（应用化学专业论文）鱼明胶与AgAgX的作用及TAI在超细AgBrI粒子上吸附的研究.pdf

中国科学技术火学硕士学位论文 摘要 本论文主要以银盐感光材料中的保护性介质明胶和稳定剂4 一羟基6 甲基 一1 3 3 a ，7 四氮唑( t a i ) 作为研究对象，利用凝胶层析。火焰原子吸收光谱 紫外光谱，阳离子色谱，红外光谱，电位分析法等多种手段分别对明胶，t a t 与 a g a g x 的结合形态与位点进行了深入的研究。 使用以葡聚糖凝胶g 一7 5 为填充剂的凝胶分离柱，对鱼明胶和骨明胶进行 了不同分子量组分的分离用紫外光谱确定明胶浓度，得到了有着很好分离效果 的明胶的a 和p 组分。对明胶分离后的级分溶液用原子吸收法测定a g + 含量以 确定其峰的位置：用阴离子色谱法确定i 一的分布：用电位测定法确定b r 一的分布； 得出a g + ，b r 1 等离子主要与明胶的0 1 等较小分子量组分结合。而不与p 等较 大分子量组分结合。 红外光谱法能很好的反映出化合物中各组分的键合情况，可以用以研究a g ， a g x 与明胶和氨基酸的结合位点。通过对明胶。组氨酸等氨基酸a g x 乳剂及 乳剂酶解后的红外样品光谱图的解读，从光谱的角度得出：明胶中的各种氨基酸 残基是与a g ，a g x 结合的主要贡献者：乳剂水解后仍有少量明胶吸附在a g x 表 面：由于鱼明胶的a 等小分子量组分的比例大于骨明胶。其与卤化银的结合能力 强于骨明胶，从而解释了鱼明胶的优良的保护能力。 稳定剂t a i 不仅能起到对乳剂的保护作用还能影响感光乳剂的其他方面的 性质而这些性质都是与t a i 在a g x 上的吸附有关的。对加入稳定剂的乳剂在 确定的p h 范围内酶解后离心分离，所得清液测其紫外吸收，以确定t a i 在 a g x 表面的吸附情况同时进行电镜观察。结果发现：t a i 在a g x 表面的吸附量 随时间的延长，达到一最大值。然后吸附量反而下降。这可能表明吸附在a g x 表面的t a i 随着吸附的进行，其分子聚合体进行重排，以达到最佳空间位置，从 而更好的保护a g x 乳齐扎另外从其红外光谱图也可看出t a i 在a g x 表面存在着 较强的化学吸附作用。 关键词：明胶凝胶分离，a g x ，红外光谱，稳定剂 主里型兰垫查查兰堡：! 兰丝! 竺：生 a b s t r a c t s e v e r a lm e t h o d s s u c ha sg e le x c l u s i o nc h r o m a t o g r a p h y f l a m ea b s o r p t i o n s p e c t r o s c o p y ，i n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ，u vs p e c t r o s c o p y , w e r eu s e d t o s t u d y b i n d i n gs i t e sa n df o r m so fg e l a t i np r o t e c t i v e m e d i aa n ds t a b i l i z e rt a lw i t h a g a g x p h o t o g r a p h i cg e l a t i n s h a v eab r o a dm o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o n i ti s n e c e s s a r yt os e p a r a t ed i f f e r e n tm o l e c u l a rw e i g h tc o m p o n e n t s o fg e l a t i n g e l e x c l u s i o nc h r o m a i o g r a p h yf i l l e dw i t hg 一7 5 ，c o m b i n e dw i t hu vs p e c t r o s c o p y ， w a su s e dt os e p a r a t eg e l a t i nm o l e c u l e w eg o tad i s t r i b u t i o nc u r v eo fg e l a t i n ， i nw h i c haa n d1 3c o m p o n e n t sw e r ee n t i r e l ys e p a r a t e d f l a m e - a a sw a su s e dt o d e t e r m i n et h ep o s i t i o no fa g + p e a k ，a n i o nc h r o m a t o g r a p h yw a su s e dt od e t e c t t h ed i s t r i b u t i o no fi + ，a n d p o t e n t i a la n a l y s i s w a su s e