直接測定殼聚糖脫乙酰度分析方法的比較

紀 建 華

（漢中職業技術學院 藥學與醫學技術系，陜西 漢中 723000）

直接測定殼聚糖脫乙酰度分析方法的比較

紀 建 華

（漢中職業技術學院 藥學與醫學技術系，陜西 漢中 723000）

分別采用差示掃描量熱法與紅外吸收光譜法直接測定殼聚糖脫乙酰度，試驗表明選擇差示掃描量熱曲線 295 ℃處放熱分解峰峰面積作為計算參數的結果與紅外吸收光譜中 A1320/A1420計算結果無統計學顯著性差異，同時兩種分析方法操作簡便，分析時間短，故可滿足相關工業生產實時分析要求。

殼聚糖；脫乙酰度；直接測定

殼聚糖是一種白色無定型，透明有光澤的天然高分子多糖化合物，因其具有良好的生物相容性和降解性等物理、化學和生物學性質，而在食品、環境、化工等領域廣泛應用[1,2]。殼聚糖脫乙酰度(Degree of Deacetylation，DD %)指殼聚糖氨基上脫去乙酰基的百分比，是衡量殼聚糖性能的重要參數，直接影響其絮凝、絡合金屬離子及離子交換等能力[3]。

目前已有十幾種分析測試方法被用于殼聚糖脫乙酰度的測定，各有優缺點。酸堿滴定法因操作簡便、快速而被農業部確立為中國水產行業推薦標準[4]，但在滴定前需用已知濃度的酸溶解，不能直接測定固體殼聚糖，也無法克服生產殼聚糖時吸附的殘余酸堿對測定結果的干擾。

差示掃描量熱法（DSC）[5]與紅外吸收光譜法(IR)[6]操作簡便，取樣量小，測定范圍廣，可直接用于固體殼聚糖脫乙酰度的測定，無需提前用酸溶解，從而被廣泛用于實驗室分析。但對于DSC曲線上峰高與峰面積分別作為計算參數的測定結果，文獻[5]未有相關的準確度與精密度評價。同時，紅外吸收光譜法中分析峰與參比峰的選擇，目前也沒有統一的標準。本文通過選擇兩種分析方法不同的計算參數，直接測定殼聚糖脫乙酰度，探究最佳計算參數。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

不同脫乙酰度的殼聚糖樣品購置于山東豐泰生物科技有限公司；鹽酸、氫氧化鈉、溴化鉀均為分析純；試驗用水為蒸餾水。

微孔濾膜（天津津騰）；FA1204B電子天平（上海精科）；CJJ-781型磁力攪拌器；DZF型真空干燥箱；Scientz-50ND型冷凍干燥機；STA449F3型DSC/TGA同步熱分析儀（德國耐馳）；Nicolet 6700型傅里葉變換紅外光譜儀（美國賽默飛）。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備

稱取10.0 g殼聚糖樣品，攪拌完全溶解于600 mL 0.5 mol/L 醋酸溶液中，通過0.45 μm濾膜過濾后，向濾液中滴加1.5 mol/L NaOH溶液至殼聚糖沉淀完全析出，依次使用蒸餾水與無水乙醇將其洗至中性，冷凍干燥取出，研磨均勻，通過100目篩過濾，放入真空干燥箱105 ℃下干燥6 h后，放置于干燥器中保存備用[7]。

1.2.2 差示掃描量熱法

準確稱取5 mg殼聚糖樣品，放置于差示掃描量熱儀內，升溫速率5 ℃/min，氮氣流速50 ～ 100 mL/ min，平行測定三次，在配套軟件中分別計算295 ℃附近出現的放熱分解峰的峰面積與峰高，通過下列公式[5,8]，計算得到殼聚糖脫乙酰度。

1.2.3 紅外吸收光譜法

將完全干燥至恒重的殼聚糖樣品與溴化鉀混合均勻壓片，每片含殼聚糖20 mg，溴化鉀200 mg，隨即放入紅外光譜儀中，設置試驗參數為：分辨率4 cm-1，25 ℃下掃描20次，掃描范圍4 000～400 cm-1，記錄紅外吸收光譜，采用ONNIC軟件進行數據采集和分析。

2 結果與討論

2.1 差示掃描量熱法

隨著溫度的升高，殼聚糖DSC曲線，如圖1所示。在295 ℃附近出現放熱分解峰，歸屬于殼聚糖中 2-氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖的受熱分解。在400 ℃附近出現放熱分解峰，歸屬于殼聚糖中 2-乙酰氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖的受熱分解。隨著殼聚糖脫乙酰度的增大，295 ℃處放熱分解峰的峰高與峰面積逐漸增大，而400 ℃處放熱分解峰的峰高與峰面積則相應減少。

