0 m l o f 5 % a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n w a s a d d e d t o 3 0 m l o f 0 . 0 2 M s o d i u m e t h y l e n e d i a m i n e t e t r a a c e t a t e ( E D T A ) s o l u t i o n t o r e m o v e t h e c o p p e r 45 i o n s f r o m t h e v a n i l l i n - c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x . T h e r e s i d u e w a s e x t r a c t e d t h r e e t i m e s w i t h d i e t h y l e t h e r . A w h i t e s o l i d w a s o b t a i n e d u p o n e v a p o r a t i n g t h e e t h e r . 3.3.3 Analysis methods a . F T I R s p e c t r o s c o p y T h e I R s p e c t r a w e r e o b t a i n e d w i t h a P e r k i n - E l m e r 1 6 0 0 S p e c t r o p h o t o m e t e r o v e r t h e r a n g e 4 0 0 0 c m - 1 t o 4 0 0 c m " 1 . A K B r p e l l e t w a s m a d e b y m i x i n g t h e c o m p o u n d ( 1 m g ) w i t h p o t a s s i u m b r o m i d e ( 2 0 0 m g ) a n d c o m p r e s s i n g t h e r e s u l t i n g p o w d e r a t 2 5 0 0 0 p s i i n a 1 c m d i a m e t e r p e l l e t p r e s s . b . G a s C h r o m a t o g r a p h - M a s s S p e c t r o m e t r y ( G C - M S ) : T h e G C - M S s y s t e m w a s a c q u i r e d u s i n g a n H P 5 8 9 0 s e r i e s I I g a s c h r o m a t o g r a p h e q u i p p e d w i t h a V G T r i o 1 0 0 0 m a s s s e l e c t i v e d e t e c t o r . T h e s a m p l e s w e r e a n a l y z e d o n a 2 5 m e t e r H P - 5 c a p i l l a r y c o l u m n ( 0 . 2 m m I D , 0 . 3 2 u m f i l m ) . T h e i n j e c t o r s y s t e m w a s m a i n t a i n e d a t 2 5 0 ° C , a n d t h e o v e n t e m p e r a t u r e w a s h e l d a t 5 0 ° C f o r 2 m i n , a n d t h e n p r o g r a m m e d t o 3 0 0 ° C a t a r a t e o f 1 3 ° c / r n i n . T h e c o m p o n e n t s w e r e i d e n t i f i e d b y c o m p a r i n g t h e m a s s s p e c t r a w i t h s p e c t r a f r o m t h e a v a i l a b l e l i b r a r y . c . E l e m e n t a l A n a l y s i s w a s p e r f o r m e d b y C a n a d i a n M i c r o a n a l y t i c a l S e r v i c e L t d . , D e l t a , B . C . . T h e e l e m e n t a l a n a l y s i s o f t h e g r e e n v a n i l l i n - c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x w a s f o u n d t o b e : C , 4 7 . 8 7 % ; H , 4 . 9 2 % ; N , 6 . 8 1 % ; C u , 1 6 . 0 % ; C 1 6 H 2 0 N 2 O 6 C u r e q u i r e s : C , 4 8 . 0 1 % ; H , 5 . 0 1 % ; N , 7 . 0 1 % ; C u , 1 5 . 9 % . d . M a s s s p e c t r o s c o p y ( F A B ) : T h e F a s t a t o m b o m b a r d m e n t m a s s s p e c t r u m o f t h e g r e e n s o l i d c o m p l e x w a s o b t a i n e d o n a K r a t o s C o n c e p t I I H Q M a s s s p e c t r o m e t e r . T h e M a s s s p e c t r o m e t r y 46 c e n t e r , t h e D e p a r t m e n t o f C h e m i s t r y , U B C . T h e i o n s o u r c e w a s 8 K V a n d s c a n r a t e w a s 3 t o 1 0 s e c / d e c a d e . T h e m a t r i x u s e d w a s t h i o g l y c e r o l . 47 e . E S R s p e c t r o s c o p y T h e E S R s p e c t r a w e r e r e c o r d e d o n a B r u k e r E S - 1 6 0 s p e c t r o m e t e r e q u i p p e d w i t h a v a r i a b l e t e m p e r a t u r e u n i t , o p e r a t i n g a t a f r e q u e n c y o f 9 . 6 0 G H Z ( X - b a n d ) a n d 5 0 K H Z f i e l d m o d u l a t i o n . f . E l e c t r o n i c s p e c t r u m : T h e e l e c t r o n s p e c t r u m ( 2 0 0 - 2 5 0 0 n m ) w a s r e c o r d e d o n a V a r i a n C a r y 5 U V - V i s - N i r s p e c t r o p h o t o m e t e r o n N u j o l m u l l s a m p l e b e t w e e n q u a r t z p l a t e s . g . X-ray structure determination T h e X - r a y s i n g l e c r y s t a l s t r u c t u r e a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d u s i n g a R i g a k u A F C 6 S d i f f r a c t o m e t e r w i t h g r a p h i t e m o n o c h r o m a t e d M o - K a r a d i a t i o n . T h e c r y s t a l d a t a a n d d e t a i l s o f t h e d a t a c o l l e c t i o n a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 3 - 1 - 1 . T h e f i n a l u n i t - c e l l p a r a m e t e r s w e r e o b t a i n e d b y l e a s t - s q u a r e s o n t h e s e t t i n g a n g l e s f o r 2 5 r e f l e c t i o n s w i t h 2 9 = 3 9 . 5 - 4 3 . 5 ° . T h e i n t e n s i t i e s o f t h r e e s t a n d a r d r e f l e c t i o n s , m e a s u r e d e v e r y 2 0 0 r e f l e c t i o n s t h r o u g h o u t t h e d a t a c o l l e c t i o n , s h o w e d o n l y s m a l l r a n d o m f l u c t u a t i o n s . T h e d a t a w e r e p r o c e s s e d u s i n g t h e c r y s t a l s t r u c t u r e a n a l y s i s p r o g r a m teXsan a n d c o r r e c t e d f o r L o r e n t z a n d p o l a r i z a t i o n e f f e c t s , a n d a b s o r p t i o n ( e m p i r i c a l , b a s e d o n a z i m u t h a l s c a n s f o r t h r e e r e f l e c t i o n s ) . T h e s t r u c t u r e a n a l y s i s w a s i n i t i a t e d i n t h e n o n c e n t r o s y m m e t r i c s p a c e g r o u p P2\ o n t h e b a s i s o f t h e ^ - s t a t i s t i c s a n d t h e P a t t e r s o n f u n c t i o n . T h i s c h o i c e w a s c o n f i r m e d b y s u b s e q u e n t c a l c u l a t i o n s . T h e s t r u c t u r e w a s s o l v e d b y c o n v e n t i o n a l h e a v y a t o m m e t h o d s , t h e c o o r d i n a t e s o f t h e C u a t o m b e i n g d e t e r m i n e d f r o m t h e P a t t e r s o n f u n c t i o n a n d t h o s e o f t h e r e m a i n i n g n o n - h y d r o g e n a t o m s f r o m s u b s e q u e n t d i f f e r e n c e F o u r i e r s y n t h e s e s . T h e n o n - h y d r o g e n a t o m s w e r e r e f i n e d w i t h a n i s o t r o p i c t h e r m a l p a r a m e t e r s . T h e h y d r o g e n a t o m s w e r e f i x e d i n c a l c u l a t e d p o s i t i o n s w i t h N / C - H = 0 . 9 9 A a n d - 1 . 2 b^onded atom- A p a r a l l e l r e f i n e m e n t o f 48 t h e r n i r r o r - i r n a g e s t r u c t u r e g a v e s u b s t a n t i a l l y h i g h e r r e s i d u a l s , t h e R a n d Rw f a c t o r s r a t i o s b e i n g 1 . 0 6 2 a n d 1 . 0 7 0 , r e s p e c t i v e l y . N e u t r a l a t o m s c a t t e r i n g f a c t o r s ( I b e r s a n d H a m i l t o n , 1 9 7 4 ) a n d a n o m a l o u s d i s p e r s i o n c o r r e c t i o n s w e r e t a k e n from t h e International Tables forX-Ray Crystallography ( C r e a g h a n d M c A u l e y , 1 9 9 2 ) . Table 3-1-1 CrystallograpHic data a Compound ( C 8 H 7 0 3 ) 2 C u ( N H 3 ) 2 Formula •  C 1 6 H 2 0 C u N 2 O 6 Molecular weight 399.89 Crystal color, habit green, prism Crystal size, mm 0.20x0.25x0.30 Crystal system Monoclinic Space group P2X a, A 5.4172(9) b , A 15.452(2) c ,A 10.4595(9) P,deg 99.72(1) V A 863.0(2) Z 2 DCalc!dS/cm3 1.539 F(000) 414 Radiation M o [i, cm"* 13,00 Transmission factor (relative) 0.86-1.00 Scan type co-29 Scan range, deg in co 1.37 + 0.35 tan 9 Scan speed, deg/min 32 (up to 8 seconds) Data collection +h, +k, ±1 2 9 max. d e S 70 Crystal decay, % Negligible Total reflections 4225 Total unique reflections 3910 ^- merge 0.067b Reflection with I S 3 a (I) 2172 Number of variables 225 R 0.043 Rw 0.042 gof 2.32 Max A/a (final cycle) 0.001 Residual density, e/A^ -0.27, 0.73 50 a Temperature 294 K , Rigaku AFC6S diffractometer, M o Ka (1 = 0.71069 A) radiation, graphite monochromator, takeoff angle 6.0°, aperture 6.0 x 6.0 mm at a distance of 285 mm from the crystal, stationary background counts at each end of the scan (scan/background time ratio 2:1), a 2 ( F 2 ) = [5r(C + 4S)]/Lp (S = scan rate, C = scan count, B = normalized background count), function minimized Zw(|F 0 | -\FC\)2 where w = 4FpW(FQ2), R = Z | |F 0 | - |F C | | /E | f 0 | , Rw = ( E W ( ^ 0 | - | F c | ) 2 / E w | F 0 | 2 ) 1 / 2 , and gof = [E wQF0\-\Fc\)2/(m-n)] . Values given for R, Rw, and gof are based on those reflections with IS 3a(Z). b for Friedel mates Okl and 0k-I; these were not averaged 51 3.3 To determine whether the enrichment of nitrogen in ammoniacal-copper preservative treated wood increases the decay potential 3.3.1 Sample preparation: a . T h i r t y s i x p o n d e r o s a p i n e s a p w o o d b l o c k s ( 1 . 9 X 1 . 9 X 1 . 9 c m ) w e r e v a c u u m i m p r e g n a t e d w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n s w i t h c o n c e n t r a t i o n s o f 1 , 5 a n d 1 0 % ( A W P A S t a n d a r d E 1 0 - 9 1 / 1 9 9 2 ) . A f t e r t r e a t m e n t , t h e b l o c k s w e r e r e m o v e d f r o m t h e s o l u t i o n a n d a i r d r i e d o n a w i r e s c r e e n f o r 4 w e e k s a t a m b i e n t r o o m t e m p e r a t u r e t o e v a p o r a t e b e f o r e s o i l t e s t i n g . B l o c k s i m p r e g n a t e d w i t h d i s t i l l e d w a t e r w e r e u s e d a s c o n t r o l s . T w o b l o c k s f r o m e a c h g r o u p w e r e g r o u n d t o 3 0 m e s h s a w d u s t . A 5 g s a w d u s t s a m p l e o f e a c h g r o u p w a s s o a k e d w i t h 5 0 m l o f d i s t i l l e d w a t e r f o r 2 4 h o u r s . T h e p H v a l u e s o f t h e s o l u t i o n s w e r e m e a s u r e d u s i n g a n O r i o n M o d e l 5 2 0 p H m e t e r . b . S o u t h e r n y e l l o w p i n e (Pinus spp.) s a p w o o d w a f e r s ( 1 0 c m X 3 . 5 c m X 0 . 3 c m ) w e r e v a c u u m t r e a t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n s . T h e t r e a t i n g s o l u t i o n s w e r e p r e p a r e d b y d i s s o l v i n g c o p p e r s u l p h a t e c o n t a i n i n g 0 . 0 6 % c o p p e r ( e x p r e s s e d a s C u O ) i n 1 , 5 a n d 1 0 % a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n s . A f t e r t r e a t m e n t t h e w a f e r s w e r e s e a l e d i n p l a s t i c b a g s f o r o n e w e e k t o a l l o w f o r w e t c h e m i c a l f i x a t i o n a t a m b i e n t t e m p e r a t u r e . T h e y w e r e t h e n r e m o v e d f r o m t h e b a g s a n d a i r d r i e d a t r o o m t e m p e r a t u r e f o r t w o w e e k s . W a f e r s t r e a t e d w i t h d i s t i l l e d w a t e r w e r e u s e d a s c o n t r o l s . L e a c h i n g t e s t E i g h t e e n w a f e r s t r e a t e d t o e a c h c o p p e r r e t e n t i o n a n d a m m o n i u m h y d r o x i d e c o n c e n t r a t i o n w e r e s u b m e r g e d i n j a r s c o n t a i n i n g 3 0 0 m l o f d i s t i l l e d w a t e r , a n d p l a c e d i n a d e s i c c a t o r . T h e d e s i c c a t o r w a s e v a c u a t e d f o r 2 0 m i n u s i n g a v a c u u m 52 p u m p , a f t e r w h i c h t h e j a r s w e r e r e m o v e d f r o m t h e d e s i c c a t o r . T h e b l o c k s r e m a i n e d s u b m e r g e d p r i o r t o r e m o v a l . A f t e r 6 , 2 4 , 4 8 h o u r s a n d t h e r e a f t e r a t 4 8 h o u r i n t e r v a l s f o r a p e r i o d o f t w o w e e k s , t h e l e a c h w a t e r w a s r e m o v e d a n d r e p l a c e d w i t h f r e s h d i s t i l l e d w a t e r . A t t h e e n d o f t h i s l e a c h i n g p e r i o d a l l s a m p l e s w e r e a i r d r i e d . E a c h w a f e r w a s s a w e d i n t o t w o p i e c e s . O n e h a l f w a s u s e d f o r n i t r o g e n a n d c o p p e r a n a l y s i s , w h i l e t h e m a t c h i n g h a l f w a s o v e n d r i e d , w e i g h e d a n d e m p l o y e d i n a s o i l - b l o c k i n v e s t i g a t i o n . 3.2.2 Analysis of copper and nitrogen in treated wafers C o p p e r a n a l y s i s : A n a l y s i s o f c o p p e r r e t e n t i o n i n t h e w a f e r s from e a c h g r o u p , b e f o r e a n d a f t e r l e a c h i n g w a s c a r r i e d o u t u s i n g a n X - r a y f l u o r e s c e n c e a n a l y z e r . E a c h w a f e r w a s g r o u n d i n t o 3 0 m i c r o m e s h s a w d u s t . T h e s a w d u s t w a s c o m p r e s s e d i n a s a m p l e h o l d e r u s i n g a h a n d p r e s s . T h e f i n a l a n a l y t i c a l r e s u l t w a s g i v e n i n t e r m s o f c o p p e r o x i d e i n t e s t s a m p l e ( k g / m 3 ) u s i n g a n i n t e r n a l c o m m e r c i a l p r o g r a m d e v e l o p e d from o v e r 1 2 5 s t a n d a r d s . N i t r o g e n a n a l y s i s N i t r o g e n a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d w i t h t h e K j e d a h l t e c h n i q u e u s i n g t h e K j e l t e c A u t o 1 0 3 0 n i t r o g e n a n a l y z e r . T e s t p r o c e d u r e : 0 . 1 g o f t h e m i l l e d s a m p l e w a s p u t i n t o a K j e l d a h l d i g e s t i o n t u b e . T o t h e w o o d s a m p l e w a s a d d e d a h a l f o f a t a b l e t o f K j e d a h l c a t a l y s t (Q1SO4 a n d T i 0 2 ) . T h e t u b e s w e r e s e t o n t h e d i g e s t i o n r a c k i n t h e h e a t i n g m a n t l e . O n c e a l l 1 2 d i g e s t i o n t u b e s w e r e i n p l a c e , 5 m l o f 9 8 % p u r e s u l f u r i c a c i d w a s c a r e f u l l y a d d e d t o e a c h t u b e . A f t e r t h e s u l f u r i c a c i d h a d b e e n a d d e d , t h e s a m p l e s w e r e h e a t e d t o a b o u t 4 0 0 ° C a n d t h e d i g e s t i o n a l l o w e d t o p r o c e e d f o r t w o h o u r s . T h e e n d p o i n t f o r d i g e s t i o n w a s i d e n t i f i e d b y t h e f o r m a t i o n o f a c l e a r l i m e - g r e e n l i q u i d w h i c h s h o w e d n o e f f e r v e s c e n c e . T h e d i g e s t i o n t u b e s w e r e t h e n r e m o v e d from t h e 53 m e t a l m a n t l e a n d a l l o w e d t o c o o l t o r o o m t e m p e r a t u r e p r i o r t o t i t r a t i o n . A 0 . 0 1 M H Q s o l u t i o n w a s u s e d t o t i t r a t e t h e d i s t i l l e d s o l u t i o n s . T h e K j e d a h l a p p a r a t u s w a s c a l i b r a t e d b y a n a l y s i s d i s t i l l e d w a t e r a n d a m m o n i u m s u l f a t e ( 5 0 0 p p m ) c o n t r o l p r i o r t o t h e a n a l y s i s o f t h e t e s t s a m p l e s . T h e n i t r o g e n c o n t e n t w a s c a l c u l a t e d f r o m t h e e q u a t i o n : [ V O 1 . H C I ( 1 ) - V O 1 . H C I ( 2 ) ] X 0 . 0 1 4 0 1 % n i t r o g e n m a s s o f s a m p l e ( i n g r a m s ) W h e r e : V O 1 . H Q ( 1 ) w a s c o n s u m e d f o r s a m p l e . V o l . H C 1 ( 2 ) w a s c o n s u m e d f o r b l a n k c o n t r o l . 0 . 0 1 4 0 1 w a s a f a c t o r f o r n i t r o g e n . 3.3.3 Test Method T w o s e t s o f s a m p l e s w e r e p r e p a r e d f o r a s o i l j a r e x p e r i m e n t , w h i c h w a s l a r g e l y b a s e d o n t h e p r o t o c o l d e s c r i b e d i n t h e A m e r i c a n W o o d P r e s e r v e r ' s S t a n d a r d ( A W P A E 1 0 - 9 1 / 1 9 9 2 ) . T h r e e f u n g i w e r e u s e d i n t h i s s t u d y : t w o b r o w n r o t f u n g i a n d o n e w h i t e r o t f u n g u s . T h e b r o w n r o t f u n g i w e r e Postiaplacenta ( 1 2 0 F : F r . C o o k e , Madison 6 9 8 ) a n d Gloeophyllum trabeum ( 4 7 D P e r s . ex F r . M u r r . Madison 6 1 7 ) . P. placenta i s a n i m p o r t a n t d e c a y f u n g u s i n t i m b e r i n N o r t h A m e r i c a a n d i s u s u a l l y i n c l u d e d i n l a b o r a t o r y e v a l u a t i o n o f p r e s e r v a t i v e s i n N o r t h A m e r i c a a n d E u r o p e . I t i s p a r t i c u l a r l y t o l e r a n t t o c o p p e r a n d z i n c c o m p o u n d s . G . trabeum i s c o m m o n l y f o u n d i n a b o v e g r o u n d e x p o s u r e a n d i s k n o w n t o b e t o l e r a n t t o p h e n o l i c a n d a r s e n i c c o m p o u n d s . I t i s a l s o w i d e l y u s e d a s a w o o d d e s t r o y i n g t e s t o r g a n i s m . T h e w h i t e r o t f u n g u s e m p l o y e d i n t h e i n v e s t i g a t i o n w a s Trametes versicolor ( L . : F r . ) . I t t o o i s a c o m m o n s t a n d a r d t e s t f u n g u s a n d i s f r e q u e n t l y i s o l a t e d from h a r d w o o d p r o d u c t s . 54 T h e f u n g i w e r e g r o w n f r o m i s o l a t e s i n s t o r a g e u s i n g a m e d i u m c o n s i s t i n g o f 2 % m a l t e x t r a c t a n d 2 % a g a r i n p e t r i p l a t e s . T h e m e d i u m w a s p r e p a r e d b y d i s s o l v i n g 5 g o f m a l t e x t r a c t a n d 5 g o f a g a r i n 2 5 0 m l o f d i s t i l l e d w a t e r . T h e b o t t l e c o n t a i n i n g t h e m e d i u m w a s s t o p p e r e d a n d a u t o c l a v e d f o r 2 0 m i n a t 1 0 3 . 