離子色譜法測(cè)定造紙?jiān)现袉翁呛?種糖醛酸

0聚戊糖的檢測(cè)纖維和半纖維是造紙的主要成分。纖維素是制漿造紙和人造纖維的主要原料,它是由大量葡萄糖基構(gòu)成的鏈狀高分子化合物。而半纖維素是生物質(zhì)精練技術(shù)的主要研究對(duì)象之一,它是由多種單糖構(gòu)成的不均一聚糖,不同的造紙?jiān)现?其化學(xué)結(jié)構(gòu)和單糖組成有較大的不同。因此,確定原料中各種單糖和糖醛酸的含量具有十分重要的意義。目前糖類(lèi)的測(cè)定方法主要有分光光度法、毛細(xì)管電泳法、氣相色譜法、高效液相色譜法和離子色譜法。利用分光光度法測(cè)聚戊糖時(shí),需要經(jīng)濃HCl將聚糖轉(zhuǎn)化戊糖,接著進(jìn)一步脫水轉(zhuǎn)化成糠醛后與顯色劑顯色,所測(cè)結(jié)果為總戊糖含量。常見(jiàn)糖類(lèi)的紫外吸收較弱,毛細(xì)管電泳法必須經(jīng)過(guò)衍生后才能使得糖類(lèi)達(dá)到足夠的靈敏度。而由于糖類(lèi)的揮發(fā)性很差,氣相色譜法也需經(jīng)過(guò)衍生化步驟才能分離,操作費(fèi)時(shí)且繁瑣。常規(guī)的液相色譜法一般可選用蒸發(fā)光散射檢測(cè)器或示差折光檢測(cè)器檢測(cè),雖然無(wú)需衍生但檢出限僅達(dá)mg/L級(jí)。而離子色譜作為液相色譜的分支,近年來(lái)由于其優(yōu)異的陰離子交換色譜柱分離技術(shù)以及脈沖安培檢測(cè)器所具有的優(yōu)勢(shì),而在糖的檢測(cè)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。此方法操作簡(jiǎn)便,無(wú)需衍生和復(fù)雜樣品前處理即可檢測(cè)出絕大多數(shù)單糖和低聚糖,且靈敏度高,通?？蓹z測(cè)到μg/L數(shù)量級(jí)。本文對(duì)桉木粉和玉米秸稈粉進(jìn)行酸水解,采用離子色譜分析水解液中單糖和糖醛酸的成分及含量,并計(jì)算了2種原料中綜纖維素和聚戊糖含量。由此建立了用離子色譜測(cè)定造紙?jiān)现谐Ｒ?jiàn)的7種單糖和2種糖醛酸含量的方法。1材料和方法1.1過(guò)濾和質(zhì)譜ICS-5000型離子色譜儀,美國(guó)戴安公司:ED5000電化學(xué)檢測(cè)器、Au工作電極、Ag/AgCl參比電極、Ag對(duì)電極、Chromeleon6.80色譜工作站、四元梯度泵。1.2實(shí)驗(yàn)原料及原料D-木糖、D-甘露糖、D-鼠李糖、D-果糖、D-葡萄糖、L-阿拉伯糖、D-半乳糖、D-半乳糖醛酸、D-葡萄糖醛酸,質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于97.0%,SigmaAldrich公司;固體乙酸鈉,質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%,AAA-DirectCertified,Dionex公司;NaOH溶液,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%~52%,Fluka公司;屈臣氏蒸餾水,廣州屈臣氏食品飲料有限公司。桉木片由山東華泰紙業(yè)股份有限公司提供。經(jīng)篩選、洗滌風(fēng)干后磨粉,取40~60目木粉作為原料。玉米秸稈取自遼寧省大連市附近農(nóng)村,經(jīng)風(fēng)干后除髄、磨粉,取40~60目秸稈粉作為原料。1.3實(shí)驗(yàn)用水的制備分別取7種標(biāo)準(zhǔn)單糖和2種糖醛酸0.1000g,溶解后分別定容于100mL容量瓶中,得到1g/L的單糖標(biāo)準(zhǔn)樣。分別取1mL質(zhì)量濃度為1g/L的單糖標(biāo)準(zhǔn)樣定容至100mL,可得到10mg/L標(biāo)準(zhǔn)混合樣。實(shí)驗(yàn)用水均為屈臣氏蒸餾水。250mmol/LNaOH淋洗液的配制:在2L塑料淋洗罐中加入1L屈臣氏蒸餾水。用移液管移取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%~52%的NaOH(約19.1mol/L)濃溶液的中層液13.3mL于該淋洗罐水面下。