红外光谱法在壳聚糖脱乙酰度测定中的应用

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光纤折射率传感用于壳聚糖脱乙酰度测定

Vol.34高等学校化学学报No.22013年2月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 474~478 doi:10.7503/cjcu20120470光纤折射率传感用于壳聚糖脱乙酰度测定何炜欣,谭春华,黄旭光(华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室,广州510006)摘要　建立了一种基于光纤折射率传感技术的壳聚糖脱乙酰度测定方法.利用光纤折射率传感器监测酸碱滴定过程中溶液折射率的变化,根据折射率变化转折点之间碱的用量来计算壳聚糖的脱乙酰度.该方法测得的3种不同含量实际样品的脱乙酰度与氢核磁共振波谱(1H NMR)方法测定结果相符,验证了方法的可靠性.该方法具有用量少㊁结构简单㊁准确㊁重复性好和转折点明显等优点,可应用于工业生产中壳聚糖脱乙酰度的测定.关键词　壳聚糖;脱乙酰度;光纤传感;折射率;酸碱滴定中图分类号　O631;O621.2 文献标志码　A 收稿日期:2012⁃05⁃14.基金项目:国家科技支撑计划课题(批准号:2011BAF06B02)和广州市科技计划项目(批准号:11C42090778)资助.联系人简介:黄旭光,男,教授,博士生导师,主要从事光纤通信与传感等研究.E⁃mail:huangxg@壳聚糖是一种生物聚合物,具有细胞亲和性㊁组织相容性和生物可降解性,因而在医学和药理学方面得到广泛应用[1,2].壳聚糖的脱乙酰度(Deacetylation degree,DD)是指壳聚糖分子中脱去乙酰基的糖残基数占壳聚糖分子中总糖残基数的百分比[3,4].脱乙酰度的高低直接关系到壳聚糖在稀酸中的溶解能力㊁黏度和离子交换能力[5],是一项非常重要的指标.测量壳聚糖的脱乙酰度的方法很多,主要有碱量滴定法(酸碱滴定法[6]㊁电位滴定法[7]和电导滴定法[8,9])㊁红外光谱法(IR)[10,11]㊁紫外⁃可见光谱法[12,13]㊁胶体滴定法[14]㊁氢核磁共振波谱(1H NMR)[15,16]㊁圆二色谱法[17]㊁凝胶渗透色谱法[18]和一阶导数光谱法[19]等.上述方法都有或多或少的不足,如步骤繁琐㊁费时费力㊁测量设备昂贵.其中IR 法㊁1H NMR 法和电位滴定法是最常用的脱乙酰度测定方法.IR 法测量快速且样品用量少,适于测量DD 对无机或有机杂质不敏感的样品,但对样品的要求很高,微量水分即可显著影响结果的准确度.1H NMR 法是相对精确的测量方法,但仪器昂贵且操作步骤复杂,限制了其在多样品测量方面的应用[20,21].电位滴定法的优点是不需要昂贵的仪器且操作简单,现已成为工业和实验室测定DD 的常用方法,但其缺点是双突跃法中第二个突跃点易受溶液中絮凝物的影响.因此,建立一种低成本㊁快速且准确的壳聚糖脱乙酰度通用测量方法无疑具有重要意义.光纤传感技术具有灵敏度高㊁抗电磁干扰㊁耐腐蚀㊁电绝缘性好㊁防爆㊁光路可挠性好㊁分布式传感和可靠性高等独特的优点,广泛应用于温度㊁压力㊁湿度㊁溶液浓度及折射率等各种物理量的测量.通过光纤传感技术测量物质的折射率可以监测到物质的物理和化学变化,从而实现定性或定量分析.本文在酸碱滴定法的基础上,采用基于光纤菲涅尔反射原理的传感器测量了几种壳聚糖样品的DD 值,并将测量数据和1H NMR 光谱法的测量结果进行了比较.本法可以将光纤头直接插入待测溶液进行连续测量,且不影响溶液的浓度和化学反应,整套装置便于搭建,操作简单方便.1摇传感原理和系统结构壳聚糖溶液的折射率可以用下式表达:n =1+∑ρMj D M j =1+ρ∑w j D Mj其中,n 为混合溶液的折射率;j 为溶液中的某种组分(溶液中有几种物质就有几种组分);ρMj 为组分j 在介质中的质量密度,由质量分数w j 和溶液密度ρ相乘得到(ρMj =ρw j );D Mj 是一个与组分j 的分子结构及所处环境有关的参数.在滴定过程中,随着溶液组成的变化,D Mj 和n 也相应变化.因此,当滴定到等当量点时,由于溶液中组分的变化使溶液折射率发生突变.因此,滴定的终点可以通过监测溶液折射率来得到.Fig.1　Placement of the device在对壳聚糖溶液进行酸碱滴定的同时,本文采用一套双通道的基于菲涅尔反射原理的光纤传感器探测溶液折射率(图1).由图1可见,该传感器由激光光源㊁3个单模光纤耦合器㊁2个光功率计㊁2个光纤传感头和1台用于数据处理的计算机组成.光源波长为1550nm,耦合器1和耦合器2的分光比分别为50∶50,耦合器3的分光比为10∶90,传感头为端面垂直的裸光纤(SMF⁃28).传感机制基于光纤端面的回波损耗随分界面上物质折射率不同而变化.光源输出的光束首先被耦合器3分为2路,功率较高的光束1经耦合器1进入待测溶液的传感头1,部分出射光被传感头1与待测溶液的接触面反射回耦合器1,然后被光功率计PD1接收;另一束功率较低的光束2经耦合器2进入空气中的传感头2,部分出射光被传感头2与空气的接触面反射回耦合器2,再被光功率计PD2接收和放大.最后通过RS⁃232端口将光功率计PD1和PD2的数据用电脑进行处理.由Fresnel 定律可得,不同折射率分界面对光有反射作用.当光线垂直入射时,反射光强为I r =I in n f -n x n f +n æèçöø÷x 2;功率计PD1接收光强为I 1=k 1k′1k 3I 0n f -n x n f +n æèçöø÷x 2;功率计PD2接收光强为I 2=k 2k′2k 3I 0n f -n air n f +n æèçöø÷air 2,其中,I 0为光源出射光强,n f 为单模光纤的有效折射率,n x 和n air 分别为待测溶液和空气的折射率,k 1,k′1,k 2,k′2和k 3,k′3分别为耦合器1,2,3两输出端口分别与同一输入端口的光强分光比,包含了光纤耦合器的附加损耗,如附加损耗可忽略,则k 1+k′1=1,k 2+k′2=1,k 3+k′3=1.2个光电探头的光强比为R =I 1I 2=k 3k′1k 1k′3k′2k 2n f -n x n f +n x ㊃n f +n air n f -n æèçöø÷air éëêùûú2即R =K n f -n x n f +n x ㊃n f +n air n f -n æèçöø÷air éëêùûú2,其中,K =k 3k′1k 1k′3k′2k 2,K 由各耦合器耦合系数决定,可由光纤两探头端同时置于空气中测得.这时n x =n air ,通过测量空气的光强比可得到K =I air 1/I air 2,因此通过这种相对测量的方式,不仅省却了对耦合器各分光系数的测量和计算,还消除了各元件的固有衰减和插损等因素引起的误差.由2个光电探头的光强比可按下式计算n x =n f ㊃(1-η1+η), η=n f -n air n f +n air ㊃R K取空气折射率n air=1.00027,光纤纤芯折射率n f =1.44961.2　实验部分2.1　试剂与仪器壳聚糖,浙江金壳生物化学有限公司,样品的黏度分别为197mPa㊃s(样品A),116mPa㊃s(样品B)和162mPa㊃s(样品C);盐酸(HCl),分析纯,上海申翔试剂厂;无水乙醇,分析纯,纯度>99.7%,574　No.2　何炜欣等:光纤折射率传感用于壳聚糖脱乙酰度测定天津市大茂化学试剂厂;氢氧化钠(NaOH),分析纯,纯度>96.0%,天津市大茂化学试剂厂;去离子水,取自英国ELGA 公司Classic DI 制水机.OPM⁃2012A 型光功率计,深圳朗光科技有限公司;ASE⁃1⁃F⁃12⁃FC /PC⁃B 型宽带光源,武汉光讯科技股份有限公司;BT124S 型电子天平,上海台之衡工贸有限公司,精度为0.0001g;85⁃2型电磁搅拌器,常州澳华仪器有限公司.2.2　实验方法将0.20g 壳聚糖样品溶于20mL 0.10mol /L 的HCl 溶液中,并用30mL 去离子水稀释.配制成浓度为4mg /mL 的壳聚糖溶液.将光纤传感头1置于待测样品溶液中,启动磁力搅拌器,开启蠕动泵,流动注射系统以一定的速率向样品中滴加0.10mol /L NaOH 溶液,同时点击数据采集系统,实时监测一定时间间隔内溶液折射率的变化.实验温度为室温(298K),滴定速率为1.2mL /min,数据采集时间间隔为1s,实验完毕后用蒸馏水清洗装置并干燥保存.3　结果与讨论3.1　单突跃法滴定将壳聚糖溶于已知浓度和体积的盐酸溶液中并用已知浓度的氢氧化钠溶液滴定.在滴定过程中,Fig.2　Refractive index⁃V Titration curves of chitosans with different DD values (one⁃abrupt change method )a .Sample A;b .sample B;c .sample C.溶液的折射率随着滴定的进行而发生变化,由于蠕动泵可以控制恒定的滴定速率,因此滴定液体积的变化可对应于时间的变化,折射率滴定曲线如图2所示.曲线的突跃点即为壳聚糖溶液中过量的盐酸恰好被氢氧化钠完全中和,由此可确定壳聚糖中自由氨基含量.由图2可见,折射率曲线均由两部分组成,第一阶段对应于中和溶液中过量盐酸所需的NaOH 的体积,第二阶段对应于过量NaOH 溶液中和与氨基结合的盐酸所导致溶液折射率的变化.从图2可以看出,随着NaOH 的逐渐滴入,溶液折射率下降;在突跃点之后,折射率下降速率明显变大.随着样品的DD 增大,折射率曲线的斜率并没有太大变化,说明这种测量方法对于高DD 值和低DD 值的壳聚糖均适用.壳聚糖中的自由氨基含量可以由下式计算得到:( NH 2)%=(c 1V 1-c 2V 2)×0.016G (100-W )×100%其中,c 1和c 2分别为HCl 和NaOH 溶液的浓度(mol /L),V 1是HCl 的体积(mL),V 2是出现突跃点前滴定所用的NaOH 的体积,0.016是与1mL 1mol /L HCl 溶液相当的氨基量,G 为壳聚糖样品的质量,W 为壳聚糖的含水量.