dt od e t e c tb r o u r c o n c l u s i o n sw a st h a ta g + ，b r - , j _ c o m b i n e dw i t hoc o m p o n e n t ，n o tw i t hpo r m o r e l a r g e rm o l e c u l a rw e i g h tc o m p o n e n t s i rs p e c t r o s c o p yw a su s e dt os t u d y b i n d i n g s i t e so f g e l a t i n s o m eo fa m i n o a c i d sw e r ea l s os t u d i e d w ef o u n dt h a th i s t i d i n er e s i d u ew a s m a i n l y r e s p o n s i b l ef o ra g + - g e l a t i nnc o o r d i n a t i o ni n b o t hb o v i n ea n df i s hg e l a t i na n d m e t h i o n i n eo rm e t h i o n i n es u l p h o n er e s i d u ew o u l db em o r ei m p o r t a n tf o rt h e f i s hg e l a t i n s t a b i l i z e rt a in o t o n l y c a n p r o t e c t e m u l s i o nb u ta l s oc a ni n c r e a s e p h o t o g r a p h i cs e n s i t i v i t y a l lo ft h o s ec h a r a c t e r sa r el i n k e dw i t ha d s o r p t i o no f t a io na g xs u r f a c e i nf i x e dp h r a n g e ，e m u l s i o nc o n t a i n e dt a lw a s t r e a t e db y e n z y m o l y s i sa n dc e n t r i f u g a ls e p a r a t i o n c l e a rs o l u t i o nw a sd e t e c t e db yu v s p e c t r o s c o p ya n dt h er e m a i n d e rw a sp r e p a r e df o ri ra n dt e ms p e c i e s w e f o u n dt h ea m o u n to fa d s o r b e dt a ii n c r e a s e dw i t hr e a c t i o nt i m et oam a x i m u m t h e nd r o p p e df r o mi r ，w ea l s of o u n dt a ia d s o r b e dt oa g x s u r f a c et h r o u g h c h e m i c a f n t e r a c t i o n k e y w o r d s ：g e l a t i n ，i rs p e c t r o s c o p y , t a i e m u l s i o n 3 生里型堂苎查查兰婴主兰垡堡翌一 第一部分a g ，a g x - s e , 且胶的键合特性 第一章文献综述 1 1 明胶的基本性质 明胶是由胶原蛋白经温和而不可逆地裂解后所得的主要成分。明胶与胶原具 有相似的化学组成因此明胶具有一般蛋白质的通性。同时由于明胶在化学组成 和结构上与普通蛋白质间存在着差异，明胶又有着一些特殊的功能如形成凝胶 吸水溶胀，吸附凝聚胶体保护，加工成膜等性质，因此其应用十分广泛。明 胶的主要的物理和化学性质有： 一明胶的物理性质 明胶蛋白除了有高分子化合物的光学，电学。热力学等性质外还具有独特 的物理性质如明胶的胶液能改变a g x 晶体的生长习，畦能通过冷冻形成凝胶 等。从而使明胶在照相技术上成为难以取代的天然蛋白明胶的物理性质同时还 随着明胶的来源及生产工艺的不同而不同其中对照相过程有着重要意义的物理 性质主要有： 1 明胶的溶胀 指固体明胶或胶层薄膜有吸收水分，体积涨大而又能保持一定形状的能力。 而这种能力又寸浓缩乳剂的制备和显影加工具有重要作用。明胶的溶胀可被看成明 胶溶解的中间过程影响这种过程的主要因素有：明胶的分子量明胶的生产过 程，溶液的p h 值和离子强度。 