烷基糖苷含量測定方法研究進展

司西強，王中華

(中國石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院，河南濮陽 457001)

烷基糖苷(APG)是一種新型高性能非離子表面活性劑，由葡萄糖、淀粉等糖類化合物的半縮醛羥基與脂肪醇苷元脫水生成[1]，具有優良的表面活性和去污能力，無毒，無刺激，能夠徹底生物降解，對環境無污染，易溶于水。烷基糖苷被廣泛應用于日用化學品、造紙助劑、紡織助劑、皮革助劑、鉆井液處理劑等，應用前景廣闊[2-5]。目前國內測定烷基糖苷含量的主要方法有氣相色譜法、高效液相色譜法、蒽酮比色法、薄層色譜法、核磁共振法、紅外光譜法、毛細超臨界流體色譜法、液相色譜-質譜聯用技術等。筆者對烷基糖苷含量的現有測定方法進行了綜述，并簡要介紹了本研究團隊開發的鉆井液中烷基糖苷含量的測定方法，以期對從事相關研究的科研人員具有一定的啟發作用。

1　烷基糖苷含量現有測定方法

1.1　氣相色譜法

采用氣相色譜法分析烷基糖苷的含量時，結果準確性較高。GB/T 19464—2004《烷基糖苷》附錄B中推薦使用氣相色譜法測定烷基糖苷的組成。烷基糖苷樣品經硅烷化處理后進入色譜柱進行分離，由于各組分沸點不同，按脂肪醇、丙基糖苷、丁基糖苷、長鏈烷基單糖苷、長鏈烷基二糖苷、長鏈烷基三糖苷、長鏈烷基四糖苷的順序流出，對色譜圖進行分析，用面積歸一化法求出長鏈烷基糖苷各組分的含量[6-7]。

有研究人員采用氣相色譜法判斷烷基糖苷中主要苷類的出峰位置，并準確測定出烷基糖苷的平均聚合度。被測樣品是轉糖苷法合成的十二烷基多苷，采用30 m長的毛細管柱，柱溫為340 ℃。采用氣相色譜法分析烷基糖苷的組分，具有很高的靈敏度和分辨率，是測定烷基糖苷含量的較為準確的方法，但樣品分析前需進行硅烷化處理。

1.2　高效液相色譜(HPLC)法

用反相高效液相色譜法分析烷基糖苷產品時，色譜峰按親油性的大小先后出峰，出峰順序為：多糖、烷基多苷、烷基單苷。采用HPLC法分析烷基糖苷產品時，示差折光檢測器的靈敏度不高，蒸發光散射檢測器效果較好。用HPLC法分析烷基葡萄糖苷產品時，通常采用疏水化硅膠作為分離物料的反相系統，保留時間取決于各組分的親脂性，極性最大的碳水化物首先洗提出來，親油性最強的葡糖苷最后流出。此方法的優點是無需進行前期樣品制備，可直接測試[8]。

大量文獻中提出將高效液相色譜法與其他方法聯用，取得了很好的效果。但是用此方法測定烷基多苷含量時，單苷和多苷分離不完全，因此HPLC法主要用于鑒別各類表面活性劑，或無需測定所有組分的烷基聚葡糖苷的比較分析。常將HPLC法與核磁共振、電噴霧-質譜(ES-MS)等方法相結合，可更準確地測定烷基糖苷的含量。

1.3　蒽酮比色法

烷基糖苷在酸性溶液中水解成糖和脂肪醇，糖和蒽酮縮合形成綠色化合物，該綠色化合物的最大吸收波長是620 nm，吸光度與溶液中烷基糖苷的濃度呈線性關系。該方法操作簡便、快速，但是測定范圍窄，蒽酮試劑反應靈敏，方法難以掌握，且此法用于烷基糖苷總量的測定時，不能排除其他糖類的干擾。蒽酮比色法[9-10]多用于植物或藥材中總糖的測定。研究結果表明，烷基糖苷標準溶液的質量濃度為30～150 mg/L時，其質量濃度與吸光度值呈線性關系。對質量濃度為48.5 mg/L的烷基糖苷標準溶液，重復測定6次時，相對標準偏差為1.0%，標準曲線較穩定，使用幾個月都能保持較好的準確性。纖維素衍生物的存在對該方法的測定結果干擾較大。