壳聚糖样品中的含水量用快速水分测量仪(MX⁃50,日本A &D 公司)测定.由DD =( NH 2)%9.94%×100%计算样品A ~C 的DD 值分别为(86.5±0.5)%,(92.2±0.5)%,(95.8±0.6)%.为验证本方法的准确性,用1H NMR 法(Bruker AVANCE Ⅲ400MHz)测定壳聚糖样品的脱乙酰度值,将壳聚糖溶解在70℃的CD 3COOD /D 2O 溶液中,通过下式计算:DD(%)=1-13I CH 3/16I H 2-H ()[]6×100%其中,I CH 3为CH 3的吸收峰强度,I H 2-H 6为H 2,H 3,H 4,H 5,H 6的总积分强度.3种样品的DD 分别为674高等学校化学学报 Vol.34　87.0%,91.0%,95.1%.3.2　双突跃法滴定单突跃法无法消除壳聚糖样品中残留酸碱的影响,而双突跃法可有效消除样品中残留酸碱的影响.因此,双突跃较之单突跃法更具优势.本文提出的光纤折射率传感技术同样适用于双突跃滴定法测定壳聚糖的脱乙酰度.实验方法同2.1节,不同点在于滴定时间相应增加.图3为采用双突跃酸碱滴定法得到的折射率滴定曲线.根据滴定曲线中的2个突跃点之间消耗的NaOH 量确定自由氨基的百分含量,从而可以有效消除残碱残酸的影响.以滴定溶液量为横坐标,折射率为纵坐标,绘制曲线图(图3).图3中每条曲线都有2个突跃点,滴定曲线中的线段1,2,3分别代表滴定过程中的三个阶段:1.中和溶液过量的HCl 所需的NaOH 体积;2.中和与壳聚糖自由氨基结合的HCl 所需的NaOH 体积;3.整个滴定过程中过量的NaOH 体积.Fig.3　Refractive index⁃V Titration curves of chitosans with the samples (two abrupt change )(A)Sample A;(B)sample B;(C)sample C.1.Neutralization of HCl in excess;2.neutralization of the ammonium group;3.excess of base.自由氨基的百分比即脱乙酰度可由下式计算:DD(%)=c ×ΔV ×161(m -W )×100%式中,c 为NaOH 溶液的浓度(mol /L),ΔV 为在2个突跃点间滴定所用的NaOH 体积(mL),161是分子链段(C 6H 11O 4N)的摩尔质量,m 为壳聚糖样品质量,W 为样品含水量.根据图3计算3种壳聚糖的DD 值分别为(88.0±1.1)%,(92.2±0.9)%,(96.1±0.8)%,根据1H NMR 得到的DD 则分别为87.0%,91.0%和95.1%,基本吻合.4　结论本文所设计的光纤折射率传感器用于3种壳聚糖样品脱乙酰度的单突跃和双突跃法测定,所得DD 值与用1H NMR 法所测得的结果相符.结果表明,该光纤折射率传感器测试系统用于壳聚糖的DD 值测定是可行的.与一些传统的滴定方法例如电导滴定法和电位滴定法相比,本实验装置测量核心不需任何电子元件,因此无外界电磁波干扰.这种光纤折射率传感器易于搭建,具有便携㊁实用㊁易操作㊁响应快速和智能化程度高等优点,是测量脱乙酰度值的一种新方法,并可推广应用于壳聚糖酶及果胶酶等生物样品的测定.参　考　文　献[1]　Zhang J.Z.,Li D.D.,Liu G.F.,Wu Q.,Wang J.C.,Chem.J.Chinese Universities ,2012,33(2),219 224(张静哲,李冬冬,刘桂峰,吴琼,王金成.高等学校化学学报,2012,33(2),219 224)[2]　Ji J.G.,Zhang J.F.,Hao S.L.,Wu D.J.,Liu L.,Xu Y.,Chem.Res.Chinese Universities ,2012,28(1),166 170[3]　Mima S.,Masaru M.,Iwamoto R.,Yoshikawa S.,J.Appl.Polym.Sci.,1983,28,1909 1917[4]　Guibal E.,Purif.Technol.,2004,38,43 74[5]　Miyoshi H.,Shimahara K.,Watanabe K.,Onodera K.,Biosci.Biotech.Bioch.,1992,56,1901 1905[6]　Balazs N.,Sipos P.,Carbohyd ,2007,Res 342,124 130[7]　Jiang X.,Chen L.,Zhong W.,Carbohyd.Polym.,2003,54,457 463[8]　Santos M.D.Z.,Caroni A.L.P.F.,Pereira M.R.,Silva D.R.D.,Fonseca J.L.C.,Carbohyd ,2009,Res 344,2591 2595774　No.2　何炜欣等:光纤折射率传感用于壳聚糖脱乙酰度测定874高等学校化学学报 Vol.34　[9]　Zhang G.S.,Xue H.H.,Tang X.J.,Peng F.,Kang C.L.,Chem.Res.Chinese Universities,2011,27(6),1035 1040[10]　Kasaai M.R.,Carbohyd.Polym.,2008,71,497 508[11]　Duarte M.L.,Ferreira M.C.,Marvao M.R.,Rocha J.,Int.J.Biol.Macromol.,2002,31,1 8[12]　Wu T.,Zivanovic S.,Carbohyd.Polym.,2008,73,248 254[13]　Tan S.C.,Khor E.,Tan T.K.,Wong S.M.,Talanta,1998,45,713 719[14]　Terayama H.J.,Polym.Sci.,1952,8,243 253[15]　Hiral A.,Odani H.,Nakajima A.,Polym.Bull,1991,26,87 94[16]　Ding S.,Tang M.J.,Zhou C.R.,Min X.,Tian J.H.,Li L.H.,Chem.J.Chinese Universities,2012,33(5),1110 1115(丁珊,唐敏健,周长忍,闵翔,田金环,李立华.高等学校化学学报,2012,33(5),1110 1115)[17]　Domard A.,Int.J.Biol.Macromol.,1987,9,333 336[18]　Aiba S.,Int.J.Biol.Macromol.,1986,8,173 176[19]　Riccardo A.A.,Muzzarelli R.R.,Carbohyd.Polym.,1985,5,461 472[20]　Zheng L.,Jiang F.H.,Ma G.R.,Zhuang Q.F.,Li F.,Chem.Res.Chinese Universities,2011,27(5),875 879[21]　Wu L.L.,Li X.R.,Li H.,Yuan X.Y.,Chem.Res.Chinese Universities,2011,27(4),708 711Determination of the Deacetylation Degree of Chitosans byFiber⁃optic Refractive Index Sensing TechniqueHE Wei⁃Xin,TAN Chun⁃Hua,HUANG Xu⁃Guang*(Guangdong Province Key Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Device,South China Normal University,Guangzhou510006,China)Abstract　We described a novel determination method of the deacetylation degree(DD)of chitosans by fiber⁃optic refractive index sensing technique.The variation of the refractive index of the chitosan solution was moni⁃tored using a fiber sensor based on a two⁃channel Fresnel reflection technique.According to the volume of the alkali between the equivalent points,the deacetylation degree of chitosans can be calculated.With our method,DD values of three chitosan samples were determined and agreed with the results from1H NMR spec⁃troscopy,which proves that it is accurate and reliable for the determination of the DD of chitosans in industrial application.This method is simple,cheap to construct,with good accuracy and reproducibility. Keywords　Chitosan;Deacetylation degree;Fiber sensor;Refractive index;Acid⁃base titration(Ed.:W,Z)。