4 k P a . A f t e r s t e r i l i z a t i o n , t h e b o t t l e w a s a l l o w e d t o c o o l t o ' h a n d - h o t ' t e m p e r a t u r e a n d t h e c u l t u r e m e d i u m p o u r e d i n t o t h e p e t r i p l a t e s . W h e n t h e m e d i u m h a d s o l i d i f i e d a n d c o o l e d , t h e p l a t e s w e r e i n o c u l a t e d w i t h t h e f u n g i . A s m a l l p l u g o f f u n g a l i n o c u l u m w a s r e m o v e d f r o m t h e o v e r g r o w n p l a t e u s i n g a s t e r i l e s p a t u l a , a n d p l a c e d i n t h e c e n t e r o f t h e m e d i u m i n a p e t r i p l a t e . T h e c u l t u r e w a s i n c u b a t e d f o r t w o w e e k s b e f o r e b e i n g u s e d . P r e p a r a t i o n o f s o i l j a r s a n d s o i l b l o c k i n c u b a t i o n S o i l p u r c h a s e d f r o m V a n t r o S o i l I n c . , V a n c o u v e r . B . C . w a s s i f t e d t h r o u g h a U . S . # 5 s i e v e . T o d e t e r m i n e t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s o i l , t h r e e s a m p l e s w e r e t a k e n f r o m t h e b a g o f s o i l a n d w e i g h e d . T h e y w e r e p l a c e d i n a n o v e n a t 1 0 3 ° C f o r 2 4 h o u r s , a n d t h e m o i s t u r e c o n t e n t w a s c a l c u l a t e d f r o m t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e o r i g i n a l a n d o v e n d r i e d w e i g h t s . T h e s o i l m o i s t u r e c o n t e n t w a s a d j u s t e d t o 4 0 -5 0 % b y a d d i n g t h e r e q u i r e d a m o u n t o f w a t e r t o t h e s o i l a n d m i x e d t h o r o u g h l y ( A W P A S t a n d a r d E 1 0 - 9 1 / 1 9 9 2 ) . T h e f e e d e r s t r i p s ( 3 X 2 5 X 6 0 m m ) w e r e p r e p a r e d from p o n d e r o s a p i n e s a p w o o d f o r t h e b r o w n r o t f u n g i a n d from b i r c h (Betula alleghaniensis) s a p w o o d f o r t h e w h i t e r o t f u n g u s . T h e r o l e o f t h e f e e d e r s t r i p i s t o p r o v i d e e s s e n t i a l n u t r i e n t s f o r t h e f u n g u s t o c o l o n i z e t h e w o o d a n d s o i l . T h e g l a s s j a r s o f a p p r o x i m a t e l y 6 0 0 m l c a p a c i t y w e r e c l o s e d w i t h a m e t a l l i d i n w h i c h a c e n t r a l 5 m m h o l e h a d b e e n d r i l l e d . T h e h o l e w a s c o v e r e d w i t h a 2 5 m m d i a m e t e r m i l l i p o r e f i l t e r , w h i c h w a s g l u e d t o t h e i n s i d e o f t h e l i d . T h e j a r s w e r e f i l l e d t o a p p r o x i m a t e l y h a l f t h e i r d e p t h w i t h t h e p r e p a r e d s o i l . F e e d e r s t r i p s 55 w e r e p l a c e d c a r e f u l l y o n t h e s o i l s u r f a c e a n d w e r e p u s h e d l i g h t l y i n t o t h e s o i l . S o t h a t t h e t o p e d g e r e m a i n e d s l i g h t l y h i g h e r t h a n t h e s u r f a c e o f t h e s o i l . T h e j a r s w e r e s e a l e d w i t h p l a s t i c l i d s a n d s t e a m a u t o c l a v e s t e r i l i z e d a t 1 0 3 . 4 k P a f o r o n e h o u r . T h e y w e r e a l l o w e d t o c o o l a n d t h e t a k e n t o a l a m i n a r f l o w b e n c h w h e r e t h e l i d s w e r e r e p l a c e d w i t h t h e m e t a l l i d s w h i c h h a d b e e n s t e r i l i z e d b y a u t o c l a v e . T h e f e e d e r s t r i p s w e r e i n o c u l a t e d a t d i a g o n a l l y o p p o s i t e c o r n e r s u s i n g 6 m m d i a m e t e r p l u g s o f f u n g u s , t a k e n from c u l t u r e s a c t i v e l y g r o w i n g o n m a l t a g a r i n p e t r i p l a t e s . T h e j a r s w e r e i n c u b a t e d a t 2 2 ° C i n a f u n g a l c h a m b e r f o r t h r e e w e e k s t o a l l o w t h e f u n g u s t o e f f e c t i v e l y c o l o n i z e t h e f e e d e r s t r i p s a n d b e c o m e e s t a b l i s h e d i n t h e s o i l . T h e r e a r e t h r e e m a i n m e t h o d s o f s t e r i l i z i n g w o o d b l o c k s , g a m m a r a d i a t i o n , s t e a m h e a t i n g a n d e t h y l e n e o x i d e t r e a t m e n t . S t e a m s t e r i l i z a t i o n i s e a s y t o u s e a n d e c o n o m i c a l . H o w e v e r , t h e s t e a m t r e a t m e n t m a y r e s u l t i n e v a p o r a t i o n o f e x t r a c t i v e s o r c h e m i c a l s from t h e w o o d . T h e d i s t r i b u t i o n o f p r e s e r v a t i v e s i n t h e t r e a t e d w o o d s a m p l e s m a y a l s o b e a f f e c t e d . T h e h i g h t e m p e r a t u r e m a y a l s o b r e a k d o w n s o m e o r g a n i c p r e s e r v a t i v e s . G a m m a s t e r i l i z a t i o n d o e s n o t a f f e c t p r e s e r v a t i v e c o n t r i b u t i o n a n d c o m p o s i t i o n s i n t h e t r e a t e d w o o d . I n t h i s e x p e r i m e n t w e u s e d g a m m a r a d i a t i o n t o s t e r i l i z e t h e w o o d b l o c k . T h e w o o d w a s s t e r i l i z e d b y e x p o s u r e t o 2 . 5 M r a d o f g a m m a i r r a d i a t i o n . T h i s r e q u i r e d a p p r o x i m a t e l y 4 8 h o u r s o f e x p o s u r e . A f t e r t h r e e w e e k s o f i n c u b a t i o n , t h e f e e d e r s t r i p s w e r e c o v e r e d w i t h f u n g a l h y p h a e . T h e j a r s w e r e p l a c e d o n a l a m i n a r f l o w b e n c h a n d t h e l i d s w e r e r e m o v e d t o a l l o w t w o s t e r i l i z e d b l o c k s t o b e p l a c e d o n t h e f e e d e r s t r i p i n e a c h s o i l j a r . T h e r e w e r e f i v e r e p l i c a t e s o f e a c h t e s t v a r i a b l e . T h e t e s t v a r i a b l e s w e r e t h r e e d i f f e r e n t a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n s , p r e s e n c e o r a b s e n c e o f c o p p e r , a n d t h r e e s p e c i e s o f f u n g i . T h e s o i l j a r s w e r e i n c u b a t e d f o r t w e l v e w e e k s a t a p p r o x i m a t e l y 2 5 ° C . 56 4.0 RESULTS AND DISCUSSION 4.1 Study of extractives in Douglas-fir heartwood which is responsible for black color when treating with ammoniacal copper solution. 4.1.1 Identification of the extractive reacting with ammoniacal copper solution to produce a black colour T h e p r e l i m i n a r y e x p e r i m e n t s s h o w e d t h a t t h e c h e m i c a l r e s p o n s i b l e f o r t h e d a r k r e a c t i o n w i t h a m m o m a c a l c o p p e r s o l u t i o n s w a s i n t h e a c e t o n e - e x t r a c t e d f r a c t i o n f r o m D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d . F u r t h e r s o l v e n t e x t r a c t i o n t o g e t h e r w i t h s i l i c a g e l c o l u m n c h r o m a t o g r a p h y s e p a r a t i o n o f t h e e x t r a c t l e a d t o t h e i s o l a t i o n o f a w h i t e s o l i d w h i c h , w h e n d i s s o l v e d i n m e t h a n o l , p r o d u c e d t h e c h a r a c t e r i s t i c d a r k r e a c t i o n w i t h a m m o m a c a l c o p p e r s o l u t i o n s . T h e i d e n t i f i c a t i o n o f t h e w h i t e s o l i d w a s r e v e a l e d t o b e t a x i f o l i n t h r o u g h a c o m b i n a t i o n o f p h y s i c a l a n d s p e c t r o s c o p i c a n a l y s e s . T h e R f v a l u e f o r t h e w h i t e s o l i d o n a s i l i c a g e l p l a t e , a n d a n e l u t i n g s o l u t i o n o f h e x a n e : a c e t o n e 2 : 3 , w a s 0 . 5 4 . T h e c r e a m - w h i t e c r y s t a l s p r e p a r e d f r o m t h e a c e t o n e e x t r a c t m e l t e d w i t h d e c o m p o s i t i o n a t 2 3 6 - 2 3 8 ° C , w h i c h c o m p a r e d f a v o r a b l y w i t h r e p o r t e d v a l u e s f o r t a x i f o l i n a t 2 3 7 ° C ( G r a h a m a n d K u r t h , 1 9 4 9 ) a n d 2 4 0 - 2 4 2 ° C ( P e w , 1 9 4 8 ) . T h e U V s p e c t r u m i n F i g . 4 - 1 - 1 s h o w e d a m a x i m u m a b s o r b a n c e a t 2 8 9 n m a n d a m i n i m u m a b s o r b a n c e a t 2 4 9 n m , c o n s i s t e n t w i t h t h e s p e c t r u m o f t a x i f o l i n p u b l i s h e d b y A f t ( 1 9 6 1 ) a n d M a b r y et a / . ( 1 9 7 0 ) . T h e F T I R s p e c t r u m o f t h e i s o l a t e d c o m p o u n d s h o w n i n F i g . 4 - l - 2 ( a ) c o n t a i n e d s e v e r a l c h a r a c t e r i s t i c p e a k s , w h i c h a r e i d e n t i f i e d i n t a b l e 4 - 1 - 1 . 57 T h e p r o t o n s i g n a l o b t a i n e d i n t h e n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e s p e c t r u m o f t h e w h i t e s o l i d i s s h o w n i n F i g . 4 - 1 - 3 . T h e c h e m i c a l s h i f t s d e t e r m i n e d f r o m t h e p r o t o n - n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e s p e c t r u m o f t h e w h i t e s o l i d b a s e d u p o n t h e a s s i g n m e n t b y M a r b y et al. ( 1 9 7 0 ) a n d b y H a r b o r n e et a / . ( 1 9 7 5 ) a n d s h o w n i n T a b l e 4 - 1 - 2 , m a t c h e d t h o s e i d e n t i f i e d f o r t a x i f o l i n b y M a b r y et al ( 1 9 7 0 ) a n d M b a f o r a n d F o m u m ( 1 9 8 9 ) . T h e m a s s s p e c t r u m o f t h e w h i t e s o l i d i s s h o w n i n F i g . 4 - 1 - 4 . T h e m / e f r a g m e n t p a t t e r n o f t h e m a s s s p e c t r u m w a s c o m p a r e d w i t h t h a t r e p o r t e d b y A u d i e r ( 1 9 6 6 ) . T h e p e a k a t m / e = 3 2 2 r e s u l t e d f r o m i o n s p r o d u c e d b y t h e r e a c t i o n b e t w e e n t h e m o l e c u l e a n d t h e a m m o n i a u s e d i n t h e c h e m i c a l i o n i z a t i o n [ M + N F L i ] " 1 " . T h e p e a k o f m / e 3 0 5 i s d u e t o m o l e c u l e i o n [ M + H ] + . T t h e m o l e c u l a r w e i g h t o f t h e w h i t e s o l i d i s 3 0 4 . O t h e r m a s s f r a g m e n t s o b s e r v e d , a t m / e v a l u e s o f 2 8 9 , 1 5 3 a n d 1 2 3 , a r i s e f r o m c l e a v a g e r e a c t i o n . T h e c l e a v a g e r e a c t i o n s a n d i o n i c s p e c i e s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g . 4 - 1 - 5 . T h u s , t h e c o m p o u n d w a s c o n f i r m e d t o b e t a x i f o l i n ( 3 , 3 ' , 4 ' , 5 , 7 -p e n t a h y d r o x y f l a v a v o n e ) , t h e s t r u c t u r e o f w h i c h i s s h o w n i n F i g 4 - l - 6 ( a ) . T a x i f o l i n i s a m a j o r p h e n o l i c e x t r a c t i v e i n D o u g l a s - f i r , b e i n g f i r s t i s o l a t e d b y P e w i n 1 9 4 8 . T h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n o f t a x i f o l i n i n D o u g l a s - f i r w a s f o u n d t o b e 1 % . G a r d n e r a n d B a r t o n ( 1 9 6 0 ) i n v e s t i g a t e d t h e d i s t r i b u t i o n o f t a x i f o l i n i n D o u g l a s - f i r a n d f o u n d t h a t t h e c o n t e n t i n D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d v a r i e d c o n s i d e r a b l y , b o t h w i t h i n a t r e e a n d b e t w e e n t r e e s . T h e v a r i a n c e r a n g e d f r o m z e r o t o 1 . 5 p e r c e n t . W i t h i n t r e e s , a g e n e r a l p a t t e r n o f i n c r e a s i n g c o n c e n t r a t i o n w i t h i n c r e a s i n g d i s t a n c e f r o m t h e p i t h w a s e v i d e n t i n t h e h e a r t w o o d . T a x i f o l i n i s q u i t e s o l u b l e i n h o t w a t e r ( 1 3 . 5 % a t 1 0 0 ° C ) a n d r e l a t i v e l y i n s o l u b l e i n c o l d w a t e r ( 0 . 2 5 % a t 2 5 ° C ) . 58 59 F i g . 4 - 1 - 2 F T I R s p e c t r a o f a ) t a x i f o l i n i s o l a t e d f r o m D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d a n d b ) t h e b l a c k p r e c i p i t a t e f o r m e d d u r i n g t h e r e a c t i o n o f t a x i f o l i n a n d a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n . S p e c t r a w e r e c o l l e c t e d a s K B r d i s c s . 60 Table 4-1-1. Assignment of absorption bands in IR spectrum of isolated compound Wave-number (cm - 1 ) Assignment 3400 1640 1430-1510 1359-1390 1000-1250 973 750-875 680 O - H stretching vibration C=0 stretching vibration C - H bending vibration/aromatic skeletal vibration O - H in plane bending vibration C - O - C stretching vibration = C H out of plane deformation C - H out-of-plane bending vibration C - C out-of-plane bending vibration 61 ca i n . ii. S3 CM i n r - s : in to co ca <+-( o *-> o cd B co a o -*-» <D O cd <u O -a 0 •a O 1 g s ~ 2 « o <u o o o CD 21 .5? § Table 4-1-2. Chemical shifts for the proton nuclear magnetic resonance spectrum of the compound extracted from Douglas-fir heartwood Chemical shift Proton Taxifolin b> c (ppm) assignmenta A-ring 5.91 H-6 5.75-5.95 5.95 H-8 5.92 B-ring 6.80 H-2' 6.75 7.02 H-5' 6.88 6.80 H-6' 6.75 C-ring 4.95 H-2 4.96 4.55 H-3 4.97 a. Harborne et al, (1975); b. Marby et al, (1970) and c. Mbafor and Fomum (1989). 63 I s 1N2 I t h i. CTi CD 33 , 2 0 1 ' CN] j \ • J CM S3 i CM t 3 3 =f CD J f S31 r S3] 1 ' H i t ! 33 i V • • N A N X N CD iT. CD LO CD CD r- ID IN CD X in X CD in CM G3 r ••N3 : /3 r co i-33 r- CO u S3 CM S3 CD CD CO CO CD 00 CD 00 a o *J + J o a «-< u c o +-» CD O cd CD -*-» e o * l •a *o F i g . 4 - 1 - 5 D i a g n o s t i c m a s s s p e c t r a l f r a g m e n t a t i o n f r o m w h i t e s o l i d e x t r a c t e d f r o m D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d . 65 Fig 4-1-6 The molecular structures of taxifolin (a) and the three possible 1:1 copper complexes (b), (c) and (d). 66 4.1.2 The nature of the chemical complex formed between copper solutions and taxifolin. A d d i t i o n o f a m e t h a n o l s o l u t i o n o f t h e w h i t e s o l i d t o a m m o n i u m h y d r o x i d e p r o d u c e d a p a l e y e l l o w s o l u t i o n . S i m i l a r r e a c t i o n s w e r e r e c o r d e d w h e n c o p p e r s u l p h a t e i n e i t h e r d i s t i l l e d w a t e r o r i n e x c e s s s o d i u m h y d r o x i d e w a s a d d e d t o t h e t e s t s o l u t i o n . T h e C C A s o l u t i o n ( p H = 3 ) c a u s e d t h e t a x i f o l i n s o l u t i o n t o t u r n d a r k y e l l o w a n d p r o d u c e d a y e l l o w p r e c i p i t a t e a f t e r t e n m i n u t e s . W h e n a m m o m a c a l c o p p e r s u l p h a t e w a s a d d e d t o t h e t e s t s o l u t i o n , t h e c o l o u r c h a n g e d f r o m l i g h t y e l l o w t o d a r k b r o w n a n d a b l a c k s o l i d s l o w l y f o r m e d . I f t h e r e a c t i o n w a s m a d e s e q u e n t i a l l y , w i t h c o p p e r s u l p h a t e b e i n g a d d e d t o t h e t a x i f o l i n s o l u t i o n f i r s t , a b l a c k p r o d u c t w a s f o r m e d o n l y w h e n t h e a m m o n i u m h y d r o x i d e w a s a d d e d t o t h e m i x t u r e . T h e r a t e o f f o r m a t i o n o f t h e b l a c k p r e c i p i t a t e w a s s l o w e r t h a n w h e n a n a m m o n i a c a l c o p p e r s u l p h a t e s o l u t i o n w a s u s e d . C o n f i r m a t i o n o f t h e v i s u a l r e s u l t s w a s m a d e f r o m v i s i b l e s p e c t r a r e c o r d e d f o r e a c h o f t h e s o l u t i o n s . W h e n t h e m e t h a n o l s o l u t i o n o f t a x i f o l i n w a s m i x e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s u l p h a t e , a n a b s o r p t i o n a p p e a r e d a t 5 8 0 n m a f t e r 2 0 m i n u t e s ( F i g . 4 - 1 - 7 ) w h i c h i n c r e a s e d w i t h t i m e . W h e n s i m i l a r s t u d i e s w e r e m a d e w i t h o t h e r c o p p e r s o l u t i o n s , n o c h a r a c t e r i s t i c p e a k s w e r e o b s e r v e d ( F i g . 4 - 1 - 8 ) . T h e s e o b s e r v a t i o n s c o n f i r m e d t h a t o n l y a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n s o f c o p p e r s a l t s r e a c t e d w i t h t a x i f o l i n t o p r o d u c e t h e d a r k c o l o u r . 67 O C ro %— o X) CO <D > _ r o V DC 60 min 400 500 600 Wavelength (nm) 7 0 0 Fig. 4-1-7 Changes in the visible spectra of taxifolin in methanol to which was added ammoniacal copper solution. 68 F i g . 4 - 1 - 8 T h e v i s i b l e s p e c t r a of t a x i f o l i n p l u s a ) C C A s o l u t i o n , b ) c o p p e r s u l p h a t e i n e x c e s s s o d i u m h y d r o x i d e , c ) c o p p e r s u l p h a t e i n d i s t i l l e d w a t e r , a n d d ) 2 % a r n r n o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n , 6 0 m i n u t e s a f t e r m i x i n g . • 69 I n f l a v o n o n e s , c o p p e r c a n b e c h e l a t e d a t e i t h e r t h e 3 - h y d r o x y a n d 4 - k e t o o r 5 -h y d r o x y a n d 4 - k e t o g r o u p s , f o n r i i n g a 6 - m e m b e r e d o r 5 - m e m b e r e d r i n g ( F i g . 4 - 1 -6 b a n d c ) ( J u r d , 1 9 6 2 ; S a k a m a t o a n d T a k a m u r a , 1 9 7 8 ; T a k a m u r a a n d S a k a m a t o , 1 9 7 8 ) . I n t a x i f o l i n t h e r e a c t i v i t y o f t h e p r o t o n o n t h e 5 - h y d r o x y g r o u p c o n j u g a t e d w i t h b e n z e n e r i n g A , i s g r e a t e r t h a n t h a t o n t h e 3 - h y d r o x y l g r o u p , s o t h a t c o p p e r c h e l a t i o n t o t h e A r i n g i s a n t i c i p a t e d . T h i s r e a c t i v i t y o f t h e 5 - h y d r o x y l g r o u p w a s c o n f i r m e d b y P o r t e r a n d M a r k h a m ( 1 9 7 2 ) w h o d e m o n s t r a t e d t h a t m e t a l i o n s w e r e p r e f e r e n t i a l l y c h e l a t e d a t t h i s p o s i t i o n i n d i h y d r o f l a v o n o l s . F o l l o w i n g i n i t i a l c o m p l e x f o r m a t i o n i n v o l v i n g t h e 5 - h y d r o x y l a n d t h e k e t o n e g r o u p s , r e a c t i o n w i t h t h e 3 - h y d r o x y l g r o u p c a n b e e l i m i n a t e d . H o w e v e r , f u r t h e r c o o r d i n a t i o n i s p o s s i b l e t h r o u g h t h e 3 ' a n d 4 ' h y d r o x y l g r o u p s o f t a x i f o l i n ( F i g . 