2 明胶的吸附作用 由于明胶是- f , 两性电介质，在溶液中随着p h 值和离子强度的不同，明胶 分子就带有性质不同，数目不等的电荷在分子和表面电荷的相互作用下，明胶 分子的某些链段或肽链之间可能相互排斥或吸引，从而使明胶的吸附变得很复 主里型兰垫查盔堂堡圭兰垡丝兰一 杂而明胶在a g x 表面的吸附和在增感染料上的吸附，在乳剂制备及感光过程 中具有重要意义，因此明胶在a g x 表面的吸附始终是银盐感光材料中的令人感 兴趣而又存在着多种观点的内容。 3 明胶的凝聚 明胶的凝聚作用是指明胶分子在溶液中会自然聚集的现象它是明胶分子通 过肽链间的氢键发生缔合作用形成的聚集体。形成凝胶的能力及凝胶的性质与明 胶分子量大小有关。明胶的凝胶强度依赖于它的a 链的含量，因此最好的凝胶是 由完整的a 链构成。如果明胶的分子量过小，则在胶液中不麓形成网络结构，它 们是明胶中的溶胶组分。溶胶部分的存在。不仅使明胶分子量分布变宽，降低了 分子间缔合能力和冻力强度而且也能使凝胶的保存性变坏，加速凝胶的液化过 程。 二明胶的化学性质 明胶是蛋白质因此它不仅具有蛋白质的重要化学性质。还具有构成蛋白质 的各种氨基酸的通性。这些性质包括有着大范围的分子量的分布；具有酸碱两性。 具有变性与凝聚的特点；受到酸。碱酶的作用时发生降解：具有氨基和羧基的 通性；能与茚三酮反应；能发生酰化磺化，酯化。还原等反应等。这些性质在 我们研究明胶与a g x 作用时具有重要意义。其中，明胶具有的大范围的分子量 分布的特点对感光过程具有特殊的重要意义而具有氨基酸的通性特点在研究明 胶与a g x 结合的位点时也将起到指导作用。 根据材料的来源及制作过程的不同。明胶有骨明胶皮明胶和鱼明胶等不同 种类。不同来源的明胶在化学，物理性质以及感光特性上有很大的差别。胶原在 解链成明胶的过程中，形成了大小不一的组分其分子量的大小可以从几千变化 到几十万甚至上百万“1 ，主要是p 和a 组分但还有分子量更大的v 组分及低 分子量组分。因此从分子量角度考虑。明胶是个包含v ，p 等大分子量组分和 a 及其它较小分子量组分的分子量范围很广的复杂体系。测定明胶分子大小的方 法有很多，包括渗透压法聆1 ，光散射法h 1 及沉降平衡法5 等。不同明胶的a ， y ，p 等组分的含量是不同的“1 ，由此可以推断明胶的性质必然与其分子量分布 6 中固科学技术大学顼士学位论文 特 生有密切的关系。因此在研究明胶与a g + 或a g x 作用时必须注意到明胶分子 量分布的这特性。t a k a h a s h i 瞳等证明在低的明胶分子量组分除含有更多的组 氨酸，蛋氨酸等，同时还含有肽及非胶原蛋白。它们的这种差异决定了不同明胶 和同明胶不同分孑量组分在感光过程中性质的不同。 1 2 明胶的感光特性 自1 8 7 1 年m a d d o x 盯1 将明胶引入卤化银感光系统以来。明胶作为感光材料 的重要基质原料的地位是其它天然或人工合成的高聚物所不可取代的，这是因为 明胶在卤化银感光材料生产和使用中，不仅能起到保护性分散介质的作用还能 影响感光过程的每一个环节。明胶大分子对感光过程的影响主要有以下几个方 面： 1 影响卤化银晶体的形成 有明胶存在时获得的卤化锒颗粒要小于没有明胶存在时获得的a g x 颗粒。 在无明胶存在时晶体生长快，一个有限的晶体尺寸可以快速达到，晶体呈球形： 而明胶能阻止生长。能得到大的平板状颗粒1 8 】。b e r r y 等人得出当明胶的浓度从 0 7 5 增至1 5 时，有更多的，尺寸更j j 、的卤化银晶核生成但进一步增加明 胶浓度时，不管是晶核的数目还是大小都不再变化。另外明胶还能抑制物理成熟。 明胶在晶体成长中的影响被m a l i n o w s k y 西和h i r a t a 0 1 等人认为是阻碍聚集， 这与明胶的胶体保护作用是分不开的。 2 影响化学成熟 b o r g i n o n n 等人通过实验发现含有硫醚的a g b r 溶胶在没有明胶存在时的 化学成熟要比有明胶存在时的要快。他们把明胶这种阻止作用归结为明胶中的一 些组成氨基酸的性质，如精氨酸，组氨酸。蛋氨酸等，因为这些氨基酸均能与 a g + 键合。 3 在曝光中和曝光后的作用 a g b t 的曝光生成了晶体中的光电子和正空穴，而这些正空穴也就是b r 原 ! 旦翌雯垫查盔兰塑圭兰堡堡生一 子需要被捕获以避免与光电子复合明胶就起到吸收b r 原孑的作用“5 】o 概括起 来对于这方面的研究的结论是： a 明胶事实上确实是一种潜在的溴的接受体。 b 在曝光过程中存在的明胶，增加了感光度。 c 感光度的增加不是主要由于明胶是溴受体，而是明胶能防止潜影的衰退。 o h k u b o 等m 1 认为明胶的吸卤作用在很大程度上与明胶的组成氨基酸，组氨 酸，蛋氨酸等有关也就是说这些氨基酸能与b r 原子反应。l o e n i n g 1 1 3 ；i 等人证 实明胶能增加感光度。明胶的这种性质也与其组成氨基酸能接受卤原子有关；但 w o o d 4 1 等人认为明胶尽管在理论上是一种b r 受体，但不是一定能作为照相目 的的溴受体。 u r b a c h 5 1 等人认为明胶能增感的最可能的原因就是阻止潜影衰退。这是由 于明胶具有的胶体保护能力能保护潜影阻止其聚集成在显影过程中不能充当催 化剂的原子银。 4 对显影的影口向 早在18 8 6 年，e d e r 6 1 就指出明胶能阻止照相乳剂的显影。