壳聚糖与MA、MMA接枝共聚研究

壳聚糖与ＭＡ、ＭＭＡ接枝共聚研究摘要：以硝酸铈铵(CAN)为引发剂，使壳聚糖与丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)二种乙烯类混合单体接枝共聚，用红外和综合热重法对其结构和热性能进行了分析。

研究了反应温度、反应时间、引发剂含量以及壳聚糖和单体的用量对接枝率的影响，确定了合成高接枝率产物的优化工艺条件。

结果表明，接枝率随上述实验条件的增加均呈现先增加后减小的趋势。

当反应温度为80度，反应时间为120min，壳聚糖、硝酸铈以及单体(VMA:VMMA=2：3)的用量分别为0.80g、0.08g和5mL时，接枝率最高。

关键词：壳聚糖；丙烯酸甲酯；甲基丙烯酸甲酯；引发剂；接枝共聚壳聚糖又名脱乙酰几丁质，甲壳质或粘性甲壳素，是甲壳素经浓碱处理而得。

由于其分子链上含有氨基和羟基活性基团，可与多种物质发生酰化、羧基化和接枝交联等化学反应而被改性。

改性后的壳聚糖具有新的特性，可用于膜材料、协同树脂、纺织品、生物材料以及实用材料等生产中，具有重要的应用价值，受到了国内外学者的关注。

目前，在壳聚糖上接枝共聚还没有被广泛的探究，但有文献报道，壳聚糖的接枝共聚物可能在水处理、金属阳离子吸附剂、化妆品、医药、农业、食品加工等方面有新的应用。

本文以氮气为保护气、硝酸铈铵为引发剂，用丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯的混合单体与壳聚糖发生接枝共聚(共聚机理如下)，合成出一种新型的壳聚糖接枝共聚物。

用红外光谱表征了接枝共聚物(CMM)的结构，用综合热重法分析了CMM的热稳定性。

研究了反应温度、反应时间、引发剂用量以及壳聚糖和单体用量对接枝率的影响，确定了最佳接枝共聚条件，具有一定的现实指导意义。

1 实验部分1．1仪器和试剂Avatar360型傅里叶变换红外光谱仪(美国Nicolet公司)；Q600型综合热重分析仪(美国TA公司)。

壳聚糖，脱乙酰度>96.5％；丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯为化学纯，使用前经减压蒸馏；硝酸铈铵、丙酮、乙酸(36％)和硝酸均为分析纯。

壳聚糖-羧甲基纤维素微球用作蛋白质载体

壳聚糖一羧甲基纤维素徽球用作蛋白质载体张俐娜‟金勇刘海清杜予民(武汉大学化学与环境科学学院武汉430072)擅要：本文用一种新的乳液-相分离法制各壳聚糖和羧甲基纤维素共混的复合微球．研究了不同合成条件对成球及微球表面形貌的影响。

通过红外光谱、读数显微镜和扫描电镜表征了其结构。

用微球包埋牛血清清蛋白的体外溶出实验结果证明，该微球具有较好的蛋白质结合能力，并且在模拟胃液条件下几乎无释放，而在模拟肠液条件下有很好的缓释性能．是一种有前途的适合于口服蛋自质的药物输送载体。

O前言通过一种或多种高分子在溶液中形成微球或微胶囊并用作包合、传递、靶向载体是近二十年迅速发展起来的一项新技术。

反应主体或药物通过包合、吸附等方式达到控制释放或定向释放，因此可用于食品、医药、农药、香水化妆品及环保等各个领域【lj。

壳聚糖(C S)贮量丰富且是自然界少见的碱性天然氨基多耱，由蟹、虾壳中的甲壳素经脱乙酰基反应而得【2】。

作为一种聚阳离子多糖，CS因其良好的粘合性DJ、生物降解性、生物相容性和无毒性【4…5J被广泛应用于药物控制释放系统中16“。

高分子复合物一般由两种不同的高分子通过氢键、库仑力、电子给受体相互作用、范德华力、疏水键等次价键聚集而成【l o】。

C S含有大量的羟基、胺基，可以与羧甲基纤维素(C MC)等其他天然高分子形成高分子复合物。

天然高分子复合物具有不溶于水、优良的质量传递性能、对水和氧等低分子有可透过性等特点，而且无毒，具有良好的生物相容性，适合用于蛋白质的释放载体㈨121。

目前蛋白质在治疗给药方面主要通过注射。

但是重复剂量会导致药物在血液中的浓度不稳定，同时频繁的注射也会给患者带来不便。

口服给药是解决这一问题的最简便办法．但是胃液的酸性往往使蛋白质很快变性和降解．而用高分子微球或微胶囊包合蛋白质则可延缓释放。

当C S和阴离子接触时会发生胶凝作用，使C S珠粒易于在较温和的条件下形成ll^”J．这种珠粒具有依赖于pH值的溶胀行为，因而能在胃肠液环境中适当的传递药物．但是由于粒径较大限制了其应用。

壳寡糖制备方法综述

壳寡糖制备方法研究进展邓培昌*胡杰珍侯庆华黄来珍(广东海洋大学海洋与气象学院, 湛江524088)摘要：水产品加工行业副产的大量虾蟹壳不能得到充分高值利用，造成资源浪费、环境污染。