4 - l - 6 d ) . T h e 3 - h y d r o x y l a n d 7 - h y d r o x y l g r o u p s a r e e i t h e r n o t i n v o l v e d i n b o n d i n g , o r p a r t i c i p a t e i n i n t e r m o l e c u l a r b o n d i n g , w i t h t h e f o r m a t i o n o f a p o l y m e r i c s t r u c t u r e . D u r i n g r e a c t i o n w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s u l p h a t e s o l u t i o n , t a x i f o l i n f o r m e d a b l a c k c o m p l e x , w h i c h w a s i n s o l u b l e i n b o t h w a t e r a n d c o m m o n o r g a n i c s o l v e n t s , s u c h a s d i e t h y l e t h e r , e t h y l a l c o h o l , c h l o r o f o r m a n d a c e t o n e . T h i s i m p l i e d t h a t t h e c o p p e r w a s s t r o n g l y b o u n d t o t h e t a x i f o l i n . T h e F T I R s p e c t r a o f t h e t a x i f o l i n e x t r a c t e d f r o m D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d a n d t h e r e a c t i o n p r o d u c t f o r m e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s u l p h a t e a r e s h o w n i n F i g 4 - l - 2 b . A n e x t r e m e l y b r o a d b a n d a t 3 5 0 0 c m - 1 s u g g e s t e d t h a t s o m e o f t h e h y d r o x y l g r o u p s o n t a x i f o l i n m a y b e i n v o l v e d i n c h e l a t e f o r m a t i o n o r i n t e r m o l e c u l a r H - b o n d i n g , i n t h e c o p p e r c o m p l e x . T h e p e a k a t 1 6 4 0 c m " 1 d u e t o t h e k e t o n e b o n d i n g i n t a x i f o l i n w a s s h i f t e d t o 1 6 0 0 c m - 1 i n t h e b l a c k s o l i d , c o n f i r m i n g t h e i n v o l v e m e n t o f t h i s g r o u p d u r i n g c o m p l e x f o r m a t i o n . 70 T w o q u e s t i o n s r e m a i n e d u n a n s w e r e d . T h e y w e r e a ) t h e r o l e o f a m m o n i a i n c o m p l e x f o r m a t i o n a n d b ) t h e n a t u r e o f t h e m o l e c u l a r s t r u c t u r e o f t h e c o p p e r t a x i f o l i n c o m p l e x . B a s e d o n t h e r e s u l t s o f s i m i l a r r e a c t i o n s w i t h o t h e r c o p p e r c o n t a i n i n g s o l u t i o n s , t h e f o r m a t i o n o f t h e b l a c k s o l i d a p p e a r e d t o r e q u i r e t h e p r e s e n c e o f b o t h t h e c o p p e r a n d a m m o n i a , s i n c e o t h e r c o p p e r s o l u t i o n s f a i l e d t o p r o d u c e a b l a c k c o l o u r e d p r o d u c t , e v e n u n d e r a l k a l i n e c o n d i t i o n s . S i m i l a r l y , a m m o n i u m h y d r o x i d e a l o n e d i d n o t c a u s e a c o l o u r e d r e a c t i o n . E l e m e n t a l a n a l y s i s o f t h e b l a c k s o l i d c o n f i r m e d t h e p r e s e n c e o f n i t r o g e n . T h e a m m o n i a m a y b e r e t a i n e d i n t h e c o p p e r t a x i f o l i n p r o d u c t , e i t h e r t h r o u g h t h e f o r m a t i o n o f a d i a n i m i n e c o m p l e x [ C u ( N H 3 ) 2 . t a x i f o l i n ] o r t h r o u g h t h e f o r m a t i o n o f a n i m i n o g r o u p t h r o u g h a r e a c t i o n w i t h t h e t a x i f o l i n , w h i c h t h e n c h e l a t e d t o t h e c o p p e r . H o w e v e r , s i n c e t h e - C = N s t r e t c h i n g b a n d o c c u r s i n t h e s a m e r e g i o n o f t h e F T I R s p e c t r a a s t h e c a r b o n y l g r o u p , i t w a s n o t p o s s i b l e t o u s e t h e F T I R s p e c t r u m t o c o n f i r m t h i s r e a c t i o n . F r o m a r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e o f t h e f o r m a t i o n o f c o p p e r f l a v a n o i d c o m p l e x e s , i t i s u n c l e a r w h e t h e r t h e r a t i o o f c o p p e r t o t a x i f o l i n w o u l d b e 1 : 1 o r 1 : 2 . D e t t y et al. ( 1 9 5 5 ) h a v e r e p o r t e d t h a t c o p p e r f o r m e d a 1 : 1 c o m p l e x w i t h d i h y d r o q u e r c e t i n ( t a x i f o l i n ) a t p H 1 0 . 0 a n d a 1 : 2 c o m p l e x a t p H o f 6 . 5 . C o n v e r s e l y , T a k a m u r a a n d S a k a m o t o ( 1 9 7 8 ) s u g g e s t e d t h a t a t a h i g h p H , t h e f o r m a t i o n o f a 1 : 2 c o m p l e x i s e x p e c t e d , a n d i d e n t i f i e d t h e m a g n i t u d e o f t h e s h i f t s i n t h e m a x i m a i n a b s o r p t i o n s p e c t r a . T h e y a l s o n o t e d t h a t t h e q u e r c e t i n - c o p p e r ( I I ) s y s t e m c o u l d n o t b e p r o p e r l y c h a r a c t e r i s e d b e c a u s e o f c a t a l y t i c o x i d a t i o n o f q u e r c e t i n b y c o p p e r u n d e r a l k a l i n e c o n d i t i o n s . D e l a p o r t e a n d M a c h e i x ( 1 9 7 2 ) h a v e r e p o r t e d t h a t t h e r e d u c i n g c h a r a c t e r o f t h e f l a v a n o l s i s e n h a n c e d b y a c t i v a t i o n o f t h e h e t r e o c y c l i c r i n g , w h e n h y d r o x y l g r o u p s a r e i n t r o d u c e d a t t h e 5 a n d 4 ' p o s i t i o n s o f r i n g A a n d B , r e s p e c t i v e l y . H o w e v e r , s u c h o x i d a t i o n i s n o t a n t i c i p a t e d 71 i n t h e t a x i f o l i n - c o p p e r c o m p l e x e s i n t h e c u r r e n t s t u d y , s i n c e t h e s a m e a u t h o r s h a v e o b s e r v e d t h a t n o r e d u c t i o n o c c u r s w h e n t h e h e t e r o c y c l i c g r o u p i s h y d r o g e n a t e d a t t h e 2 a n d 3 p o s i t i o n s . T h e a n a l y t i c a l r e s u l t s c o u l d n o t b e r e s o l v e d t o c o n f i r m a c o p p e n t a x i f o l i n r a t i o o f e i t h e r 1 : 1 o r 1 : 2 , b u t w e r e m o r e c o n s i s t e n t w i t h a 3 : 2 c o m p l e x c o n t a i n i n g c o m p l e x e d n i t r o g e n . T h e e l e m e n t a l a n a l y s i s o f t h e b l a c k s o l i d y i e l d e d t h e f o l l o w i n g r e s u l t s . F o u n d : C : 3 8 . 2 9 , H : 3 . 4 8 , N : 6 . 7 4 , C u : 2 1 . 0 4 . C a l c u l a t e d : C : 3 9 . 9 6 , H : 3 . 3 5 , N : 6 . 2 6 , C u : 2 1 . 1 2 , b a s e d u p o n t h e m o l e c u l e [ T a x i f o l i n ] 2 . C u 3 . ( N H 3 ) 4 . 2 H 2 0 . F u r t h e r r e s e a r c h i s r e q u i r e d t o b e t t e r c h a r a c t e r i z e t h e b l a c k c o p p e r c o m p l e x . 72 4.2 Fixation mechanism of ammoniacal copper wood preservatives 4 . 2 . 1 R e a c t i o n w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n : 4 . 2 . 1 . 1 W o o d T h e e f f e c t o f a m m o n i u m h y d r o x i d e o n p o n d e r o s a p i n e s a p w o o d t r e a t e d w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e w a s o b s e r v e d b y c o m p a r i n g t h e F T I R s p e c t r a o f s e c t i o n f r o m t r e a t e d w o o d w i t h t h o s e o f u n t r e a t e d w o o d ( F i g . 4 - 2 - 1 ) . T h e p e a k a t 1 7 3 0 c m - 1 , d u e t o c a r b o n y l o r c a r b o x y l g r o u p s v i b r a t i o n , d e c r e a s e d i n i n t e n s i t y , w h i l e t h a t a t 1 6 5 4 c m - 1 w h i c h r e p r e s e n t s a m i d e f u n c t i o n a l i t y w a s s l i g h t l y s t r o n g e r a f t e r a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t m e n t t h a n f o r t h e u n t r e a t e d w o o d . T h i s m a y i n d i c a t e t h a t t h e c a r b o n y l a n d c a r b o x y l g r o u p s i n w o o d h a d r e a c t e d w i t h a m m o n i a t o f o r m a m i d e c o m p o u n d s ( W a n g , et al. 1 9 6 7 ; K a p l u n o v a , et al., 1 9 8 6 ) . I n o r d e r t o e x a m i n e t h e e f f e c t o f a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n o n t h e p o s s i b l e f o r m a t i o n o f a m i d e c o m p o u n d s , t h r e e a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n s ( 5 % , 1 0 % a n d 2 5 % ) w e r e r e a c t e d w i t h w o o d , a n d t h e t r e a t e d w o o d e x a m i n e d b y F T I R s p e c t r o s c o p y . T h e F T I R p e a k a t 2 9 1 0 c m - 1 ( c a r b o n - h y d r o g e n s t r e t c h i n g v i b r a t i o n ) w a s u s e d a s a n i n t e r n a l s t a n d a r d ( O s t m e y e r , et al, 1 9 8 9 ) t o e n s u r e b e t w e e n s a m p l e s t a b i l i t y . T o c o m p a r e t h e s p e c t r a o f d i f f e r e n t s a m p l e s , t h e p e a k a r e a r a t i o o f t h e p e a k a t 1 6 5 4 c m - 1 a n d t h a t a t 2 9 1 0 c m - 1 w a s u s e d . T h i s r e d u c e d t h e i n f l u e n c e o f s a m p l e h e t e r o g e n e i t y , w h i c h m a y p r o d u c e v a r i a t i o n s i n s i g n a l e n e r g y a s w e l l a s b a s e l i n e e r r o r s . T h e p e a k b a s e l i n e w a s d r a w n f r o m t h e p o i n t o f t r a n s m i t t a n c e o n o n e s i d e o f t h e p e a k t o t h e p o i n t o f t r a n s m i t t a n c e o n t h e o t h e r s i d e o f t h e p e a k ( O s t m e y e r , et al, 1 9 8 9 ) . 73 74 T h e r e s u l t s o f t h e p e a k r a t i o ( a m i d e : C H ) a n a l y s i s a r e e x p r e s s e d i n T a b l e 4 - 2 - 1 . T a b l e 4 - 2 - 1 P e a k a r e a r a t i o o f a m i d e / s a l t a g a i n s t c a r b o n - h y d r o g e n s t r e t c h i n g T h e p e a k r a t i o i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n , s u g g e s t i n g t h a t t h e f o r m a t i o n o f a m i d e c o m p o u n d s i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n . 4.2.1.2 Cellulose A f t e r s o a k i n g i n a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n t h e F T I R s p e c t r u m o f t h e c e l l u l o s e s h o w e d n o o b v i o u s c h a n g e c o m p a r e d w i t h u n t r e a t e d c e l l u l o s e . T h i s s u g g e s t e d t h a t a f t e r t r e a t i n g w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n , w h e n a m m o n i a h a d e v a p o r a t e d , t h e c e l l u l o s e r e m a i n e d u n c h a n g e d c h e m i c a l l y . T h i s o b s e r v a t i o n i s i n g o o d a g r e e m e n t w i t h H e u s e r ' s o b s e r v a t i o n ( 1 9 4 6 ) , w h o r e p o r t e d t h a t t h e a d d i t i o n o f a q u e o u s a m m o n i a , e v e n i n c o n c e n t r a t e d f o r m ( 2 3 - 2 8 p e r c e n t ) s e e m e d t o h a v e n o e f f e c t o n c e l l u l o s e c h e m i c a l l y . 4.2.1.3 Holocellulose A f t e r t r e a t i n g w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n , a c o m p a r i s o n o f t h e F T I R s p e c t r a o f t h e u n t r e a t e d a n d t r e a t e d h o l o c e l l u l o s e ( F i g . 4 - 2 - 2 ) s h o w e d t h a t t h e p e a k s a t 1 7 3 4 c m - 1 a n d 1 2 5 0 c m - 1 d i s a p p e a r e d . S i n c e t h e p e a k a t 1 7 3 4 c n r 1 r e p r e s e n t e d c a r b o n y l o r c a r b o x y l g r o u p s i n h o l o c e l l u l o s e , t h e l o s s o f t h i s p e a k A m m o n i a c o n c e n t r a t i o n R a t i o ( 1 6 5 4 c n r V 2 9 1 0 c m - 1 ) C o n t r o l 5 % 1 0 % 2 5 % 0 . 4 2 0 . 6 8 0 . 7 3 0 . 9 1 75 c o n f i r m e d t h a t t h e c a r b o x y l ( - C O O H ) h a d r e a c t e d w i t h a m m o n i a t o f o r m a n a m i d e c o m p o u n d o r a n a m m o n i u m s a l t . T h e f o r m a t i o n o f a n a m m o n i u m s a l t w o u l d r e s u l t i n a s h i f t o f t h e p e a k f r o m 1 7 3 4 c m - 1 t o a p p r o x i m a t e l y 1 6 0 0 c m - 1 ( Z h b a n k o v , 1 9 6 6 ; B e l l a m y , 1 9 5 8 ) . I n a d d i t i o n , a p o r t i o n o f t h e r e a c t e d h e m i c e l l u l o s e w a s d i s s o l v e d i n a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n , s i n c e t h e i n t e n s i t i e s a t p e a k s a t 1 2 5 0 , 1 1 6 5 , a n d 1 0 5 6 c m - 1 w h i c h r e p r e s e n t h e m i c e l l u l o s e d e c r e a s e d . ( K u o et al, 1 9 8 8 ) . T h e s o l i d w h i c h w a s o b t a i n e d f r o m t h e f i l t r a t e o f t r e a t e d h o l o c e l l u l o s e a f t e r e v a p o r a t i n g u n d e r v a c u u m w a s e x a m i n e d b y F T I R . T h e s p e c t r u m ( F i g . 4 - 2 - 3 ) s h o w e d a s t r o n g n e w p e a k a t 1 6 7 0 c m - 1 . T h i s b a n d c o r r e s p o n d s t o a m i n e a n d a m i d e b a n d . T h e i n t e n s i t y o f t h e p e a k a t 1 4 0 2 c m - 1 d u e t o C - N s t r e t c h , i n c r e a s e d i n t h e s p e c t r u m . T h i s o b s e r v a t i o n c o n f i r m e d t h a t a m m o n i a c a n r e a c t w i t h c a r b o n y l g r o u p s p r e s e n t i n h e m i c e l l u l o s e t o f o r m a m i d e f u n c t i o n a l g r o u p s i n w o o d . T h e l o s s o f b a n d o f 1 2 5 0 c m - 1 , w h i c h r e p r e s e n t s C - O - C v i b r a t i o n m a y b e e x p l a i n e d b y t h e h y d r o l y s i s o f t h e e s t e r u n d e r t h e a l k a l i c o n d i t i o n , r e s u l t i n g t h e r u p t u r e o f t h e C - O -C b o n d i n g . 4 . 2 . 1 . 4 L i g n i n W h e n t h e F T I R s p e c t r u m o f a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t e d l i g n i n w a s c o m p a r e d w i t h t h a t o f u n t r e a t e d l i g n i n , t h e p e a k a t 1 7 3 0 c m - 1 w a s e l i m i n a t e d b y t h e a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t m e n t . T h e a n t i c i p a t e d p e a k a t 1 6 5 0 c m - 1 , d u e t o f o r m a t i o n o f a n a m i d e g r o u p , w a s n o t o b s e r v e d . O n e p o s s i b l e r e a s o n i s t h a t K l a s o n l i g n i n i s l e s s r e a c t i v e a n d t h e r e i s a n a b s e n c e o f h y d r o x y l a n d c a r b o n y l g r o u p s ( B r a u n s , 1 9 5 2 ) . A n o t h e r e x p l a n a t i o n i s t h a t t h e p e a k i s n o t v i s i b l e d u e t o o v e r l a p b y t h e s t r o n g b e n z e n e r i n g v i b r a t i o n a t 1 6 0 0 c m - 1 . H o w e v e r , n o o b v i o u s d i f f e r e n c e i n t h e s p e c t r a w a s o b s e r v e d i n o t h e r f r e q u e n c i e s a f t e r t r e a t i n g w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n . 2000 1500 1000 500 Wave numbers (cm - 1 ) Fig 4-2-2 IR spectra of holocellulose before (lower) and after (upper) ammonium hydroxide treatment. 77 78 O n e q u e s t i o n w h i c h m a y b e r a i s e d c o n c e r n i n g t h e i n t e r p r e t a t i o n o f t h e p e a k a t 1 6 5 4 c m - 1 , i n t e r m s o f a m i d e v i b r a t i o n , i s t h a t t h i s r e g i o n o f t h e F T I R s p e c t r u m i s v e r y c o m p l e x , a n d m a y c o n t a i n a n u n r e s o l v e d p e a k d u e t o t h e C - 0 s t r e t c h i n g f r e q u e n c y . 4 . 2 . 2 R e a c t i o n w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n s F T I R s p e c t r u m o f a m m o m a c a l c o p p e r s o l u t i o n t r e a t e d w o o d s a m p l e w a s s i m i l a r t o t h a t o f a m m o n i u m h y d r o x i d e - t r e a t e d w o o d . I t i s k n o w n t h a t E S R s p e c t r a l r e s u l t s h a v e i n d i c a t e d t h a t c o p p e r - n i t r o g e n b o n d e d c o m p l e x e s a r e f o r m e d i n a m m o m a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d ( R u d d i c k , 1 9 9 2 b ) . T h e p o s i t i o n o f t h e F T I R a b s o r p t i o n p e a k s s h o w e d n o s u b s t a n t i a l s h i f t i n f r e q u e n c y f o r t h e c o p p e r c o m p l e x c o m p a r e d w i t h t h e a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t e d w o o d . T h e I R m e a s u r e m e n t s d o n o t m a t e r i a l l y a s s i s t t h e i d e n t i f i c a t i o n o f t h e c o m p l e x f o r m a t i o n . T h e F T I R s p e c t r u m o f a m m o n i a c a l - c o p p e r t r e a t e d c e l l u l o s e s h o w e d n o o b v i o u s c h a n g e , c o m p a r e d w i t h t h a t o f u n t r e a t e d c e l l u l o s e . I t s u g g e s t e d t h a t r e a c t i o n b e t w e e n c e l l u l o s e a n d a m m o n i a c a l c o p p e r m u s t b e v e r y w e a k . T h i s o b s e r v a t i o n i s i n a g r e e m e n t w i t h t h e E S R r e s u l t s ( R u d d i c k et al., 1 9 9 2 b ) . W h e n h o l o c e l l u l o s e a n d l i g n i n w e r e r e a c t e d w i t h a n a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n , t h e F T I R s p e c t r a s h o w e d a s i m i l a r p a t t e r n o f a m m o n i u m h y d r o x i d e - t r e a t e d h o l o c e l l u l o s e o r l i g n i n . 79 4.2.3 Reaction of ammonium hydroxide/ammoniacal copper solution with lignin model compound 4.2.3.1 Reaction of vanillin with ammonium hydroxide solution I n o r d e r t o b e t t e r u n d e r s t a n d t h e r e a c t i o n b e t w e e n w o o d a n d a m m o n i a , v a n i l l i n , a l i g n i n m o d e l c o m p o u n d , w a s u s e d t o c o n f i r m t h e a b o v e r e a c t i o n . V a n i l l i n c o n t a i n s a m e t h o x y p h e n o l w i t h a c a r b o n y l g r o u p . T h e r e a c t i o n p r o d u c t s w e r e a n a l y z e d u s i n g G C - M S . A b o u t 1 . 