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摘要:在Waters ALC/ GPC244 凝胶色谱仪上,使用Watersμ-Ultrahydrogel 柱和示差折光检测器,以聚乙二醇作标样,测定了木素磺酸钙的电氧化降解产物的相对分子质量及相对分子质量分布。研究了流动相的电解质种类、离子强度和pH 值对标样及试样色谱行为的影响。通过实验确定流动相为0. 05 mol/ L LiCl 溶液,其pH 值为615 。所建立的方法用于木素降解产物相对分子质量分布的测定,具有简便、快速和稳定的特点。
关键词:凝胶色谱法;木素磺酸盐;降解;相对分子质量
1 前言
制浆造纸工业中大量产生的工业木素是一种具有广泛潜在利用价值的高分子化合物。目前对工业木素的利用研究已有报道[ 1 ] 。工业木素降解之后,由于结构简化且相对分子质量降低,故具有较高的反应活性。
电氧化法是一种有效的降解方法[ 2 ,3 ] 。为了控制木素磺酸盐降解产物的特性,需对产物的相对分子质量分布进行测定。凝胶色谱法测定木素磺酸盐的相对分子质量分布已有文献报道[ 4 ,5 ] ,但该方法不适用于已降解成低分子物的产物,故需探讨适合木素磺酸盐降解产物相对分子质量测定的新方法。
2 实验部分
仪器: Waters 244 GPC/ HPLC 仪, 配Waters6000A 泵,U6k 进样系统, Waters Ultrahydrogel 250柱(相对分子质量范围1 000～80 000) ,Waters 410示差折光检测器和Baseline 810 数据处理系统。标样:窄相对分子质量分布的聚乙二醇(美国Shedex Standard 公司) ,相对分子质量分别为680 ,1 470 ,7 100 ,12 600 和23 000。将木素磺酸钙(吉林开山屯化学纤维浆厂) 在以PbO2 膜式电极为阳极、铜片为阴极的反应池中进行电氧化降解,电压为25 V , 电流为300 mA。选定氧化反应的时间分别为15 h ,22 h 和30 h ,相应的电荷量分别为8 064 C ,11 520 C 和15 210 C ,得到的产物分别称为产物A ,B 和C。分别用不同质量浓度和pH 值的NaNO3 ,NaCl 和LiCl 溶液配制流动相。将木素样品和标样首先溶解于流动相,配成质量浓度约为3 mg/ L 的溶液,然后用0145μm 的HA 滤膜过滤,取100μL 溶液进样。流速016 mL/ min。
3 结果与讨论
木素在降解反应中易开环,且开环程度不同的产物其紫外吸收系数亦不同,故用示差折光检测器检测浓度。另外,降解产物样品成分复杂,各组分的结构特性区别较大,流动特性各不相同。因此色谱条件的变化对样品中不同成分的色谱行为影响较大。
据文献[5 ]报道,在水溶性凝胶色谱中,离子强度、pH 值等因素对工业木素的色谱行为(保留时间、峰形状和峰面积等) 都有很大影响。选择适当的流动相与柱的组合可减轻非体积排除效应的影响。
3.1 离子强度对降解物分离的影响
据文献[5 ]报道,用Pullulen 等非电解质作标样时,离子强度对标定线的线性关系以及色谱峰的分辨率影响甚小。本实验虽然仍用非电解质作标样,但发现当含LiCl 的流动相离子强度降低时,色谱峰的分辨率得到提高。图1 为不同浓度的LiCl 溶液淋洗木素磺酸盐降解产物所得凝胶色谱图。从图1可看出,低离子强度有助于提高色谱图的分辨率,这一结果与文献[6 ]的报道相吻合。图1 表明,随着流动相离子强度的增大,降解产物的保留时间趋于延长。这说明木素分子在低离子强度下易于膨胀,从而使流体力学体积增加;而高离子强度将使分子流体力学体积减小,故保留时间延长。这与文献[7 ]的报道一致。离子强度降低后,色谱峰面积增大,说明在此条件下样品的吸附减轻。时间影响不大,但峰形明显不同。用LiCl 溶液淋洗时,代表降解产物中3 个具有不同相对分子质量级分的色谱峰可清晰分开,而用另两种流动相淋洗时,代表相对分子质量较低的两级分色谱峰较难分离。故实验中选用LiCl 溶液为流动相。
图2 为用不同离子强度的LiCl 水溶液淋洗聚乙二醇标样所得的标定线。由图2 可知,在低离子强度下,标定线的线性范围较宽,故本实验选用较低离子强度的流动相。
3.2 电解质种类对降解物分离的影响
由图3 可知,流动相种类对样品各级分的保留
3.3 pH值对降解物分离的影响
用pH 615 的0.05 mol/ L LiCl 溶液为流动相淋洗木素磺酸盐降解产物,可得到明显分离的3 个色谱峰。但若将pH 值升至8～10 ,则只能观察到两个峰,而且分离不彻底。另外,pH 值的变化可使聚乙二醇标样保留时间略有变化,从而导致标定线形状的改变(见图4) 。
木素磺酸盐电氧化降解产物凝胶色谱图见图5 。图5 中3 种样品(A ,B 和C) 的降解产物的相对分子质量如表1 所示。各样品色谱图均含有3 个峰。其中相对分子质量最大的为未降解木素磺酸盐。对比未反应木素磺酸盐的.M w 和.M n 数值(分别为26 630和8 930) 可知,木素磺酸盐高分子级分的相对分子质量亦有变化。这说明木素磺酸盐在降解的同时,还伴随有缩合反应,从而使高分子级分的相对分子质量进一步增加;另两个色谱峰代表降解生成的低分子产物。随着电氧化反应时间的延长,低分子产物含量趋于增加,而其平均相对分子质量趋于降低。
参考文献:
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