壳寡糖作为虾蟹壳的高值衍生物，具有高的生理活性，广阔的应用空间。

壳聚糖降解是由虾蟹壳制备壳寡糖的关键环节。

开发环保的、经济的、易于工业化的壳聚糖降解技术是突破壳寡糖制备瓶颈的主要方向。

壳聚糖降解的基础研究是开发壳寡糖新生产方法的根本。

关键词：壳聚糖,壳寡糖,电化学,降解Research Progress on Preparation of Chitooligosaccharides Deng Peichang*Hu Jiezhen Hou qinghua Huang laizhen ( College of Ocean and Meteorology, Ocean University of Guangdong, Zhanjiang 524088)Abstract The shrimp and crab shell, which is byproduct in Aquatic Products Processing Industry, is too plentiful to take full advantage. Abandoning the shrimp and crab shell is wasting of resources and environment pollution. Chitooligosaccharides (COSs), which are the high value-added derivatives of shrimp and crab shell, are of great interest since they are thought to have several interesting bioactivities and applications. The depolymerization of high molecular weight chitosans is critical process to get COSs. The development of chitosans degradation technology, which is environmentally-friendly, economical and suitable for industrialization, is a breakthrough of the bottleneck of COSs production.Key words Chitosan, Chitooligosaccharides, Electrochemistry, Degradation壳寡糖也叫壳聚寡糖，也称几丁寡糖，学名β-1, 4-寡糖-葡萄糖胺，是壳聚糖降解而得的高端衍生物，是含有氨基的低聚糖。

壳聚糖布料脱乙酰度检测方法

1.仪器设备及试剂1.1仪器设备：碱式滴定管50ml 、容量瓶1000ml、锥形瓶250ml、吸量管10ml、50ml、干燥箱、称量瓶、聚乙烯塑料瓶、电子天平、电炉、电磁搅拌器。

1.2试剂：氢氧化钠（分析纯）、盐酸（分析纯）、邻苯二甲酸氢钾（基准试剂）、酚酞指示液、无水碳酸钠（基准试剂）、甲基红-溴甲酚绿混合指示剂、甲基橙-苯胺蓝指示液。

2.氢氧化钠滴定液和盐酸滴定液配置及标定2.1 0.1mol/L氢氧化钠滴定液的配置及标定《配置》氢氧化钠饱和溶液的配置：称取120g强氧化钠，加100mL水，振摇使之溶解成饱和溶液，冷却后，静置数日，澄清后备用。

（很难澄清，一般有浑浊，配置方法摘自GB/ 5009.1-2..3中B.4）氢氧化钠滴定液（0.1mol/L）:取澄清的氢氧化钠饱和溶液 5.6ml(一般要多加0.5-0.6ml)，加新煮沸的冷水使成1000ml，摇匀。

《标定》：取在105℃干燥至恒重（干燥至恒重时，第一次时间要长，按照4-2h 模式进行干燥，干燥完成取出后放置干燥器中冷却）的邻苯二甲酸氢钾约0.6g （每次三个样品，取3-4g），精密称定，加新煮沸的冷水50ML，振摇，使其溶解；加酚酞指示液（按2015版中国药典方法配置）2滴，用氢氧化钠滴定液滴定；再接近终点时，应使邻苯二甲酸氢钾完全溶解，滴定至溶液显粉红色，并保持30s不褪色。

每1ml氢氧化钠滴定液（0.1mol/L）相当于20.42mg的邻苯二甲酸氢钾。

根据本液的消耗量与邻苯二甲酸氢钾的取用量，算出本液的浓度，即得，平行标定三次。

2.2计算公式m:邻苯二甲酸氢钾重量（g）； C理论：氢氧化钠滴定液理论浓度值，为0.1mol/L T:滴定度，为20.42mg； V:消耗氢氧化钠滴定液体积，单位为（ml）CNaOH:氢氧化钠滴定液实际浓度值（mol/L）3. 0.1mol/L盐酸滴定液实际浓度值（mol/L）《配置》：取浓盐酸9.0mL，加水适量使成1000ml，摇匀。

壳聚糖的制备方法及其应用领域研究

壳聚糖的制备方法及其应用领域研究壳聚糖（Chitosan）是一种天然的多糖化合物，主要由脱乙酰基的壳多糖（Chitin）经酸碱处理得到。

壳聚糖具有多种优异的特性，如生物可降解性、生物相容性、抗菌性和凝胶形成性等，因此在许多领域中得到广泛的研究和应用。

壳聚糖的制备方法有多种，主要分为物理方法、化学方法和生物法。

其中，物理方法包括机械剥离法和微波辐射法；化学方法包括碱法、酸法和酶法；生物法则是利用微生物酶解壳多糖，如利用真菌和细菌等生物进行脱乙酰基反应。

物理方法中的机械剥离法是通过机械力将甲壳素层与贝壳分离，然后经过碎粉、分级和活性炭吸附等处理得到壳聚糖。

而微波辐射法是利用微波加热使壳多糖溶解，再经过沉淀和干燥等步骤得到壳聚糖。

这两种方法制备的壳聚糖具有较高的产率和较好的活性。

化学方法中的碱法是将壳多糖与氢氧化钠等碱性物质反应，在高温条件下使壳多糖脱乙酰基，生成壳聚糖。

酸法则是将壳多糖与盐酸等酸性物质反应，通过酸解使壳多糖发生脱乙酰基反应。

酶法则是利用壳多糖酶酶解壳多糖，生成壳聚糖。

这些方法制备的壳聚糖可以根据不同的需求进行一系列化学修饰，增加其功能性或改善其性质。

壳聚糖具有广泛的应用领域。

首先，壳聚糖在医药领域中被广泛应用于药物缓释系统、组织工程、伤口愈合等方面。

它可以用作药物的控释剂，延长药物的作用时间，减轻药物的毒副作用，提高药物的生物利用度。

同时，壳聚糖可以修饰成纳米粒子或薄膜的形式，用于研发组织工程材料，促进组织修复和再生。

此外，壳聚糖还具有抗菌性能，可以用于伤口敷料，预防细菌感染，促进伤口愈合。

其次，壳聚糖在食品工业中具有广泛的应用前景。

壳聚糖可以形成凝胶，增强食品的黏稠度和质感，用于制备果冻、冰淇淋等食品。

由于壳聚糖呈阳离子性，具有吸附能力，可以用于水质净化和食品添加剂等方面。

壳聚糖还可以作为食品包装材料的涂层，延长食品的保鲜期。

此外，壳聚糖在环境保护领域也具有重要意义。

壳聚糖可以用于废水处理，吸附重金属离子和有机物，净化废水并达到环境标准。

壳聚糖与羧甲基壳聚糖参数测定方法2

壳聚糖参数‎测定方法一、脱乙酰度1.酸碱滴定法‎（1）水分含量测‎定称取1~2g 壳聚糖‎样品，在60℃下烘干至恒‎重，计算失重，即得水分含‎量。

100%0121⨯--=W W W W ）水分（式中，W1为10‎5℃下烘干前样‎品及称样皿‎质量（g ）；W2为10‎5℃烘干后样品‎及称样皿质‎量（g ）；W0为已恒‎重的称样皿‎质量（g ）。

（2）脱乙酰度的‎测定。

称取0.3g 壳聚糖样品‎，每种样品3‎个重复，放入2 5 0mL 锥形‎瓶中，加入0.1mol/L HCl 标准‎溶液30m ‎L ，搅拌至完全‎溶解，加入 5～6滴甲基橙‎一苯胺蓝指‎示剂，用0.1mol/L NaOH 标‎准溶液滴定‎溶液变成浅‎黄绿色。

记下NaO ‎H 的用量，根据HCl ‎和NaOH ‎的量，即可算出样‎品的脱乙酰‎度。

式中，C1为盐酸‎标准溶液浓‎度 (mol/L) ；C2为氢氧‎化钠标准溶‎液的浓度(mol/L)；V1为加入‎的盐酸标准‎溶液的体积‎( mL)；V2为滴定‎耗用的氢氧‎化钠标准溶‎液的体积( mL)；G 为样品质‎量( g )；W 为样品的‎水分(%)；0.016为与‎1mL 1mol/L 盐酸溶液‎相当的氨基‎量( g ) 。

