溴酚蓝与聚乙烯吡咯烷酮作用研究

刘海萍 ,王兴明 3 ,黎泓波 ,胡亚敏
(西南科技大学 材料科学与工程学院 应用化学研究所 ,四川 绵阳 621010)
摘 要 :采用 UV 2V is光谱法研究了 pH = 3. 55的缓冲溶液中溴酚蓝 (BPB )与聚乙烯吡咯烷酮 ( PVP)的结 合反应 1测得 PVP2BPB缔合物的最大吸收波长为 602 nm ,应用双波长法和平衡透析法 ,与单波长法进行对照 测定研究 ,实验结果基本相符 1研究发现 , PVP2BPB 缔合物的结合比为 nBPB ∶nPVP = 1∶10,表观摩尔吸光系数 ε= 4. 55 ×104 L / (mol·cm ) , PVP与 BPB 作用的条件平衡常数 K = 4. 32 ×103 1PVP与 BPB 分子间在 pH = 3. 55 的酸性缓冲溶液中主要是静电作用和氢键作用 ,认为 PVP在该条件下以近似环形的结构形式存在 1
双波长
λ 1
= 590.
7
nm
和
λ 2
= 612.
0
nm1
图 1 PVP2BPB缔合物的吸光光谱
F ig. 1 Absorption spectra of PVP2BPB a ssoc ia ted com pound( pH = 3. 55) CPVP = 0, 1. 33, 2. 66, 3. 99, 5. 32, 7. 98 ×10 - 4mol/L
2. 3 双波长法
当存在相对过量的 PVP和少量的 BPB时 ,可认为 BPB
完全被 PVP结合生成了缔合物 ,此时的吸收光谱即为缔合
物 PVP2BPB的吸收光谱 1图 3为存在过量的 PVP时 ,加入
不同浓度的 BPB后的吸收光谱 1随着 BPB的浓度减少 ,其
等吸收双波长趋于恒定 ,结果见表 11实验选择出的等吸收
从分子结构上分析 (BPB 的结构如图式 1 所示 ) , PVP 与 BPB之间很难形成配位键 1所以 ,这种相互作用力为非 共价键形式的结合力 1BPB在此较弱的酸性溶液中主要以 HL - 形式 (已转为醌型结构 ,磺酸基质子易解离 )存在 ,带 负电荷 1PVP分子中的内酰胺是极性基团 ,在实验条件下 其氮原子质子化而带正电荷 1PVP与 BPB分子间可通过静 电引力相互结合 ,而且 PVP分子中的疏水基团聚乙烯基与 B PB 分子中连接磺酸内酯的疏水基团苯环间可通过疏水力 而相互接近 ,同时 PVP与 BPB 分子间存在氢键作用 ,使得 BPB与 PVP分子作用形成了二元缔合物 1
Tab. 1 Isoab百度文库orption wavelength
Curve 1 2 3 4 5 6
λ1 590. 7 590. 7 590. 7 591. 0 591. 7 592. 8
A1 0. 246 0. 813 1. 256 1. 725 2. 110 2. 318
λ2 612. 0 612. 0 612. 0 612. 0 612. 0 612. 0
)
CL .
