本發(fā)明涉殼聚糖改性的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種精氨酸固載殼聚糖的方法

背景技術(shù)：

含重金屬的廢水可直接或間接地造成人類和牲畜的永久性中毒，如致癌和非直接性引發(fā)某些疾病，淡水或海洋中的水生生物對水體中的重金屬也非常敏感，即使很低的濃度也會對它們構(gòu)成威脅，使得關(guān)于重金屬污染與防治的研究倍受重視。常用做重金屬吸附劑的材料包括褐煤、沸石、硅藻土以及風(fēng)化煤等，而近年來，處于降低成本、簡化工藝以及避免二次污染的需要，吸附劑的發(fā)展方向已逐漸從無機材料向天然高分子生物材料發(fā)展。

殼聚糖(chitosan)又名聚氨基葡萄糖，是甲殼素脫乙酞基化的產(chǎn)物。殼聚糖憑借其無毒害，可降解性，生物相容性，光譜抗菌性等特點，在食品、制藥、紡織、造紙、化工和生物等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。在污水處理方面，殼聚糖成為一種日益重要的吸附劑、絮凝劑和離子交換劑，用于工業(yè)廢水的脫色、重金屬離子的回收、凈化飲用水、硬水軟化等方面。殼聚糖的功能基-c2伯胺基上的氮原子具有孤對電子，能進入金屬離子的空軌道中形成配位鍵結(jié)合。因此，殼聚糖對去除重金屬有很好的效果。但是由于-c2伯胺基與吡喃葡萄糖環(huán)距離很近(僅0.147nm)，使其與荷電溶質(zhì)的結(jié)合位阻增大，螯合性因此受到限制。有研究表明，將殼聚糖進行適當(dāng)?shù)母男裕d體結(jié)構(gòu)單元上引入“柔性”手臂，可明顯地提高殼聚糖對金屬離子的螯合性能。另一方面，工業(yè)廢水成分復(fù)雜，不僅含有大量金屬離子，還攜帶有大量的有機污染物，各種微生物滋生，這要求天然高分子材料必須具有一定的耐菌性和耐分解性。天然殼聚糖雖具有一定的抗菌性，但長時間處于污水環(huán)境中，也必然會由于微生物的分解作用導(dǎo)致材料過早降解，因而無法長時間發(fā)揮其水體修復(fù)功能?；谝陨显?，有必要對天然殼聚糖進行化學(xué)改性，引入適當(dāng)?shù)娜〈鶊F，一方面，增強其對重金屬離子的吸附和捕集性能，另一方面，增強其對微生物包括各種分解菌的耐受性，以延長其作為一種水體修復(fù)材料的使用壽命和穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對上述存在的問題而提供一種精氨酸固載殼聚糖的方法。通過本發(fā)明制備方法，精氨酸的接枝率可達到16.85％。

附圖說明

1、圖1為殼聚糖和精氨酸固載殼聚糖的紅外譜圖

2、圖2為殼聚糖和精氨酸固載殼聚糖的x-射線衍射圖

提取工藝

本發(fā)明是利用脫水劑edc，活化劑nhs，制備精氨酸固載殼聚糖。具體操作工藝如下：

稱取2g的殼聚糖，加入100ml蒸餾水中，將溶液轉(zhuǎn)移至250ml兩口燒瓶，加入等摩爾量的l-精氨酸。隨后加入縮合劑edc與偶聯(lián)劑nhs，l-arg、edc與nhs的摩爾比為3∶3∶1。隨后用0.1n的鹽酸調(diào)節(jié)體系ph為5，使包括殼聚糖在內(nèi)的各種反應(yīng)物充分溶解，形成均一的體系，隨后于30℃下反應(yīng)10小時。反應(yīng)結(jié)束后，用0.5n的naoh溶液將體系ph調(diào)至8，待產(chǎn)物充分析出后，裝入透析袋中，于蒸餾水中透析五天，期間每隔6小時更換一次蒸餾水，以充分去除未反應(yīng)的氨基酸、縮合劑、偶聯(lián)劑以及副產(chǎn)物異脲。隨后在18％濃度的peg溶液中濃縮12小時，取出產(chǎn)物冷凍干燥，得到最終產(chǎn)物精氨酸接枝殼聚糖ca。

測定

1.ca接枝率測定

在堿性次鹵酸鹽的存在下，精氨酸的側(cè)基胍基可與α-萘酚結(jié)合生成紅色物質(zhì)，稱為坂口反應(yīng)。由于精氨酸是二十種氨基酸中唯一含胍基的氨基酸，因此坂口反應(yīng)是精氨酸的特殊顏色反應(yīng)，專門用于精氨酸的定性與定量檢測。故借助坂口反應(yīng)的原理來測定精氨酸接枝殼聚糖ca的接枝率，是一種快速方便而又準確的方法。