5 % o f 4 - h y d r o x y - 3 - m e t h o x y - b e n z o n i t r i l e w a s i d e n t i f i e d i n t h e r e a c t i o n p r o d u c t s ( F i g . 4 - 2 - 4 ) . T h i s m o l e c u l e c a n b e d e r i v e d f r o m a n a m i d e b y r e m o v a l o f w a t e r ( M e r c k , 1 9 8 3 ) , a s d e s c r i b e d b y t h e e q u a t i o n . R - C O N H 2 - > R - C = N + H 2 0 T h e o b s e r v a t i o n o f t h e n i t r i l e c o m p o u n d , a s o n e o f t h e r e a c t i o n p r o d u c t s , i s s t r o n g l y s u p p o r t i v e o f t h e f o r m a t i o n o f s o m e a m i d e o r a m i n e c o m p o u n d d u e t o t h e r e a c t i o n b e t w e e n a c a r b o n y l g r o u p i n w o o d a n d a m m o n i a . T h e a b o v e r e s u l t s s u g g e s t e d t h a t t h e s o m e f i x a t i o n o f n i t r o g e n i n a m m o n i u m h y d r o x i d e - t r e a t e d w o o d m a y b e a c h i e v e d t h r o u g h t h e r e a c t i o n o f a m m o n i a w i t h e i t h e r c a r b o n y l o r c a r b o x y l g r o u p s i n h e m i c e l l u l o s e a n d l i g n i n i n w o o d , w i t h t h e f o r m a t i o n o f a m i d e a n d i m i n e c o m p o u n d s , a s w e l l a s a m m o n i u m s a l t s . T h e p o s s i b l e r e a c t i o n s m a y b e e x p r e s s e d a s f o l l o w s : W o o d - C O O H + N H 4 O H - > W o o d - C O O N H 4 + H 2 0 W o o d - C O O N H 4 - > W o o d - C ^ N + 2 H 2 0 W o o d - C = 0 + N H 4 O H - > W o o d - C = N H + H 2 0 80 UG LAB-BftSE The TR10-1 GC-HS Data System lnstroKntHrioieeO XIES IOO- 11 29 193536 149 112 •/.rs 1 8 . 9 3 \ v. 1 6 , 0 9 8-100-1 1——i i i i i 1 0 , 93 i — 1 — i i ™^  71591888 T I C 111 / . r s -o |Hlt i £ . 0 8 . 0 18 . e 11 • 1 i i 1 2 . 8 14.1' I t . II 1 8 . 0 2 0 . 0 ' 2 2 . 8 ' 2 4 . 8 " 2 6 . 8 2 8 . 8 POE5 759 (11.325) l O O l 44 5, 134 186 149 150 •/.rs •) « ° F:575 ' 8887:B'DO0HITRILE. 4-HYDROXY—3-HETHOXy-•/.rs KBS 48 Hits : 4B Searched 74752 287 0 « / z 15 26 1<36 255 150 38 150 280 258 CH-HO' . w v v v v v v w v v v v v l v V ^ \ / v ' . ' W v « ' v w v W W v l w W W W > ) v • \- W>MA)WvWW ^ V V W W W W V V W V V F i g 4 - 2 - 4 G C - M S s p e c t r u m o f a r e a c t i o n p r o d u c t o f v a n i l l i n w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e . 81 A l t h o u g h c a r b o x y l i c a c i d s c o n t a i n i n g f e w e r t h a n f i v e c a r b o n a t o m s a r e s o l u b l e i n w a t e r , m a n y o t h e r c a r b o x y l i c a c i d s , e s p e c i a l l y t h e l i g n i n t y p e c a r b o x y l i c a c i d s o f h i g h m o l e c u l a r w e i g h t , a r e n o t a p p r e c i a b l y s o l u b l e i n w a t e r ( P r e s t o n a n d J i n , 1 9 9 1 ) . 82 4.2.3.2 Reaction of vanillin with ammoniacal copper solution D u r i n g r e a c t i o n w i t h a n a q u e o u s a m m o n i a c a l c o p p e r s u l p h a t e s o l u t i o n , v a n i l l i n f o r m e d a g r e e n w a t e r - i n s o l u b l e c o m p l e x u p o n e v a p o r a t i o n t o d r y n e s s . T h i s c o m p l e x w a s i n s o l u b l e i n b o t h w a t e r a n d c o m m o n o r g a n i c s o l v e n t s a l t h o u g h i t w a s f o u n d t o b e s l i g h t l y s o l u b l e i n D M S O . T h e n a t u r e o f t h e c o m p l e x w a s c h a r a c t e r i z e d u s i n g X - r a y c r y s t a l l o g r a p h y , F T I R a n d E S R . X-ray structural examination: T h e s t r u c t u r e o f t h e c o m p l e x d e t e r m i n e d b y X - r a y c r y s t a l l o g r a p h y i s c o m p r i s e d o f a c e n t r a l c o p p e r ( I I ) i o n b o n d e d t o t w o v a n i l l i n a n d t w o a m m o n i a m o l e c u l e s . T h e p e r s p e c t i v e v i e w o f t h e c o m p l e x w i t h n u m b e r i n g s y s t e m i s p r e s e n t e d i n F i g . 4 - 2 - 5 . I n t h e c o m p l e x , b o t h t h e m e t h o x y a n d p h e n o l i c o x y g e n a t o m s o f e a c h g u a i a c y l u n i t c o o r d i n a t e t o t h e c o p p e r , t o g e t h e r w i t h n i t r o g e n f r o m t w o a m m o n i a m o l e c u l e s t o f o r m a s i x c o o r d i n a t e d m o l e c u l e . T h e u n i t c e l l c o n t a i n s t w o s y m m e t r i c a l l y r e l a t e d c o m p l e x e s . T h e a t o m i c c o o r d i n a t e s a n d e q u i v a l e n t i s o t r o p i c t h e r m a l p a r a m e t e r s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 4 - 2 - 2 , w h i l e s e l e c t e d i n t e r - a t o m i c b o n d d i s t a n c e a n d a n g l e s a r e l i s t e d i n T a b l e 4 - 2 - 3 a n d 4 - 2 - 4 r e s p e c t i v e l y . T h e c o p p e r a t o m d i s p l a y s a d i s t o r t e d o c t a h e d r a l c o o r d i n a t i o n . T h e C u - 0 ( p h e n o l i c o x y g e n a t o m s ) a t c a . 1 . 9 7 A a n d t h e N - 0 ( a m m o n i a n i t r o g e n ) a t ca. 2 . 0 2 A f o r m a s q u a r e p l a n e a r o u n d t h e c e n t r a l c o p p e r . T h e v e r y d i s t o r t e d o c t a h e d r a l c o n f i g u r a t i o n i s c o m p l e t e d b y t h e C u - 0 ( m e t h o x y o x y g e n a t o m s ) a t ca 2 . 3 8 A w h i c h a r e c o o r d i n a t e d a t a n a n g l e a b o u t 7 5 ° t o t h e p l a n e , a t a g r e a t e r d i s t a n c e t h a n t h e i n - p l a n e C u - 0 ( p h e n o l i c ) b o n d s . T h e C u - N b o n d l e n g t h s o f 2 . 0 1 4 a n d 2 . 0 3 4 A a r e t y p i c a l o f c o p p e r ( I I ) n i t r o g e n b o n d l e n g t h s ( C o u g h l i n , et al., 1 9 8 4 ) . T h e p l a n a r C u - 0 b o n d l e n g t h s o f 1 . 9 7 2 a n d 1 . 9 6 9 A a n d l o n g e r a x i a l 83 C u - 0 l e n g t h s o f 2 . 3 7 1 a n d 2 . 3 8 8 A a r e c o n s i s t e n t w i t h t h o s e o b s e r v e d f o r o t h e r d i s t o r t e d o c t a h e d r a l s t r u c t u r e s ( H o b s o n et ah, 1 9 7 3 ) . T h e C u - 0 ( h y d r o x y l ) d i s t a n c e s a r e s h o r t e r t h a n t h o s e o f C u - 0 ( m e t h o x y l ) . T h i s i s d u e t o t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e e l e c t r o n d e n s i t y o f h y d r o x y l o x y g e n ( r a t h e r i o n i c ) a n d t h a t o f m e t h o x y l o x y g e n ( n e u t r a l ) . T h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e t w o C u - N b o n d l e n g t h s a n d t h e t w o C u - 0 ( p h e n o l i c ) b o n d l e n g t h s w e r e n o t s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t . I n e a c h u n i t h y d r o g e n b o n d i n g o c c u r s b e t w e e n t h e t w o a d j a c e n t c o m p l e x e s t h r o u g h t h e c a r b o n y l a n d h y d r o x y l o x y g e n a t o m s a n d h y d r o g e n o n t h e a m m o n i a . T h e h y d r o g e n b o n d d i s t a n c e s a n d a n g l e s a r e g i v e n i n T a b l e 4 - 2 - 5 . T h e h y d r o g e n - o x y g e n i n t e r m o l e c u l a r b o n d d i s t a n c e s a r e b e t w e e n 2 . 0 9 - 2 . 5 1 A . T h i s s t r o n g h y d r o g e n b o n d i n g a r i s e s from t h e d e r e a l i z a t i o n o f e l e c t r o n t o t h e c a r b o n y l o x y g e n f r o m t h e c o n j u g a t e d b e n z e n e r i n g , r e s u l t i n g i n g r e a t e r e l e c t r o n e g a t i v i t y o n t h e o x y g e n a t o m s . A p a c k i n g d i a g r a m h a s b e e n d e p i c t e d i n F i g . 4 - 2 - 6 . T h e s t r u c t u r e c l e a r l y s h o w s t h a t t h e a m m o n i a h a d n o t r e a c t e d w i t h t h e v a n i l l i n . T h i s i s c o n s i s t e n t w i t h t h e i n v e s t i g a t i o n o f t h e r e a c t i o n s o f t h e c o m p l e x w i t h E D T A , d u r i n g w h i c h t h e v a n i l l i n c o p p e r c o m p l e x w a s d e s t r o y e d . T h e w h i t e s o l i d p r o d u c e d w a s i d e n t i f i e d a s v a n i l l i n b y F T I R s p e c t r o s c o p y a n d G C - M S . T h i s c o n f i r m e d t h a t t h e n i t r o g e n w a s n o t d i r e c t l y b o n d e d t o v a n i l l i n , s u g g e s t i n g i n s t e a d t h a t t w o a m m o n i a l i g a n d s o f t h e t e t r a m m i n e c o p p e r c o m p l e x a r e r e p l a c e d b y c o p p e r - o x y g e n b o n d i n g f r o m h y d r o x y l a n d m e t h o x y l g r o u p s i n v a n i l l i n d u r i n g t h e c o m p l e x f o r m a t i o n . 84 H 1 0 F i g , 4 - 2 - 5 P e r s p e c t i v e v i e w o f C u ( D ) - b i s ( v a n i l l m a t o ) b i s ( a i m n w i t h t h e a t o m i c n u m b e r i n g ; 3 3 % p r o b a b i l i t y t h e r m a l e l l i p s o i d a r e s h o w n f o r t h e n o n -h y d r o g e n a t o m s . T a b l e 4-2-2. A t o m i c c o o r d i n a t e s a n d B e q A t o m X y z B e q Cu(l) 0.4061(1) 0.4928 0.18895(5) 2.379(9) 0(1) 0.6304(8) 0.5725(3) 0.1165(4) 2.80(9) 0(2) 0.2368(6) 0.5015(4) -0.0350(3) 3.77(8) 0(3) 0.2540(7) 0.6388(3) -0.4857(3) 3.69(9) 0(4) 0.1811(7) 0.4135(3) 0.2620(4) 2.70(8) 0(5) 0.5863(6) 0.4777(3) 0.4125(3) 3.23(9) 0(6) 0.608(1) 0.3115(4) 0.8502(5) 6.9(2) N ( l ) 0.1929(10) 0.5937(3) 0.2254(5) 2.9(1) N(2) 0.6205(10) 0.3919(3) 0.1477(5) 3.0(1) C(l ) 0.5757(9) 0.5978(3) -0.0045(5) 2.28(10) C(2) 0.3687(9) 0.5618(3) -0.0916(4) 2.4(1) C(3) 0.3155(9) 0.5861(4) -0.2192(4) 2.6(1) C(4) 0.462(1) 0.6472(4) -0.2666(6) 2.8(1) C(5) 0.633(1) 0.6852(4) -0.1848(5) 2.8(1) C(6) 0.7153(10) 0.6617(4) -0.0547(5) 2.8(1) C(7) 0.413(1) 0.6722(4) -0.4046(5) 2.8(1) C(8) 0.0349(10) 0.4578(4) -0.1109(6) 3.5(1) C(9) 0.2341(8) 0.3858(3) 0.3832(4) 2.19(10) C(10) 0.4560(9) 0.4177(3) 0.4688(4) 2.3(1) C ( l l ) 0.5149(10) 0.3871(4) 0.5923(5) 2.7(1) C(12) 0.365(1) 0.3260(4) 0.6405(6) 2.5(1) C(13) 0.147(1) 0.2965(3) 0.5594(5) 2.8(1) C(14) 0.0852(9) 0.3262(4) 0.4332(5) 2.6(1) C(15) 0.427(1) 0.2928(5) 0.7706(6) 4.3(2) C(16) 0.7862(8) 0.5172(3) 0.4816(6) 3.7(1) 86 Table 4-2-3. Selected bond lengths (A) for vanillin-copper-ammonia complex A t o m A t o m D i s t a n c e A t o m A t o m D i s t a n c e Cu(l) 0(1) 1.969(4) Cu(l) 0(2) 2.371(3) Cu(l) 0(4) 1.972(4) Cu(l) 0(5) 2.388(3) Cu(l) N ( l ) 2.014(5) Cu(l) N(2) 2.034(5) 0(1) C( l ) 1.310(6) 0(2) C(2) 1.368(6) 0(2) C(8) 1.410(6) 0(3) C(7) 1.216(7) 0(4) C(9) 1.322(6) 0(5) C(10) 1.359(6) 0(5) C(16) 1.343(6) 0(6) C(15) 1.211(9) C(l ) C(2) 1.433(7) C(l ) C(6) 1.398(7) C(2) C(3) 1.369(6) C(3) C(4) 1.380(7) C(4) C(5) 1.394(9) C(4) C(7) 1.474(7) C(5) C(6) 1.391(7) C(9) C(10) 1.458(7) C(9) C(14) 1.383(7) C(10) C ( l l ) 1.363(7) C ( l l ) C(12) 1.394(7) C(12) C(13) 1.407(8) C(12) C(15) 1.439(9) C(13) C(14) 1.384(7) 87 Table 4-2-4 Selected bond angles (°) for vardllin-copper-ammonia complex A t o m A t o m A t o m A n g l e ( ° ) A t o m A t o m A t o m A n g l e ( ° ) O(l) Cu(l) 0(2) 75.2(2) O(l) Cu(l) 0(4) 179.7(2) 0(1) Cu(l) 0(5) 105.1(1) O(l) Cu(l) N ( l ) 90.0(2) 0(1) Cu(l) N(2) 89.2(2) 0(2) Cu(l) 0(4) 104.9(2) 0(2) Cu(l) 0(5) 177.2(2) 0(2) Cu(l) N ( l ) 90.3(2) 0(2) Cu(l) N(2) 88.5(2) 0(4) Cu(l) 0(5) 74.8(1) 0(4) Cu(l) N ( l ) 89.8(2) 0(4) Cu(l) N(2) 91.0(2) 0(5) Cu(l) N ( l ) 92.5(2) 0(5) Cu(l) N(2) 88.8(2) N ( l ) Cu(l) N(2) 178.7(2) Cu(l) 0(1) C(l ) 120.3(3) Cu(l) 0(2) C(2) 108.8(3) Cu(l) 0(2) C(8) 131.5(3) C(2) 0(2) C(8) 119.6(4) Cu(l) 0(4) C(9) 121.6(3) Cu(l) 0(5) C(10) 109.5(3) Cu(l) 0(5) C(16) 129.9(3) C(10) 0(5) C(16) 120.6(4) 0(1) C(l ) C(2) 121.6(4) 0(1) C(l ) C(16) 121.7(5) C(2) C( l ) C(6) 116.8(4) 0(2) C(2) C( l ) 113.5(4) 0(2) C(2) C(3) 124.7(4) C(l ) C(2) C(3) 121.8(5) C(2) C(3) C(4) 119.9(5) C(3) C(4) C(5) 120.3(5) C(3) C(4) C(7) 120.7(6) C(5) C(4) C(7) 119.0(5) C(4) C(5) C(6) 120.0(5) C(l ) C(6) C(5) 121.2(5) 0(3) C(7) C(4) 124.2(6) 0(4) C(9) C(10) 120.1(4) 0(4) C(9) C(14) 122.1(4) C(10) C(9) C(14) 117.7(4) 0(5) C(10) C(9) 113.6(4) 0(5) C(10) C ( l l ) 126.3(4) C(9) C(10) C ( l l ) 120.1(5) C(10) C ( l l ) C(12) 121.3(5) C ( l l ) C(12) C(13) 118.8(5) C ( l l ) C(12) C(15) 121.7(6) C(13) C(12) C(15) 119.4(5) C(12) C(13) CC(14) 120.7(5) C(9) C(14) C(13) 121.2(5) 0(6) C(15) C(12) 126.7(7) T a b l e 4 - 2 - 5 H y d r o g e n b o n d s ( A ) a n d C - H — O i n t e r a c t i o n s A H B A - H H - B A - - B A - H — B (• ) N ( l ) H(2) 0 (3 )© 0.99 2.09 3.064(6) 169 N ( l ) H(3) O( l )© 0.99 2.13 3.085(8) 162 N(2) H(5) 0 (4 )® 0.99 2.11 3.089(7) 171 N(2) H(6) 0 ( 6 ) © 0.99 2.40 3.341(8) 159 C(13) H(15) 0(3)® 0.99 2.51 3.270(7) 133 C(16) H(9) 0 (3 )® 0.99 2.52 3.127(6) 119 Symmetry operation:, © x, y, 1+z; ® x-1, y, z; ® 1+x, y, z; ® x, y, z-1; ® -x, y-1/2, -z; ® 1+x, y, 1+z. ' 89 F i g 4 - 2 - 6 T h e p a c k i n g o f C u ( I I ) - b i s ( v a n i U i n a t o ) b i s ( a n i n i o n i a ) i n a m o n o c l i n i c u n i t c e l l . T h e h y d r o g e n b o n d s a r e i n d i c a t e d b y t h i n l i n e s . < 90 Spectroscopic analysis FTIR spectroscopy T h e F T I R s p e c t r a o f t h e p o l y c r y s t a l l i n e g r e e n s o l i d a n d p u r e v a n i l l i n w a s c o m p a r e d i n F i g . 4 - 2 - 7 a n d p r i m a r y F T I R v i b r a t i o n a l a s s i g n m e n t s a r e p r e s e n t i n T a b l e 4 - 2 - 6 . T h e p e a k a t 3 2 0 0 c m - 1 i n t h e s p e c t r u m o f p u r e v a n i l l i n w a s a s s i g n e d a s t h e O H s t r e t c h i n g v i b r a t i o n . H o w e v e r , i n t h e s p e c t r u m o f t h e c o m p l e x , n e w p e a k s a p p e a r e d i n t h e r e g i o n o f 3 2 0 0 - 3 4 0 0 c m - 1 , w h i c h w e r e d u e t o N - H v i b r a t i o n . T h e p e a k w i t h a b r o a d s h o u l d e r a t 7 3 0 c m " 1 i n t h e s p e c t r u m o f v a n i l l i n d u e t o t h e p h e n o l i c O H o u t o f p l a n e d e f o r m a t i o n w a s a b s e n t i n t h e s p e c t r u m o f t h e g r e e n s o l i d . T h i s o b s e r v a t i o n s u p p o r t e d t h e c o n c l u s i o n t h a t t h e p h e n o l i c h y d r o x y l g r o u p w a s i n v o l v e d i n t h e f o r m a t i o n o f t h e c o p p e r c o m p l e x . T h e s p e c t r u m o f t h e c o p p e r c o m p l e x a l s o c o n t a i n s a n e w p e a k a t 4 4 8 c m " 1 . T h i s w a s a s s i g n e d t o C u - N b o n d i n g ( H a t h a w a y a n d T o m l i n s o n , 1 9 7 0 ) . T h e p e a k a t 1 1 5 0 c m " 1 d u e t o C - O - C b o n d i n g i n p u r e v a n i l l i n w a s s h i f t e d t o 1 1 2 0 c m - 1 i n t h e c o m p l e x , c o n s i s t e n t w i t h t h e c o o r d i n a t i o n o f m e t h o x y l o x y g e n . T h e m a s s s p e c t r u m o f t h e g r e e n c r y s t a l l i n e s o l i d s h o w e d a p e a k a t m / e = 3 6 6 w h i c h w a s a s s i g n e d a s a n ( M - 2 N H 3 ) + f r a g m e n t . F r o m t h e m a s s s p e c t r u m a n d e l e m e n t a l a n a l y s i s , t h e f o r m u l a o f t h e c o m p l e x c a n b e e x p r e s s e d a s [ C u ( v a n i l l i n ) 2 ( N H 3 ) 2 ] . T h e e l e c t r o n i c s p e c t r u m o f a m u l l o f t h e g r e e n s o l i d ( F i g . 4 - 2 - 8 ) s h o w s t w o a b s o r p t i o n b a n d s a t 5 9 0 n m ( 1 6 , 9 0 0 c m - 1 ) a n d 7 7 0 n m . ( 1 3 , 0 0 0 c m " 1 ) , w h i c h w e r e a s s i g n e d a s d - d e l e c t r o n t r a n s i t i o n s , a s i s t y p i c a l f o r t h e p r e s e n c e o f [CUO4N2] c h r o m o p h o r e s ( B u l l o c k et al., 1 9 7 4 ) . i F i g 4 - 2 - 7 I R s p e c t r a o f v a n i l l i n a n d v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x , a ) V a r i i l l i n , b ) V a n i l l i n - c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x . 92 400 600 800 1000 1200 1400 Wavelength (nm) F i g 4 - 2 - 8 U V - v i s i b l e s p e c t r u m o f a N u j o l m u l l o f t h e v a n i l l i n - c o p p e r - c o m p l e x . 93 Table 4-2-6 Assignment of main absorption bands in IR spectra of vanillin and copper-vanillin complex. Copper-vanillin complex Vanillin Assignment cm-1 cm-1 3174 O H stretching 3050-3350 N H stretching 1654 1666 C = 0 stretching 1496 1509 Aromatic skittle vibration 1310 N H symmetric deformation 1120 1160 C - O - C antisym stretching 862 859 C H out plane deformation 730 O H out plane deformation 725, 652 N H rocking 449 C u - N stretching 94 ESR spectroscopy A t r o o m t e m p e r a t u r e , t h e p o l y c r y s t a l l i n e p o w d e r e d s a m p l e o f t h e g r e e n s o l i d g i v e s r i s e t o a n e x c h a n g e n a r r o w e d a n i s o t r o p i c u n r e s o l v e d E S R s p e c t r u m ( F i g . 4 - 2 - 9 a ) , w h i c h d o e s n o t e x h i b i t h y p e r f i n e s p l i t t i n g , b u t p r o v i d e s g / / a n d g _ | _ , v a l u e s o f 2 . 2 9 5 a n d 2 . 