2.电位滴定法‎准确称取0‎.2 g 干燥的壳‎聚糖，加入25 mL 的0.1 mol/L 的标准H ‎Cl 溶液，于磁力搅拌‎器上搅拌至‎溶解完全。

用0.1 mol/L 标准氢氧‎化钠溶滴定‎，并用pH 计‎记录相应的‎p H 。

以pH 为纵‎坐标，V(NaOH)为横坐标作‎图，直线外推至‎与横坐标相‎交处为等当‎点时所用 NaOH 溶液的体积‎。

计算方法同‎上。

3.线性电位滴‎定法准确称取0‎.25g 干燥‎至恒重的壳‎聚糖于10‎0mL 烧杯‎中，加入蒸馏水‎10mL 及‎0.1mol/L 标准HC ‎l 溶液20‎mL ，室温下磁力‎搅拌0.5h 溶解。

_纳米银_羧甲基壳聚糖_生物敷料的研制_表征及抑菌试验研究

示持久的影响，而高浓度 CMC 对皮肤成纤维细胞具有较快增殖作用。
银具有优良的抗菌性能，具有广谱杀菌及不易耐药的特点，局部外用银制剂可控制创面感染。文献表明[8]羧甲基壳聚糖银(CMC-Ag)兼有促进伤口愈合及抗菌两种特性。纳米银的抗菌能力大大高于离子态银，因此我们以纳米银与羧甲基壳聚糖构筑的“纳米银/羧甲基壳聚糖” 生物敷料具有相当好的水溶性，拓宽生物应用的范围，并用标准菌株对该生物敷料做了抑抗菌试验。
王征等[1]制备的不同分子量的 CMC 在体外细胞培养中能够促进成纤维细胞和表皮形成细胞的生长。陈西广等[4]制备的 CMC 能明显地促进正常皮肤组织中成纤维细胞的增殖, 而抑制瘢痕疙瘩中皮肤成纤维细胞的增殖。不同浓度的 CMC 对成纤维细胞作用有差异，低浓度 CMC 对成纤维细胞增殖显
0.1mmol/L），0.5mg/ml（其中含纳米银 0.1mmol/L）；2.5mg/ml“纳米银/羧甲基壳聚糖 ”（含银 0.25mmol/L）在 M-H 培
养基上对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌的抑菌环分别为 17mm，11mm，11mm。结论：合成的 “纳
LUO Yonghua, ZHAO Li, SUN Zhuhua（The Fourth People’s Hospital of Nantong, Jiangsu 226005）
Abstract Objective:To synthesize a kind of nano-biological dressing of nano-silver/ carboxymethyl chitosan and to investigate its anti(ant)-bacterial activity with standard strain. Methods: Carboxymethyl chitosan(CMC) was changed from chitosan (CTS) by the method of chloroacetic acid and analyzed its structure by infra-red absorption spectroscopy. The water-soluble nano-silver/CMC was achieved by combining nano-silver with CMC. The antibacterial activity of this novel dressing to standard strain was also studied. Results: The infra-red spectragram of CMC showed the CTS had been modified by chloroacetic acid. The MIC of the nano-silver/CMC to S.aureus,P.eruginusa and E. coli are 0.25mg/ml（the concentration of nano-silver at 0.05mmol/L），0.5mg/ml（the concentration of nanosilver at 0.1mmol/L），0.5mg/ml （the concentration of nano-silver at 0.1mmol/L）respectively. The inhibition zone diameters are 17 mm, 11mm and 11mm in the M-H medium with nano-silver/CMC. Conclusion: Combining nano-silver with CMC, the water-soluble nanosilver/CMC dressing was achieved. This kind of biodressing possessed powerful broad- spectrum antibacterial property.

红外光谱法测定壳聚糖含量

红外光谱法测定壳聚糖含量唐秉华【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2013(024)002【摘要】A Fourier transform infrared spectrometric (FT-IR) method was established to determine the content of chitosan while the area ratio of the absorption peaks of methenyl group in pyranose ring (1 389 and 2 865 cm-1) was cited as the quantitative reference.The adaptability and usability of as-established method was validated.Results indicate that as-established FT-IR method can be well adopted to determine the content of chitosan in pharmaceutical formulations.%采用吡喃环上的次甲基的吸收峰(1 389和2 865 cm-1)面积比作为定量参照,建立了一种检测壳聚糖含量的傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析方法,并验证了其适用性.结果表明,所建立的FT-IR分析方法可用于定量测定药物剂型中的壳聚糖含量.【总页数】3页(P115-117)【作者】唐秉华【作者单位】湛江健力源医疗用品有限公司,广东湛江524000【正文语种】中文【中图分类】TQ463【相关文献】1.用红外光谱法测定壳聚糖的脱N—乙酰基度的探讨 [J], 孙琳;江渊2.电化学法测定壳聚糖粗制品中壳聚糖含量 [J], 彭贞;丁文兵;陆光汉3.红外光谱法测定壳聚糖脱乙酰度 [J], 孔祥平4.惰气熔融-红外光谱法测定7LiF中的氧含量 [J], 宗国强;王荣荣;崔振华;陆人杰;安华英;张婷;肖吉昌5.红外光谱法测定保健食品中壳聚糖含量 [J], 罗建波;黄伟雄因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

壳聚糖和壳寡糖的制备及应用

壳聚糖和壳寡糖的制备及应用常海洋1，2赵安琪1王婧1圣志存1*（1江苏农牧科技职业学院，江苏泰州225300；2泰州学院，江苏泰州225300）摘要壳聚糖和壳寡糖因其生物相容性、降解性、无毒和多种生物活性等特性，在食品、化妆品、复合材料、废水处理和生物医药等众多领域广泛应用。

本文介绍了壳聚糖和壳寡糖的研究历史、制备原料，分析了壳聚糖的制备工艺（包括脱蛋白工艺、脱盐工艺、脱色工艺、脱乙酰工艺）和应用领域以及壳寡糖的制备方法（包括化学降解法、物理降解法、酶降解法）和应用领域，以期为壳聚糖和壳寡糖及其衍生产品的研究利用提供一定的参考。

关键词壳聚糖；壳寡糖；研究历史；制备工艺；制备方法；应用中图分类号O636.1文献标识码A文章编号1007-5739（2024）05-0161-04DOI ：10.3969/j.issn.1007-5739.2024.05.039开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：Preparation and Application of Chitosan and OligochitosanCHANG Haiyang 1,2ZHAO Anqi 1WANG Jing 1SHENG Zhicun 1*(1Jiangsu Agri-animal Husbandry Vocational College,Taizhou Jiangsu 225300;2Taizhou University,Taizhou Jiangsu 225300)Abstract Chitosan and oligochitosan are widely used in many fields such as food,cosmetics,composite materials,wastewater treatment and biomedicine due to their biocompatibility,biodegradability,non toxicity and various biological activities.This paper introduced the research history and raw materials of chitosan and oligochitosan,analyzed the pre-paration process (including deproteinization process,desalination process,decolorization process,deacetylation process)and application fields of chitosan,as well as the preparation methods (chemical degradation method,physical degrada-tion method,enzyme degradation method)and application fields of oligochitosan,in order to provide references for theresearch and utilization of chitosan and oligochitosan and their derivative products.Keywordschitosan;oligochitosan;research history;preparation process;preparation method;application壳聚糖是由N-乙酰-D-葡萄糖胺和D-葡萄糖胺组成的直链多糖，通常由甲壳素脱乙酰制得；壳寡糖，又称低聚壳聚糖（通常<7000Da ），是壳聚糖降解成带有氨基的小分子寡糖[1]。