此关系式说明 ΔA 只与溶液中游离的 BPB 浓度有关 1
作出 ΔA ～CL 的双波长工作曲线 ,可求出溶液中游离 BPB 浓度 1
根据上述讨论 ,固定 PVP的浓度 ,改变 BPB的浓度 ,设
计配制 BPB与 PVP相比为限量和过量的一系列溶液 ,测定
此系列溶液在等吸收双波长处的吸光度 ,作出 ΔA ～CL0 (或 ΔA ～VL0 )图 , CL0为溶液中 BPB 的初始浓度 1求出 2条直线 交点 A1 处横坐标浓度 CL0 ,从而可计算 BPB 与 PVP的结合 比 1同时 ,根据图中 A2 点的吸光度和 BPB 的双波长工作 曲线 ,可求出 BPB与 PVP结合的条件平衡常数 K1如图 4,
图式 1 BPB结构示意图 Schem e 1 Structure of BPB
收稿日期 : 2005212208 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (40072020) ;四川省教育厅自然科学基金重点资助项目 (20002A56) 作者简介 :刘海萍 (19792) ,女 ,安徽安庆人 ,硕士生 ,研究方向 :生物无机和生物有机制备 、分析及机理 1
2 结果与讨论
2. 1 吸收光谱与反应机理
固定 PVP和 BPB 浓度 ,改变 B 2R 缓冲溶液的 pH 值 (2. 00～7. 50) ,考察溶液酸度对 PVP、BPB 和 PVP2BPB 的 吸收光谱的影响 (图略 ) 1
研究发现 , PVP溶液在 360～700 nm 范围内无吸收峰 ; BPB有两个吸收峰 ,分别位于 436 和 592 nm 处 ,且前者随 pH值的升高 ,吸收峰依次降低 ,而后者随 pH 值的升高 ,吸 收峰却依次升高 ;在 pH = 3. 50～4. 00范围内 , PVP2BPB 在 602 nm 附近出现一明显的新的吸收峰 ,比 BPB的长波峰红 移 10 nm ,且吸收强度明显增加 ,说明 PVP与 BPB间有相
3 . 通讯联系人 :王兴明 (19552) ,男 ,四川广汉人 ,副教授 ,主要从事化学生物学研究 1
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刘海萍 ,等 :溴酚蓝与聚乙烯吡咯烷酮作用研究
互作用 1因此 ,后续实验选择 pH = 3. 55 的 B 2R 缓冲溶液 作为研究介质 1
当体系的 pH = 3. 55 和 BPB 浓度为 3. 33 ×10 - 5 mol/ L ,改变体系中 PVP的浓度时 ,获得 PVP2BPB 结合体系吸 收光谱如图 11 随 PVP溶液浓度的增大 , PVP2BPB 在 602 nm 处吸收峰增加 ,当 PVP的浓度达到一定值时吸收峰基 本稳定不变 ,且在 521 nm 处有一等吸收点 1 由此可见 , PVP与 BPB之间发生了相互作用 ,形成了 PVP2BPB二元缔 合物 1
图 2 单波长法 F ig. 2 m olar wavelength ra tio( pH = 3. 55)
CBPB = 0, 0. 66, 1. 33, 2. 00, 2. 66, 3. 33, 4. 00, 4. 66, 5. 33, 5. 99, 6. 66, 7. 33, 7. 99, 8. 66, 9. 32, 9. 99 ×10 - 5mol/L
A2 0. 246 0. 813 1. 256 1. 725 2. 110 2. 318
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第 19卷 第 2期
信阳师范学院学报 (自然科学版 )
2006年 4月
当 BPB过量时 ,系统吸光度可表示为 (1cm比色皿 ) :
A =εC CC +εL CL 式中 :εC 为 PVP2BPB 缔合物的摩尔吸光系数 ; CC 为 PVP2 BPB 缔合物浓度 ;εL 为 BPB 的摩尔吸光系数 ; CL 为溶液中 游离 BPB浓度 1
关键词 :双波长法 ;平衡透析法 ;溴酚蓝 ;聚乙烯吡咯烷酮 ; UV 2V is光谱法 中图分类号 : O657. 32 文献标识码 : A 文章编号 : 100320972 (2006) 0220174203
聚乙烯吡咯烷酮 ( PVP)是一种水溶性高分子化合物 , 它极易溶于水且安全无毒 ,是一种广泛应用于医药 、日化和 食品等领域的大分子精细化工产品 [1, 2 ] 1从生物学的角度 看 , PVP分子结构中的酰胺基团类似于简单的蛋白质模型 分子中的氨基酸官能团 ,使得它的一些性质与蛋白质相 似 [3 ] 1蛋白质与许多有机染料及其他生物小分子有明显的 作用 [4～7 ] , PVP也与某些有机染料有很强的亲和力 ,可提高 染色力和亲水力 ,还可用作织物的抗尘污剂 、剥色剂 、染料 快速还原剂和颜料的缓冲剂和分散剂 [7 ] 1本文应用双波长 法和平衡透析法 ,在 pH = 3. 55的 B 2R 缓冲溶液中 ,利用溴 酚蓝作为光谱探针研究其与聚乙烯吡咯烷酮的相互作用 , 获得了溴酚蓝与聚乙烯吡咯烷酮作用的结合数 、物质的量 吸光系数 、条件平衡常数等信息 1该研究所获得的数据等 信息对聚乙烯吡咯烷酮的定量测定 、相关作用机理 、聚乙烯 吡咯烷酮的构象及其应用探索奠定了一定基础 1