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下,混合均勻。50mmol/LNaOH淋洗液的配制:在2L塑料淋洗罐中加入1L屈臣氏蒸餾水。用移液管移取上述濃溶液的中層液2.6mL于該淋洗罐水面下。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下,混合均勻。1mol/LNaAc淋洗液的配制:稱(chēng)取82.0g固體乙酸鈉,用屈臣氏蒸餾水溶解并稀釋為1L。為防止淋洗液在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中和實(shí)驗(yàn)完畢后吸收空氣中的CO2,應(yīng)在淋洗罐中施加約為20~40kPa的氮?dú)獗Ｗo(hù)。1.4水解水預(yù)處理稱(chēng)取原料0.1000g左右于150mL錐形瓶中,用移液管加入1.5mL72%的濃H2SO4于試樣中?；旌暇鶆蚝?將燒杯置于室溫條件下(18~20℃)反應(yīng)2h,每隔5~10min搖晃一次。2h后加入42mL去離子水,放入油浴鍋中,121℃下加熱水解1h。1h后取出冷卻至室溫,用砂芯過(guò)濾器過(guò)濾,稀釋至100倍后,用0.45μm微孔水系過(guò)濾頭過(guò)濾。經(jīng)過(guò)這兩步酸水解后,原料中的聚糖幾乎全部轉(zhuǎn)換成單糖,可用于進(jìn)樣檢測(cè)。2結(jié)果與討論2.1糖苷類(lèi)物質(zhì)分離分析柱:CarboPacTMPA20,150mm×3mm;保護(hù)柱:CarboPacTMPA20,30mm×3mm;柱溫30℃;體積流量0.5mL/min。ED5000電化學(xué)檢測(cè)器:Au工作電極,Ag/AgCl參比電極,Ag對(duì)電極,糖標(biāo)準(zhǔn)四電位波形,見(jiàn)圖1。采用四電位脈沖安培檢測(cè)時(shí),4個(gè)不同的電位,分別用于糖的氧化、電極還原清洗、電極氧化清洗和電極表面活化。該電位具有重現(xiàn)性好、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn),基本上消除了金電極表面凹陷現(xiàn)象和電化學(xué)腐蝕。離子色譜柱根據(jù)各單糖和糖醛酸的酸度系數(shù)(pKa)將其分離開(kāi)。酸度系數(shù)越小,在分析柱上保留的時(shí)間越長(zhǎng)。各單糖和糖醛酸的酸度系數(shù)如表1所示。由于糖醛酸是糖的衍生物,比相應(yīng)的單糖多了羧基,其pKa更低,在陰離子柱上的保留時(shí)間也越長(zhǎng)。7種單糖可以用2mmol/LNaOH等濃度分離20min,2種糖醛酸則必須用至少200mmol/LNaOH淋洗,洗脫時(shí)間長(zhǎng)達(dá)60min左右。因?yàn)镹aAc淋洗液的洗脫能力遠(yuǎn)強(qiáng)于NaOH,所以在20~30min可用50~200mmol/LNaAc和2mmol/LNaOH梯度淋洗。最終使7種單糖和2種醛酸在30min內(nèi)得到較好分離。為保證各化合物保留時(shí)間的重現(xiàn)性,每次分離結(jié)束后用200mmol/LNaOH沖洗分離柱10min,以保證沖走分離柱內(nèi)所保留的檢測(cè)樣。然后需用2mmol/LNaOH平衡柱子10min,整個(gè)分離過(guò)程50min。淋洗程序如表2所示。2.2檢測(cè)結(jié)果和檢出限對(duì)7種單糖和2種糖醛酸的標(biāo)準(zhǔn)混合樣在優(yōu)化的分離與測(cè)定條件下進(jìn)行分析,每次進(jìn)樣25μL,色譜分離圖如圖2所示。在離子色譜檢測(cè)中,總檢測(cè)時(shí)間為30min,前20min可洗脫7種單糖,20min時(shí)基線上升,由于醋酸鈉淋洗液的加入,20~30min2種糖醛酸也被洗脫出來(lái)。1號(hào)峰為鼠李糖和阿拉伯糖兩者完全重合,除鼠李糖和阿拉伯糖外,幾種物質(zhì)可以得到很好分離。此標(biāo)準(zhǔn)混合溶液中,7種單糖和2種糖醛酸的含量均在10mg/L左右,連續(xù)6次進(jìn)樣,測(cè)得結(jié)果如表3所示。