壳聚糖脱乙酰度测定方法研究新进展

壳聚糖脱乙酰度测定方法研究新进展马其坤【摘要】主要介绍近年来壳聚糖脱乙酰度测定方法研究新进展，概述了双突跃电位滴定法———加酶预处理、光纤折射传感法、拉曼光谱法、库仑滴定法等测定原理与特点，并作出比较，为相关科学研究和工业生产测定方法的选择提供理论参考。

%The new progress of determination of the degree of deacetylation of chitosan was summarized in recent years .The principle and characteristic of two-abrupt-change potentiometric titration with enzyme pretreatment ,Fiber-optic refractive index sensing technique , Raman spectrum , Coulometric titration and other new methods were described and compared .It could provided a theoretical reference for correspond-ing of scientific research and industrial product selected analytical method .【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2016(045)009【总页数】4页(P1756-1759)【关键词】壳聚糖;脱乙酰度;测定方法【作者】马其坤【作者单位】唐山工业职业技术学院建筑化工系，河北唐山 063020【正文语种】中文【中图分类】TQ314.1甲壳素作为自然界第二丰富存在的天然多糖，仅次于纤维素，广泛存在于植物、动物和真菌等中[1]。

壳聚糖是甲壳素与浓碱反应脱去乙酰基的产物。

壳聚糖的实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 学习壳聚糖的提取方法。

2. 探究壳聚糖的性质及其应用。

3. 了解壳聚糖在食品、医药等领域的应用前景。

二、实验原理壳聚糖是一种天然的高分子多糖，由甲壳素经过脱乙酰化反应得到。

壳聚糖具有良好的生物相容性、生物降解性、抗菌性、成膜性等特性，广泛应用于食品、医药、环保等领域。

三、实验材料与仪器1. 材料：虾壳、稀盐酸、氢氧化钠、无水乙醇、氯仿、硫酸铜、硫酸锌、硫酸钠等。

2. 仪器：电子天平、恒温加热器、电热鼓风干燥箱、研钵、烧杯、滴定管、移液管、容量瓶、锥形瓶、玻璃棒等。

四、实验步骤1. 壳聚糖的提取（1）将虾壳洗净，晾干，剪碎。

（2）将虾壳放入烧杯中，加入适量的稀盐酸，加热煮沸，搅拌，使虾壳中的甲壳素溶解。

（3）过滤，取滤液，用氢氧化钠调节pH值至7-8。

（4）将调节pH值后的溶液加热煮沸，使壳聚糖析出。

（5）过滤，取滤饼，用无水乙醇洗涤，去除杂质。

（6）将洗涤后的滤饼放入电热鼓风干燥箱中，干燥至恒重。

2. 壳聚糖的性质研究（1）溶解性：将干燥后的壳聚糖加入适量的氯仿中，观察壳聚糖在氯仿中的溶解情况。

（2）成膜性：将壳聚糖溶液滴在玻璃板上，待溶液蒸发后，观察壳聚糖薄膜的形成情况。

（3）抗菌性：将壳聚糖溶液滴在含有细菌的培养基上，观察细菌的生长情况。

（4）生物降解性：将壳聚糖溶液滴在土壤中，观察壳聚糖在土壤中的降解情况。

五、实验结果与分析1. 壳聚糖的提取经过实验，成功提取出壳聚糖，干燥后的壳聚糖呈白色粉末状。

2. 壳聚糖的性质研究（1）溶解性：壳聚糖在氯仿中溶解度较低，说明其具有一定的溶解性。

（2）成膜性：壳聚糖溶液在玻璃板上形成薄膜，说明其具有良好的成膜性。

（3）抗菌性：壳聚糖溶液对细菌具有一定的抑制作用，说明其具有良好的抗菌性。

（4）生物降解性：壳聚糖在土壤中逐渐降解，说明其具有良好的生物降解性。

六、结论1. 成功提取出壳聚糖，干燥后的壳聚糖呈白色粉末状。

2. 壳聚糖具有良好的溶解性、成膜性、抗菌性和生物降解性。

壳聚糖的改性及作为生物材料的应用研究

第24卷　第2期V ol 124　N o 12材　料　科　学　与　工　程　学　报Journal of Materials Science &Engineering总第100期Apr.2006文章编号:167322812(2006)022*******壳聚糖的改性及作为生物材料的应用研究李东旭,耿燕丽(南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京　210009) 【摘　要】　本文介绍了近年来国内外对壳聚糖改性的多种方法,以及接枝共聚;并简单介绍了壳聚糖作为生物材料的应用研究概况。

【关键词】　壳聚糖;改性;接枝共聚;生物材料中图分类号:T Q314.1 文献标识码:AModification of Chitosan and its Application Study for Biom aterialsLI Dong 2xu ,GENG Yan 2li(Materials Science and E ngineering college of N anjing U niversity of T echnology ,N anjing 210009,China)【Abstract 】　In this article ,several methods about m odification of chitosan both here and abroad were introduced as well as graftcopolymerization.Otherwise ,application study of chitosan for biomaterial was als o introduced briefly.【K ey w ords 】　chitosan ;m odification ;graft copolymerization ;biomaterial收稿日期:2005204218;修订日期:2005206221基金项目:江苏省研究生创新基金资助项目:国家“973”资助项目(2001C B610703)作者简介:李东旭,男,教授,E 2mail :d ongxuli @.1　概　述壳聚糖(chitosan )为甲壳素N 2脱乙酰基所得的产物,在天然高分子中的含量仅次于纤维素。

红外光谱法测定壳聚糖脱乙酰度

红外光谱法测定壳聚糖脱乙酰度孔祥平【摘要】The accuracy of FTIR spectrometry based on different absorbance ratios of A1655/A3450 and A1320/A1420 were investigated for the determination of degree of deacetylation in chitosan, respectively. Results showed that although the precision of FTIR method was lower than alkalimetry, test results of FTIR method of A1655/A3450 were consistent with those of alkalimetry, lower than those of A1320/A1420. The result of A1320/A1420 method agreed well with the value provided by the manufacturer, and it could not be affected by the existence of little water, residual acid or residual alkali in sample. Considering the relatively higher precision of FTIR spectrometry based on A1655/A3450 and A1320//A1420 simultaneous employment of the two absorbance ratios may provide more accurate results.%以碱量法为对比方法,考察了基于A1655/A3450和A1320/A1420的2种红外光谱计算壳聚糖脱乙酰度方法的准确性.结果表明,红外光谱法虽精密度低于碱量法,但基于A1655/A3450的红外测试结果与碱量法基本相吻合；基于A1320/A1420的红外光谱计算结果略高于碱量法,与商家标注值相吻合,且不受样品含少量水、残酸或残碱的影响.红外光谱法是一种较为理想的壳聚糖脱乙酰度测定方法,同时采用A1655/A3450和A1320/A1420计算更利于得到准确的测定结果.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2012(041)008【总页数】4页(P1458-1461)【关键词】壳聚糖;脱乙酰度;红外光谱法;碱量法【作者】孔祥平【作者单位】青岛农业大学化学与药学院,山东青岛266109【正文语种】中文【中图分类】TQ281;O655.22;O657.33壳聚糖的性质很大程度上取决于脱乙酰度(DD)，DD是壳聚糖最基本的结构参数之一，壳聚糖的生产、研究或应用都少不了DD的测定。

