葡聚糖水溶液的流体力学性能与分子量标准物质研究

摘要

葡聚糖是一种高聚葡萄糖，一般由链球菌和肠膜明串球菌通过发酵产生，可以作为临床、制药、研究和商业用途的化学制品，具有很大的商业价值。葡聚糖的许多性能都与其分子量有关，如药物传递功能、活性、特征血清反应等。因此，准确地测量葡聚糖的分子量，对指导葡聚糖的生产和研究具有重要的意义。 目前我国有窄分布聚苯乙烯分子量标准物质三种，其结构和流体力学性质与葡聚糖相差较大，在采用凝胶渗透色谱法（GPC法）测量分子量时，利用窄分布聚苯乙烯分子量标准物质绘制校准曲线，会造成较大测量误差。 为满足糖类从低聚糖到多糖的检测需要，本文选择分子量为5000、1万、6万、10万、25万、50万左右的6种葡聚糖进口试剂，作为研制葡聚糖分子量标准物质的候选物。文中对标准物质的制备、保存、定值方法确认、均匀性检验和稳定性检验等进行了详细论述；采用GPC-激光光散射联用仪测定了葡聚糖样品的分子量和分子量分布，并系统分析了测量结果的不确定度。所研制的6种标准物质均通过了均匀性检验和稳定性检验，满足作为标准物质的基本要求。 1、选购了6种不同分子量的葡聚糖样品，分子量范围从1000到1000000，分子量分布约在1．5左右。采用GPC法对样品进行了初步验证，得到6种分子量约为5000、1万、6万、10万、25万、50万的葡聚糖样品。 2、采用GPC-SLS法对选定的6种样品进行测试，并采用方差分析法对测量结果进行统计分析，样品单元内和单元间的分子量最大偏差小于8%，结果表明，样品是均匀的。 3、采用GPC-SLS法对选定的6种样品进行长达一年的稳定性考查，在考查期内分子量最大偏差小于4%，结果表明，样品是稳定的。 4、采用GPC-SLS法对选定的6种样品进行定值分析，并详细分析了定值结果的不确定度。 本文还对葡聚糖水溶液的流体力学性能进行了研究。主要工作如下： 5、在25±1 C下，用ARES-RFSⅢ型旋转流变仪（TA Instruments，USA）对D50（分子量为5．223×105）溶液进行测试，结果表明，随着溶液浓度增大，逐渐体现剪切变稀的特性：在30wt．%下表现出非牛顿流体的行为，溶液黏度随着剪切力的增大而降低。10wt．%的溶液表现出牛顿流体的性质，在更低的浓度下则表现出一种奇怪的流变性，溶液黏度先随剪切速率的增加而降低，然后出现一段平台，当剪切速率增加到10s-1以上时，黏度随之增大。 6、在同为30wt．%的情况下，对D10、D25和D50三种不同分子量葡聚糖进行了研究，结果表明，随着葡聚糖分子量的增加，其相同浓度溶液的黏度逐渐增大；同时，随着葡聚糖分子量的增加，其溶液流体类型发生改变，在低分子量时为牛顿流体，高分子量时则变为剪切变稀的流体。 7、当浓度为10wt．%时，发现分子量较大的D10，D25和D50等三种葡聚糖的水溶液表现出近似的牛顿流体特性，而另外两种分子量较小的样品溶液则表现为近似纯水的流变性，即先降低，然后走平，最后增加。对于分子量较高的葡聚糖，其水溶液黏度大，受溶剂水流变性的影响较小，能够表现出自己的特性。但由于浓度较低，分子链之间的缠结和氢键作用影响均较小，因此对外表现出牛顿流体性质。低分子量样品水溶液黏度低，受纯水流变性影响大，因而表现出以上特性。 8、在浓度均为1wt．%的情况下，五种样品黏度均比较低，表现为近似纯水的流变性。 9、不论何种样品，何种浓度，在剪切速率为2s-1时，溶液的黏度值均变得较为稳定。在剪切速率为2s-1时，考查了分子量和浓度对溶液黏度的直接影响，同样得到，对同一种样品，溶液黏度随浓度的增加而增加；在相同浓度下，溶液黏度随着葡聚糖分子增加而升高。同时，在1wt．%时，黏度随分子量增加的趋势较缓，而随着浓度的增加，此增长趋势逐渐变得显著。另外，对分子量高的样品，浓度对黏度的影响较对分子量低的样品明显。究其原因，是因为那些分子量高、浓度大的样品溶液中容易出现分子间缠结等作用，更易导致溶液黏度的显著增大。 10、以10wt．%的D50水溶液作为研究对象，考查溶液温度对其流变性的影响，实验中选取了从25℃到65℃的五个温度点，结果表明，随着温度的升高，溶液黏度逐渐下降。 11、采用TA Instruments的ARES-RFSⅢ流变仪对溶液的触变性进行了研究。当溶液浓度为1wt．%时，由于几种葡聚糖在溶液中均能较自由地发生形变，几乎不受到什么阻力，因此五种分子量葡聚糖的水溶液均未表现出触变性，同时，分子量不同引起溶液黏度的变化：分子量越大，黏度越大；当溶液浓度增大到10wt．%时，几种葡聚糖水溶液仍未形成触变环；当浓度增大为30wt．%时，分子量较低的四种葡聚糖D4到D25水溶液仍未形成触变环，分子量为5．223×105的D50葡聚糖水溶液则由于溶液浓度大，葡聚糖分子链长，容易发生分子链缠结和生成分子间氢键而生成触变环。由此可知，葡聚糖分子量及溶液浓度均可改变溶液的触变性。 12、采用TA Instruments的ARES-RFSⅢ流变仪对溶液的动态黏弹性进行了研究。当频率固定在10rad/s时，1wt．%D4水溶液的应变扫描曲线可以分成三个区域：当应变小于0．11%时，储能模量（G’）和耗能模量（G”）均随着应变的增加而下降；应变在0．11%到3%时，储能模量和耗能模量则随着应变的增加而升高；当应变大于3%时，储能模量和耗能模量表现得几乎与应变无关。尽管在大于3%的应变下储能模量始终大于耗能模量，但由于两个值相差不大，因此可以说溶液表现出“固液”两相行为。当应变大于3%时，复合模量不受应变的影响。 文中研究了在应变为10%时，D4分别在几个不同浓度（1wt．%，10wt．%，30wt．%）下的频率扫描情况。可以看出，随着浓度的增大，溶液的G’和G”均变大。在每种浓度下，两条模量曲线均在某一特定频率相交，低于此频率时溶液的黏性成分G”大于其弹性成分G’；高于此频率时G’大于G”。假设1wt．%，10wt．%和30wt．%所对应的相交点分别为P1，P2和P3，随着溶液浓度的增大，交点所对应的频率逐渐升高，即：P3>P2>P1。说明溶液浓度越大，黏性响应占据优势的频率范围越宽。 此外，还考查了葡聚糖分子量对动态黏弹性的影响。当应变固定为10%，溶液浓度为10wt．%，角频率变化范围为0．1～100rad/s时，随着分子量增大，G’和G”均增大。浓度由低到高时，G’和G”的交点P1到P5所对应的频率逐渐升高，说明葡聚糖分子量越高，溶液的弹性响应超过黏性响应所需要频率越高。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:符号说明