分別計(jì)算出6次測(cè)定值的平均值(X)和變異系數(shù)(RSD)。變異系數(shù)(RSD)越小,重現(xiàn)性越好。如表3所示,各標(biāo)準(zhǔn)糖和糖醛酸檢測(cè)濃度的RSD為0.73%~1.64%,滿(mǎn)足儀器分析變異系數(shù)<3%的要求。以3倍基線噪音峰高計(jì)算方法的檢出限,各化合物的檢出限為2.5~14.9μg/L。這些數(shù)據(jù)表明本方法用于測(cè)定實(shí)際造紙?jiān)暇哂辛己玫闹噩F(xiàn)性和較高的準(zhǔn)確性。2.3種原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)驗(yàn)對(duì)處理過(guò)的桉木酸水解液和玉米秸稈酸水解液樣品分別平行測(cè)定2次,并計(jì)算了2次測(cè)定的平均值,結(jié)果如表4所示。桉木水解液中檢測(cè)出了阿拉伯糖(鼠李糖)、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和葡萄糖醛酸。玉米秸稈水解液中檢測(cè)出了半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、木糖、甘露糖以及葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸(因?yàn)橛衩资呛瘫究?所以不含鼠李糖)。按表4數(shù)據(jù),計(jì)算2種原料綜纖維和聚戊糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù),公式如下:綜纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù):聚戊糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù):式(1)、(2)中:系數(shù)0.6根據(jù)參考文獻(xiàn)而定,闊葉木中微量的鼠李糖可以和阿拉伯糖合并在一起計(jì)算。根據(jù)式(1)、(2)及表4中數(shù)據(jù)得桉木綜纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71.33%,聚戊糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.36%;玉米秸稈綜纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.77%,聚戊糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.41%。用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)得桉木綜纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.96%,聚戊糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.13%;玉米秸稈綜纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.51%,聚戊糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.79%。由此可以看出,這2種方法測(cè)得的結(jié)果相當(dāng)。離子色譜法在詳細(xì)測(cè)定原料中各單糖含量的同時(shí),還能計(jì)算出原料中綜纖維素和聚戊糖的含量。而用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法,樣品處理繁瑣,且影響因素較多,所測(cè)結(jié)果為總糖含量,不能確定各單糖的含量,無(wú)法滿(mǎn)足檢測(cè)指標(biāo)日趨細(xì)化的要求。3離子色譜檢測(cè)(1)在分析造紙?jiān)细鞣N單糖和糖醛酸組分含量時(shí),酸水解液經(jīng)過(guò)稀釋過(guò)濾后,采用離子色譜檢測(cè),處理步驟簡(jiǎn)單,結(jié)果準(zhǔn)確。(2)在采用醋酸鈉和氫氧化鈉淋洗液梯度洗脫時(shí),可以使7種單糖及2種糖醛酸得到較好的分離,且糖