他们认为是明 胶阻止了溶解掉的a g x 量的减少和被还原的a g 的结晶作用。现在普遍被接受 的观点是：明胶妨碍了显影剂的吸附。j a m e s 认为带负电荷的明胶对同样带负 电荷的显影剂构成了电荷壁垒。但v a nv e e l e n 等人不同意他的观点因为明胶 在显影的p h 条件下。带有很少的负电荷，有时甚至是带正电荷。但不管是一种 什么样的原因可以肯定的是明胶吸附在a g x 表面上，与显影剂之间发生竞争 吸附，从而减少了显影剂在a g x 表面的吸附量1 ：同时明胶能结合a g + ，减少 了可显影的自由a g + 的量，也能阻止显影“8 】o 1 3 明胶与a g a g x 作用的研究 从上文可知。乳剂的性能与乳剂颗粒表面吸附的明胶层密切相关。为进步 探讨其作用机制人们从多方面研究了明胶与a g a g x 的相互作用。 明胶在a g x 表面的吸附 ! 里型兰垫查盔兰堡= ! = 堂些堡兰一一 乳剂的性能与乳剂微晶表面吸附的明胶层有关，因此明胶的吸附特性也是人 们最关心的一个问题。其中p o r a d i e r 和r o m a n 【1 9 】对于明胶的吸附做了大量的工 作。综合众多研究人员的工作，关于明胶在a g x 表面上吸附的主要结论有： 1 a g x 晶粒表面上明胶的吸附 j m c h a b a t a 啪1 等人用二次离子质谱研究了明胶在a g x 表面的吸附，发现 明胶在a g x 乳剂中存在着三种形态，第一种是明胶沿着a g x 晶体的表面有方向 的分布：第二种是明胶以“绳孑”状的卷曲分散在乳剂微晶体2 _ 1 a - 3 ：第三种是游 离的明胶分散在乳剂中。 2 吸附层结构 p o u r a d i e r 等人通过对明胶在a g x 表面上吸附的研究发现明胶并未出现阶梯 式或多层吸附的特点。因而得出结论为：明胶在a g x 表面的吸附只是明胶分孑 链段的一部分，而明胶的环和链的末端以无规卷曲形式向溶液中伸展，吸附层厚 度随着分子链长度的增加而增加，也即是吸附层的厚度与明胶的分子量有关。因 而明胶的吸附是一种单层吸附。与其它的那些本身的溶胀度不高或形成相对扁平 结构的吸附剂相比，明胶形成的吸附层允许小分孑接近a g x 表面，同时足够厚 的吸附层又可以在沉降成熟除盐敏化。涂布等过程中为乳齐0 提供足够的空 间稳定性进而促进晶体生长过程中有规则的，严格限定的晶体行为的形成。 h a r r i n g t o n 和v o nh i p p e l 吃1 1 认为在吸附的明胶层中，存在着极i i 生区和非极 性区。非极性区有甘氨酸脯氨酸羟脯氨酸等主要构成明胶的氨基酸，而极性 区是由那些极性氨基酸如蛋氨酸。精氨酸组氨酸天冬氨酸等组成。z i m k i n 和k l j o e c e v i c 呓2 通过对水洗后乳剂检测出a g x 表面上仍残留有部分极性氨基酸 断定，明胶的极性区可能就是明胶在a g x 上的吸附位点所在。 3 乳剂颗粒上吸附的明胶量 明胶在a g x 表面上的吸附量与分子的大小有关，吸附的明胶量随着明胶分 子量的增加而增多。吸附量与分子量的平方 l 艮成z l ：b 。p o u r a d i e r 昭3 1 等人的结论 为明胶分子量自3 0 0 0 0 增至1 9 0 0 0 0 时，被吸附的明胶量从o 9 5 9 明胶，g a g x 9 主堕壁堂垫查查堂堕! ：堂壁鲨生一 到19 9 明胶g a g x 4 明胶在a g x 上的吸附与介质p h 和离子强度有关“” 溶液的p h 值低于明胶的等电点，在低的电解质浓度时，溶液中的明胶分子 由于分子内的静电排斥而伸展开，形成相对扁平的结构。由于明胶带的高的电荷 分子内排斥将阻止吸附的无规卷曲的相互渗透，导致吸附层不是紧密排列。但在 高的电解质浓度时，如电解质浓度在5 x10 矗或更高时由于明胶带的电荷部分 被电解质溶液的电荷所抵消，分子内排斥减小，吸附层厚度和吸附明胶量都增加。 溶液的p h 值等于明胶的等电点，电解质浓度较低时明胶分子上的净电荷 少，静电作用是在带相反的等电量的电荷之间产生的，吸附的卷曲的侧面挤压起 作用，导致吸附层厚度和吸附超量出现最大值。在高电解质浓度时。带相反电荷 的部分之间的吸引力减少，分子变得更伸展，明胶的各个吸附参数反而变小。 高于等电点时，明胶的吸附受离子强度的影响不大。由于a g b r 表面和明胶 分子都带负电因此静电作用影响不明显，就使得可能发生a g b r 的疏水位点与 明胶的疏水位点之间的疏水性结合，结合的强度减弱。吸附量也减少。 二明胶与a g 。a g x 键合位点的研究 s c h u i d t 和p r e t s c h u e r 2 5 1 2 印发现，尽管在a g x 沉降过程中有过量卤素 的存在，经过彻底水洗后照相乳剂里还是含有过量的a g ，这种过量银在a g c i 中含量最多，而在a g l 中最少。这种现象被解释为形成了明胶化银化合物。w u l f f 和r a b i n o w i t s c h “n 等人证实了这种化合物即明胶化银的存在。