0 6 r e s p e c t i v e l y . T h e s p e c t r a o f p o l y c r y s t a l l i n e [ C u ( v a n i l l i n ) 2 ( N H 3 ) 2 ] s h o w n o c h a n g e o v e r t h e t e m p e r a t u r e r a n g e 1 1 5 K t o 3 5 0 K , s u g g e s t i n g t h a t t h e r e i s n o f l u x i o n a l b e h a v i o r . X - r a y c r y s t a l l o g r a p h i c s t u d y s h o w e d t h a t t h e c o o r d i n a t i o n a r o u n d t h e C u ( I I ) i o n i s a O2N2 s q u a r e p l a n e w i t h t w o o x y g e n d o n o r s f o r m i n g a d i s t o r t e d e l o n g a t e d o c t a h e d r o n ; t h e e l o n g a t i o n a x i s i s a t 7 5 ° t o t h e O2N2 p l a n e . T h e o v e r a l l g e o m e t r y a r o u n d C u ( I I ) i o n i s s i m i l a r t o t h a t i n C u ( N H 3 ) 2 ( C H 3 C 0 2 ) 2 ( H a t h a w a y a n d T o m l i n s o n , 1 9 7 0 ) . T h e e l o n g a t i o n a x e s o f t h e t w o c r y s t a l l o g r a p h i c s i t e s o f e l o n g a t e d r h o m b i c - o c t a h e d r a l c o o r d i n a t i o n e n v i r o n m e n t o f t h e C u ( I I ) a r e n e a r l y a l i g n e d i n t h e c r y s t a l ( t h e v e c t o r s a r e 8 ° a p a r t ) . T h e a l i g n m e n t o f t h i s u n i q u e a x i s i n t h e c o o r d i n a t i o n s p h e r e o f c r y s t a l l o g r a p h i c a l l y r e l a t e d s i t e s m e a n s t h a t t h e o b s e r v e d g - v a l u e s i n t h e s o l i d s t a t e c o r r e s p o n d t o t h e m o l e c u l a r a x e s ( H a t h w a y a n d B e l l i n g , 1 9 7 0 ) . T h e s i g n i f i c a n c e o f t h i s r e s u l t i s t h a t t h e o b s e r v e d g - v a l u e s c a n b e u s e d t o i d e n t i f y t h i s t y p e o f b o n d i n g i n o t h e r s y s t e m s , e.g. C u ( I I ) f i x e d i n w o o d . T h e g -v a l u e o f 2 . 2 9 5 c o r r e s p o n d s t o t h e e l o n g a t e d O - C u - 0 a x i s a n d t h e m a g n i t u d e o f ( g / / - 2 ) / ( g j _ - 2 ) s u g g e s t s a g r o u n d s t a t e i n w h i c h t h e h o l e r e s i d e s i n t h e d x 2_y2 o r b i t a l ( H a t h a w a y a n d T o m l i n s o n , 1 9 7 0 ) . T h e g r e e n c o m p l e x [ C u ( v a n i l l i n ) 2 ( N H 3 ) 2 ] d i s s o l v e d s u f f i c i e n t l y i n D M S O t h a t a n E S R s p e c t r u m w a s o b s e r v a b l e . T h e E S R s p e c t r u m o f t h e s o l u t i o n a t 1 1 5 K i s s h o w n i n F i g . 4 - 2 - 9 b . A l t h o u g h t h e g / / a n d A / / f e a t u r e s a r e w e l l r e s o l v e d , t h e f e a t u r e s i n t h e p e r p e n d i c u l a r r e g i o n a r e l e s s r e s o l v e d . N o n e t h e l e s s , t h e l i n e s h a p e i n t h a t r e g i o n i s t y p i c a l o f a n o r t h o r h o m b i c s y s t e m . T h e s p e c t r u m w a s s i m u l a t e d 95 u s i n g t h e p a r a m e t e r s g i v e n i n T a b l e 4 - 2 - 7 . T h e g - v a l u e s a g r e e w e l l w i t h t h o s e from t h e p u r e g r e e n p o w d e r . T h e A / / a n d g / / v a l u e s a r e t y p i c a l o f a C U O 2 N 2 O 2 c h r o m o p h o r e ( P e i s a c h a n d B l u m b e r g , 1 9 7 4 ; P i l b r o w , 1 9 9 0 ) . A l l o f t h e a b o v e s u g g e s t s t h a t t h e c o m p l e x r e t a i n s t h e s t r u c t u r e [ C u ( v a n i l l i n ) 2 ( N H 3 ) 2 ] i n D M S O . S u p p o r t f o r t h i s w a s o b t a i n e d from t h e e l e c t r o n i c s p e c t r u m o f t h e c o m p l e x i n D M S O w h i c h r e t a i n e d t h e f e a t u r e s o f t h e m u l l s p e c t r u m . B a s e d o n t h e a b o v e a s s i g n m e n t t h a t t h e h o l e o c c u p i e s t h e d x 2 _ y 2 o r b i t a l , t h e n t h e e l e c t r o n i c s p e c t r u m c a n b e t e n t a t i v e l y a s s i g n e d a s d ^ , d v z , d z 2 — > d x 2 _ y 2 i n t h e r e g i o n 1 6 . 9 k K a n d t h e d x y - > d x 2 _ y 2 i n t h e r e g i o n 1 3 . 0 k K b y a n a l o g y w i t h C u ( N H 3 ) 2 ( C H 3 C 0 2 ) 2 ( H a t h a w a y a n d T o m l i n s o n , 1 9 7 0 ) . A s s h o w n i n t a b l e 4 - 2 - 7 , t h e v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x s h o w e d a m u c h s m a l l e r A / / a n d a l a r g e r g / / v a l u e t h a n t h o s e o f c o p p e r s u l p h a t e i n a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n . T h i s c h a n g e i n t h e s p e c t r a l p a r a m e t e r s o f t h e v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x i s c o n s i s t e n t w i t h t h e r e p l a c e m e n t o f t w o o f t h e a m m o n i a l i g a n d s i n t e t r a m m i n e c o p p e r i o n s b y c o p p e r - o x y g e n b o n d i n g ( S e n e s i , et ah, 1 9 8 9 ; R u d d i c k , 1 9 9 2 ) , r e f l e c t i n g t h e s o m e w h a t m o r e i o n i c e n v i r o n m e n t . W o o d t r e a t e d w i t h a n a q u e o u s C u ( e n ) 2 S 0 4 s o l u t i o n h a s t h e l a r g e s t A / / a n d s m a l l e s t g / / , i n d i c a t i n g t h a t c o p p e r c o m p l e x i n t h e C u ( e n ) 2 S 0 2 t r e a t e d w o o d h a s f o u r e q u a t o r i a l c o p p e r - n i t r o g e n d o n o r b o n d s ( F a r k a s a n d K u r z a k , 1 9 9 0 ) . E S R p a r a m e t e r s o f t h e v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x i s i n g o o d a g r e e m e n t w i t h t h a t o f a m m o n i a c a l c o p p e r c a r b o n a t e t r e a t e d w o o d ( R u d d i c k , 1 9 9 2 ) , s u g g e s t i n g t h e v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x a p p e a r s t o h a v e t h e s a m e c o n f i g u r a t i o n a s c o p p e r i n t h e w o o d t r e a t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r c a r b o n a t e , i n w h i c h t w o c o p p e r - o x y g e n a n d t w o c o p p e r - n i t r o g e n e q u a t o r i a l b o n d s f o r m a p l a n e . 96 F i g 4 - 2 - 9 E S R s p e c t r a o f v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x a ) s o l i d a t r o o m t e m p e r a t u r e , b ) i n D M S O s o l u t i o n a t 1 1 5 K . 97 T a b l e 4 - 2 - 7 . T h e E S R p a r a m e t e r s f o r v a n i l l i n - c o p p e r c o m p l e x , c o p p e r s o l u t i o n a n d t h e c o p p e r t r e a t e d w o o d a t r o o m t e m p e r a t u r e . A / / g / / g l x 1 0 - 4 c m - 1 C u S 0 4 i n N H 4 O H 1 1 9 3 2 . 2 4 C u S 0 4 i n H 2 0 1 1 3 8 2 . 4 0 2 . 0 7 V a n i l l i n - C o p p e r -A m m o n i a c o m p l e x - i n s o l i d 2 - 2 . 2 9 5 2 . 0 6 - i n D M S O 3 1 7 5 2 . 2 9 5 2 . 0 5 4 ( g x x = 2 . 0 4 5 , g y y = 2 . 0 6 3 ) W o o d t r e a t e d w i t h C u C 0 3 / N H 4 O H 4 1 6 6 2 . 2 7 2 . 0 7 [ C u ( e n ) 2 ] S 0 4 i n w a t e r 4 1 9 0 2 . 2 0 2 . 0 6 1 d a t a f r o m A j i b o y s a n d B r o w n ( 1 9 9 0 ) ; 2 a t r o o m t e m p e r a t u r e , 3 a t 1 1 5 K , D M S O = d i m e t h y l s u l f o x i d e , t h e p a r a m e t e r s w e r e o b t a i n e d b y a s i m u l a t i o n o f t h e s p e c t r u m u s i n g t h e p r o g r a m C L P O W p r o v i d e d b y t h e I l l i n o i s E S R R e s e a r c h C e n t e r . * d a t a from R u d d i c k ( 1 9 9 2 ) . 98 Effect of complex formation on wood properties A m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n r e a d i l y f o r m e d a w a t e r i n s o l u b l e c o m p l e x w i t h v a n i l l i n , p r o v i d i n g s u p p o r t f o r t h e h y p o t h e s i s t h a t , d u r i n g f i x a t i o n , a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s r e a c t w i t h t h e g u a i a c y l u n i t s o n l i g n i n t o f o r m s t a b l e c o p p e r - n i t r o g e n c o m p l e x e s . T h e f o r m a t i o n o f s u c h c o m p l e x e s s u p p o r t s t h e f i n d i n g o f e n h a n c e d n i t r o g e n c o n t e n t i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d o b s e r v e d b y R u d d i c k ( 1 9 7 9 ) . I t m a y a l s o h e l p e x p l a i n t h e c h a n g e s w h i c h o c c u r i n t h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f t h e a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d . T h e w a t e r i n s o l u b l e c o p p e r c o m p l e x e s f o r m e d i n t h e t r e a t e d w o o d w i l l b e e x p e c t e d t o b e h i g h l y l e a c h r e s i s t a n t ( H u g h e s et al., 1 9 9 4 ; R u d d i c k , 1 9 9 2 ) , a n d m a y a l s o i n d u c e w a t e r r e p e l l e n t p r o p e r t i e s i n t h e w o o d ( J i n a n d P r e s t o n , 1 9 9 2 ) . T h e f o r m a t i o n o f c r o s s - l i n k e d c o p p e r - l i g n i n c o m p l e x e s i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d m a y a l s o b e r e s p o n s i b l e f o r t h e e n h a n c e d p r o t e c t i o n a g a i n s t p h o t o d e g r a d a t i o n ( H o n a n d C h a n g , 1 9 8 5 ) , r e p o r t e d t o o c c u r i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d d u r i n g a b o v e g r o u n d w e a t h e r i n g e x p o s u r e t e s t s ( J i n , A r c h e r a n d P r e s t o n ; 1 9 9 1 ) . F r o m t h e r e v i e w o f t h e l i t e r a t u r e o n t h e f o r m a t i o n o f c h a m m i n e c o p p e r c o m p o u n d s , i t i s c l e a r t h a t a f t e r a m m o n i a e v a p o r a t i n g f r o m a c o p p e r t e t i a a m m i n e c a r b o n a t e s o l u t i o n , c o p p e r m a r n m i n e c a r b o n a t e w a s p r e c i p i t a t e d ( T o m l i n s o n a n d H a t h a w a y , 1 9 6 8 ) . T h e e q u a t i o n i s p r e s e n t a s C u C 0 3 + 4 N H 3 - > C u ( N H 3 ) 4 + 2 + C 0 3 " 2 - > C u ( N H 3 ) 2 C 0 3 I + 2 N B 3 f T h e s t r u c t u r e o f t h e m a m m i n e s h o w e d t h a t t w o n i t r o g e n a t o m s f r o m t w o a m m o n i a m o l e c u l e s i n t h e d i a m m i n e c a r b o n a t e c o m p l e x w e r e c o n n e c t e d t o t h e c e n t r a l c o p p e r i o n w i t h o t h e r o x y g e n a t o m s f r o m t h e c a r b o n a t e g r o u p . T h e g e o m e t r y o f t h e d i a m m i n e w a s a p l a n e r - s q u a r e p y r a m i d ( T o m l i n s o n a n d 99 H a t h a w a y , 1 9 6 8 ) , w h i c h i s i n a g r e e m e n t w i t h t h e p r o p o s e d s t r u c t u r e o f t h e c o p p e r c o m p l e x e s i n a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d f r o m E S R p a r a m e t e r s ( R u d d i c k , 1 9 9 2 b ) . A s i n d i c a t e d b y t h e a b o v e f a c t s , t h e f i x a t i o n o f c o p p e r a n d n i t r o g e n i n c l u d e s t h e r e a c t i o n o f c u p r i a m m o n i u m i o n s w i t h H g n i n , f o r m i n g a c U a m m i n e c o m p l e x . 100 4.3 Whether the enrichment of nitrogen in ammoniacal-copper preservative treated wood increases the decay potential 4 . 3 . 1 W o o d t r e a t e d w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n s T h e n i t r o g e n c o n t e n t s i n t h e s a m p l e s f o r e a c h t r e a t m e n t a r e l i s t e d i n T a b l e 4 - 3 - 1 . T h e n i t r o g e n c o n t e n t i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n i n t h e t r e a t i n g s o l u t i o n s . N o t s u r p r i s i n g l y t h e p H o f t h e l e a c h a t e r e c o v e r e d f r o m b l o c k s s h o w e d a n i n c r e a s e , a l t h o u g h t h e m a g n i t u d e o f t h e r i s e i n p H w a s s m a l l a n d t h e l e a c h a t e r e m a i n e d s l i g h t l y a c i d . T h e m e a n w e i g h t l o s s e s o f t h e w o o d s a m p l e s t r e a t e d w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e e x p o s e d t o t h r e e d i f f e r e n t f u n g i w e r e p l o t t e d a g a i n s t t h e a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n o f t r e a t i n g s o l u t i o n s ( F i g . 4 - 3 - 1 ) . A n a l y s i s o f v a r i a n c e ( A N O V A ) o f w e i g h t l o s s e s o f b l o c k s t r e a t e d w i t h d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n o f a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n s s h o w e d t h a t s l i g h t r e d u c t i o n i n w e i g h t l o s s w a s s i g n i f i c a n t f o r T. versicolor a t t h e 0 . 0 5 l e v e l . F o r G. trabeum t h e A N O V A s h o w e d t h a t i n c r e a s e s i n w e i g h t l o s s e s w i t h i n c r e a s i n g a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n w e r e s i g n i f i c a n t a t t h e 0 . 1 0 l e v e l . T h e w e i g h t l o s s e s w e r e s H g h t l y i n c r e a s e d N o m a s s l o s s e s w e r e r e c o r d e d f o r b l o c k s t r e a t e d w i t h 5 % o r 1 0 % a m m o n i a s o l u t i o n s e x p o s e d t o P. placenta. F r o m t h e r e s u l t s i t i s c l e a r t h a t t h e a m m o n i a t r e a t m e n t a f f e c t e d t h e a c t i v i t y o f e a c h f u n g u s d i f f e r e n t l y . Postia placenta w a s e x t r e m e l y s e n s i t i v e t o t h e a m m o n i a t r e a t m e n t . S i n c e t h e b l o c k s w e r e n o t l e a c h e d , t h e i r p H w a s s l i g h t l y i n c r e a s e d b y t h e a m m o n i a t r e a t m e n t a s d e m o n s t r a t e d b y a r i s e i n t h e p H o f l e a c h a t e f r o m s e l e c t e d b l o c k s , from 4 . 9 9 i n t h e c o n t r o l s a m p l e s t o 6 . 3 1 f o r b l o c k s t r e a t e d w i t h 1 0 % a m m o n i u m h y d r o x i d e . T h i s i n c r e a s e i n t h e p H w a s c o n s i d e r e d t o b e t h e m o s t l i k e l y c a u s e o f i n h i b i t i o n o f t h e P. placenta ( H i g h l e y , 1 9 7 3 ; Z a b e l a n d M o r r e l l , 1 9 9 2 ) . T h e w e i g h t l o s s d e c r e a s e d i m m e d i a t e l y i n t h e a m m o n i a t r e a t e d 101 b l o c k s a t t h e l o w e s t n i t r o g e n r e t e n t i o n ( 0 . 4 1 0 % ) t o a p p r o x i m a t e l y 1 5 % a n d t h e r e a f t e r t o a l m o s t z e r o . T h i s s e n s i t i v i t y o f P . placenta t o a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t m e n t o f w o o d h a d b e e n n o t e d p r e v i o u s l y . R u d d i c k et al. ( 1 9 8 2 ) s t u d i e d t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h r e e p r e s e r v a t i v e s f o r p r o t e c t i n g B u r m e s e h a r d w o o d s . T h e y r e p o r t e d t h a t s o i l b l o c k s t r e a t e d w i t h 5 % a m m o n i u m h y d r o x i d e , a n d l e a c h e d f o r f o u r t e e n d a y s w i t h t e n c h a n g e s o f t h e w a t e r d u r i n g t h a t p e r i o d w e r e n o t d e c a y e d b y P. placenta. N o e x p l a n a t i o n f o r t h i s s e n s i t i v i t y o f P . placenta w a s o f f e r e d . T h e w h i t e r o t f u n g u s , T. versicolor w a s a l s o a f f e c t e d b y t h e a m m o n i a t r e a t m e n t i n t h a t , a t t h e l o w e s t a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n , t h e w e i g h t l o s s d e c r e a s e d s l i g h t l y f r o m a b o u t 3 5 % i n t h e c o n t r o l s a m p l e s t o 3 0 % . A s t h e a m m o n i a c o n t e n t i n c r e a s e d t o 5 % , t h e w e i g h t l o s s w a s r e d u c e d t o 2 5 % . T h i s s u g g e s t e d t h a t a c t i v i t y o f T. versicolor w a s s o m e w h a t i n h i b i t e d b y t h e c h a n g e i n p H , b u t a p p e a r e d t o o f f s e t t h i s i n h i b i t i o n a s t h e a m m o n i a c o n t e n t i s i n c r e a s e d , p r o b a b l y b y u t i l i z i n g t h e a v a i l a b l e n i t r o g e n . T h i s s l i g h t r e d u c t i o n i n t h e a c t i v i t y o f T. versicolor i n a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t e d w o o d i s c o n s i s t e n t w i t h o b s e r v a t i o n s r e p o r t e d p r e v i o u s l y b y R u d d i c k et al. ( 1 9 8 2 ) i n a t r o p i c a l h a r d w o o d . Gloeophyllum trabeum w a s a f f e c t e d b y t h e a d d i t i o n o f a m m o n i a t o t h e w o o d . T h e w e i g h t l o s s e s r e c o r d e d i n c r e a s e d s l i g h t l y w i t h i n c r e a s i n g a m m o n i a c o n t e n t . T h i s r e s p o n s e i s c o n s i s t e n t w i t h a p r e v i o u s s t u d y u t i l i z i n g a m m o n i a t r e a t e d h a r d w o o d s ( R u d d i c k et al, 1 9 8 2 ) , w h e r e w e i g h t l o s s e s w e r e s i m i l a r i n a m m o n i a a n d w a t e r t r e a t e d c o n t r o l s . T h e m a g n i t u d e o f t h e w e i g h t l o s s e s w e r e m u c h g r e a t e r t h a n i n t h e p r e v i o u s s t u d y . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t s i n c e t h e s a m p l e s w e r e n o t l e a c h e d b e f o r e t e s t i n g , s o m e o f t h e r e s i d u a l a m m o n i u m - c h e m i c a l s m a y h a v e b e e n l o s t d u r i n g t h e t e s t . A m b u r g e y a n d J o h n s o n ( 1 9 7 8 ) h a v e s t u d i e d t h e e f f e c t o f a m m o n i u m h y d r o x i d e o n t h i a m i n e a n d a v a i l a b l e m i c r o n u t r i e n t s i n p i n e s a p w o o d d u r i n g d e c a y b y G . 102 trabeum. T h e y c o n c l u d e d t h a t i n c r e a s i n g d e c a y r e s i s t a n c e m a y b e d u e t o f a c t o r s w h i c h i n h i b i t t h e g e r m i n a t i o n o f b a s i d i o s p o r e s a n d n o t t o t W a r n i n e d e p l e t i o n a l o n e . C o n s i s t e n t w i t h t h i s s t u d y , G . trabeum w a s a b l e t o g r o w o n w o o d t r e a t e d w i t h a m m o n i u m h y d r o x i d e . T a b l e 4 - 3 - 1 N i t r o g e n c o n t e n t i n t h e t r e a t e d w o o d a n d p H v a l u e o f t h e l e a c h a t e s o l u t i o n s T r e a t m e n t C o n t r o l 1 % N H 3 5 % N H 3 1 0 % N H 3 N % 0 . 