使用氨基酸自动分析仪测试纺织品中的氨基酸含量

杨欣卉,谢剑飞

(广州纤维产品检测研究院,广东 广州511447)

涤纶、锦纶、腈纶、氨纶、黏纤等传统的化学纤维中都不含蛋白质与氨基酸组分,随着化学纤维功能化与差别化的发展,出现了含有蛋白质组分的化学纤维,常见的品种有大豆蛋白改性聚乙烯醇纤维、牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维、蚕蛹蛋白改性再生纤维素纤维、植物叶蛋白改性再生纤维素纤维、珍珠蛋白改性再生纤维素纤维等。大豆蛋白改性纤维,俗称大豆纤维,是提取榨油后的豆粕中的大豆球蛋白并将其与腈基或羟基聚合物混合,进行接枝与共混制成纺丝液,再使用湿法纺丝工艺制成纤维[1];牛奶蛋白改性纤维,俗称牛奶纤维,是将牛奶经过脱水、脱油、脱脂等处理使其成为一种线型大分子结构的乳酪蛋白,再与聚丙烯腈共混、接枝制成纺丝液,通过湿法纺丝制成纤维[2-3];蚕蛹蛋白纤维是将蚕蛹中提取的蛋白质与黏胶纺丝液共混采用湿法纺丝制成的皮芯结构的含蛋白质纤维[4];珍珠蛋白纤维是将珍珠细粉末加入聚合物熔融纺丝液或黏胶纤维的纺丝液中制成的改性纤维[5-6]。

蚕蛹中蛋白质含量可达50%左右,其中的蛋白质由多达18种以上氨基酸组成,且大多为8种人体必需氨基酸[7]。珍珠由无机成分、有机质成分与水组成,无机成分主要为Ca CO3,含量可达95%及以上,有机质成分只占5%不到,有机质成分中一部分为蛋白质,含有18种氨基酸,其中一种是非蛋白质氨基酸牛磺酸[8]。蛋白质的基本组成单元是氨基酸,测定纺织品中的氨基酸含量是鉴别与分析纺织品中含蛋白质组分化学纤维的重要技术手段。

氨基酸测试的主要方法有甲醛滴定法、凯氏定氮法、电化学法、分光光度法等,按是否需要进行衍生化反应又可分为直接分析法与衍生化间接分析法。衍生化间接分析法是将氨基酸接上发光或发色基团后进行定性定量分析,可分为柱前衍生法与柱后衍生法。柱前衍生法是将氨基酸在柱前衍生为能被反相色谱柱分离的衍生物;柱后衍生法是先经色谱柱分离再进行衍生化并分析测试的方法。茚三酮柱后衍生法是经典方法,技术成熟,准确性高,重复性好,并且有自动化的仪器设备,可以实现测试分析的程序化控制与批量处理[9]。

1 试验部分

1.1 样品

蚕蛹蛋白纤维针织布(70%棉,30%蚕蛹蛋白改性再生纤维素纤维);珍珠蛋白纤维针织布(68%棉,27%珍珠蛋白改性再生纤维素纤维,5%氨纶)。

1.2 仪器

L-8900型氨基酸自动分析仪(日本日立公司),UF55Plus型恒温干燥箱(德国Memmert公司),20 ml钳口水解管,孔径0.45μm的水相滤膜。

6.0 ml/L盐酸(浓盐酸与水以1∶1的体积比混合),0.02 mol/L盐酸(浓盐酸用水稀释600倍),混合氨基酸标准液,茚三酮(优级纯)。

1.3 试验方法

取样:选取有代表性的织物样品,剪碎至不大于5 mm 5 mm,称取0.500 0 g样品,将称好的样品置于水解管中。

水解与脱酸:向置有短纤维样品的水解管中添加6.0 mol/L的盐酸溶液15.0 ml,再将其放入冰水混合物中冷却3～5 min,向管内通入高纯氮气约2 min,赶出水解管液面上方的空气,迅速盖上瓶盖并钳口密封;将水解管置于110℃恒温干燥箱内,水解22 h后取出冷却,打开水解管将水解液转移到50 ml容量瓶内并用水多次冲洗水解管后定容、混匀,用滤纸过滤;移取1.0 ml滤液于5 ml烧杯内,将烧杯置于50℃恒温干燥箱内干燥,残留物用1.0～2.0 ml水溶解,再干燥,反复进行2次溶解与干燥,最后完全蒸干。用移取0.02 mol/L的盐酸溶液1.0 ml溶解烧杯内的蒸干残留物,充分溶解后用0.45μm孔径的水相过滤膜过滤,滤液供氨基酸自动分析仪测试使用。