明胶化银的形成 与p h 值有关，增加p h 值时，a g + 的键合能力也增加在p h 值小于等电点时， 明胶开始带正电但被键合的a g + 并没有降至零，这就意味着明胶与a g + 的作用 在本质上不完全是静电的。m e e s “”把上述的现象归结为a g + 与明胶分子中的 胺基，亚胺基间的化学结合。在低p h 值时这些基团质子化与a g + 间的吸引 力减弱。但由于a g + 与明胶的键合在低p h 值时并未完全消失，c o m b e t 2 9 1 提出 在低的p h 值时，羧基参与形成更复杂的键合，其中，组氨酸中的亚胺基也参与， 这种观点得到了l a n z a ”。的证实。他们认为明胶与a g + 的相互作用的强度远大 于能用简单化合物的稳定常数来解释的程度因此明显地可能存在一种更复杂的 ! 里型堂垫查查堂竺：! 兰丝堡苎一一 结构，如鳌合物。 在不同的明胶中a g + 键合情况也是不同的，而这种差异与明胶的氧化程度 即未受损的蛋氨酸的含量是一致的，而o s t e r r i e t h 和h a m o i e b 指出，a g + 与蛋 氨酸能形成化合物解离常数为10 - 3 4 1 , 这些化合物的形成与p h 值无关，它们 在所有p h 值范围内都对a g + 与明胶的键合起贡献，也可以在相当大程度上解释 在低的p h 值时，没有其他键合基团存在时，银离子与明胶的键合。由于蛋氨酸 的这种作用。明胶中的蛋氨酸的含量的研究就有了较大的意义。气相色谱高效 液相色谱，电泳等技术手段被用于确定明胶中的蛋氨酸的含量，结果发现不同明 胶中蛋氨酸的含量有较大差别。如骨明胶中蛋氨酸含量为6 o ，而鱼明胶中为 1 3 o 3 1 】 d e c l e r q 口2 1 利用s c a t c h a r d 技术证明在p h 至3 时，蛋氨酸是明胶中与 a g + 作用的主要成分。他们还通过计算平衡常数等方法研究了组氨酸在明胶与 a g x 作用中所起的作用得出在p h 值等于5 的情况下组氨酸是明胶与a g x 结合的主要位点。而z i m k i n 发现将被吸附的明胶水解后，留在卤化银上的明胶 中的天门冬氨酸含量很丰富，因而他们认为明胶通过这些氨基酸残基被吸附中 a g x 的表面。 1 4 鱼明胶在乳剂制备中的特点 一鱼明胶的基本性质鸭3 “3 4 1 鱼明胶不同于一般的动物皮胶或骨胶，它是从深水鱼的皮中提取出来的。鱼 明胶的平均分子量在3 0 0 0 0 6 0 0 0 0 道尔顿之间，主要由a 组分组成，其中， 分子量较小的0 2 组分较多。与a 1 组分相比，a 2 含有较少的脯氨酸羟脯氨酸和 赖氨酸，而含有较多的蛋氨酸和组氨酸组分。其次含有少量的1 3 组分，而几乎没 有v 组分。鱼明胶中氨基酸的含量不同于一般的骨明胶使之具有特殊的性质， 如鱼明胶中亚氨基酸一一脯氨酸和羟脯氨酸的含量较低。这样就会减少水溶液中 明胶大分子间的氢键从而降低胶凝的温度。鱼明胶的这一特点，使得当它与其 它动物明胶混合使用时使动物明胶更易溶于水。另外鱼明胶中的蛋氨酸及其 氧化物的含量明显高于动物明胶，而蛋氨酸中含有的硫原子有络合a g + ，a u + 中国科学技术大学硕士学位论文 和还原a u 3 + 的能力。因此，蛋氨酸含量较高的特点必然决定了鱼明胶的还原性 将对乳剂的照相性能产生影响。 表1 1 两种明胶不同组分含量的比较 样品相对含量( ) 0 ， ( 3 2a 1 + a 2p 1d 2p 1 十p 2 y 鱼明胶 1 3 35 4 36 7 62 3 88 63 2 4l 骨明胶 4 0 41 7 g5 8 3 1 5 81 5 13 0 9 1 0 6 表 1 - 2 两种明胶中氨基酸残基的相对含量( o ) 明胶的组成氨基酸鱼明胶骨明胶 丙氨酸1 2 41 1 4 精氨酸 5 55 1 天冬氨酸3 74 5 半胱氨酸 谷氨酸7 77 1 甘氨酸 3 3 43 2 5 组氨酸95 羟脯氨酸5 48 6 异亮氨酸 1 01 1 亮氨酸2 02 5 赖氨酸3 53 4 蛋氨酸 1 3 6 苯丙氨酸 1 1 1 3 脯氨酸1 0 61 3 5 丝氨酸6 53 7 苏氨酸2 61 8 色氨酸 酪氨酸 2 3 缬氨酸2 2 2 2 1 2 中周科学技术人学硕：l 学位论文 由表1 1 ，1 2 可知，鱼明胶中的脯氨酸和羟脯氨酸的含量要比骨明胶中的 少得多，而脯氨酸和羟脯氨酸是构成明胶三螺旋结构的主要成分，因此鱼明胶中几 乎不含有v 组分，而且在生产过程中较易解链同时这些亚氨基酸量的减少，减弱了 鱼明胶中的次级键作用，在一定程度上减弱了明胶肽链间的结合力，表现为鱼明胶 与骨明胶相比具有较小的粘度鱼明胶中的蛋氨酸和组氨酸的含量几乎是骨明胶 含量的一倍，而这两种氨基酸中含有的活性基团是潜在的明胶与a g x 结合的位点 因此相又寸于骨明胶鱼明胶就有可能更强烈的与a g x 作用 二鱼明胶保护性能与骨明胶的保护性能的比较。” 以鱼明胶为保护性胶体制备的胶银比为5 ：1 的纳米卤化银粒子经过物理成 熟和化学成熟，甚至乳剂被放置一周后其平均粒径约在1 6 1 7 n m 之间，变 化较小，表现出较高的稳定畦。而由其它纳米卤化银粒子乳剂制备方法得到的纳 米粒子乳剂从银含量，粒径大小和稳定性上综合考虑均不如鱼明胶乳剂。