殼聚糖鎳配合物對尿素吸附性能研究

李小芳,馮小強,伏國慶,楊 聲,＊

(1.天水師范學院生命科學與化學學院,甘肅天水 741001; 2.天水市中醫(yī)醫(yī)院化驗科,甘肅天水 741001)

殼聚糖鎳配合物對尿素吸附性能研究

李小芳1,馮小強1,伏國慶2,楊 聲1,＊

(1.天水師范學院生命科學與化學學院,甘肅天水 741001; 2.天水市中醫(yī)醫(yī)院化驗科,甘肅天水 741001)

合成了殼聚糖和金屬元素Ni的配合物,通過紅外光譜(I R)和紫外吸收光譜做了表征,并研究了殼聚糖-Ni對尿素的吸附性能,探討了尿素初始質(zhì)量濃度、反應pH、溫度及時間對吸附量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),殼聚糖-Ni配合物對尿素具有很好的吸附能力,當尿素溶液的初始濃度為 3.5mg/mL,反應溫度為 20℃,pH為 6.0,反應時間為 10h時,殼聚糖-Ni對尿素的吸附性能最好。

殼聚糖鎳,尿素,吸附

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

殼聚糖 水溶性,60目,濟南海德貝海洋生物工程有限公司;氯化鎳、尿素、對二甲氨基苯甲醛 均為分析純;顯色劑 稱取 2.00g對二甲氨基苯甲醛,溶于 100mL無水乙醇中,再加入 10mL濃 HCl,混勻;尿素標準溶液 準確稱取尿素 0.5000g,溶于 1000mL容量瓶內(nèi),用蒸餾水稀釋至刻度,此溶液尿素含量為0.5000mg/mL。

UV-2450紫外吸收儀 日本島津;9200型UV-vis分光光度計 北京瑞利;PHS-3D精密 pH計 上海精科;Spectrum One傅立葉紅外光譜儀 Perkin E lmer;RF-5301PC型熒光分光光度計。

1.2 殼聚糖-N i配合物的制備

將 0.5g殼聚糖、0.5g氯化鎳加入到 50mL 1.0%乙酸中,用氨水調(diào) pH至 4.5左右,磁力攪拌器上80℃恒溫攪拌 3h,冷卻至室溫,混合物倒入200mL丙酮中,過濾,沉淀用 200mL 95%乙醇洗滌,再用200mL去離子水洗滌,60℃真空干燥至恒重。

1.3 配合物對尿素的吸附

1.3.1 標準曲線的繪制[7]準確吸取 0.5000mg/mL的尿素標準溶液 0.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00、12.00mL于 25mL比色管中,分別準確加入顯色劑10.00mL,用蒸餾水稀釋至刻度,充分搖勻;放置20min,待氣泡完全消失后,用 1cm比色皿,在波長420nm處,以試劑空白作參比,用分光光度計進行比色測定。以所含尿素質(zhì)量為橫坐標,對應的吸光度為縱坐標,繪制標準曲線。

1.3.2 配合物對尿素的吸附 稱取 1.0g殼聚糖-Ni于一定質(zhì)量濃度的 100mL尿素溶液中,調(diào)節(jié)溶液的pH,在一定溫度下攪拌反應一定時間后,用移液管吸取 1.0mL上清液置于 5.0mL容量瓶中,準確加入2.0mL對二甲氨基苯甲醛顯色劑。以試劑空白作參比,測定 420nm處的吸光度值,計算尿素含量。

1.3.3 吸附量的計算 在 100mL尿素溶液中加入1.0g吸附劑,攪拌反應一段時間,測定吸附前后溶液中尿素質(zhì)量濃度的變化,按下式計算吸附量Q：

式中：V為尿素溶液的體積,mL;W為吸附劑的干重,g;C0為吸附前溶液的質(zhì)量濃度,mg/mL;C為吸附后溶液的質(zhì)量濃度,mg/mL;Q為吸附量,mg/g。

2 結(jié)果與討論

2.1 殼聚糖-N i配合物表征2.1.1 紅外光譜 采用 KBr壓片法測定殼聚糖和殼聚糖 -Ni的紅外光譜,如圖 1所示。殼聚糖在3445.74cm-1處的強吸收峰是-OH和-NH的特征吸收部分重疊結(jié)果;在 1152.84、1083.04、1664.51cm-1處產(chǎn)生了-O-、C-O和乙酰基中C=O的伸縮振動吸收峰;在 893.48cm-1處的吸收峰是伯胺-NH2的吸收帶;1599.46cm-1是伯胺 N-H面內(nèi)彎曲振動強吸收峰;1028.84cm-1歸屬為伯醇的吸收峰;1325.13cm-1處的較弱的吸收峰是由C-N鍵的伸縮振動引起的。殼聚糖-Ni在 1634.12cm-1有新的吸收峰出現(xiàn),表明 C2上的胺基或乙酰胺基與 Ni發(fā)生了配位;殼聚糖1421.15cm-1處-OH的彎曲振動逐漸消失,表明-OH也參與了配位。