测试:吸取0.2 ml混合氨基酸标准溶液,用0.02 mol/L的盐酸溶液稀释到5 ml,作为氨基酸自动分析仪上机测试的标准溶液,稀释后的浓度为100.0 n mol/L。用氨基酸自动分析仪测定试样提取液中氨基酸的种类与含量,使用外标法进行定量。测试中使用的离子交换分离柱为4.6 mm I.D×60 mm L的蛋白水解柱,反应柱为4.6 mm I.D×40 mm L内置惰性金刚砂小颗粒的反应柱,分离柱柱温和反应柱柱温分别为57℃和135℃,检测波长为570 n m和440 n m,进样量为20μL。

2 结果与讨论

2.1 织物样品中氨基酸的种类与含量

图1 氨基酸液体混合标样中氨基酸的分离色谱图

蛋白质的基本组成单元是氨基酸,在强酸或强碱存在的条件下可以使蛋白质发生水解,生成不同种类的游离氨基酸,蛋白质水解后的氨基酸溶液可以使用氨基酸自动分析仪测试其种类与含量。图1为氨基酸标准溶液的分离色谱图,分离色谱图的谱峰分离良好,第二通道(检测波长440 n m)用于测试脯氨酸,第一通道(检测波长570 n m)用于测试除脯氨酸之外的其他氨基酸。

图2 蚕蛹蛋白纤维针织布中蛋白水解氨基酸的分离色谱图

图3 珍珠蛋白纤维针织布中蛋白水解氨基酸的分离色谱图

使用氨基酸自动分析仪测定织物试样中氨基酸的种类与含量,以外标法进行定量。图2和图3分别为蚕蛹蛋白纤维针织布和珍珠蛋白纤维针织布中蛋白水解氨基酸的分离色谱图,显示氨基酸的谱峰分离较好,但谱峰较弱,尤其是珍珠蛋白纤维针织布。使用氨基酸自动分析仪测试得到的蚕蛹蛋白纤维针织布和珍珠蛋白纤维针织布中蛋白水解氨基酸的种类与含量列于表1,蚕蛹蛋白纤维针织布的氨基酸分离谱图中有17种氨基酸的谱峰,珍珠蛋白纤维针织布的氨基酸分离谱图中有16种氨基酸的谱峰,蚕蛹蛋白纤维针织布和珍珠蛋白纤维针织布中蛋白质水解氨基酸的含量分别为0.871%和0.232%。蚕蛹蛋白纤维针织布中氨基酸含量较低是因为蚕蛹蛋白改性纤维中添加的蚕蛹蛋白组分较低,且蚕蛹蛋白纤维在织物中的纤维成分含量为30%;珍珠蛋白纤维针织布中氨基酸含量更低是因为珍珠蛋白改性纤维中添加的珍珠粉比例,一般不高于10%且珍珠粉中的蛋白质含量仅占5%左右,此外,珍珠蛋白纤维在织物中的纤维成分含量为27%。

表1 针织布中蛋白水解氨基酸的种类与含量

2.2 织物样品中氨基酸的相对含量分析

蚕蛹蛋白纤维针织布和珍珠蛋白纤维针织布中含蛋白质组分化学纤维中的蛋白质来源不同,其氨基酸的组成种类与含量比例也不相同,氨基酸组成与含量比例的测试数据,可以作为判断化学纤维中蛋白质来源的重要参考依据。

由图2和表1可知,蚕蛹蛋白纤维针织布中含量最高的5种氨基酸依次为谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、酪氨酸和丙氨酸,5种氨基酸占氨基酸总含量的46.71%;由图3和表1可知,珍珠蛋白纤维针织布中含量最高的5种氨基酸依次为谷氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和缬氨酸,5种氨基酸占氨基酸总含量的48.70%。

3 结论

(1)纺织品中的蛋白质组分在盐酸存在的条件下可水解为游离氨基酸,氨基酸的组成与含量可以使用氨基酸自动分析仪进行测定。

(2)纺织品中含有蛋白质组分化学纤维中的蛋白质来源不同,组成蛋白质的氨基酸种类与含量也各不相同,蛋白水解氨基酸的组成与含量比例可以作为判断纺织品中含蛋白质组分化学纤维中蛋白质来源的重要参考依据。