以 骨明胶作为保护性胶体制各的胶银比为7 5 8 ：1 的纳米粒子乳剂为例来比较，它 在6 0 。0 下进行物理成熟仅5 分钟，粒子已出现聚结长大，其平均粒径也由1 9 1 n m 增加至2 3 8 n m ，目b 使将成熟温度降至4 0 。c 。经1 5 分钟后，t e m 观测显示出粒 子的聚结长大现象仍十分明显其平均粒径增大至2 9 8 n m 这表明对纳米乳剂而 言，鱼明胶比骨明胶具有更优越的保护性能，利用鱼明胶作为保护性胶体能够制备 出含银量更高，更加稳定的纳米a g b r i 粒子乳剂 通过对上述文献的总结。我们可以发现，明胶的吸附与其他的一些高分子化 合物不同它不是平铺在a g x 的表面形成一种包裹状结构，而是通过一些特 殊的位点，也即是明胶中的氨基酸残基与a g x 或a g 结合，分子其余的部分向 溶液中伸展，形成了一种卷曲的“圈尾”结构。这种吸附特点决定了明胶的吸附 量随着明胶的分子量的增加而变大同时吸附量还受到p h 值和离子强度的影响 在等电点时吸附量达到最大值。明胶的吸附不符合兰缪尔等温式，是一种不可 逆吸附即吸附的明胶不能通过简单的水洗从a g x 表面脱附，甚至在经过酶解 水洗后，仍有部分明胶的氨基酸残基吸附在a g x 的表面。吸附在溴化银上的明 胶总量取决于胶银比而不是明胶的浓度。明胶的吸附热在6 m j i m 2 到1 4 9 m j ，m 2 中国科学技术人学硕士学位论文 之间，随着明胶的类型，溴化银表面和其它实验条件的不同而改变。 由于鱼明胶与骨明胶在分子组分上的差异，使得鱼明胶比骨明胶具有更好的 保护性能鱼明胶乳剂能得到比骨明胶乳剂更细小，稳定性更好的纳米粒子，两 者在感光特性上也有着比较明显的差别。 在前人的工作中。可以发现他们主要通过计算化学平衡常数和测量吸附热等 手段来确定明胶在a g x 上的吸附情况而没有直观的，比较明了的方法来进行 吸附位点的分析。光谱分析法具有直观，简便，分析精度高，对样品的损伤小等 特点把它与凝胶分离法相结合。可以同时考察明胶不同分子量组分在明胶吸附 中的作用用其来进行吸附位点的研究，必能获得有价值的信息，为我们进一步 了解明胶与a g x 的作用提供更好的证据。这也是我们研究工作的出发点。 主堕型堂垫查查兰塑：! ：兰堡垒! l 第二章实验方案的设计 a g t b r 一。i 一等离子以及a g x 与明胶间作用的研究是银盐感光材料中令人 感兴趣的一个方向各种文献中报道了不同作者使用不同研究手段研究了明胶与 a g a g x 阊的作用。我们采用凝胶分离与红外光谱结合的方法进行研究。 2 1 凝胶分离 由于明胶分子量分布范围大，包含有不同分子量大小的组分，而每种组分中 所含氨基酸种类和数量也不同导致不同组分在感光过程中所起的作用可能有差 异。因此研究明胶与各种离子间的作用时。首先就要进行不同分子量组分的分离。 能应用于明胶分子量分离的技术很多，如酒精凝聚法 3 6 9 温度溶解度法n 刀高 效液相色谱法t 3 9 超过滤法略幻，盐析后的色谱分离法0 1 等。上述的分离方法 虽各有其应用特色，但用于本文的研究均有着不同的缺欠。本文的工作希望选择 的方法不仅能很好的分离各组分。而且分离过程不会影响分离后蛋白的测定和 a g + 等离子的测定。凝胶尺寸排斥色谱法“”也称为凝胶分离法。是基于试样 分子的尺寸和形状不同来实现分离的。该技术主要来分离相对分孑质量高 ( 2 0 0 0 ) 的化合物。目前凝胶色谱越来越多的应用于通过测定相对分子量和 相对分孑质量分布来鉴定高聚物。故我们应用凝胶色谱对明胶高分子化合物进行 不同分子量组分的分离。必然能满足我们的实验目的。 凝胶色谱的填充剂是一种表面惰性含有许多不同尺寸的空穴或立体网状物 质，凝胶的空穴的大小与被分离的试样的大小相当，对于那些太大的分子，由于 不能进入空穴而被排斥。所以随着流动相移动而最先流出：小分子则完全相反， 它能渗入大大小小的空穴中而完全不受排斥。所以最后流出：中等大小的分子则 可渗入较大的孔隙中，但受到较小孔隙的排斥，所以介于两种情况之间。也就是 说在凝胶的线性分析范围内分子量越小的物质。在柱中流动的行程越长将其 洗脱出柱所需的洗脱液体积越多。其定量关系式为： v e = k d v i 十v o 中国科学技术大学 i ! ； i 等j 位论文 v 。一凝胶颗粒之间的空隙的总容积，即外水体积： v 一凝胶颗粒内部的空隙的总体积即内水体积： k d 一某一体系中凝胶颗粒固定相和洗脱液流动相之间的分配系数，只与被分 离物的大小和凝胶的交联度有关。对同一凝胶而言，k d 是被分离组分分子大小 的函数。分子大小不同，从而v 。不同。 刘同一类型化合物来说，洗脱体积与组分分子量之间符合关系式： v e = k i - k 2 1 9 m 式中k 1 。k 2 为常数。m 为分子量。从此式可以看出分子量m 大的组分 洗脱体积v e 小，先流出柱外：分子量小者，洗脱体积大后流出来，这样物质 可根据分子量的不同得到分离4 2 】0 凝胶分离具有分析时间短谱峰窄，灵敏度好试样损失少以及柱子不易失 活等优点特别适用于分离相对分子量大于2 0 0 0 的高分子化合物。但对于不同 的凝胶填充的色谱柱而言。