殼聚糖鎳配合物對尿素吸附性能研究

李小芳,馮小強(qiáng),伏國慶,楊 聲,＊

(1.天水師范學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院,甘肅天水 741001; 2.天水市中醫(yī)醫(yī)院化驗(yàn)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(qiáng)1,伏國慶2,楊 聲1,＊

(1.天水師范學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院,甘肅天水 741001; 2.天水市中醫(yī)醫(yī)院化驗(yàn)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(yīng)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(dāng)尿素溶液的初始濃度為 3.5mg/mL,反應(yīng)溫度為 20℃,pH為 6.0,反應(yīng)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)溶液 準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[7]準(zhǔn)確吸取 0.5000mg/mL的尿素標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)行比色測定。以所含尿素質(zhì)量為橫坐標(biāo),對應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(zhǔn)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(yīng)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(qiáng)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?；蠧=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(qiáng)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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?yàn)榭晒┡浜衔镏蠳i(II)的空余 d軌道吸附尿素的量在逐漸增加的緣故。當(dāng)尿素起始濃度為3.5mg/mL時,吸附量達(dá)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(dá)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(dāng) pH從 3.5增大至6.0時,吸附量達(dá)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(yīng)溫度對吸附量的影響 取反應(yīng)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(yīng)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(dǎo)致吸附量下降,因此確定最佳反應(yīng)溫度為 20℃。

圖6 反應(yīng)溫度對吸附量的影響

2.2.5 反應(yīng)時間對吸附量的影響 取反應(yīng)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(yīng)時間對吸附量的影響,結(jié)果如圖 7所示?？梢钥闯?隨反應(yīng)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(yīng)時間為 10h。

圖7 反應(yīng)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(dāng)尿素溶液的初始濃度為 3.5mg/mL,反應(yīng)溫度為20℃,pH為 6.0,反應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)際應(yīng)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(yīng)用于人工腎或作為口服尿素吸附劑還需進(jìn)一步在人體血液或體內(nèi)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)各種因素的影響。

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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(xué)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(jìn)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(diǎn),使人工腎和口服尿素吸附劑的應(yīng)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(diǎn)。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(xì)菌和真菌的生長[1-2],在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。殼聚糖與過渡金屬反應(yīng)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(biāo)化合物能發(fā)揮兩者的獨(dú)特性能或協(xié)同效應(yīng)。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(jìn)行了表征,研究了它對尿素的吸附性能,為進(jìn)一步開發(fā)殼聚糖和新型尿素吸附劑提供了重要的科學(xué)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(xué)院物理無機(jī)化學(xué)重點(diǎn)學(xué)科基金資助。