1.4　薄層色譜法

薄層色譜法[11]的分離原理與高效液相色譜法相似，根據固定相的性質，分為正相薄層色譜法和反相薄層色譜法，前者用于分析烷基糖苷不同聚合度組分的分布，后者主要用于分析烷基糖苷的烷鏈長度分布。普通薄層色譜法的靈敏度較低，高效薄層色譜法具有較高的分辨率，與自動多級展開技術和薄層掃描技術結合時，可對配方組分進行準確的定量分析。推薦在薄層色譜RP18反相板上分離工業烷基糖苷混合物，烷基糖苷可按不同烷鏈長度分離，用稀硫酸噴霧并加熱后即可觀察到炭化后的斑點，檢出極限為600 mg，分離后的樣品由薄層色譜儀與二次離子質譜儀聯機鑒定。薄層色譜法對儀器分析手段方面要求較低，但對現場鉆井液技術人員來說操作較繁瑣。

1.5　核磁共振法

采用1H NMR和13C NMR技術判斷烷基糖苷中主要苷類的出峰位置，并測定烷基糖苷的平均聚合度[1，12]，測定樣品是轉糖苷法合成的十二烷基糖苷。采用1H NMR法測定更簡單省時，因APG是單苷、多苷、低聚糖等的混合物，1H NMR譜無法分清各組分的特征峰，尤其無法分清殘余醇上的CH2O和糖、苷上的CHnO，所以計算平均聚合度時省略了CH2O的1H NMR譜積分值，如果樣品中殘醇含量<1%，此項誤差可忽略不計。1H NMR譜面積積分法是一種快速測定平均聚合度的方法。采用13C NMR技術可很方便地測定α-糖苷和β-糖苷異構體的含量，這是其他分析方法不能達到的，該分析方法靈敏度較高，無需扣除核間奧化(NOE)效應，但是該方法對儀器要求較高，測樣時間較長。

1.6　紅外光譜法

可以根據烷基糖苷的紅外譜圖定性判斷糖苷類物質是否存在。有學者采用傅里葉變換紅外光譜法測定洗發液和液體香皂中烷基糖苷的含量。測定在紅外區(800～1 600 cm-1，1 900～3 000 cm-1)進行[13]。該方法較簡單快捷，但結果準確度有待驗證。

1.7　毛細超臨界流體色譜法

烷基糖苷的相對分子質量較高，不易揮發，通過毛細超臨界流體色譜法能很好地分離，但樣品在分析前需進行硅烷化處理[1]。硅烷化處理步驟限制了該方法的應用范圍。

1.8　液相色譜-質譜聯用技術

該方法可用于烷基糖苷組分的定性分析和結構分析，快速給出烷基糖苷的碳鏈長度及單苷、雙苷、多苷的分布，同時還可以提供有關烷基糖苷的合成方法和采用的催化劑等信息[14]。采用該方法時無需對樣品進行預處理，直接將樣品注射于離子噴射源，對烷基糖苷各組分的定性分析準確快速，靈敏度高，但不能進行定量分析。

此外分析烷基糖苷的方法還有酶催化法和電位滴定法。酶催化法是指烷基糖苷在糖酶的存在下苷鍵斷裂，用酶電極測定葡萄糖的量，從而計算烷基糖苷的總含量[15]。有研究者試用衍生化的方法將烷基糖苷轉化為陰離子化合物，然后進行電位滴定[16]，確定烷基糖苷的含量。