以[Gly]Cl离子液体为溶剂制备壳聚糖纤维

以[Gly]Cl离子液体为溶剂制备壳聚糖纤维徐德增;门秀龙;唐玲俊;赵婷;郭静【摘要】以甘氨酸和36％盐酸为原料合成出甘氨酸盐酸盐离子液体,并采用间歇碱处理方式对壳聚糖原料进行处理,制备出高脱乙酰度壳聚糖.将高脱乙酰度壳聚糖溶解于离子液体的水溶液中制备出合适黏度的纺丝液,经湿法纺丝将其纺制成纤维,再对纤维进行一定程度的表面交联,可得到较好力学性能的壳聚糖纤维.结果表明,壳聚糖的质量分数(相对于3％离子液体水溶液)为6.5％,溶解温度40℃,溶解时间6h,凝固浴中无水乙醇与5％ Na2 SO4水溶液的体积比为50:50时,在此条件下制得的纤维的断裂强度为0.307 CN/dtex,断裂伸长率为35.93％,经交联处理后纤维的断裂强度达1.977 CN/dtex.%Ionic liquid [Gly]Cl was synthesized using glycine and 36% hydrochloric acid and high deacetylated degree of chitosan was prepared by interval alkali treatment. High deacetylated degree chitosan was dissolved in [Gly]Cl and spun to fiber via wet spinning process and the obtained fiber was surface crosslinked to produce a chitosan fiber. The breaking strength of fiber is 0. 307 CN/dtex and elongation is 35. 93% when the fiberring condition as followed: 6. 5% chitosan by mass fraction based on 3% ionic liquid [Gly]Cl, dissolution temperature 40℃ dissolution time 6 h, volume ratio in coagulating bath of anhydrous alcohol and 5 % sodium sulfate aqueous solution 50:50. The breaking strength of fiber was increased to 1. 977 CN/dtex after surface crosslinking.【期刊名称】《大连工业大学学报》【年(卷),期】2011(030)004【总页数】4页(P256-259)【关键词】壳聚糖;离子液体;湿法纺丝;壳聚糖纤维;纤维性能【作者】徐德增;门秀龙;唐玲俊;赵婷;郭静【作者单位】大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034【正文语种】中文【中图分类】TS102;TQ342.80 引言壳聚糖是甲壳素脱去乙酰基后的衍生物,是自然界中除纤维素之外第二大丰富的多糖。