0 5 0 5 ( 0 . 0 0 4 ) a 0 . 4 1 0 4 ( 0 . 0 0 2 ) a 0 . 5 4 5 1 ( 0 . 0 8 ) a 0 . 6 2 7 7 ( 0 . 0 5 ) a p H 4 . 9 9 5 . 9 6 6 . 2 8 6 . 3 1 a E a c h v a l u e r e p r e s e n t s m e a n o f f o u r r e p l i c a t e s . N u m b e r s i n p a r e n t h e s e s r e p r e s e n t s t a n d a r d d e v i a t i o n f o r t h e a v e r a g e n i t r o g e n c o n t e n t . 103 43 c $ Q . E 0) 03 o  T3 O O 0> CU o -a •a o co <u co co O C O I % sso| iqB.ieM 104 4 . 3 . 2 W o o d t r e a t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n : A l l t h r e e f u n g i g r e w w e l l o n t h e w a t e r - t r e a t e d c o n t r o l s a m p l e s . T h e r e w a s s o m e o v e r g r o w t h o f t h e a m m o n i a c a l c o p p e r - t r e a t e d s a m p l e s b y b o t h T. versicolor a n d P. placenta. T h e m e a n p e r c e n t w e i g h t l o s s e s d e t e r m i n e d f o r t h e f i v e r e p l i c a t e s s a m p l e s i n e a c h g r o u p , t o g e t h e r w i t h t h e n i t r o g e n c o n t e n t s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e s 2 t o 4 a n d F i g . 4 - 3 - 2 . T h e w e i g h t l o s s d a t a f o r t h e a m m o m a c a l c o p p e r t r e a t e d w a f e r s w e r e s u b j e c t e d t o a o n e w a y A N O V A f o r e a c h f u n g u s . T h e s t a t i s t i c a l a n a l y s i s c o n f i r m e d t h a t i n c r e a s e i n t h e m e a n w e i g h t l o s s e s o f w a f e r s t r e a t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n s c o n t a i n i n g 1 % , 5 % a n d 1 0 % a m m o n i u m h y d r o x i d e w e r e s i g n i f i c a n t a t t h e 0 . 0 5 l e v e l f o r P. placenta a n d G. trabeum. T h i s c o n f i r m e d t h a t t h e w e i g h t l o s s e s o f w a f e r s t r e a t e d w i t h c o p p e r s u l p h a t e i n h i g h e r a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n s w e r e s i g n i f i c a n t l y g r e a t e r t h a n t h e c o r r e s p o n d i n g d a t a f o r w a f e r s t r e a t e d w i t h s o l u t i o n s c o n t a i n i n g l o w a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n s f o r t h e s e t w o f u n g i . N o m a s s l o s s w a s o b s e r v e d f o r a n y o f t h e a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w a f e r s e x p o s e d t o T. versicolor. B a s e d u p o n t h e m a x i m u m w e i g h t l o s s e s a c h i e v e d , P. placenta w a s a b l e t o r e a d i l y t o l e r a t e t h e h i g h a m m o n i a c o n t e n t i n t h e a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d b l o c k s , w h i l e f u n g a l a c t i v i t y b y T. versicolor a n d G. trabeum w a s i m p a i r e d . T h i s r e s u l t i s s o m e w h a t s u r p r i s i n g , g i v e n t h e s e n s i t i v i t y o f P . placenta t o a m m o n i a t r e a t e d w o o d . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e a m m o n i a w a s m o s t l y c o m p l e x e d t o t h e c o p p e r w i t h a r e l a t i v e l y s m a l l a m o u n t b e i n g c o m p l e x e d t o t h e w o o d . T h e l e a c h i n g o f t h e t r e a t e d w o o d w o u l d r e m o v e a n y f r e e a m m o n i u m s a l t s . I t h a s b e e n w e l l e s t a b l i s h e d t h a t P. placenta c a n d e t o x i f y c o p p e r t r e a t e d w o o d b y t h e f o r m a t i o n o f i n s o l u b l e c o p p e r o x a l a t e w h i c h h a s l i t t l e e f f e c t o n t h e f u n g a l g r o w t h ( S u t t e r et al., 1 9 8 3 ; M u r p h y a n d L e v y , 1 9 8 3 ) . T h i s r e l e a s e o f o x a l i c a c i d c o u l d a l s o r e a c t w i t h 105 a r n m o n i a p r e s e n t i n t h e w o o d , i n c l u d i n g t h a t c o m p l e x e d w i t h c o p p e r . I t i s w o r t h n o t i n g t h a t t h e c o l o r o f t h e w o o d c h a n g e d f r o m g r e e n t o a n a t u r a l b r o w n c o l o r , c o n s i s t e n t w i t h a r e a c t i o n w i t h t h e c o p p e r a m m o n i a c o m p l e x f o r m e d i n t h e w o o d . T h i s d i s t i n c t d i f f e r e n c e i n t h e b e h a v i o r o f P . placenta t o a m m o n i a a n d a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d b l o c k s w o u l d s u g g e s t t h a t t h e p r o d u c t i o n o f o x a l i c a c i d i s a n i n d u c i b l e r e a c t i o n , w h i c h d o e s n o t t a k e p l a c e i n t h e a b s e n c e o f t h e c o p p e r . F u r t h e r r e s e a r c h i s n e e d e d t o i n v e s t i g a t e t h i s p h e n o m e n o n . A t t h e l o w e s t a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t m e n t t h e w e i g h t l o s s o f t h e d e c a y e d b l o c k s d e c r e a s e d s l i g h t l y c o m p a r e d t o t h e w a t e r c o n t r o l , b u t a t h i g h e r a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n s t h e w e i g h t l o s s e s i n c r e a s e d . T h e w e i g h t l o s s e s f o r t h e b l o c k s i m p r e g n a t e d w i t h c o p p e r i n 1 0 % a m m o n i u m h y d r o x i d e w e r e c o m p a r a b l e t o t h e u n t r e a t e d w o o d . T h i s i n c r e a s e i n t h e f u n g a l a c t i v i t y w i t h i n c r e a s i n g n i t r o g e n c o n t e n t i n t h e w o o d s u g g e s t s t h a t t h e f o r m o f t h e n i t r o g e n i s u t i l i z i b l e b y P . p l a c e n t a . I t r e m a i n s u n k n o w n w h e t h e r t h e n i t r o g e n b e i n g u s e d a r i s e s f r o m t h e c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x e s o r from a m m o n i a -w o o d r e a c t i o n p r o d u c t s , s u c h a s a m i d e s o r i m i n e s . T h e w e i g h t l o s s e s f o r t h e a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w a f e r s a t t h e l o w e s t a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n e x p o s e d t o G. trabeum, w e r e v e r y s m a l l . T h e r e a s o n f o r t h i s i s t h a t t h e c o p p e r c o n t e n t o f ( 0 . 6 - 0 . 8 k g / m 3 ) i s c l o s e t o t h e t h r e s h o l d f o r t h i s f u n g u s ( 0 . 4 2 k g / m 3 ) r e p o r t e d b y R i c h a r d s o n ( 1 9 9 1 ) . N o n e t h e l e s s , a s t h e a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n o f t h e t r e a t i n g s o l u t i o n i n c r e a s e s , t h e w e i g h t l o s s e s i n c r e a s e t o a l m o s t 1 0 % . T h i s s u g g e s t s t h a t w i t h i n c r e a s e d a m m o n i a c o n c e n t r a t i o n i n t h e t r e a t i n g s o l u t i o n , t h e a b i l i t y o f G. trabeum t o c a u s e d e c a y w a s e n h a n c e d . O n e p r o b a b l e e x p l a n a t i o n f o r t h i s p h e n o m e n o n , i s t h a t G. trabeum w a s a b l e t o m e t a b o l i z e t h e e x c e s s n i t r o g e n i n t h e w o o d . T h i s i s c o n s i s t e n t w i t h i n c r e a s e d d e c a y f o u n d i n a m m o n i a t r e a t e d w o o d . A n a l t e r n a t i v e e x p l a n a t i o n m a y b e p o s t u l a t e d , b a s e d u p o n t h e h y p o t h e s e s t h a t d u r i n g t r e a t m e n t o f w o o d w i t h 106 a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n s , s e v e r a l c o p p e r c o m p l e x a r e f o r m e d , s o m e o f w h i c h c o n t a i n a m m o n i a . I t h a s b e e n o b s e r v e d t h a t t h e d e p l e t i o n o f c o p p e r p r e s e r v a t i v e f r o m a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d c a n b e r e d u c e d b y i n c r e a s i n g t h e a m m o n i a c o n t e n t o f t h e t r e a t i n g s o l u t i o n ( R u d d i c k , 1 9 9 2 b ) . I t i s n o t u n e x p e c t e d t h e r e f o r e , t h a t t h e e f f i c a c y o f t h e c o p p e r p r e s e r v a t i v e w i l l b e i n f l u e n c e d b y t h e n a t u r e o f t h e c o p p e r c o m p l e x e s p r e s e n t i n t h e w o o d . A s t h e a m m o n i a c o n t e n t i s i n c r e a s e d , t h e p r o p o r t i o n o f c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x e s f o r m e d i n w o o d , v e r s u s p r e c i p i t a t e d c o p p e r s a l t s , w i l l b e i n c r e a s e d . T h e i n c r e a s e i n t h e f o r m a t i o n o f l e s s s o l u b l e c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x e s m a y a l l o w t h e G. trabeum t o t o l e r a t e t h e c o p p e r t o a g r e a t e r e x t e n t . A l t h o u g h T. versicolor o v e r g r e w a l l t e s t w o o d s a m p l e s , n o w e i g h t l o s s e s w e r e r e c o r d e d f o r t h o s e c o n t a i n i n g a m m o m a c a l c o p p e r . T h e g r e e n c o l o r o f t h e w a f e r s w a s r e t a i n e d . T h u s w h i l e T. versicolor w a s o n l y p a r t i a l l y a f f e c t e d b y a m m o n i a t r e a t m e n t o f w o o d , i t s l o w t o l e r a n c e t o c o p p e r p r e v e n t e d i t f r o m u t i l i z i n g t h e e n h a n c e d n i t r o g e n . T h e d i s t i n c t l y d i f f e r e n t r e s p o n s e o f t h e w h i t e r o t f u n g u s T. versicolor t o a m m o n i a c a l c o p p e r t r e a t e d w o o d , c o m p a r e d t o t h a t o f t h e b r o w n r o t f u n g i G. trabeum a n d P. placenta, b o t h o f w h i c h a p p e a r e d t o s h o w e n h a n c e d d e c a y w i t h i n c r e a s i n g n i t r o g e n c o n t e n t , m a y b e e x p l a i n e d i n p a r t b y t h e i r d i f f e r e n t d e g r a d a t i v e c a p a c i t y f o r l i g n i n . I t h a s b e e n p r o p o s e d i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r 4 . 2 . 3 . 2 t h a t t h e c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x e s a r e f o r m e d w i t h l i g n i n . I t w o u l d t h e r e f o r e n o t b e u n e x p e c t e d t h a t w h i t e r o t f u n g i w o u l d b e a f f e c t e d b y s u c h c o m p l e x f o r m a t i o n t o a g r e a t e r e x t e n t t h a n b r o w n r o t f u n g i . F u r t h e r i n v e s t i g a t i o n s a r e r e q u i r e d t o e x a m i n e t h i s p h e n o m e n o n . 107 Table 4-3-2 Copper and nitrogen contents and weight losses of the treated wood samples exposed to P. placenta. C u O kg/m 3 Nitrogen % Weight loss % Control 0.0423 60.14 (1.19) a 0 .06%CuO- l%NH 3 0.7146 0.2373 47.13 (7.18) 0.06%CuO-5%NH 3 0.7404 0.3298 50.98 (3.33) 0.06%CuO-10%NH 3 0.7702 0.3401 59.90 (4.31) 1 Standard deviation for the average weight loss given in parenthesis. Table 4-3-3 Copper and nitrogen contents and weight losses of the treated wood samples exposed to G. trabeum. C u O kg/m 3 Nitrogen % Weight loss % Control 0.0429 61.90 (4.5) a 0 .06%CuO- l%NH 3 0.7264 0.2460 2.52 (1.09) 0.06%CuO-5%NH 3 0.7594 0.3261 7.59 (4.0) 0.06%CuO-10%NH 3 0.7842 0.3386 11.3 (4.51) 1 Standard deviation for the average weight loss given in parenthesis. Table 4-3-4 Copper and nitrogen contents and weight losses of the treated wood samples exposed to T. versicolor. C u O kg/m 3 Nitrogen % Weight loss % Control 0.0441 49.22 (2.47) a 0 .06%CuO- l%NH 3 0.6944 0.2234 2.18 (3.19) 0.06%CuO-5%NH 3 0.7516 0.3324 1.63 (2.81) 0.06%CuO-10%NH 3 0.7838 0.3447 0.40(1.20) aStandard deviation for the average weight loss given in parenthesis. 108 IT) (%) S S O | ILJBIBM 109 5. CONCLUSIONS B a s e d u p o n a l l o f t h e o b s e r v a t i o n s i n t h i s s t u d y , t h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s m a y b e m a d e . 1 . T h e d a r k e n i n g o f D o u g l a s - f i r w o o d a f t e r t r e a t m e n t w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n r e s u l t s f r o m t h e f o r m a t i o n o f a t a x i f o l i n - c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x . 2 . L i g n i n a n d h e m i c e l l u l o s e p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i n n i t r o g e n f i x a t i o n d u r i n g t h e t r e a t m e n t o f w o o d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r b a s e d p r e s e r v a t i v e s . 3. T h e r e i s e v i d e n c e t o s u g g e s t t h a t a m m o n i a r e a c t s w i t h c a r b o n y l a n d c a r b o x y l a c i d g r o u p s i n w o o d , a m i d e a n d i m i n e c o m p o u n d s b e i n g f o r m e d . 4. V a n i l l i n , a l i g n i n m o d e l c o m p o u n d , r e a c t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n , f o r m i n g a s t a b l e , w a t e r - i n s o l u b l e , c o p p e r c o m p l e x . I t w a s s u g g e s t e d m a t a m m o n i a c a l c o p p e r i o n s c a n r e a c t w i t h l i g n i n a n d f o r m d i a m m i n e c o p p e r l i g n i n c o m p l e x i n t h e w o o d . 5 . T h e c o m p l e x f o r m e d f r o m t h e r e a c t i o n o f v a n i l l i n w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n w a s f o u n d t o c o n t a i n t w o a m m o n i a l i g a n d s a n d t w o c o p p e r -o x y g e n b o n d s i n a p l a n e w i t h t w o c o p p e r - o x y g e n b o n d s f r o m t h e m e t h o x y l g r o u p f r o m v a n i l l i n i n t h e a x i a l d i r e c t i o n . 6 . O v e r t h e t e s t p e r i o d u s e d a 5 % a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n c a n r e d u c e d e c a y b y P. placenta t o a l m o s t z e r o . A l t h o u g h s l i g h t l y r e d u c e d , T. versicolor p r o d u c e d a 2 2 % w e i g h t l o s s i n w o o d t r e a t e d w i t h 1 0 % a m m o n i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n . H o w e v e r , t h e a m m o n i u m h y d r o x i d e t r e a t e d - w o o d w a s l i k e l y d e c a y e d b y G. trabeum f u n g u s . 7 . T r e a t m e n t o f w o o d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n s s h o w e d t h a t P. placenta h a s t h e g r e a t e s t d e c a y c a p a c i t y d u e t o i t s c o p p e r t o l e r a n c e , a n d b o t h G . 110 trabeum a n d T. versicolor w e r e u n a b l e t o c a u s e s i g n i f i c a n t w e i g h t l o s s e s i n w a f e r s t r e a t e d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r c o n t a i n i n g 1 % a m m o n i a . A s t h e a m m o n i a c o n t e n t i n c r e a s e d , t h e w e i g h t l o s s c a u s e d b y G. trabeum i n c r e a s e d . Ill 7. RECOMMENDATIONS ( 1 ) I n t h i s s t u d y t h e b l a c k c o l o r o f D o u g l a s - f i r w o o d a f t e r t r e a t m e n t w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n w a s i d e n t i f i e d a s r e s u l t i n g f r o m t h e f o r m a t i o n o f a t a x i f o l i n - c o p p e r - a m m o n i a c o m p l e x . F u r t h e r w o r k s h o u l d f o c u s o n r e m e d i e s t o t h i s d i s c o l o r a t i o n . I t w a s r e p o r t e d t h a t c h e m i c a l a n d p h y s i c a l m e a s u r e s w e r e t a k e n t o r e m e d y t h e b r o w n s t a i n p r o b l e m o f w e s t e r n h e m l o c k , w h i t e p i n e a n d D o u g l a s - f i r ( H u l m e a n d T h o m a s , 1 9 8 3 ; M i l l e r et al., 1 9 8 3 ) . T h e c a u s e o f t h e s t a i n i n w e s t e r n h e m l o c k w a s i d e n t i f i e d t o b e d u e t o t h e o x i d a t i o n a n d c o n d e n s a t i o n o f c a t e c h i n , a p o l y p h e n o l i c e x t r a c t i v e i n w o o d , w h i c h h a s a s i m i l a r s t r u c t u r e t o t a x i f o l i n . I t m a y b e p o s s i b l e t o c a r r y o u t s i m i l a r e x p e r i m e n t s w i t h D o u g l a s - f i r . T h e p r o p o s e d e x p e r i m e n t s w o u l d b e : a . E x a m i n e w h e t h e r c h e m i c a l m o d i f i c a t i o n o f t a x i f o l i n c o u l d b e a c h i e v e d , w h i c h c o u l d a l t e r t h e s t r u c t u r e a n d r e d u c e t h e r e a c t i v i t y o f t a x i f o l i n w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n . b . E v a l u a t e p h y s i c a l p r e t r e a t m e n t , u s i n g s t e a m i n g a t h i g h t e m p e r a t u r e t o r e d u c e t h e p r e c u r s o r c o n t e n t i n w o o d . ( 2 ) V a n i l l i n w a s u s e d a s a l i g n i n m o d e l c o m p o u n d , t o e x a m i n e t h e r e a c t i o n o f w o o d w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n . T h e s t r u c t u r e o f t h e c o m p l e x p r o v i d e d u s e f u l i n f o r m a t i o n o n t h e f i x a t i o n m e c h a n i s m o f a m m o m a c a l c o p p e r b a s e d p r e s e r v a t i v e s . I n p r a c t i c e , a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e f o r m u l a t i o n s a r e c o m p o s e d o f a c o p p e r s a l t a n d a n o t h e r a c t i v e b i o c i d e s u c h a s a r s e n a t e i n A C A , a n d q u a t i n A C Q . T h e i r f i x a t i o n m e c h a n i s m s a r e e x p e c t e d t o b e m o r e c o m p l i c a t e d . 