由于凝胶颗粒的空穴或其形成的网状结构的空隙的大 小的不同其分离效果也是不同的。 我们利用葡聚糖凝胶g 7 5 为分离柱的内容物来分离不同分子量的明胶组 分期望能把明胶的不同分子量组分彻底分开。而根据葡聚糖凝胶的特点也应该 能达到这一目的。 紫外吸收光谱火焰原孑吸收光谱法电位分析法具有分析灵敏度高，操作 简单，列样品的要求不高等优点，我们把它用于分析凝胶分离后的级分溶液，期 望能得到较好的明胶分子量分布图以及银等离子在不同分子量组分的明胶中的 分布图。从而能确定a g + 等离子与明胶结合的具体成分，以便于深入研究a g a g x 与明胶结合位点。 2 2 红外光谱 红外光谱4 3 4 川5 川6 1 主要研究在振动中伴随着偶极矩变化的化合物，几 中n , h 学技术大学硕士学位论文 乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。红外光谱能灵敏的反映化合物结构 上发生的细微变化可以用来检验高分子化合物内发生的键合情况的变化。同时 由于红外光谱分析特性强对气体固体，液体都可进行测定，具有用量少，分 析速度快。不破坏样品等特点，因此我们用它来检测明胶与a g 等离子和a g x 固体间的键合情况。 具体的方案为 1 氲基酸与a g 离子键合特性的研究 明胶的组成氨基酸中有着活性基团的氨基酸将对明胶与a g 离子的键合起 贡献，研究简单的氨基酸体系与a g 离子的作用，必然会为研究明胶复杂体系与 a g 离子的作用情况提供一些必备的基础知识。在实验中选用蛋氨酸。精氨酸 组氨酸，天冬氨酸等作为研究对象。因为这些氨基酸中所含的硫，侧链氨基，羧 基，咪唑基等基团是明胶与a g ，a g x 发生作用的可能的基团。研究它们将直接 会为我们研究明胶与a g ，a g x 的作用提供帮助。 2 明胶与a g 离子和乳剂的键合情况 用两种不同类型的明胶一一鱼明胶和骨明胶，研究a g 等离子与明胶的作用 情况。 3 研究乳剂在不同成熟时间，酶解去胶后的红外光谱。进一步研究明胶在 a g x 表面的结合情况。 ! 旦型兰垫查查兰竺堕兰型塑鱼兰一 3 1 明胶分离条件的选择 第三章实验部分 一凝胶的选择 当用不同的凝胶对明胶进行不同分子量组分的分离时，所得到的结果也有差 异。不同的凝胶得到的结果如下 0伸3 0 加6 07 08 0 o1 0 01 1 0 e i u a t ev o | u m ol m l ) 图3 1 使用g 一1 0 0 凝胶时，骨明胶的分子量分布曲线”1 02 0加6 0 8 01 0 01 2 01 4 0 b u a t ev o l u m el m l ) 图3 2 使用s e p h a r o s e 4 b 凝胶时，骨明胶的分子量分布曲线“8 】o 8 ! 里盟兰丝查_ 人堂型：! ：兰垡堡兰一 一 e l u l t v o l u m ef m n 图3 3 使用s e p h a c r y l 一4 0 0 凝胶时屑 明胶的分子量分布曲线“ 由图3 1 ，3 2 ，3 3 可见当使用不同的凝胶进行分离时，分离的结果是 不同的，但上述的三种凝胶都只能把明胶不同组分粗略的分开，各组分间存在着 较严重的交叠，这无疑给我们的分析工作带来不利的影响。而本实验中所用的葡 聚糖凝胶g 一7 5 就能把明胶的a 和p 组分彻底分开。 二明胶蛋白的检测波长的选择 明胶分子中存在着大量的不饱和基团，使得它在紫外区有着强烈的特征吸 收。一般文献中报道的明胶的特征吸收波长为2 3 0 n m 。但随着明胶溶液中离子 强度，介质条件，明胶浓度的不同，最大吸收峰会发生一定的变化也即是会偏 离2 3 0 n m 。所以在使用紫外吸收法检测明胶的含量时，必须要先确定明胶的最 大吸收峰的位置。 为达到此目的，我们配制与样品溶液的环境相似的明胶溶液，以n a n 0 3 溶 液为参比，在2 0 0 4 0 0 n m 的范围内进行光谱扫描得到明胶溶液的吸收曲线 如图3 4 所示。 图3 - 4 明胶溶液的光谱扫描曲线 由图3 4 可知，明胶溶液在2 3 6 n m 处有最大吸收因此我们选择2 3 6 n m 为明胶浓度检测的波长。 三a g + b r - 1 一的检测方法 1 a g + 的检测 使用火焰原子吸收分析法检测明胶溶液中的a g + 的含量。原子吸收分析法的 检测灵敏度高仪器操作简单。对样品的要求不高，所需样品量少。很适合用于 检测级分溶液中a g + 的含量。 本实验中所用的仪器为w f x 一1 2 0 火焰原子吸收分光光度计，其工作条件 为： 波长： 3 2 8 n m 狭缝： 0 2 n m 火焰：空气一乙炔火焰 h c l 电流： 1 2 m a pmt电压：420v 中周科学技术大学顾：f ：学位论文 2 b r 的检测 使用电位分析法检测明胶溶液中的b r 一离子。