圖1 殼聚糖差示掃描量熱曲線Fig.1 The DSC curve of chitosan

2.2 紅外吸收光譜法

殼聚糖紅外吸收光譜如圖2所示，在3 450 cm-1附近出現較寬的吸收譜帶，歸屬于締合形成氫鍵的-OH伸縮振動吸收峰與-NH2伸縮振動吸收峰的重疊；2 919 cm-1附近吸收譜帶歸屬于-CH3伸縮振動；2 875 cm-1附近吸收譜帶歸屬于-CH2伸縮振動；1 658 cm-1附近吸收譜帶歸屬于酰胺中的C=O伸縮振動；1 565 cm-1附近吸收譜帶歸屬于酰胺中的N-H彎曲振動；1 420 cm-1附近吸收譜帶歸屬于-CH2、 -CH3彎曲振動；1 377 cm-1附近吸收譜帶歸屬于-CH彎曲振動；1 320 cm-1附近吸收譜帶歸屬于酰胺中的C-N伸縮振動；1 156 cm-1附近吸收譜帶歸屬于糖環上不對稱氧橋的伸縮振動；1 075、1 030 cm-1附近吸收譜帶歸屬于C-O伸縮振動，896 cm-1附近吸收譜帶歸屬于1,4-糖苷鍵上C-O伸縮振動，需特別注意的是，由于脫乙酰度的不同，譜圖中各吸收譜帶位置會出現不同偏移。分別選取1 658、1 320和3 450、1 420 cm-1附近吸收譜帶為分析峰與參比峰，通過下列公式[6]，求出殼聚糖脫乙酰度。

圖2 殼聚糖差示掃描量熱曲線Fig.2 The IR spectrum of chitosan

2.3 試驗結果

差示掃描量熱法與紅外吸收光譜法測定殼聚糖脫乙酰度的結果見表1所示。由于DSC曲線上峰形對稱性較差， H295作為計算參數時，容易引入系統誤差，導致測定結果較A295作為計算參數時高。另外從表 1中可見，A1320/A1420測定結果明顯高于A1655/A3450結果，與 A295計算結果相近。這是因為殼聚糖具有較強的吸水性，即使干燥充分，操作快速，1 500 cm-1附近-OH彎曲振動吸收峰與3 450 cm-1附近-OH伸縮振動吸收峰也會干擾 A1655/A3450測定結果。1 320 cm-1附近吸收峰因不受水份與-NH2的干擾，從而作為分析峰時具有較好的準確度，另外從圖2中可見其吸收強度較弱，故在紅外壓片時，殼聚糖含量不應太低。

2.4 顯著性檢驗

分別采用F檢驗法與t檢驗法比較差示掃描量熱法A295與紅外吸收光譜法A1320/A1420測定結果是否存在顯著性差異，見表2所示。從表2中可見，由于F ＜ F表，故而兩種分析方法測定結果精密度沒有顯著性差異；t＜t表也表明兩種分析方法之間不存在顯著性差異，測定結果較為接近。

3 結 論

本文通過差示掃描量熱法與紅外吸收光譜法直接測定固體殼聚糖脫乙酰度，考察了兩種分析方法準確度與精密度。采用差示掃描量熱法測定時，選用殼聚糖DSC曲線295℃附近放熱分解峰的峰面積作為計算參數，可防止峰形對結果產生的影響。采用紅外吸收光譜測定時，分別選用1 320 cm-1與1 420 cm-1附近吸收譜帶作為分析峰與參比峰，避免了水份對測定結果的干擾。另外，兩種分析方法操作簡便、分析時間短，可直接用于固體殼聚糖脫乙酰度測定，故而可滿足相關工業生產實時分析要求。

表1 差示掃描量熱法與紅外吸收光譜法測定結果的比較 (n=3)Table 1 Comparison of the results by DSC and IR (n=3)

表2 差示掃描量熱法與紅外吸收光譜法測定結果顯著性檢驗(n=3)Table 2 Significance test of results by DSC and IR (n=3)

［1］ 蔣挺大. 殼聚糖[M]. 北京：化學工業出版社，2001.

［2］ 陳瑞華，王艷華，高嬋娟. 粉煤灰負載殼聚糖處理印染廢水的最佳實驗條件[J]. 當代化工，2013(6)：730-731.

［3］ 王小紅，馬建標. 甲殼素，殼聚糖及其衍生物的應用[J].功能高分子學報, 1999(2)：197-202.

［4］ 中華人民共和國農業部. SC/T 3403-2004 [S]. 北京：中國標準出版社，2005.

［5］ Garcia A I，Peniche-Covas C，Nieto J M.Determination of the degree of acetylation of chitin and chitosan by thermal analysis [J]. Journal of Thermal Analysis，1983，28：189-193.

［6］ Kasaai M R. A review of several reported procedures to etermine the degree of N-acetylation for chitin and chitosan using infrared spectroscopy [J]. Carbohydrate Polymers，2008，71：497-508.

［7］ Santos Z M，Caroni A L P F，Pereira M R，et al. Determination of deacetylation degree of chitosan：a comparison between conductometric titration and CHN elemental analysis [J].Carbohydrate Research，2009，344：2591-2595.

［8］ Guinesi L S，Cavalheiro E T G. The use of DSC curves to determine the acetylation degree of chitin/chitosan samples [J]. Thermochimica Acta，2006，444：128-133.

Comparison of Two Analytical Methods for Direct Determination of Deacetylation Degree of Chitosan

JI Jian-hua

（Department of Pharmacology, Vocation and Technology College of Hanzhong, Shaanxi Hanzhong 723000，China）

The degree of deacetylaion of chitosan samples was directly determined by differential scanning calorimetry and infrared spectroscopy. The results show that there is no difference between the results calculated by the peak area at 295 °C in DSC curve and A1320/A1420in the IR spectrum. With merit of simplicity, convenience and quickness, they can meet the demand of corresponding industrial production real-time analysis.

chitosan; degree of deacetylation; direct determination

O 657

A

1671-0460（2016）12-2727-03

2016-05-08

紀建華（1982-），男，陜西漢中人，講師，碩士，研究方向：從事藥物分析研究。E-mail：jhjichemistry@sina.com。