112 F u r t h e r w o r k s h o u l d s t u d y t h e f i x a t i o n m e c h a n i s m s o f c o m b i n a t i o n s o f a m m o m a c a l c o p p e r i o n s w i t h o t h e r a c t i v e b i o c i d e s . ( 3 ) R u d d i c k ( 1 9 9 2 a ) r e p o r t e d t h a t s o i l - l e a c h e d C C A - t r e a t e d r n i n i - s t a k e s w e r e a t t a c k e d b y f u n g i , c a u s i n g c o n s i d e r a b l e w e i g h t l o s s e s . I t w a s e x p l a i n e d t h a t t h i s d e p l e t i o n m a y b e l i n k e d t o b a c t e r i a l a c t i o n o n t h e c h e m i c a l i n w o o d e x p o s e d t o w a t e r l o g g e d s o i l c o n d i t i o n s , c a u s i n g a b r e a k d o w n o f t h e c o p p e r c o m p l e x e s a n d m a k i n g t h e m s o l u b l e . T h e h i g h e r n i t r o g e n c o n t e n t i n t h e a m m o m a c a l c o p p e r -t r e a t e d w o o d c o u l d p r o v i d e a n a b u n d a n t n i t r o g e n r e s o u r c e f o r s u c h b a c t e r i a l g r o w t h . F u r t h e r w o r k s h o u l d i n v e s t i g a t e w h e t h e r t h e e n h a n c e d n i t r o g e n c o n t e n t i n t h e t r e a t e d w o o d c o u l d p r o m o t e d e c a y i n a m m o m a c a l c o p p e r s o l u t i o n t r e a t e d w o o d , e x p o s e d t o w a t e r - l o g g e d s o i l . ( 4 ) I t w a s s u g g e s t e d t h a t t r e a t m e n t w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r p r e s e r v a t i v e s c a u s e d t h e l o s s o f s o l u b l e p r o t e i n n i t r o g e n i n w o o d ( K i n g et ah, 1 9 7 4 ) w h i c h m a y a f f e c t f u n g a l c o l o n i z a t i o n o n t h e w o o d . T h e e f f e c t o f a m m o n i a c a l c o p p e r s o l u t i o n a n d a m m o n i u m h y d r o x i d e o n t h e c o n t e n t o f s o l u b l e p r o t e i n n i t r o g e n i n w o o d s h o u l d b e i n v e s t i g a t e d . 113 7. L I T E R A T U R E A f t , H . ( 1 9 6 1 ) C h e r n i s t r y o f d i h y c h o q u e r c e t i n . I . A c e t a t e d e r i v a t i v e s . J . O r g a n i c C h e r n . 2 6 : 1 9 5 8 - 1 9 6 3 . A h o , P . E . , R J . S e i d l e r , H J . E v a n s , a n d P . N . R a j u ( 1 9 7 4 ) D i s t r i b u t i o n , e n u m e r a t i o n , a n d i d e n t i f i c a t i o n o f n i t r o g e n - f i x i n g b a c t e r i a a s s o c i a t e d w i t h d e c a y i n l i v i n g w h i t e f i r t r e e s . P h y t o p a t h o l o g y 6 4 : 1 4 1 3 - 1 4 2 0 . A j i b o y s , S J . a n d D . R . B r o w n . 1 9 9 0 . E l e c t r o n s p i n r e s o n a n c e s t u d y o f s o l u b l e c o p p e r ( I l ) - c e l l u l o s e c o m p l e x e s . J . C h e r n . S o c . F a r a d a y T r a n s . , 8 6 ( 1 ) : 6 5 - 6 8 . A l l i s o n , F . P . , R . M . M u r p h y a n d C . J . K l e i n ( 1 9 6 3 ) N i t r o g e n r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e c o m p o s i t i o n o f v a r i o u s k i n d s o f f i n e l y g r o u n d w o o d s i n s o i l . S o i l S c i . 9 6 : 1 8 7 -1 9 0 . A m b u r g e y , T . L . a n d B . R . J o h n s o n ( 1 9 7 8 ) E f f e c t o f a m m o n i u m h y d r o x i d e o n t M a m i n e a n d a v a i l a b l e m i c r o n u t r i e n t s i n p o n d e r o s a p i n e s a p w o o d . P h y t o p a t h o l o g y 6 8 : 9 5 1 - 9 5 4 . A u d i e r , H . ( 1 9 6 6 ) E t u d e d e s c o m p o s e s f l a v a n i q u e s p a r s p e c t r o m e t r i e d e m a s s . B u l l . S o c . C h i m . F r . 9 : 2 8 9 2 - 2 8 9 9 . A v r a m i d i e s , S . , S . E l l i s a n d J . L i u ( 1 9 9 3 ) T h e a l l e v i a t i o n o f b r o w n s t a i n i n h e m - f i r t h r o u g h m a n i p u l a t i o n o f I d l n - d r y i n g s c h e d u l e s . F o r e s t P r o d . J . 4 3 ( 1 0 ) : 6 5 - 6 9 . B a e c h l e r , R . H . ( 1 9 4 9 ) R e p o r t s o f p r e s e r v a t i v e s c o m m i t t e e s . P r o c . A m . W o o d P r e s e r v . A s s o c . 4 5 : 1 4 - 6 1 . B a r i s k a , M . , C . S k a a r a n d R W . D a v i d s o n ( 1 9 6 9 ) S t u d i e s o f t h e w o o d - a n h y d r o u s a m m o n i a s y s t e m . W o o d S c i . 2 ( 2 ) : 6 5 - 7 2 . B a r i s k a , M . a n d R . P o p p e r ( 1 9 7 1 ) T h e b e h a v i o u r o f c o t t o n c e l l u l o s e a n d b e e c h w o o d i n a m m o n i a a t m o s p h e r e . J . P o l y m . S c i . 3 6 : 1 9 9 - 2 1 2 . B a r i s k a , M . a n d R . P o p p e r ( 1 9 7 5 ) A m m o n i a s o r p t i o n i s o t h e r m s o f w o o d a n d c o t t o n c e l l u l o s e . W o o d S c i . T e c h n o l . 9 : 1 5 3 - 1 6 3 . B a r t o n , G . M . a n d J . A . F . G a r d n e r ( 1 9 5 8 ) D e t e r m i n a t i o n o f d i h y d r o q u e r c e t i n i n D o u g l a s - f i r a n d w e s t e r n l a r c h w o o d . A n a l . C h e r n . 3 0 ( 1 ) : 2 7 9 - 2 8 1 . 114 B a r t o n , G . M . a n d J . A . F . G a r d n e r ( 1 9 6 3 ) C o l o r p r e c u r s o r s i n D o u g l a s - f i r . F o r e s t P r o d . J . 1 3 ( 4 ) : 2 1 6 - 2 2 0 . B e l l a m y , L . ( 1 9 5 8 ) T h e I n f r a r e d S p e c t r a o f C o m p l e x M o l e c u l e s ; J o h n W i l e y a n d S o n s , N e w Y o r k . B e n s o n , H . K . a n d D . F . M c C a r t h y ( 1 9 2 5 ) C o m p o s i t i o n o f o l e o r e s i n o f D o u g l a s - f i r ; I n d . E n g . C h e r n . 1 7 ( 2 ) : 1 9 3 - 1 9 4 . B e s t , C W . a n d G . D . C o l e m a n ( 1 9 8 1 ) A W P A S t a n d a r d M - l l : A n e x a m p l e o f i t s u s e . P r o c . A m e . W o o d P r e s e r v . A s s o c . 7 7 : 3 5 - 4 0 . B r a m h a l l , G . ( 1 9 6 6 ) P e r m e a b i l i t y o f D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d f r o m v a r i o u s a r e a s o f g r o w t h i n B . C . B . C . L u m b e r m a n . 5 0 ( 1 ) : 9 8 - 1 0 2 . B r a u n s , F . E . ( 1 9 5 2 ) T h e c h e m i s t r y o f l i g n i n A c a d e m i c P r e s s I n c . N e w Y o r k p 5 6 a n d p 2 3 0 . B r a y , M . W . a n d T . M . A n d r e w s ( 1 9 2 4 ) C h e m i c a l c h a n g e s o f g r o u n d w o o d d u r i n g d e c a y . I n d . E n g . C h e r n . , 1 6 : 1 3 9 - 3 9 . B u l l o c k , J . L , R . J . H o b s o n a n d D . C . P o v e y ( 1 9 7 4 ) S u b s t i t u t e d p h e n o l s a s l i g a n d s . P a r t I V . S i x a n d f o u r - c o - o r d i n a t e c o p p e r ( I I ) c o m p l e x e s w i t h m t r o g e n b a s e s . X - r a y c r y s t a l s t r u c t u r e a n a l y s i s o f b i s - ( 2 - m e m o x y - 4 - m t r o p h e n o l a t o ) b i s ( p y r i d i n e ) c o p p e r ( I I ) . J . C h e r n . S o c . 1 9 : 2 0 3 7 - 4 3 . C a m p b e l l , W . G . ( 1 9 5 2 ) T h e b i o l o g i c a l d e c o m p o s i t i o n o f w o o d i n w o o d c h e m i s t r y ( L . E . W i s e a n d E . C . J a h n , e d s . ) . R e i n h o l d , N . Y . 1 0 6 1 - 1 1 1 6 . C a n a d a Y e a r B o o k , ( 1 9 9 4 ) ; C h a p t e r 2 : F o r e s t s . S t a t i s t i c s C a n a d a , O t t a w a , p 5 0 a n d p 4 4 2 . C l a r k e , M . R . a n d J . R . R a k ( 1 9 7 4 ) N e w d e v e l o p m e n t o f w a t e r b o r n e p r e s e r v a t i v e s f o r f o r e s t p r o d u c t s . F o r e s t C h r o n . 5 0 ( 3 ) : 1 1 4 . C o o p e r , P A . ( 1 9 9 1 b ) C a t i o n e x c h a n g e a d s o r p t i o n o f c o p p e r o n w o o d . W o o d p r o t e c t i o n 1 ( 1 ) : 9 - 1 4 . C o u g h l i n , P . K . . , A . E . M a r t i n , J . C . D e w a n , E . I . W a t a n a b e , J . E . B u l k o w s k i , J . M . J e h n , a n d S . J . L i p p a r d ( 1 9 8 4 ) S y n t h e s i s a n d s t r u c t u r e o f t h e i m i d a z o l a t e - b r i d g e d d i c o p p e r ( I I ) i o n i n t w o b i n u c l e a t i n g m a c r o c y c l e s . I n o r g . C h e r n . 2 3 : 1 0 0 4 - 1 0 0 9 . 115 C o w l i n g , E . B . a n d W . M e r r i l l ( 1 9 6 6 ) N i t r o g e n i n w o o d a n d i t s r o l e i n w o o d d e t e r i o r a t i o n . C a n a d i a n J o u r n a l o f B o t a n y 4 4 : 1 5 3 3 - 1 5 4 4 . C o w l i n g , E . B . ( 1 9 7 0 ) N i t r o g e n i n f o r e s t t r e e s a n d i t s r o l e i n w o o d d e t e r i o r a t i o n . A b s t r a c t s o f u p p s a l a d i s s e r t a t i o n i n S c i e n c e . 1 6 4 . C r e a g h , D . C . a n d W . J . M c A u l e y . ( 1 9 9 2 ) I n t e r n a t i o n a l T a b l e s f o r X - r a y C r y s t a l l o g r a p h y ; V o l . C . K l u w e r A c a d e m i c P u b l i s h e r s , B o s t o n , p 2 1 9 - 2 2 2 . D a h l g r e n , S . E . ( 1 9 7 5 ) K i n e t i c s a n d m e c h a n i s m o f f i x a t i o n o f w o o d s p e c i e s a n d p r e s e r v a t i v e s , P a r t V . E f f e c t o f w o o d s p e c i e s a n d p r e s e r v a t i v e c o m p o s i t i o n o n t h e l e a c h i n g d u r i n g s t o r a g e . H o l z f o r s c h u n g 2 6 ( 3 ) : 8 4 - 9 5 . D e l a p o r t e , N . a n d J . - J . M a c h e i x ( 1 9 7 2 ) D o s a g e o x y d i m e t r i q u e e n m i l i e u n o n a q u e u x c o m p o s e s p h e n o l i q u e s d ' o r i g i n e v e g a t a l e . A n a l . C h i m . A c t a . 5 9 : 2 7 9 - 2 8 4 . D e i t y , W . E . , B . O . H e s t o n a n d S . H . W e n d e r ( 1 9 5 5 ) A m p h o t e r i c t i t r a t i o n o f s o m e f l a v a n o i d c o m p o u n d s w i t h c u p r i c s u l p h a t e . J . A m e r . C h e m . S o c . 7 7 : 1 6 2 - 1 6 5 . D w i v e d i , B . K . a n d R . G . A r n o l d ( 1 9 7 3 ) C h e m i s t r y o f t t a a m i n e d e g r a d a t i o n i n f o o d p r o d u c t s a n d m o d e l s y s t e m . A r e v i e w . J . A g r i c . F o o d C h e m . 2 1 : 5 4 - 5 8 . E a d i e . J . a n d E . M . W a l l a c e . ( 1 9 6 2 ) S o m e o b s e r v a t i o n s o n t h e f i x a t i o n o f c o p p e r a n d a r s e n i c mPinus sylvestris s a p w o o d . J . I n s t . W o o d S c i . 1 0 ( l l ) : 5 6 - 6 5 . E m e l e u s , H . J . a n d A . G . S h a r p e ( 1 9 7 3 ) M o d e r n a s p e c t s o f i n o r g a n i c c h e m i s t r y . R o u t e d g e & K e g a n P a u l L t d , L o n d o n . F a r k a s E . a n d B . K u r z a k . ( 1 9 9 0 ) P o t e n t i o m e t r i c a n d s p e c t r o s c o p i c s t u d i e s o f b i n a r y a n d t e r n a r y c o p p e r ( I I ) c o m p l e x e s o f h i s t i d i n e h y d r o x a m i c a c i d . J . C o o r d . C h e m . 2 2 ( 2 ) : 1 4 5 - 1 5 1 . F i n d l a y , D . M . a n d N . G . R i c h a r d s o n ( 1 9 8 3 ) W o o d t r e a t m e n t c o m p o s i t i o n . C a n P a t . 1 , 1 4 6 , 7 0 4 . F i n d l a y , W . P . K . ( 1 9 3 4 ) S t u d i e s i n t h e p h y s i o l o g y o f w o o d - d e s t r o y i n g f u n g i . I . E f f e c t o f n i t r o g e n c o n t e n t o n t h e r a t e o f d e c a y o f t i m b e r . A n n . B o t , L o n d o n , 4 8 : 1 0 8 - 1 1 7 . F o s t e r , D . O . , D . F . Z i n k e l a n d A . H . C o n n e r ( 1 9 8 0 ) T a l l o i l p r e c u r s o r s o f D o u g l a s -f i r . T a p p i 6 3 ( 1 2 ) : 1 0 3 - 1 0 5 . 116 F r i t z , E . ( 1 9 4 7 ) D e v e l o p m e n t o f C h e m o n i t e a n d i t s s e r v i c e r e c o r d . P r o c . A m e r . W o o d P r e s e r v . A s s o c . 4 3 : 2 8 5 - 2 9 2 . G a r d n e r , J . A . F . a n d G . M . B a r t o n ( 1 9 6 0 ) T h e d i s t r i b u t i o n o f d i h y d r o q u e r c e t i n i n D o u g l a s - f i r a n d w e s t e r n l a r c h . F o r e s t P r o d . J . 1 0 ( 3 ) : 1 7 1 - 1 7 3 . G o r d o n , A . ( 1 9 4 0 ) I m p r e g n a t i n g m a t e r i a l f o r p r e s e r v i n g w o o d . U . S . P a t . 2 , 1 9 4 , 8 2 7 . G r a h a m , H . M . a n d E . F . K u r t h . ( 1 9 4 9 ) C o n s t i t u e n t s o f e x t r a c t i v e s f r o m D o u g l a s -fir. I n d . E n g . C h e r n . 4 1 ( 2 ) : 4 0 9 - 4 1 4 H a c k b a r t h , W . a n d W . L i e s e ( 1 9 7 5 ) E i n f l u P v o n o l z a n a t o m i s c h e n E i g e n s c h a f t e n u n d T r a n k l o s u n g s - F a k t o r e n a n f d i e k e s s e l d m c k - T r a n k u n g v o n fichte. H o l z R o h W e r k s t . 3 3 ( 1 2 ) : 4 5 1 - 4 5 5 . H a n c o c k , W . V . ( 1 9 5 7 ) ) T h e d i s t r i b u t i o n o f d i h y d r o q u e r c e t i n a n d a l e u c o a n t h o c y a n i d i n i n a D o u g l a s - f i r t r e e . F o r . P r o d . J . 7 ( 1 0 ) : 3 3 5 - 3 5 8 . H a r b o r n e , J . B . , T . J . M a b r y a n d H . M a r b y ( 1 9 7 5 ) T h e f l a v o n o i d s . A c a d e m i c P r e s s , N e w Y o r k . H a r t f o r d , W . H . ( 1 9 7 3 ) C h e m i c a l a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f w o o d p r e s e r v a t i v e s a n d w o o d p r e s e r v a t i v e s y s t e m s . I n " W o o d D e t e r i o r a t i o n a n d I t s P r e v e n t i o n b y P r e s e r v a t i v e T r e a t m e n t s " . E d . b y D . D . N i c h o l a s . S y r a c u s e U n i v e r s i t y P r e s s , S y r a c u s e , N . Y . H a r v e y , D . E . a n d T s u n e o , A . ( 1 9 7 4 ) D o u g l a s - f i r w o o d q u a l i t y s t u d i e s . P a r t I I . E f f e c t o f a g e a n d s t i m u l a t e d g r o w t h o n fibril a n g l e a n d c h e m i c a l c o n s t i t u e n t s . W o o d S c i . T e c h n o l . 8 : 2 5 5 - 2 6 5 H a t h a w a y , B . J . a n d D . E . B e l l i n g . ( 1 9 7 0 ) T h e e l e c t r o n i c p r o p e r t i e s a n d s t e r e o c h e m i s t r y o f m o n o - n u c l e a r c o m p l e x e s o f t h e c o p p e r ( I I ) i o n . C o o r d i n . C h e r n . R e v . 5 : 1 4 3 - 2 0 7 . H a t h a w a y , B . J . a n d A . A . G . T o m l i n s o n ( 1 9 7 0 ) C o p p e r ( I I ) a m m o n i a c o m p l e x e s ; C o o r d i n . C h e r n . R e v . , 5 : 1 - 4 3 . H e u s e r , E . ( 1 9 4 6 ) T h e c h e m i s t r y o f c e l l u l o s e ; J o h n W i l e y & S o n s I n c , N e w Y o r k H i g h l e y , T . L . ( 1 9 7 3 ) S o u r c e o f i n c r e a s e d d e c a y r e s i s t a n c e i n s o d i u m h y d r o x i d e -a n d a m m o n i a - t r e a t e d w o o d . P h y t o p a t h o l o g y 6 3 ( 1 ) : 5 7 - 6 1 . 117 H i l l i s , W . E . ( 1 9 6 2 ) " W o o d E x t r a c t i v e s " A c a d e m i c P r e s s ; N e w Y o r k . H i n o j o s a , O ; J . C . A r t h u r J r . a n d T . M a r e s ( 1 9 7 4 ) E l e c t r o n s p i n r e s o n a n c e s t u d i e s o f i n t e r a c t i o n s o f a m m o n i a , c o p p e r , a n d c u p r i a m m o n i a w i t h c e l l u l o s e ; J . A p p l i e d P o l y m . S c i . 1 8 : 2 5 0 9 - 2 6 1 6 . H o b s o n , R . J . , M . F . C . L a d d a n d D . C . P o v e y . 1 9 7 3 . S u b s t i t u t e d p h e n o l a s l i g a n d s ( I I I ) : C r y s t a l a n d m o l e c u l a r s t r u c t u r e o f b i s ( 4 - f o r m y l - 2 - m e t h o x y l p h e n o l a t o ) b i s ( p y r i d i n e ) c o p p e r ( I I ) . J . C r y s t . M o l . S t r u c t . 3 : 3 7 7 - 3 8 8 . H o n , D . N - S a n d S - T . C h a n g . 1 9 8 5 . P h o t o p r o t e c t i o n o f w o o d s u r f a c e s b y w o o d -i o n c o m p l e x e s . W o o d a n d F i b e r S c i e n c e 2 : 9 2 - 1 0 0 . H u g h e s , A . S . , R . J . M u r p h y , J . F . G i b s o n , a n d J . A . C o r n f i e l d . ( 1 9 9 2 ) E x a m i n a t i o n o f p r e s e r v a t i v e t r e a t e d pinus sylvestris u s i n g e l e c t r o n p a r a m a g n e t i c r e s o n a n c e . I n t e r n a l . R e s . G r o u p o n W o o d P r e s . , D o c u m e n t N o : I R G / W P / 3 7 1 0 . H u g h e s , A . S . , R J . M u r p h y , J . F . G i b s o n , a n d J . A . C o r n i f i e d . ( 1 9 9 4 ) E l e c t r o n p a r a m a g n e t i c r e s o n a n c e ( E S R ) s p e c t r o s c o p i c a n a l y s i s o f c o p p e r b a s e d p r e s e r v a t i v e s i n Pinus sylvestris. H o l z f o r s c h u n g 4 8 : 9 1 - 9 8 . H u l m e , M . A . ( 1 9 7 9 ) A m m o n i a c a l w o o d p r e s e r v a t i v e s . R e c o r d o f t h e 1 9 7 9 A n n . C o n v e n . o f t h e B r i t i s h W o o d P r e s e r v . A s s o c . L o n d o n . 3 8 - 5 0 . H u l m e , M . A . a n d J . F . T o m a s ( 1 9 8 3 ) C o n t r o l o f b r o w n s t a i n i n e a s t e r n w h i t e p i n e w i t h r e d u c i n g a g e n t s . F o r e s t P r o d . J . 3 3 ( 9 ) : 1 7 - 2 0 . H u n t , G . M . a n d G . E . G a r r a t t ( 1 9 6 7 ) W o o d P r e s e r v a t i o n . M c G r a w - H i l l , L o n d o n , N e w Y o r k . I b e r s J . A . a n d W . C . H a m i t o n ( 1 9 7 4 ) I n t e r n a t i o n a l T a b l e s f o r X - r a y C r y s t a l l o g r a p h y , V o l . I V ; T h e K y n o c h p r e s s , B i r m i n g h a m , U . K . p 9 9 - 1 0 2 a n d 1 4 9 . I s e n b e r g , I . H . ( 1 9 8 0 ) P u l p w o o d s o f t h e U n i t e d S t a t e s a n d C a n a d a . V o l . I -C o n i f e r s . 3 r d . E d i t i o n . I n s t . P a p e r c h e m . , A p p l e t o n , W i s . 2 1 9 . J i n , L . , K . J . A r c h e r a n d A l a n F . P r e s t o n . ( 1 9 9 1 ) S u r f a c e c h a r a c t e r i s t i c s o f w o o d t r e a t e d w i t h v a r i o u s A A C , A C Q a n d C C A f o r m u l a t i o n s a f t e r w e a t h e r i n g . I n t . R e s . G r o u p o n W o o d P r e s . D o c . N o . I R G / W P / 2 3 6 9 . J i n , L a n d A l a n F . P r e s t o n ( 1 9 9 2 ) C o m m e r c i a l d e v e l o p m e n t o f A C Q i n t h e U n i t e d S t a t e s . C a n a d i a n W o o d P r e s e r v a t i o n A s s o c i a t i o n , P r o c e e d i n g , 1 3 : 4 3 - 5 4 . 