圖 1 殼聚糖和殼聚糖-Ni配合物的紅外光譜

2.1.2 殼聚糖-Ni(II)配合物的紫外吸收光譜 用1.0%HCl溶解殼聚糖和殼聚糖-Ni(II)配合物,進行紫外光譜掃描。由圖 2可知,殼聚糖在 222nm有吸收,而 CS-Ni(II)配合物有三個吸收峰,分別在 220、245、392nm,這是由于配合物中 n-p＊躍遷及氧氮孤對電子發(fā)生 n-S＊躍遷的結(jié)果。紫外吸收光譜說明,殼聚糖與鎳發(fā)生了配位作用。

圖 2 殼聚糖和殼聚糖-Ni(II)配合物的紫外吸收光譜

2.2 配合物對尿素的吸附

2.2.1 標準曲線的繪制 尿素的質(zhì)量和 OD420nm滿足線性關(guān)系：Y=-0.171+0.25457X(R=0.99908),其中,Y是 OD420nm,X是尿素的質(zhì)量 (mg)。

圖3 尿素吸附的標準曲線

2.2.2 尿素初始質(zhì)量濃度對吸附量的影響 取尿素初始質(zhì)量濃度分別為 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5mg/mL,在 pH為 5.0,40℃攪拌吸附 6h的條件下,研究尿素初始質(zhì)量濃度對吸附量的影響,結(jié)果如圖 4所示。吸附量隨尿素起始質(zhì)量濃度的增大而增加,這是因為可供配合物中Ni(II)的空余 d軌道吸附尿素的量在逐漸增加的緣故。當尿素起始濃度為3.5mg/mL時,吸附量達到最大,這表明配合物中已基本沒有空余 d軌道存在,吸附已基本達到飽和。故本文選擇最佳的尿素起始濃度為 3.5mg/mL。

圖 4 尿素初始質(zhì)量濃度對吸附量的影響

2.2.3 pH對吸附量的影響 取 pH分別為 3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5,尿素初始質(zhì)量濃度為 3.5mg/mL,在 40℃攪拌吸附6h的條件下研究pH對吸附量的影響,結(jié)果如圖 5所示。可以看出,當 pH從 3.5增大至6.0時,吸附量達到最大值 169.58mg/mL,而后隨著pH的繼續(xù)增加,吸附量反而降低,因此確定最佳 pH為6.0。

圖5 pH對吸附量的影響

2.2.4 反應溫度對吸附量的影響 取反應溫度分別為 20、30、40、50、60、70℃,在尿素初始質(zhì)量濃度為3.5mg/mL,pH為 6.0,攪拌吸附 6h的條件下,研究反應溫度對吸附量的影響,結(jié)果如圖 6所示。可以看出,隨溫度升高,對尿素的吸附量減小,這是由于殼聚糖-Ni隨著溫度的升高其溶解性增加,導致吸附量下降,因此確定最佳反應溫度為 20℃。

圖6 反應溫度對吸附量的影響

2.2.5 反應時間對吸附量的影響 取反應時間分別為1、2、4、6、7、8、10h,在尿素初始質(zhì)量濃度為 3.5mg/mL, pH為 6.0,20℃攪拌吸附的條件下,研究反應時間對吸附量的影響,結(jié)果如圖 7所示。可以看出,隨反應時間的延長,對尿素的吸附量逐漸增加,10h時吸附量基本趨于穩(wěn)定,因此選擇最佳反應時間為 10h。

圖7 反應時間對吸附量的影響

3 結(jié)論

殼聚糖-Ni配合物對尿素具有很好的吸附能力,當尿素溶液的初始濃度為 3.5mg/mL,反應溫度為20℃,pH為 6.0,反應時間為 10h時,殼聚糖-Ni對尿素的吸附性能最好。

由于殼聚糖-Ni配合物吸附尿素后,配合物的顏色沒有發(fā)生變化,實驗也表明,在吸附尿素的過程中金屬離子并不脫落,說明殼聚糖-Ni吸附尿素后,形成 CS-Ni-Ureal配合物,而不是配體完全取代過程,其配位方式有待于進一步研究。殼聚糖-Ni對尿素的吸附容量大,吸附效果較好,主要原料殼聚糖是從生物體內(nèi)提取的天然高分子化合物,具有良好的生物活性和醫(yī)藥價值,且生物及血液相容性好,因此該產(chǎn)品具有實際應用價值,不但可用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域,也可用于食品保健品生產(chǎn)領(lǐng)域,但將其應用于人工腎或作為口服尿素吸附劑還需進一步在人體血液或體內(nèi)環(huán)境下實驗各種因素的影響。

[1]Chung Y C,Chen CY.Antibacterial characteristics and activity of acid-soluble chitosan[J].Bioresource Technology,2008,99：2806-2814.