声明

第一章绪论

1.1多糖及多糖的分子量

1.2葡聚糖

1.2.1什么是葡聚糖

1.2.2化学结构

1.2.3生理功能

1.2.4生物合成

1.2.5生产

1.2.6性质和应用

1.3标准物质

1.3.1定义

1.3 2分子量标准物质研制的要素

1.3.3分子量标准物质的意义-使测量结果具有可比性和溯源性

1.3.4标准物贡证书的内容

1.4多糖溶液的流体力学行为

1.4.1黏度

1.4.2流动行为

1.4.3凝胶作用

1.5分子量测量方法

1.5.1光散射法

1.5.2膜渗透压法

1.5.3凝胶渗透色谱法(GPC)

1.5.4高聚物黏均分子量及其分布的测定方法—黏度法

1.6多糖的分子量及其分布的测定方法-GPC法

参考文献

第二章葡聚糖分子量标准物质

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1仪器设备及测定条件

2.2.2候选物的选择

2.2.3制备及存放

2.2.4葡聚糖候选物纯度分析

2.2.5均匀性检验

2.2.6稳定性检验

2.2.7定值方法与定值结果

2.2.8定值不确定度的估计

参考文献

第三章葡聚糖水溶液流变性

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1主要原料

3.2.2分子量测定

3.2.3溶液流变性测量

3.3结粜与讨论

3.3.1分子量测定

3.3.2流变性研究

3.3小结

参考文献

第四章葡聚糖水溶液触变性研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1主要原料

4.2.2溶液触变性研究

4.3结果与讨论

4.3.1分子量对触变性能的影响

4.3.2溶液浓度对触变性能的影响

4.4小结

参考文献

第五章葡聚糖水溶液动态黏弹性研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1主要原料

5.2.2溶液动态黏弹性研究

5.3结果与讨论

5.3.1线性黏弹区

5.3.2应变对溶液动态黏弹性的影响

5.3.3溶液浓度对动态黏弹性的影响

5.3.4分子量对动态黏弹性的影响

5.4小结

参考文献

第六章结论

致谢

研究成果及发表的学术论文

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