双指示剂法测定壳聚糖脱乙酰度.doc

双指示剂法测定壳聚糖脱乙酰度研究王超1，潘家保1，焦世宁1，蔡宏伟1 (1武汉理工大学理学院化学系，武汉 430070)摘要：针对传统酸碱滴定法无法消除壳聚糖样品中残余酸碱的不足，提出在适当活化处理壳聚糖样品后，以酚酞、甲基橙-苯胺蓝为指示剂，直接用盐酸标准溶液滴定壳聚糖样品中的氨基进而计算得到壳聚糖脱乙酰度，方法简便快捷，与农业部水产行业标准方法对比，结果更为可靠。关键词：壳聚糖；脱乙酰度；双指示剂法；残余酸碱中图分类号: 文献标识码: 文章编号: Determination the degree of deacetylation of chitosan by double indicator method Wang Chao1，Pan Jia-bao1，Jiao Shi-ning1，Cai Hong-wei1 ( 1School of Sciences, Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070,China)Abstract：A new approach to determine the degree of deacetylation of chitosan was studied by double indicator method. It overcomes the traditional method deficiency, the influence of remaining acid or alkali in the sample. In this method, the chiotosan sample is first activated, then phenolphthalein and methyl orange-aniline blue are used as titration indicator. Compare with traditional methods, it is fast and easy to use. The result is reliable.Key words: chitosan; the degree of deacetylation; double indicator; remaining alkali and acid壳聚糖（Chitosan）是甲壳质（Chitin）经浓碱脱乙酰基后得到的衍生物，具有良好的生物相容性和生物可降解性，广泛应用于医药、食品、化妆品、轻工、印染、环保和生物工程等领域1-2。壳聚糖脱乙酰度（Deacetylation degree ，简称DD%）则是指壳聚糖多糖分子氨基上脱去乙酰基的百分比，其高低直接影响到壳聚糖的溶解度、絮凝能力、螯合金属离子能力和N-选择性酰化能力等物化特性，是鉴定壳聚糖产品质量的一个重要指标。目前测定壳聚糖脱乙酰度的方法有酸碱滴定法3、电位滴定法4、紫外光谱法5和NMR法6等等，各有优缺点，其中的酸碱滴定法属于返滴定法，由于具有简便快速的特点，故而2005年被国家农业部认定为水产行业标准7（以下称为“返滴定法”），在工业生产中得到了广泛应用，但其明显不足是无法克服生产壳聚糖时吸附的残余酸碱的影响。为此本文提出采用双指示剂酸碱滴定法测定壳聚糖的脱乙酰度，将壳聚糖样品适当活化处理后，分别以酚酞、甲基橙-苯胺蓝为指示剂，直接用HCl标准溶液滴定壳聚糖氨基含量，进而计算出壳聚糖脱乙酰度，方法简便快速，可消除壳聚糖样品残余酸碱的影响。1 试验部分1.1 实验原理收稿日期：2013-10-23 修订日期：2014-3-2基金项目：国家自然科学基金（51273156）作者简介：王超（1989），男，湖北黄冈人，硕士研究生。主要研究方向为电分析化学。*联系人。Email:0123Email：壳聚糖是2-氨基-2-脱氧-D-葡糖（分子式C6H11NO4，分子量161.2）的聚合体，结构式如图1所示。由于壳聚糖（以下以表示）为大分子，不溶于水，一般认为无法采用盐酸标准溶液直接滴定其氨基，然而我们发现如事先将壳聚糖样品溶于稀HCl溶液中，随后用NaOH溶液调节到pH10时（出现大量壳聚糖沉淀），再滴加稀HCl溶液到试液中，壳聚糖沉淀会随着pH的降低迅速溶解直至澄清透明，与未经酸溶的壳聚糖样品呈现截然不同的反应能力，化学反应活性大大增强。图1 壳聚糖结构式 Fig 1. Chemical structure of chitosan因此经过上述活化处理后，如的浓度不是太小，可保证cKa10-9，从而能满足壳聚糖生产现场分析的精度要求。滴定反应为：1.2仪器和试剂雷磁PHS-2酸度计，雷磁E-201-C型pH复合电极，25mL酸式滴定管，磁力搅拌器，恒温干燥箱。NaOH标准溶液(0.10molL-1)，HCl标准溶液(0.10molL-1)，1gL-1酚酞指示剂。甲基橙-苯胺蓝指示剂：1gL-1甲基橙与1gL-1苯胺蓝以1:2（V/V）混合。所用试剂皆为A.R级试剂。壳聚糖样品分别编号为样品1、样品2和样品3。1.3 实验方法1.3.1 返滴定法7准确称取0.25g左右壳聚糖样品于250mL锥形瓶中，加入0.10 molL-1HCl标准溶30mL，在电磁搅拌器上搅拌至样品溶解，加入23滴甲基橙-苯胺蓝指示剂，用0.10 molL-1NaOH标准溶液滴定至溶液颜色由紫红色变为蓝绿色即为终点，根据所消耗的NaOH标准溶液体积和加入的HCl标准溶液体积计算壳聚糖样品的脱乙酰度。