求出的 BPB 与 PVP作用的结合比为 nBPB ∶nPVP = 1∶10,二 者作用的条件平衡常数为 K = 4. 28 ×103 1
溶液的磨口瓶中 ,透析 48 h,即达平衡状态 1以 B 2R缓冲溶 液为参比 , 测定透析袋外溶液在 592 nm 处的吸光度 ,并绘 制 A ～CBPB图 ,如图 51从图 5 可知 ,在 BPB 的浓度相对于 PVP的浓度很小时 ,吸光度的值变化很小 ,说明 BPB 几乎 被 PVP完全结合 1随着 BPB浓度的增大 ,吸光度逐渐明显 增大 ,说明 PVP逐渐被 BPB 完全结合 ,透析袋外溶液中游 离 BPB的浓度增大 1求出 2条直线交点 A1 处横坐标浓度 CL0 ,从而可计算 BPB 与 PVP的结合比 1根据图中 A2 点的 吸光度和 BPB的单波长工作曲线 ,可求出 BPB 与 PVP结 合的条件平衡常数 1实验求出的 BPB 与 PVP作用的结合 比为 nBPB ∶nPVP = 1∶10, BPB 与 PVP作用的条件平衡常数 为 K = 4. 36 ×103 1
信阳师范学院学报 (自然科学版 ) 第 19卷 第 2期 2006年 4月
·基础理论研究 ·
Journal of Xinyang Normal University (Natural Science Edition) Vol. 19 No. 2 Ap r. 2006
溴酚蓝与聚乙烯吡咯烷酮作用研究
2. 2 单波长法
固定 PVP的浓度为 5. 33 ×10 - 4 mol/L ,改变 BPB 的 浓度 ,以 pH = 3. 55的 B 2R 缓冲溶液为参比 ,在 602 nm 处 测定其吸光度 1 结果如图 2, BPB 与 PVP 之间的结合比 nBPB ∶nPVP = 1∶101
由图 2可知 ,固定 PVP的浓度 ,逐渐增加 BPB 的浓度 时 ,在一定范围内呈线型关系 1根据比耳定律 A =εCb,可 求得 PVP2BPB缔合物的表观摩尔吸光系数 ε1 其中 A 为 PVP2BPB缔合物的吸光度 , C 为 PVP2BPB 缔合物的浓度 , b 为比色皿的厚度 1实验获得 PVP2BPB 缔合物的表观摩尔 吸光系数 ε= 4. 55 ×104 L / (mol·cm ) 1
图 3 PVP2BPB缔合物的吸光光谱
F ig. 3 Absorption spectra of PVP2BPB a ssoc ia ted com pound( pH = 3. 55) CPVP = 5. 33 ×10 - 4 mol/L
CBPB = 0. 66, 1. 98, 3. 33, 4. 62, 5. 94, 7. 26 ×10 - 5 mol/L ( 1～6) 表 1 等吸收波长
如在 PVP2BPB缔合物等吸收双波长处测定溶液吸光
度 A1 和 A2 ,即 :
A1 =εC1 CC +εL1 CL ,
A2 =εC2 CC +εL2 CL.
ΔA
=A1
- A2
=
(εC1
-
ε C2
)
CC
+
(εL1
-
ε L2
)
CL .
在等吸收双波长处 :
所以
ε C1
=εC2 ,
ΔA
=
(εL1
-
ε L2
1 实验部分
1. 1 仪器与试剂
UV 2210型紫外可见分光光度计 (日本岛津 ) , PHS22C 型酸度计 (成 都 方 舟 科 技 开 发公 司 ) 1 聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮 ( PVP2K30,上海化学试剂公司进口分装 ,分析纯 ) ,溴酚蓝 (BPB ,上海化学试剂三厂 ,分析纯 ) , B ritton2Robinson (B 2R ) 缓冲溶液 (配制方法 : 准确吸取 2. 71 mL 85%的正磷酸 , 2. 36 mL冰乙酸 ,并称取 2. 4700 g硼酸 ,用水定容至 100 0 mL ,用 0. 20 mol/L NaOH溶液调节 pH值 ) 1
1. 2 实验方法
在一系列 10 mL 比色管中 ,分别加入一定的量 PVP、
BPB溶液 ,以相应 pH值的 B 2R缓冲溶液定容 、摇匀 、放置 5 m in,应用单波长法 、双波长法 、平衡透析 [9 ]法等方法 ,以试 剂空白为参比 ,扫描吸收光谱或测定吸光度 ( PVP、BPB 溶 液配制前后 pH值误差 ≤0. 02) 1