118 J u r d , L . ( 1 9 6 2 ) " T h e c h e r n i s t r y o f f l a v o n o i d c o m p o u n d s " , E d . T . A . G e i s s m a n , T h e M a c M i l l a n C o . , N e w Y o r k , N . Y . K a p l u n o v a , T . S . , Z . K . S a i p o v a n d K h . A . A b d u a z i m o v ; ( 1 9 8 6 ) T h e r e a c t i o n o f m t r o l i g r i i n w i t h a m m o n i a . C h e m i s t r y o f n a t u r a l c o m p o u n d s . 2 1 1 : 7 8 6 - 7 8 8 . K a w a s e , K . ( 1 9 6 2 ) C h e m i c a l c o m p o n e n t s o f w o o d d e c a y e d u n d e r n a t u r a l c o n d i t i o n s a n d t h e i r p r o p e r t i e s . J . F a c . A g r . H o k k a i d o U n i v . 5 2 : 1 8 6 - 2 4 5 . K e n n e d y , R . W . ( 1 9 5 5 ) F u n g i c i d a l t o x i c i t y o f c e r t a i n e x t r a n e o u s c o m p o n e n t s o f D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d . M . F . T h e s i s , F a c u l t y o f F o r e s t r y , U B C . K i n g , B . , T . A . O x l e y a n d K . D . L o n g ( 1 9 7 4 ) S o l u b l e n i t r o g e n i n w o o d a n d i t s r e d i s t r i b u t i o n o n d r y i n g . M a t . u . O r g a n i . 9 : 2 4 2 - 2 5 4 . K o v a l ' c h u k , B . V . a n d Y u . N . F o r o s t y a n ( 1 9 7 2 ) T r a n s f o r m a t i o n o f h y d r o l y s i s l i g n i n f r o m s u n f l o w e r h u s k s i n a q u e o u s a m m o n i a . C h e m i s t r y o f N a t u r a l C o m p o u n d s , p 3 6 9 - 3 7 1 . K r e b e r , B . ( 1 9 9 4 ) A d v a n c e s i n t h e u n d e r s t a n d i n g o f h e m l o c k b r o w n s t a i n . M a t . u . O r g a . 2 8 : 1 7 - 3 7 . K u o , M , J . F . M c C l e l l a n d , S . L u o , P , C h i e n , R . D . W a l k e r , a n d C . H s e ; ( 1 9 8 8 ) I n f r a r e d p h o t o a c o u s t i c s p e c t r o s c o p y o f w o o d . W o o d a n d F i b e r S c i e n c e 2 0 ( 1 ) 1 3 2 -1 4 5 . K u p c h i n o v , B . J . , V . A . B e l y i a n d A . P . N e s h i k ( 1 9 7 5 ) S e l e c t i v e t r a n s f e r o f w o o d -m e t a l c o m p l e x e s . I z b i r a t e r y i P e r e n o s T r e n i i 5 0 - 5 4 . L a r s e n M J . , M . F . J u r g e n s e n a n d A . E . H a r v e y ( 1 9 7 8 ) N 2 f i x a t i o n a s s o c i a t e d w i t h w o o d d e c a y e d b y s o m e c o m m o n f u n g i i n w e s t e r n M o n t a n a . C a n . J . o f F o r e s t R e s . 8 : 3 4 1 - 3 4 5 . L e w i s , H . F . ( 1 9 5 0 ) S i g n i f i c a n t c h e m i c a l c o m p o n e n t s o f w e s t e r n h e m l o c k , D o u g l a s - f i r , w e s t e r n r e d c e d a r , l o b l o l l y p i n e a n d b l a c k s p r u c e . T a p p i 3 3 ( 6 ) : 2 9 9 -3 0 1 . L i e s e , W . a n d J . B a u c h . ( 1 9 6 7 ) O n a n a t o m i c a l c a u s e s o f t h e r e f r a c t o r y b e h a v i o u r o f s p r u c e a n d D o u g l a s - f i r . J . I n s t . W o o d S c i . , 1 9 1 4 ( 1 ) : 3 - 1 3 . M a b r y , T . J . , K . R . M a r k h a m a n d M . B . T h o m a s ( 1 9 7 0 ) T h e s y s t e m a t i c i d e n t i f i c a t i o n o f f l a v o n o i d s , S p r i n g e r - V e r l a g N e w Y o r k I n c . 119 M a h d a l i k , M . ; J . R a c a n . ; M . M l c o u s e k a n d O . L a b s k y ( 1 9 7 1 ) C h a n g e s o f s o m e p h y s i c a l , m e c h a n i c a l , a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s o f w o o d t r e a t e d w i t h l i q u i d a m m o n i a . J . P o l y m . S c i . , P a r t C 3 6 : 2 5 1 - 2 6 3 . M a z z i , F . ( 1 9 5 5 ) T h e c r y s t a l s t r u c t u r e o f c u p r i c t e t r a m m i n e s u l f a t e m o n o h y d r a t e C u ( N H 3 ) 4 S 0 4 • H 2 0 . A c t a C r y s t . 8 : 1 3 7 - 1 4 1 . M b a f o r , J . T . a n d Z . T . F o m u m ( 1 9 8 9 ) I s o l a t i o n a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f t a x i f o l i n 6 -C - g l u c o s i d e f r o m Garcinia epunctara. J . N a t . P r o d . 5 2 ( 2 ) : 4 1 7 - 4 1 9 . M e r r i l l , W . a n d E . B . C o w l i n g ( 1 9 6 6 ) R o l e o f n i t r o g e n i n w o o d d e t e r i o r a t i o n . I V . R e l a t i o n s h i p o f n a t u r a l v a r i a t i o n i n n i t r o g e n c o n t e n t o f w o o d t o i t s s u s c e p t i b i l i t y t o d e c a y . P h y t o p a t h o l o g y 5 6 : 1 3 2 4 - 1 3 2 5 . M i l l e r , D . J . , D . M . K n u t s o n a n d R . D . T o c h e r ( 1 9 8 3 ) C h e m i c a l b r o w n s t a i n i n g o f D o u g l a s - f i r s a p w o o d . F o r e s t P r o d . J . 3 3 ( 4 ) : 4 4 - 4 8 . M o r g a n , J . ( 1 9 8 9 ) T h e e v a l u a t i o n a n d c o m m e r c i a l i z a t i o n o f a n e w w o o d p r e s e r v a t i v e . P r o c . A m e r i . W o o d P r e s e r v . A s s o c i . 8 2 : 1 6 - 2 5 . M o r r e l l , J J . ( 1 9 8 9 ) C o p p e r t o l e r a n t f u n g i : a b r i e f r e v i e w o n t h e i r e f f e c t s a n d d i s t r i b u t i o n . P r o c . A m e r . W o o d P r e s e r v . A s s o c . F - 4 C o m m i t t e e R e p o r t A p p e n d i x B : 8 - 1 2 . M u r p h y , R J . a n d J . F . L e v y ( 1 9 8 3 ^ ) P r o d u c t i o n o f c o p p e r o x a l a t e b y s o m e c o p p e r t o l e r a n t f u n g i . T r a n s a c t i o n s B r i t i s h M y c o l o g i c a l S o c i e t y 8 1 ( 1 ) : 1 6 5 - 1 6 8 . N i c h o l a s , D . D . ( 1 9 7 3 ) W o o d d e t e r i o r a t i o n a n d i t s p r e v e n t i n g b y p r e s e r v a t i v e t r e a t m e n t , S y r a c u s e U n i v e r s i t y P r e s s p l 5 . O s t m e y e r , J . G . ; T J . E l d e r a n d J . E . W i n a n d y ( 1 9 8 9 ) S p e c t r o s c o p i c a n a l y s i s o f s o u t h e r n p i n e t r e a t e d w i t h c h r o m a t e d c o p p e r a r s e n a t e . I I . D i f f u s e r e f l e c t a n c e f o u r i e r t r a n s f o r m i n f r a r e d s p e c t r o s c o p y ( D R I F T ) . J . W o o d C h e r n . T e c h n o l . 9 ( 1 ) 1 0 5 - 1 2 2 . P a s z n e r , L . ( 1 9 9 4 ) W o o d c h e m i c a l a n a l y s i s l a b o r a t o r y f o r W o o d 4 7 3 . P e i s a c h , J . a n d W . E . B l u m b e r g ( 1 9 7 4 ) S t r u c t u r a l i m p l i c a t i o n s d e r i v e d from t h e a n a l y s i s o f e l e c t r o n p a r a m a g n e t i c r e s o n a n c e s p e c t r a o f n a t u r a l a n d a r t i f i c i a l c o p p e r p r o t e i n s . A r c h B i o c h e m . B i o p h y . 1 6 5 : 6 9 1 - 7 0 8 . P e w , J . C . ( 1 9 4 8 ) A f l a v a n o n e from D o u g l a s - f i r h e a r t w o o d . J . A m e r . C h e m . S o c . 7 0 ( 9 ) : 3 0 3 1 - 3 0 3 4 120 P i l b r o w , J . R . ( 1 9 9 0 ) T r a n s i t i o n i o n e l e c t r o n p a r a m a g n e t i c r e s o n a n c e . O x f o r d P r e s s . P 2 0 . P l a c k e t t , D . V . , E . W . A i n s c o u g h a n d A . M . B r o d i e ( 1 9 8 7 ) T h e e x a m i n a t i o n o f p r e s e r v a t i v e - t r e a t e d r a d i a t a p i n e u s i n g e l e c t r o n s p i n r e s o n a n c e s p e c t r o s c o p y . I n t . R e s . G r o u p o n W o o d P r e s e r v . , D o c u N o . I R G / W P / 3 4 2 3 . P o r t e r , L . J . a n d K . R . M a r k h a m . ( 1 9 7 2 ) A l u m i n u m c o m p l e x e s o f f l a v a n o n e s a n d d i h y d r o f l a v o n o l s . P h y t o c h e m i s t r y 1 1 : 1 4 7 7 - 1 4 7 8 . P r e s t o n , A . F . a n d L . J i n ( 1 9 9 1 ) W o o d - c h e m i c a l i n t e r a c t i o n s a n d t h e i r e f f e c t o n p r e s e r v a t i v e p e r f o r m a n c e . I n " T h e c h e m i s t r y o f W o o d P r e s e r v a t i o n " . E d i . b y R . T h o m p s o n . T h e R o y a l S o c i e t y o f C h e m i s t r y . U . K . p 8 8 - 1 0 0 . R a k , J . ( 1 9 7 7 ) S o m e f a c t o r s a f f e c t i n g t h e t r e a t a b i l i t y o f s p r u c e r o u n d w o o d w i t h a m m o n i a c a l p r e s e r v a t i v e s o l u t i o n . H o l z f o r u . H o l z v e r w e r t 2 9 ( 3 ) : 5 3 - 5 6 . R e e v e s , R . ( 1 9 4 9 ) C u p r a m m o m u m - g l y c o s i d e c o m p l e x e s . I I . T h e a n g l e b e t w e e n h y d r o x y l g r o u p s o n a d j a c e n t c a r b o n a t o m s . J . A m e r . C h e m . S o c . 7 1 : 2 1 2 - 2 1 4 . R i c h a r d s o n , N . G . ( 1 9 9 1 ) A m m o m a c a l c o p p e r / q u a t e r n a r y a m m o n i u m c o m p o u n d w o o d p r e s e r v a t i v e s y s t e m . P r o c . C a n . W o o d P r e s e r v . A s s o c . 1 2 : 3 8 - 5 3 . R o g e r s , I . H . a n d J . F . M a n v i l l e ( 1 9 7 2 ) J u v e n i l e h o r m o n e n i i m i c s i n c o n i f e r s . I . I s o l a t i o n o f ( - ) - c i s - 4 - [ r ( R ) - 5 ' - d i m e t h y l - 3 - o x o h e x a n e - l - c a r b o x y l i c a c i d f r o m D o u g l a s - f i r w o o d . C a n . J . C h e m . 5 0 ( l l ) : 2 3 8 0 - 2 3 8 2 . R u d d i c k , J . N . R . ( 1 9 7 9 ) T h e n i t r o g e n c o n t e n t o f A C A - t r e a t e d w o o d . M a t . u . O r g a . 1 4 : 3 0 1 - 3 1 2 . R u d d i c k , J . N . R . ( 1 9 8 0 a ) " W o o d p r e s e r v a t i o n i n C a n a d a " P r o c . A m e r . W o o d P r e s e r v . A s s o c . 7 6 : 1 9 1 - 2 0 4 . R u d d i c k , J . N . R . ( 1 9 8 0 b ) T r e a t a b i l i t y o f l o d g e p o l e p i n e l u m b e r w i t h A C A a n d C C A . F o r e s t P r o d . J . 3 0 ( 2 ) : 2 8 - 3 2 . R u d d i c k , J . N . R . , R . S . S m i t h a n d T . B y r n e ( 1 9 8 2 ) L a b o r a t o r y d e c a y t e s t o f B u r m e s s I n a n d K a n y i n t r e a t e d w i t h t h r e e w o o d p r e s e r v a t i v e s . I n t e r n a t . R e s . G r . W o o d P r e s e r v . D o c N o . I R G / W P / 3 2 1 0 . 9 P P . R u d d i c k , J . N . R . ( 1 9 8 9 ) H e a r t w o o d t r e a t a b i l i t y ; I n " S e c o n d g r o w t h D o u g l a s - f i r : I t s m a n a g e m e n t a n d c o n v e r s a t i o n f o r v a l u e " ; F o r i n t e k C a n a d a C o r p . S p e c i a l P u b l i c a t i o n N o , S P - 3 2 : 7 8 - 7 9 . 121 R u d d i c k , J . N . R . ( 1 9 9 2 a ) B a c t e r i a l d e p l e t i o n o f c o p p e r f r o m C C A - t r e a t e d w o o d . M a t . u . O r g a n i . 2 7 ( 2 ) : 1 2 5 - 1 4 6 . R u d d i c k , J . N . R . ( 1 9 9 2 b ) T h e f i x a t i o n c h e m i s t r y o f c o p p e r b a s e d w o o d p r e s e r v a t i v e s . P r o c . C a n . w o o d P r e s e r v . A s s o c . 1 3 : 1 1 6 - 1 3 7 . R u d d i c k , J . N . R . , K . Y a m a m o t o , K . B a x t e r a n d F . G . H e r r i n g ( 1 9 9 4 ) E l e c t r o n s p i n r e s o n a n c e s t u d i e s o n a m i n e - c o p p e r ( I I ) w o o d p r e s e r v a t i v e s . J . W o o d C h e m . a n d T e c h o l . ( I n p r e s s ) S a k a m o t o M . a n d T a k a m u r a K . ( 1 9 7 8 ) C o n s e c u t i v e d e t e r m i n a t i o n o f r u t i n a n d q u e r c e t i n b y s p e c t r o p h o t o m e t r i c m e a s u r e m e n t s . M i c r o c h e m . J . 2 3 : 3 7 4 - 3 8 3 . S c h o r g e r , A . W . ( 1 9 1 7 ) T h e o l e r e s i n o n D o u g l a s - f i r . J . A m e r . C h e m . S o c , 3 9 : 1 0 4 0 - 1 0 4 4 . S c h u e r c h , C . ( 1 9 6 4 ) P r i n c i p l e s a n d P o t e n t i a l . . . . W o o d p l a s t i c i z a t i o n . F o r e s t P r o d . J . 1 4 ( 9 ) : 3 7 7 - 3 8 1 . S e n e s i , N . , G . S p o s i t o a n d G . R . B r a d f o r d . ( 1 9 8 9 ) I r o n , c o p p e r , a n d m a n g a n e s e c o m p l e x a t i o n b y f o r e s t l e a f l i t t e r . F o r . S c i . , 3 5 ( 4 ) : 1 0 4 0 - 1 0 5 7 . S m i t h , W . H . ( 1 9 7 0 ) T r e e p a t h o l o g y : A s h o r t i n t r o d u c t i o n . A c a d e m i c p r e s s , N e w Y o r k . P . 1 5 0 - 1 7 4 . S o l a r R . a n d I . M e l c e r ( 1 9 7 8 ) P h y s i c o c h e m i c a l a n d c h e m i c a l c h a n g e s o f h o r n b e a m w o o d l i g n i n i n t h e p r o c e s s o f w o o d p l a s t i c i z a t i o n w i t h a m m o n i a w a t e r s o l u t i o n . C e l l u l o s e c h e m i s t r y a n d t e c h n o l o g y 1 2 : 6 1 5 - 6 1 9 . S t e p h e n s , R . W . , G . E . B r u d e r m a n n , P . I . M o r r i s , M . S . H o l l i c k a n d J . D . C h a l m e r s ( 1 9 9 4 ) V a l u e a s s e s s m e n t o f t h e Canadian p r e s s u r e t r e a t e d w o o d i n d u s t r y . C a n a d i a n F o r e s t S e r v i c e D e p a r t m e n t o f N a t u r a l R e s o u r c e s C a n a d a . N o . 4 Y 0 0 2 - 0 1 8 7 / 0 1 - S Q . S u d m a n , C - E . ( 1 9 8 4 ) T e s t s w i t h a m m o n i a c a l c o p p e r a n d a l k y l a m m o n i u m c o m p o u n d s a s w o o d p r e s e r v a t i v e s . I R G / W P / 3 2 9 9 . S u t t e r , H . P . E . B . G . J o n e s a n d O . W a l c h l i ( 1 9 8 3 ) T h e m e c h a n i s m o f c o p p e r t o l e r a n c e i n Poriaplacenta ( F r . ) C k e . a n d Porta vailanti ( p e r s . ) F r . M a t e r i a l u . O r g a n i s m e n 1 8 ( 4 ) : 2 4 1 - 2 6 2 . S z y m a n s k i , H . A . ( 1 9 6 4 ) I R t h e o r y a n d p r a c t i c e o f i n f r a r e d s p e c t r o s c o p y . P l e n u m p r e s s . 122 T a k a m u r a K a n d M . S a k a m o t o ( 1 9 7 8 ) S p e c t r o p h o t o m e t r i c s t u d i e s o f f l a v a n o i d -c o p p e r ( I I ) c o m p l e x e s i n m e t h a n o l s o l u t i o n s . C h e r n . a n d P h a r m . B u l l . 2 6 ( 8 ) : 2 2 9 1 -2 2 9 7 . T a r d i f , J . W . ( 1 9 5 9 ) P r o b l e m s i n i m p r o v i n g t h e b r i g h t n e s s o f e u c a l y p t g r o u n d w o o d . A p p i t a 1 3 : 5 8 - 7 3 . T o m l i n s o n , A . A . G . a n d B . J . H a t h a w a y ( 1 9 6 8 ) T h e e l e c t r o n i c p r o p e r t i e s a n d s t e r e o c h e m i s t r y o f t h e c o p p e r ( I I ) i o n . P a r t I V . S o m e o U a m m i n e c o m p l e x e s . J . C h e r n . S o c . ( A ) : 2 5 7 8 - 2 5 8 3 . T r o u g h t o n , G . E . a n d S . C h o w ( 1 9 7 3 ) H e a t - i n d u c e d c o l o r - i n t e n s i t y c h a n g e i n c o a s t a l D o u g l a s - f i r a n d w h i t e s p r u c e . W o o d a n d F i b e r 4 ( 4 ) 2 5 9 - 2 6 3 . T h e M e r c k i n d e x ( 1 9 8 3 ) 1 0 t h E d i t i o n . M e r c k & C O . , I n c . R a h w a y . N . J . U . S . A . p 1 5 0 . W a n g , P . Y . , H . I . B o l k e r , a n d C . B . P u r v e s ( 1 9 6 7 ) U r o n i c a c i d e s t e r g r o u p s i n s o m e s o f t w o o d s a n d h a r d w o o d s . T a p p i 5 0 ( 3 ) : 1 2 3 - 1 2 4 . W e a v e r , F . W . a n d M . P . L e v i ( 1 9 7 9 ) T h e t r e a t a b i l i t y o f s o u t h e r n p i n e a n d D o u g l a s -f i r h e a r t w o o d w i t h c r e o s o t e , m o d i f i e d c r e o s o t e ^ c h r o m a t e d c o p p e r a r s e n a t e , a n d a m m o n i a c a l c o p p e r a r s e n a t e . P r o c . A m e r . W o o d P r e s e r v . A s s o c . 7 5 : 1 7 6 - 1 8 7 . W i l k i n s o n , J . G . ( 1 9 7 9 ) " I n d u s t r i a l T i m b e r p r e s e r v a t i o n : T h e I m p o r t a n c e o f T i m b e r P r e s e r v a t i o n " A s s o c i a t e d B u s i n e s s P r e s s , L o n d o n , p 3 - 2 4 . W i n a n d y , J . E . ; R . S . B o o n e , L . R . G j o v i k a n d P . L . P l a n t i n g a ( 1 9 8 9 ) A C A a n d C C A p r e s e r v a t i v e t r e a t m e n t a n d r e d r y i n g e f f e c t s o n b e n d i n g p r o p e r t i e s o f D o u g l a s - f i r . P r o c . A m e r . W o o d P r e s e r v . A s s o c . 8 2 : 1 0 7 - 1 1 8 . Z a b e l , R . A . a n d J . J . M o r r e l l ( 1 9 9 2 ) W o o d M i c r o b i o l o g y . A c a d e m i c P r e s s I n c . N e w Y o r k . Z h b a n k o v , R . G . ( 1 9 6 6 ) T h e i n f r a r e d s p e c t r a o f c e l l u l o s e a n d i t s d e r i v a t i v e . C o n s u l t a n t s B u r e a u , N e w Y o r k . 

Cite

Citation Scheme:

        

Citations by CSL (citeproc-js)

Usage Statistics

Share

Embed

Customize your widget with the following options, then copy and paste the code below into the HTML of your page to embed this item in your website.
                        
                            <div id="ubcOpenCollectionsWidgetDisplay">
                            <script id="ubcOpenCollectionsWidget"
                            src="{[{embed.src}]}"
                            data-item="{[{embed.item}]}"
                            data-collection="{[{embed.collection}]}"
                            data-metadata="{[{embed.showMetadata}]}"
                            data-width="{[{embed.width}]}"
                            async >
                            </script>
                            </div>
                        
                    
IIIF logo Our image viewer uses the IIIF 2.0 standard. To load this item in other compatible viewers, use this url:
http://iiif.library.ubc.ca/presentation/dsp.831.1-0086798/manifest

Comment

Related Items