1.3.2 双指示剂法准确称取0.25g左右壳聚糖样品于100mL烧杯中，加入0.10 molL-1HCl标准溶液30mL左右，在电磁搅拌器上搅拌至样品溶解，加入12滴酚酞指示剂，用0.10 molL-1NaOH标准溶液滴加至深红，随后用HCl标准溶液滴定至由深红突变为微红色（不记录HCl标准溶液和NaOH标准溶液体积）。在上述溶液中加入46滴甲基橙-苯胺蓝指示剂，用0.10 molL-1HCl标准溶液滴定至蓝绿色变为紫红色即为终点，根据此时消耗的HCl标准溶液体积计算出壳聚糖样品氨基含量及脱乙酰度DD%。计算公式：式中：壳聚糖样品中氨基的质量分数；：HCl标准溶液的物质的量浓度，molL-1；：HCl标准溶液消耗的体积，mL；：干燥后壳聚糖样品的质量，g；：壳聚糖脱乙酰度。2 结果与讨论2.1 指示剂选择从前述方法原理和实验方法中可知，双指示剂法是直接滴定壳聚糖活化后的氨基，滴定过程中试液pH随HCl标准溶液加入体积变化的滴定曲线如图2所示。从中可知有两个明显的突跃范围，第一突跃点在pH=8.90，突跃范围大致在9.208.50，对应着溶液中过量NaOH的滴定；第二突跃点在pH=3.85，突跃范围大致在4.103.70，对应着溶液中壳聚糖氨基的滴定（由于壳聚糖上的氨基碱性较弱，突跃范围较小）。根据指示剂选择原则，酚酞可用于第一个突跃点的指示，甲基橙-苯胺蓝混合指示剂则可用于第二个突跃点的指示。图2 滴定曲线 Fig 2. Titration curve of acid-base reaction of chitosan with standard hydrochloric acid2.2 指示剂用量选择指示剂的加入量直接影响滴定终点的敏锐程度和测定结果的准确度。表1为采用双指示剂法时，以样品3为测定对象，不同加入量的甲基橙-苯胺蓝混合指示剂的终点颜色变化。从中可知，随着指示剂加入量增加，终点颜色变化由不明显到明显再到不明显，测定结果逐步下降，说明指示剂加入量过多时会参与反应，故而最终确定测量过程中加入46滴甲基橙-苯胺蓝混合指示剂。表1 甲基橙-苯胺蓝混合指示剂加入量颜色变化Tab.1 Colour change verified with the quantity of methyl orange- aniline blue hybrid indicator 指示剂加入量/滴终点颜色变化现象2浅蓝到淡紫红色变色不明显4浅蓝到淡紫红色变色明显6蓝色到紫红色变色明显8蓝色到紫红色变色明显10深蓝色到深紫红色变色不明显2.3 壳聚糖样品脱乙酰度测定结果分别称取三种壳聚糖样品各0.25 g，加入30mL蒸馏水并搅拌1.5h，测得pH分别为8.51、8.64和8.76，均呈碱性，说明皆吸附有一定的残余碱。采用返滴定法和双指示剂法分别测定壳聚糖样品脱乙酰度的测定结果如表2所示。表2 壳聚糖样品脱乙酰度测定结果Tab.2 Results of determine deacetylation degree of chitosan样品滴定方法测定结果/%平均值/%RSD%样品1返滴定法80.7780.4980.7880.69 80.25 80.60 0.28双指示剂法78.4578.1378.1379.08 77.9378.350.58样品2返滴定法84.5484.7885.0184.60 85.1684.730.25双指示剂法83.7583.3383.7383.17 83.1383.420.36样品3返滴定法90.8790.6890.5990.89 90.0490.61 0.38双指示剂法88.9088.9188.6188.86 89.5288.960.38从表2可知两种方法测定结果有较大差异，常用的返滴定法测定结果明显高于改进后的双指示剂法，说明返滴定法所加入的盐酸溶液有一部分用于中和生产壳聚糖时吸附的残余碱，从而导致了测定结果偏高，而改进后的双指示剂法却不受残余酸碱的影响，与文献8中利用电位滴定法直接滴定氨基更为准确的结论相符合，进一步说明双指示剂法的测量结果较为可靠。此外由于双指示剂法不涉及到NaOH标准溶液的准确浓度，还可以避免NaOH标准溶液的标定和保存，故而更适合于生产现场的快速测定。参考文献：1 蒋挺大.壳聚糖M.北京：化学工业出版社，2001：7-9.2 樊李红，赵吉吉，黄进，等.壳聚糖/海藻酸钠聚电解质海绵及抗菌功能J.武汉理工大学学报，2006，28(11)：25-28.3 汪志君.碱量法测定壳聚糖中的胺基J.化学世界，1986，27(1)：22-23.4 贾志慎，李奇彪. 双突跃电位滴定法测定壳聚糖脱乙酰度J.化学世界，2001，41(5)：240-241.5 刘长霞，陈国华，华哲.紫外一阶导数光度法测定壳聚糖脱乙酰度J.理化检验-化学分册，2003,39（4）：195-197.6 Hirai A, Odani, H,Nakajima A,et al. Determination of degree of deacetylation of chitosan by 1H NMR spectroscopyJ.Polymer bulletin,1991,26:87-94. 7 中华人民共和