2　鉆井液中烷基糖苷的含量測定

上述測定方法對儀器設備要求高，操作過程較為繁瑣，不適用于鉆井施工現場，筆者對鉆井液中烷基糖苷含量的測定方法進行了研究，確定分離稱重法為首選方法。該方法步驟如下：將鉆井液用中壓濾失儀壓濾后得到濾液，在濾液中加入乙醇和輔助溶劑，則高分子聚合物因為不溶于乙醇和輔助溶劑而析出，過濾除去聚合物，將過濾得到的清液減壓蒸餾、烘干、稱重，即可計算出鉆井液中烷基糖苷的含量。繪制烷基糖苷稱重質量與鉆井液中烷基糖苷含量的標準曲線，線性關系較好，R2=0.999。該方法操作簡單，結果準確性高，適用于現場鉆井液中烷基糖苷含量的測定，對現場鉆井液中烷基糖苷的含量控制具有較好的指導作用。

3　結論

1)現有的烷基糖苷含量測定方法各有優缺點，適用范圍或多或少受到限制，其中高效液相色譜法準確度較高，可直接進樣分析，與其他分析方法聯用時可分析產品及配方中烷基糖苷的含量。

2)稱重法適用于現場鉆井液中烷基糖苷含量的測定，對現場鉆井液中烷基糖苷的含量控制具有較好的指導作用。

[1]王軍．烷基多苷及衍生物[M]．北京：化學工業出版社，2001：53-54．

[2]司西強，雷祖猛，趙虎，等．烷基糖苷的合成及其鉆井液研究進展[J]．精細與專用化學品，2011，19(5)：42-47．

[3]Si X Q，Wang Z H , Wei J, et al. Performance test for cationic methyl polyglucoside which was used in drilling fluid[J].PreprPap-AmChemSoc,DivPetChem, 2012, 57(1): 86-87.

[4]Si X Q, Wang Z H, Wei J, et al. Study on synthesis of cationic methyl glucoside which was used in drilling fluid[J].PreprPap-AmChemSoc,DivPetChem, 2012, 57(1): 102-103.

[5]Si X Q, Wang Z H, Wei J, et al. Influence of catalyst on the synthesis of cationic alkyl glucoside[J].PreprPap-AmChemSoc,DivEnergyFuels，2013,58(2): 336-337.

[6]周卯星，黃利群．烷基糖苷的氣相色譜分析[J]．日用化學工業，1991(6)：39-41．

[7]梁盟，王豐收，姚晨之．烷基糖苷組成分析研究[J]．化學與生物工程，2013，30(7)：88-92．

[8]朱愛淑．烷基糖苷的高效液相色譜法分析[J]．化工科技，2002，10(1)：38-40．

[9]張效華．烷基多苷的分析方法—比色法[J]．日用化學品科學，1996(6)：6-9．

[10]康文術，王青寧．沙棗淀粉烷基多糖苷的制備與性能[J]．精細化工，2004，21(10)：723-725．

[11]付鹿，王萬緒，杜志平，等．薄層色譜法分析短鏈烷基糖苷[J]．應用化工，2013，42(3)：561-564．

[12]于寧．烷基糖苷的合成及物化性能分析[D]．大連：大連理工大學，2004．

[13]歐陽新平．十二烷基多苷的紅外譜圖研究[J]．精細化工，2001，18(3)：176-177．

[14]金欣，張淑芬，楊錦宗．烷基多苷高效液相色譜—電噴霧質譜行為的研究[J]．質譜學報，2007，28(3)：179-184．

[15]Bastl-Borrmann R, Kroh L W. Novel enzymatic assay for determination of alkyl polyglycosides with short chain fatty alcohols[J].Fresenius’JournalofAnalyticalChemistry, 2001, 371(7): 939-943.

[16]Buschmann N, Hülsk?tter F, Kruse A, et al. Analytical methods for the determination of alkylpolyglucosides[J].Lipid/Fett, 1996, 98(12): 399-402.