具體步驟為：準確稱取0.2g絕干的ca樣品，溶于50ml2n的鹽酸溶液，在95℃下加熱回流3小時，使殼聚糖大分子徹底水解，隨后通過坂口反應(yīng)，采用分光光度法測定溶液中游離精氨酸的含量，再通過公式(1)計算產(chǎn)物接枝率。

式中：gr％為ca的接枝率；m1為樣品水解中精氨酸的含量，單位為毫克；m2為樣品質(zhì)量，單位為克。

通過坂口反應(yīng)進行測定并進行計算得到精氨酸的接枝率為16.85％。

2.ca紅外光譜分析

采用kbr壓片法，在港東ftir-650型傅立葉變換紅外光譜儀上對樣品進行ftir分析。掃描波數(shù)范圍為4000-400cm^-1，分辨率4cm^-1，以空氣為空白，掃描32次后平均值得到殼聚糖(cs)和精氨酸固載殼聚糖(ca)的紅外譜圖1。

由圖1可知，cs在3500～3200cm^-1區(qū)域有強而較寬的紅外吸收峰，這是cs成氫鍵的羥基與伯胺基的vo-h、vn-h伸縮振動重疊產(chǎn)生的。cs亞甲基的vasc-h反對稱和vsc-h對稱伸縮振動在2946cm^-1和2893cm^-1處存在弱吸收，1630cm^-1附近是樣品中吸附少量水的紅外吸收，胺基的δn-h面內(nèi)彎曲振動在此處與之重合。cs紅外光譜中1418cm^-1處的強吸收屬于亞甲基的5c-h面內(nèi)彎曲振動，1151cm^-1、1110m^-1、1055m^-1和1021cm^-1處的中弱強度吸收分別對應(yīng)cs分子中醚鍵、伯/仲羥基以及伯胺基碳氮鍵的伸縮振動vc-o-c、vc-o以及vc-n。與cs相比，ca的紅外光譜發(fā)生了顯著變化，首先2900cm^-1處vsc-h的紅外吸收增強，這是由于精氨酸為多碳氨基酸，arg殘基的引入使ca大分子亞甲基數(shù)量增多所致。ca酰胺i帶的伸縮振動vc＝o與酰胺ii帶的δn-h剪式振動在1660cm^-1附近重合，使ca在1660～1630cm^-1區(qū)域的峰型發(fā)生改變，吸收強度也顯著增加。1380cm^-1附近為酰胺iii帶的vc-n的伸縮振動吸收。1603cm^-1處還出現(xiàn)了亞胺雙鍵的中等強度伸縮振動吸收v-n＝c-，這是精氨酸胍基的特征峰。酰胺特征峰的出現(xiàn)是由于l-arg羧基與cs伯胺基脫水形成了肽鍵所致。以上結(jié)構(gòu)變化充分表明l-精氨酸已經(jīng)成功固載到了殼聚糖大分子上。

3.cax-射線衍射分析

采用d/max2500型x射線衍射儀對樣品進行xrd分析，cukα靶，觀察所用管壓40kv，管流30ma，發(fā)散狹縫ds＝1°，接受狹縫rs＝0.3mm，散射狹縫ss＝1°，掃描速度8°/min，掃描范圍3°～80°，步寬2θ＝0.02°，得到樣品的x-射線衍射圖2。

如圖2所示，cs在2θ為20°左右分別出現(xiàn)一強衍射峰，在10°左右則存在一肩峰，這與之前殼有關(guān)殼聚糖x-射線衍射的研究報告相符合。與cs相比，精氨酸改性的殼聚糖ca的衍射強度減弱，峰型趨于彌散，其在20°附近的結(jié)晶峰強 度降低，10°左右的肩峰更加不明顯。這表明在接枝精氨酸以后，殼聚糖本身的結(jié)晶度有所降低。這是由于精氨酸屬于多碳氨基酸，側(cè)基長度較長，并且其側(cè)基上的胍基具有較大位阻，胍基的屏蔽作用使殼聚糖本身的氫鍵締合作用削弱，降低其有序程度，使得ca的結(jié)晶度減小。

4.ca氮元素含量測定

采用凱氏定氮法(kjeldahlmethod)測定ca氮元素含量，計算公式如下：

其中，v-減去空白后，樣品所消耗鹽酸標準溶液的體積(ml)；

c-鹽酸標準溶液的摩爾濃度；

w-樣品的重量(mg)。

經(jīng)凱氏定氮測定本實驗殼聚糖的的氮含量為7.14％，經(jīng)接枝精氨酸后氮含量為12.16％，由于精氨酸單體為2-氨基-5-胍基戊酸，每分子精氨酸含有兩個氨基與兩個亞氨基，氮含量為32.15％，遠高于殼聚糖，因此殼聚糖接枝精氨酸后依然導(dǎo)致產(chǎn)物氮含量增加，而取代度越高，則氮含量越高。因此，經(jīng)過測定接枝產(chǎn)物的氮含量結(jié)果表明，本實驗已經(jīng)在殼聚糖大分子鏈上成功引入了一定數(shù)量的精氨酸。