由于电位分析法所需的样品量 较多我们根据明胶分子量的分布图，分别收集p 组分前，1 3 组分，p 与a 组分间，a 组分和a 组分后共五部分溶液，以饱和甘汞电极为参比电极，用溴离子选择性电 极测定每份溶液中溴离子的含量，以确定溴离子在明胶的不同分子量溶液中的分 布 3 1 一的检测 用阴离子色谱法确定碘在明胶溶液中的分布，其方法为： 同溴样品一样，收集碘样品，干燥后，明胶经艾斯卡法半溶，水提取提取液经阴 离子交换树脂交换，抗坏血酸还原，用离子色谱电化学法测定碘的含量 工作条件为：d i o n e x a g 5 + a s 5 柱，a g 工作电极， 施加电位0 2 6 v ,进样量5 0 p l 淋洗液n a n 0 3 0 0 15 m o l l 淋洗液流速 1 5 m i ，m j n 最低检出限o 2 p g l 3 2 试剂与仪器 1 试剂 葡聚糖凝胶g 一7 5 n a n 0 3 ，k b r , k i 均为分析纯试剂a g n 0 3 为照相级 骨明胶( 法国惰胶。法国r o u s s e l o t 公司产品) 鱼明胶( 美国n o r l a n d 公司) 2 仪器 h l 2 恒流泵上海沪西分析仪器厂 主旦型堂垫查叁堂婴! 堂竺兰苎一 b s 一1 6 0 a 自动部分收集器，上海沪西仪器厂 t u 一1 9 0 1 紫外可见分光光度计 w f x 一12 0 火焰原子吸收分光光度计 d i o n e x 一2 0 2 0 i 离子色谱仪 b r 离子选择性电极，饱和甘汞电极 3 装置及参数 表3 1 凝胶层析工作条件 分离柱 柱长：9 5 0 m m 内径：1 3 m m 固定相：葡聚糖g 一7 5 流动相 0 0 1m o l ln a n o s 流速：2 m l 2 0 m i n 分离温度室温 进样体积 1 0 m i 洗脱液收集每2 0 分钟收集一管 擘 l _ i 图3 5 凝胶层析装置 中国科学技术大学硕士学位论文 3 3 样品制备及实验过程 1 洗脱液 由于试样涉及a g + ，故选用n a n 0 3 溶液作为洗脱液而不选用n a c i 溶液。 由于n 0 3 - 在紫外光区有吸收，为消除干扰，故选用较低的洗脱液浓度，洗脱液 浓度为o 0 1m o i l 。同时选用相同浓度的洗脱液作为参比以消除干扰。 2 明胶样品的制备 鱼明胶与骨明胶采用相同的方法制备。 准确称取明胶样品1 2 5 m g ，加入1 5 m j0 0 1 m o l ln a n 0 3 溶液中于窒温下溶 胀0 5 h ，补加n a n 0 3 溶液至2 5 m l ，混合均匀，于5 0 。c 水浴中恒温1 h ，取出摇 匀。冷却至室温。即得样品浓度为0 5 。 3 明胶加银样品的制备 准确称取明胶样品1 2 5 m g 。加入1 5 m 1 0 0 1 m o l ln a n 0 3 溶液于室温下溶胀 o 5 h ，加入o 2 m ll m o l l a g n 0 3 溶液，补加n a n 0 3 溶液至2 5 m 1 于5 0 。c 水浴中恒 温1h ，取出摇匀冷却至室温制得明胶加银样品，胶银比为7 6 ：1 。 4 明胶加溴，碘样品的制备 准确称取明胶样品1 2 5 m g 。加入1 5 m 1 0 0 1 m o l ln a n 0 3 溶液于室温下溶胀 o 5 h ，加入0 2 m l1m o l lk b r 溶液，补加n a n 0 3 溶液至2 5 m 1 于5 0 。c ；j ；谷 p 恒温 1h ，取出，摇匀，冷却至室温，制得明胶加溴样品 同样方法制得明胶加碘样品。 5 凝胶分离 用移液管移取样品溶液l m l 进样。待样品全部进入凝胶层后。通过蠕动泵 压入洗脱液，洗脱速度为6 m l h 。洗脱时间为3 0 h 。用1 0 m l 玻璃管收集洗脱液， 每2 0 m i n 为一管，每管收集2 m l 样品液 主旦型堂垫查盔兰婴! ! 堂竺笙壅一一 3 4a g + b r 一及l 一在明胶不同分子量组分中的分布 以各级分溶液的紫外吸收a z 。6 为纵坐标，以相应的洗脱液体积为横坐标， 绘制明胶蛋白的分子量分布曲线( 见图3 6 ，3 7 ) 以各级分溶液的a g + 8 9 收值为纵坐标，以相应的洗脱液为横坐标绘制a g + 在明胶组分中的分布曲线( 见 图3 8 3 9 ) 。以各级分溶液b r 一，i - 的含量为纵坐标，绘制b r 。l 一在明胶组 分中的分布曲线。 1 明胶的分子量分布图 实验结果表明，葡聚糖凝胶色谱柱能把明胶的a 等较小的分子量组分与p ，y 等较大分子量组分彻底的分离开 02 04 06 08 01 0 01 2 01 4 01 6 0 1 8 0 e l u a t ev o l u m e ( m 1 ) 图3 6 鱼明胶的分子量分布图 2 4 主里型兰丝查查兰塑兰兰堡望兰一 e l u a t ev o l u m e ( m 1 ) 图3 - 7 骨明胶的分子量分布图 2 明胶与银离孑的作用 - 2 002 04 0 6 08 01 0 01 2 0 1 4 01 6 01 8 0 e l u a t ev o l u m e ( m 1 ) 图3 8a g + 在鱼明胶不同分子量组分中的分布 ljo；djo价口 1u旦c8o co苞jo口 主旦型兰丝查查兰堕：! 兰垡! ! 苎一 02 04 06 0 8 01 0 01 2 01 4 01 6 01 8 0 e l u a t ev o l u m e (