光纤折射率传感用于壳聚糖脱乙酰度测定

光纤折射率传感用于壳聚糖脱乙酰度测定何炜欣;谭春华;黄旭光【摘要】建立了一种基于光纤折射率传感技术的壳聚糖脱乙酰度测定方法.利用光纤折射率传感器监测酸碱滴定过程中溶液折射率的变化,根据折射率变化转折点之间碱的用量来计算壳聚糖的脱乙酰度.该方法测得的3种不同含量实际样品的脱乙酰度与氢核磁共振波谱(1H NMR)方法测定结果相符,验证了方法的可靠性.该方法具有用量少、结构简单、准确、重复性好和转折点明显等优点,可应用于工业生产中壳聚糖脱乙酰度的测定.%We described a novel determination method of the deacetylation degree (DD) of chitosans by fiberoptic refractive index sensing technique. The variation of the refractive index of the chitosan solution was monitored using a fiber sensor based on a two-channel Fresnel reflection technique. According to the volume of the alkali between the equivalent points, the deacetylation degree of chitosans can be calculated. With our method, DD values of three chitosan samples were determined and agreed with the results from 1H NMR spec-troscopy, which proves that it is accurate and reliable for the determination of the DD of chitosans in industrial application. This method is simple, cheap to construct, with good accuracy and reproducibility.【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2013(034)002【总页数】5页(P474-478)【关键词】壳聚糖;脱乙酰度;光纤传感;折射率;酸碱滴定【作者】何炜欣;谭春华;黄旭光【作者单位】华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室,广州510006;华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室,广州510006;华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室,广州510006【正文语种】中文【中图分类】O631;O621.2壳聚糖是一种生物聚合物，具有细胞亲和性、组织相容性和生物可降解性，因而在医学和药理学方面得到广泛应用［1，2］．壳聚糖的脱乙酰度(Deacetylation degree，DD)是指壳聚糖分子中脱去乙酰基的糖残基数占壳聚糖分子中总糖残基数的百分比［3，4］．脱乙酰度的高低直接关系到壳聚糖在稀酸中的溶解能力、黏度和离子交换能力［5］，是一项非常重要的指标．测量壳聚糖的脱乙酰度的方法很多，主要有碱量滴定法(酸碱滴定法［6］、电位滴定法［7］和电导滴定法［8，9］)、红外光谱法 (IR)［10，11］、紫外-可见光谱法［12，13］、胶体滴定法［14］、氢核磁共振波谱(1H NMR)［15，16］、圆二色谱法［17］、凝胶渗透色谱法［18］和一阶导数光谱法［19］等．上述方法都有或多或少的不足，如步骤繁琐、费时费力、测量设备昂贵．其中IR法、1H NMR法和电位滴定法是最常用的脱乙酰度测定方法．IR法测量快速且样品用量少，适于测量DD对无机或有机杂质不敏感的样品，但对样品的要求很高，微量水分即可显著影响结果的准确度．1H NMR法是相对精确的测量方法，但仪器昂贵且操作步骤复杂，限制了其在多样品测量方面的应用［20，21］．电位滴定法的优点是不需要昂贵的仪器且操作简单，现已成为工业和实验室测定DD 的常用方法，但其缺点是双突跃法中第二个突跃点易受溶液中絮凝物的影响．因此，建立一种低成本、快速且准确的壳聚糖脱乙酰度通用测量方法无疑具有重要意义．光纤传感技术具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、光路可挠性好、分布式传感和可靠性高等独特的优点，广泛应用于温度、压力、湿度、溶液浓度及折射率等各种物理量的测量．通过光纤传感技术测量物质的折射率可以监测到物质的物理和化学变化，从而实现定性或定量分析．本文在酸碱滴定法的基础上，采用基于光纤菲涅尔反射原理的传感器测量了几种壳聚糖样品的DD值，并将测量数据和1H NMR光谱法的测量结果进行了比较．本法可以将光纤头直接插入待测溶液进行连续测量，且不影响溶液的浓度和化学反应，整套装置便于搭建，操作简单方便．1 传感原理和系统结构壳聚糖溶液的折射率可以用下式表达:Fig．1 Placement of the device其中，n为混合溶液的折射率;j为溶液中的某种组分(溶液中有几种物质就有几种组分);ρMj为组分j在介质中的质量密度，由质量分数wj和溶液密度ρ相乘得到(ρMj=ρwj);DMj是一个与组分j的分子结构及所处环境有关的参数．在滴定过程中，随着溶液组成的变化，DMj和n也相应变化．因此，当滴定到等当量点时，由于溶液中组分的变化使溶液折射率发生突变．因此，滴定的终点可以通过监测溶液折射率来得到．在对壳聚糖溶液进行酸碱滴定的同时，本文采用一套双通道的基于菲涅尔反射原理的光纤传感器探测溶液折射率(图1)．由图1可见，该传感器由激光光源、3个单模光纤耦合器、2个光功率计、2个光纤传感头和1台用于数据处理的计算机组成．光源波长为1550 nm，耦合器1和耦合器2的分光比分别为50∶50，耦合器3的分光比为10∶90，传感头为端面垂直的裸光纤(SMF-28)．传感机制基于光纤端面的回波损耗随分界面上物质折射率不同而变化．光源输出的光束首先被耦合器3分为2路，功率较高的光束1经耦合器1进入待测溶液的传感头1，部分出射光被传感头1与待测溶液的接触面反射回耦合器1，然后被光功率计PD1接收;另一束功率较低的光束2经耦合器2进入空气中的传感头2，部分出射光被传感头2与空气的接触面反射回耦合器2，再被光功率计PD2接收和放大．最后通过RS-232端口将光功率计PD1和PD2的数据用电脑进行处理．由Fresnel定律可得，不同折射率分界面对光有反射作用．当光线垂直入射时，反射光强为Ir=功率计PD1接收光强为功率计PD2接收光强为I2=其中，I0为光源出射光强，nf为单模光纤的有效折射率，nx和nair分别为待测溶液和空气的折射率，k1，k'1，k2，k'2和k3，k'3分别为耦合器1，2，3两输出端口分别与同一输入端口的光强分光比，包含了光纤耦合器的附加损耗，如附加损耗可忽略，则k1+k'1=1，k2+k'2=1，k3+k'3=1．2个光电探头的光强比为即其中K由各耦合器耦合系数决定，可由光纤两探头端同时置于空气中测得．这时nx=nair，通过测量空气的光强比可得到K=Iair1/Iair2，因此通过这种相对测量的方式，不仅省却了对耦合器各分光系数的测量和计算，还消除了各元件的固有衰减和插损等因素引起的误差．由2个光电探头的光强比可按下式计算取空气折射率nair=1.00027，光纤纤芯折射率nf=1.44961．2 实验部分2．1 试剂与仪器壳聚糖，浙江金壳生物化学有限公司，样品的黏度分别为197 mPa·s(样品A)，116 mPa·s(样品B)和162 mPa·s(样品C);盐酸(HCl)，分析纯，上海申翔试剂厂;无水乙醇，分析纯，纯度＞99.7%，天津市大茂化学试剂厂;氢氧化钠(NaOH)，分析纯，纯度＞96.0%，天津市大茂化学试剂厂;去离子水，取自英国ELGA公司Classic DI制水机．OPM-2012A型光功率计，深圳朗光科技有限公司;ASE-1-F-12-FC/PC-B型宽带光源，武汉光讯科技股份有限公司;BT124S型电子天平，上海台之衡工贸有限公司，精度为0.0001 g;85-2型电磁搅拌器，常州澳华仪器有限公司．2．2 实验方法将0.20 g壳聚糖样品溶于20 mL 0.10 mol/L的HCl溶液中，并用30 mL去离子水稀释．配制成浓度为4 mg/mL的壳聚糖溶液．将光纤传感头1置于待测样品溶液中，启动磁力搅拌器，开启蠕动泵，流动注射系统以一定的速率向样品中滴加0.10 mol/L NaOH溶液，同时点击数据采集系统，实时监测一定时间间隔内溶液折射率的变化．实验温度为室温(298 K)，滴定速率为1.2 mL/min，数据采集时间间隔为1 s，实验完毕后用蒸馏水清洗装置并干燥保存．3 结果与讨论3．1 单突跃法滴定将壳聚糖溶于已知浓度和体积的盐酸溶液中并用已知浓度的氢氧化钠溶液滴定．在滴定过程中，溶液的折射率随着滴定的进行而发生变化，由于蠕动泵可以控制恒定的滴定速率，因此滴定液体积的变化可对应于时间的变化，折射率滴定曲线如图2所示．曲线的突跃点即为壳聚糖溶液中过量的盐酸恰好被氢氧化钠完全中和，由此可确定壳聚糖中自由氨基含量．由图2可见，折射率曲线均由两部分组成，第一阶段对应于中和溶液中过量盐酸所需的NaOH的体积，第二阶段对应于过量NaOH溶液中和与氨基结合的盐酸所导致溶液折射率的变化．从图2可以看出，随着NaOH的逐渐滴入，溶液折射率下降;在突跃点之后，折射率下降速率明显变大．随着样品的DD增大，折射率曲线的斜率并没有太大变化，说明这种测量方法对于高DD值和低DD值的壳聚糖均适用．壳聚糖中的自由氨基含量可以由下式计算得到:Fig．2 Refractive index-VTitrationcurves of chitosans with different DD values(one-abrupt change method)a．Sample A;b．sample B;c．sample C．其中，c1和c2分别为HCl和NaOH溶液的浓度(mol/L)，V1是HCl的体积(mL)，V2是出现突跃点前滴定所用的NaOH的体积，0.016是与1 mL 1 mol/L HCl溶液相当的氨基量，G为壳聚糖样品的质量，W为壳聚糖的含水量．壳聚糖样品中的含水量用快速水分测量仪(MX-50，日本A＆D公司)测定．由计算样品A～C的DD值分别为(86.5±0.5)%，(92.2±0.5)%，(95.8±0.6)%．为验证本方法的准确性，用1H NMR法(Bruker AVANCEⅢ400 MHz)测定壳聚糖样品的脱乙酰度值，将壳聚糖溶解在70℃的CD3COOD/D2O溶液中，通过下式计算:其中，ICH3为CH3的吸收峰强度，IH2－H6为H2，H3，H4，H5，H6的总积分强度．3种样品的DD分别为87.0%，91.0%，95.1%．3．2 双突跃法滴定单突跃法无法消除壳聚糖样品中残留酸碱的影响，而双突跃法可有效消除样品中残留酸碱的影响．因此，双突跃较之单突跃法更具优势．本文提出的光纤折射率传感技术同样适用于双突跃滴定法测定壳聚糖的脱乙酰度．实验方法同2．1节，不同点在于滴定时间相应增加．图3为采用双突跃酸碱滴定法得到的折射率滴定曲线．根据滴定曲线中的2个突跃点之间消耗的NaOH量确定自由氨基的百分含量，从而可以有效消除残碱残酸的影响．以滴定溶液量为横坐标，折射率为纵坐标，绘制曲线图(图3)．图3中每条曲线都有2个突跃点，滴定曲线中的线段1，2，3分别代表滴定过程中的三个阶段:1．中和溶液过量的HCl所需的NaOH体积;2．中和与壳聚糖自由氨基结合的HCl所需的NaOH体积;3．整个滴定过程中过量的NaOH体积．Fig．3 Refractive index-VTitrationcurves of chitosans with the samples(two abrupt change)(A)Sample A;(B)sample B;(C)sample C．1．Neutralization of HCl in excess;2．neutralization of the ammonium group;3．excess of base．自由氨基的百分比即脱乙酰度可由下式计算:式中，c为NaOH溶液的浓度(mol/L)，ΔV为在2个突跃点间滴定所用的NaOH 体积(mL)，161是分子链段(C6H11O4N)的摩尔质量，m为壳聚糖样品质量，W为样品含水量．根据图3计算3种壳聚糖的DD值分别为(88.0±1.1)%，(92.2±0.9)%，(96.1±0.8)%，根据1H NMR得到的DD则分别为87.0%，91.0%和95.1%，基本吻合．4 结论本文所设计的光纤折射率传感器用于3种壳聚糖样品脱乙酰度的单突跃和双突跃法测定，所得DD值与用1H NMR法所测得的结果相符．结果表明，该光纤折射率传感器测试系统用于壳聚糖的DD值测定是可行的．与一些传统的滴定方法例如电导滴定法和电位滴定法相比，本实验装置测量核心不需任何电子元件，因此无外界电磁波干扰．这种光纤折射率传感器易于搭建，具有便携、实用、易操作、响应快速和智能化程度高等优点，是测量脱乙酰度值的一种新方法，并可推广应用于壳聚糖酶及果胶酶等生物样品的测定．参考文献【相关文献】［1］ Zhang J．Z．，Li D．D．，Liu G．F．，Wu Q．，Wang J．C．，Chem．J．Chinese Universities，2012，33(2)，219—224(张静哲，李冬冬，刘桂峰，吴琼，王金成．高等学校化学学报，2012，33(2)，219—224)［2］ Ji J．G．，Zhang J．F．，Hao S．L．，Wu D．J．，Liu L．，Xu Y．，Chem．Res．Chinese Universities，2012，28(1)，166—170［3］ Mima S．，Masaru M．，Iwamoto R．，Yoshikawa S．，J．Appl．Polym．Sci．，1983，28，1909—1917［4］ Guibal E．，Purif．Technol．，2004，38，43—74［5］ Miyoshi H．，Shimahara K．，Watanabe K．，Onodera K．，Biosci．Biotech．Bioch．，1992，56，1901—1905［6］ Balazs N．，Sipos P．，Carbohyd，2007，Res 342，124—130［7］ Jiang X．，Chen L．，Zhong W．，Carbohyd．Polym．，2003，54，457—463 ［8］ Santos M．D．Z．，Caroni A．L．P．F．，Pereira 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