浊度法快速测定水中壳聚糖含量

刘 静，赵云荣，曾兴宇，周东星

壳聚糖是自然界唯一的碱性多糖，具有生物相容性、可降解等功能活性，日益受到人们的关注和青睐，在食品、化工、纺织、医药、环保等领域都有着广泛的用途［1－2］。壳聚糖属于高聚物，自然界中天然存在的壳聚糖相对分子质量一般在几万至上百万不等，经过化学方法改性的壳聚糖的相对分子质量一般范围很宽［3－4］，文献报道的壳聚糖相对分子质量范围为5．0×102～1．0×106，且相对分子质量及其分布可控，适用于超滤膜截留率测试的基准物相对分子质量范围［5－6］。超滤膜截留率测试是利用一定相对分子质量的基准物水溶液通过滤膜，对过滤前后水溶液中基准物进行定量分析，从而判断超滤膜分离性能优异性［7］。测试的关键在于如何快速准确分析水溶液中的基准物含量。

目前，测定水中壳聚糖含量的主要方法有茜素红S荧光熄灭法［8］、电化学法［9－10］和光度法［11］等。上述分析方法都需要使用显色剂、缓冲剂等，需要一定的显色时间，分析效率低，且对测试仪器灵敏度要求较高。本工作针对相对分子质量范围为4×104～3．5×105的窄分布壳聚糖，探讨了壳聚糖溶解条件、壳聚糖相对分子质量分布、氢氧化钠浓度等因素对浊度影响，建立了一种快速、准确测定水中壳聚糖含量的方法。

1 试验部分

1．1 仪器与试剂

WGZ-800型浊度仪；CP24S型电子天平；MILLI-Q纯水系统。

壳聚糖样品1＃、2＃（相对分子质量分别约为4×104和5×104），壳聚糖样品3＃、4＃、5＃、6＃（相对分子质量分别约为7×104，1．3×105，2．0×105，3．5×105）为分析纯；氢氧化钠、冰乙酸为优级纯；试验用水为高纯水。

1．2 试验方法

称取壳聚糖样品5．000 0 g，用5 g·L－1乙酸溶液溶解，待完全溶解后，用5 g·L－1乙酸溶液定容至1 L，制备成5．000 g·L－1壳聚糖标准储备溶液。在一系列50 mL容量瓶中分别加入0．25，0．50，1．0，2．0，4．0，6．0，10 mL壳聚糖标准储备溶液，用1．0 g·L－1氢氧化钠溶液定容并摇匀。此时，各容量瓶中壳聚糖的质量浓度分别为25，50，100，200，400，600，1 000 mg·L－1。以水为参比空白，用浊度仪分别测定壳聚糖标准溶液系列的浊度，以质量浓度为横坐标，对应的浊度为纵坐标绘制标准曲线。测定同一壳聚糖溶液样品的浊度，由标准曲线直接求得其含量。

2 结果与讨论

2．1 壳聚糖相对分子质量的影响

将1＃－6＃壳聚糖样品分别配制成50，200，400 mg·L－1的标准溶液并测定浊度，得到壳聚糖相对分子质量对浊度的影响关系，见图1。

由图1可以看出：不同相对分子质量的壳聚糖配制成相同质量浓度，测定的浊度值接近，说明壳聚糖相对分子质量大小对浊度测试没有显著影响。

2．2 壳聚糖溶解条件的选择

2．2．1 酸的种类

壳聚糖不溶于水，只溶于弱酸（p H＜6）［12］。分别使用5 g·L－1的乳酸溶液、乙酸溶液和盐酸溶液溶解1＃－6＃壳聚糖样品，考察酸的种类对质量浓度为200 mg·L－1的不同相对分子质量壳聚糖标准溶液浊度的影响，结果见图2。

图1 壳聚糖相对分子质量对浊度的影响Fig．1 Effect of relative molecular mass of chitosan on turbidity

图2 酸的种类对浊度的影响Fig．2 Effect of acid species on tur bidity

由图2可知：使用相同质量浓度的3种酸溶解、配制的相同质量浓度的壳聚糖溶液，测定的浊度值接近，说明以上3种酸对壳聚糖浊度测定没有显著影响。试验选用廉价易得且操作安全的乙酸溶液。

2．2．2 乙酸质量浓度

分别使用1，2，5，10，20 g·L－1的乙酸溶液溶解1＃－6＃壳聚糖样品，考察乙酸质量浓度对200 mg·L－1的不同相对分子质量壳聚糖标准溶液浊度的影响，结果见图3。

由图3可知：乙酸质量浓度在1～5 g·L－1内，随着乙酸质量浓度的增大，壳聚糖的浊度增大；但乙酸质量浓度大于5 g·L－1时，乙酸质量浓度对浊度的影响不大。试验选用质量浓度为5 g·L－1乙酸溶液溶解壳聚糖样品。

2．3 氢氧化钠质量浓度的选择

测试壳聚糖样品溶液浊度需加入一定量的氢氧化钠作为沉淀剂，试验考察了0．50，1．0，2．0，5．0，10 g·L－1的氢氧化钠溶液对25，400，1 000 mg·L－1的1＃壳聚糖样品溶液浊度的影响，结果见图4。