[2]Seyfarth F,Schliemann S,Elsner P.Antifungal effect of highand low-molecular-weight chitosan hydrochloride,carboxymethyl chitosan,chitosan oligosaccharide and N-acetyl-d-glucosamine against Candida albicans,Candida krusei and Candida glabrata [J].International Journal of Phar maceutics,2008,353：139-148.

[3]周永國,齊印閣,王秀娟 .殼聚糖金屬離子配合物吸附尿素性能研究[J].中國生物化學與分子生物學報,1999,15(4)：677-679.

[4]郎惠平,張秀軍 .不同分子量的殼聚糖亞鐵配合物的合成及其對尿素的吸附性能[J].食品科學,2005(3)：31-34.

[5]任玉蘭,馬天慧,劉玉敬 .殼聚糖錳配合物對尿素的吸附性能研究[J].化學與生物工程,2005(10)：20-22.

[6]楊滋,許牡丹,王亞娟,等 .殼聚糖銅配合物對尿素的吸附性能研究[J].陜西科技大學學報,2008,26：92-94.

[7]丁雪紅,劉柏智,牛進 .緩釋尿素中尿素含量的測定[J].化肥工業(yè),2005,33(3)：35-36.

Study on the adsorption perform ance of chitosan-N i for urea

L I Xiao-fang1,FENG Xiao-qiang1,FU Guo-qing2,YANG Sheng1,＊
(1.College ofBiology and Chemistry,TianshuiNor malUniversity,Tianshui 741001,China; 2.Tianshui Traditional ChineseMedical Hospital,Tianshui 741001,China)

Chitosan-N i(II)comp lex was p rep a red,cha rac te rized by FT-IR and UV-Vis absorbance sp ec tra.The adsorp tion of chitosan-N i for urea was s tud ied,the influentia l fac tors such as initia tion concentra tion of urea,pH, reac tion temp e ra ture and reac tion t im e we re d iscussed.The results showed tha t chitosan-N i had good adsorp tion for urea.

chitosan-N i;urea;adsorp tion

TS201.2

A

1002-0306(2010)03-0169-03

尿素是腎功能衰竭和尿毒癥患者血液中積蓄的主要毒性成分,高效率的清除尿素一直是生物醫(yī)學工程領(lǐng)域中人工腎和口服尿素吸附劑研究的重要課題。對尿毒癥患者,目前普遍采用的治療措施是對其進行定期的血液透析以緩解病情,但由于這些常規(guī)的吸附劑存在吸附容量低、選擇吸附性差、生物和血液相容性不好等缺點,使人工腎和口服尿素吸附劑的應用受到限制,因此研制一種高吸附性、無毒副作用、生物相容性好、選擇性高的新型尿素吸附劑成為人們關(guān)注的熱點。殼聚糖 (CS)是從蝦、蟹殼中提取的無毒天然高分子材料,能有效抑制細菌和真菌的生長[1-2],在生物醫(yī)學領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。殼聚糖與過渡金屬反應形成的配合物也可用于尿素的吸附,這是由于尿素分子的-CO-和-NH2可在過渡金屬的 d軌道上配位,比殼聚糖自身大大提高了吸附尿素的容量和選擇性。殼聚糖 -Zn(II)[3], Fe(II)[4],Mn(II)[5],Cu(II)[6]金屬配合物對尿素吸附的研究已經(jīng)有報道,但是,殼聚糖-Ni配合物對尿素吸附性能的研究幾乎沒有報道,且金屬鎳離子具有抗炎、殺菌、抗癌、抗凝血、鎮(zhèn)痛等藥理作用,將兩種具有生物活性的物質(zhì)通過共價鍵鍵聯(lián),得到的目標化合物能發(fā)揮兩者的獨特性能或協(xié)同效應。因此,本文合成了殼聚糖-Ni配合物,通過紅外光譜、紫外光譜等方法對配合物進行了表征,研究了它對尿素的吸附性能,為進一步開發(fā)殼聚糖和新型尿素吸附劑提供了重要的科學依據(jù)。

2009-04-28 ＊通訊聯(lián)系人

李小芳 (1983-),女,碩士研究生,從事天然高分子活性研究。

甘肅天水師范學院物理無機化學重點學科基金資助。