图3 乙酸质量浓度对浊度的影响Fig．3 Effect of mass concentration of acetic acid on turbidity

图4 氢氧化钠质量浓度对浊度的影响Fig．4 Effect of mass concentration of sodiu m hydroxide on turbidity

由图4可知：随着氢氧化钠质量浓度的增大，25 mg·L－1的1＃壳聚糖样品溶液的浊度无显著变化；在氢氧化钠质量浓度达到1．0 g·L－1时，1 000 mg·L－1的1＃壳聚糖样品溶液的浊度趋于稳定。因此，试验选用1．0 g·L－1氢氧化钠溶液作为沉淀剂稀释壳聚糖样品。

2．4 标准曲线与检出限

标准曲线性回归方程与相关系数见表1，线性范围为25～1 000 mg·L－1。测定空白溶液11次，以3倍的标准偏差计算得出浊度法测定水溶液中壳聚糖含量的检出限，见表1。

表1 线性参数和检出限Tab．1 Linearity para meters and detection li mits

2．5 精密度与准确度试验

在空白样品中分别添加3个浓度水平的标准溶液，每个水平重复测定6次，计算回收率与测定值的相对标准偏差（RSD），结果见表2。

表2 精密度和回收试验结果（n＝6）Tab．2 Results of tests for precision and recovery（n＝6）

由表2可知：加标回收率在82．1%～122%内，RSD在0．75%～8．7%之间。

2．6 样品分析

按试验方法配制25，400，1 000 mg·L－1的壳聚糖（相对分子质量为5×104）样品溶液，分别采用浊度法和水溶苯胺蓝褪色光度法［13］平行测定11次，结果见表3。

表3 样品分析结果（n＝11）Tab．3 Analytical results of samples（n＝11）

由表3可知：浊度法所测结果与光度法所得结果一致，浊度法无需显示时间，测试更方便、快捷。

本工作采用浊度法快速测定水中壳聚糖含量。对于同一相对分子质量的窄分布壳聚糖，质量浓度在一定范围内与浊度存在显著的线性相关性。浊度法能够通过测定壳聚糖溶液的浊度，实现不同相对分子质量窄分布壳聚糖含量的测定，具有操作快速、简单，测定结果准确、可靠等特点。该方法可为适用壳聚糖作为超滤膜截留率测试基准物提供检测技术支持，在超滤膜产品检验检测中具有一定的应用价值。

［1］ SCHROTTER J C，RAPENNE S，MACHINAL C，et al．Towar d a deeper understanding and characterization of membrane in water treat ment：I WA Regional Conference，Membrane Technologies in Water and Wastewater Treat ment［C］．Moscow：［s．n．］，2008．

［2］ LIU Y G，LIAO T，HE Z B，et al．Biosorption of copper（Ⅱ）fro m aqueous solution by Bacillus subtilis cells immobilized into chitosan beads［J］．Trans Nonferrous Met Soc China，2013，23：1804-1814．

［3］ 崔红敏，陈继，杨华玲，等．Aliquat336功能化壳聚糖螯合吸附剂对稀溶液中Y（Ⅲ）的富集分离［J］．分析化学，2014，42（3）：446-451．

［4］ 张荣莉，沈凤翠．壳聚糖季铵盐的微波辐射合成及应用［J］．工业水处理，2012，32（2）：32-34．

［5］ 张惠欣，朱玉超，王枫，等．微波-H2O2联合降解法制备分子量可控的窄分布壳聚糖及其阻垢性能探索［J］．天然产物研究与开发，2013，25：1480-1484．

［6］ AUGSTEN C，MADER K．Characterizing molar mass distributions and molecule str uctures of different chitosans using asy mmetrical flow field-flow fractionation co mbined wit h multi-angle light scattering［J］．International Journal of Phar maceutics，2008，351：23-30．

［7］ HY／T 050－1999 中空纤维超滤膜测试方法［S］．

［8］ 高贵珍，焦庆才，丁一磊，等．茜素红S荧光猝灭法测定壳聚糖含量［J］．光谱学与光谱分析，2003，23（5）：895-898．

［9］ 赵娜，庄光超，丁环，等．壳聚糖与溴甲酚绿相互作用的电化学研究［J］．化学与生物工程，2007，24（9）：69-71．

［10］ 谭学才，麦智彬，邹小勇，等．壳聚糖与茜素红相互作用的电化学研究［J］．高等学校化学学报，2005，26（6）：1055-1057．

［11］ 白研，陈纯，陈芷仪，等．活性红-离子缔合分光光度法测定壳聚糖［J］．食品科学，2010，31（16）：229-232．

［12］ RINAUDOM M．Chitin and chitosan：Properties and application［J］．Chem Inf or m，2007，38（27）：603-632．

［13］ 马卫兴，王敏，朱鹏，等．水溶苯胺蓝褪色光度法测定壳聚糖的含量［J］．时珍国医国药，2009，20（7）：1647-1648．