一种热分析判定固态β-环糊精包合物中主客体摩尔比的方法

摘要

一种热分析判定固态β-环糊精包合物中主客体摩尔比的方法，属于环糊精技术领域。本发明利用热重分析法（TGA）部分替代传统测定固态包合物的核磁共振法（NMR）和X-射线衍射法（XRD）等昂贵且高能耗的复杂检测方法，从宏观角度测算主客体质量比，进而进一步推算出主客体间的摩尔比范围。利用本方法可以准确判定β-环糊精包合物中主客体摩尔比所属的两种范围：n

说明书

技术领域

一种用热分析法判定固态β-环糊精（β-CD）包合物中β-环糊精主体与被包合客体(GUEST)摩尔比(n_β-CD/n_GUEST)的方法，涉及到以β-环糊精为分子微胶囊壁材包合液态客体分子并干燥后结晶成固态包合物晶体，后通过热重分析方法判定其主客体摩尔比范围，属于环糊精技术领域。

背景技术

环糊精（CD）是一类由D-吡喃型葡萄糖作为单元，通过α -（1→4）-糖苷键连接而成的一类环状低聚糖。由7个葡萄糖单元组成的β-环糊精是环糊精中最为常见的一种，也是目前世界上产量最大且应用最多的环糊精品种。由于其内疏水外亲水的筒状结构决定了它具有分子胶囊的特性，而被用于包埋一些稳定性差、溶解度低、有异味的有机物质。环糊精包合技术已在医药、食品、环保、日化等领域取得了一定的研究成果。

由于环糊精包合技术的重要性，则包合过程中的一些重要的影响因素，如温度、时间、pH、投料比等都受到了极度的重视。而其中投料比直接决定了原料的利用率，是所有因素中的重中之重。而究其根本，投料比取决于微观的环糊精包合物中环糊精主体和被包埋客体的主客体摩尔比。因此可见检测主客体摩尔比的重要性。

现有的检测主客体摩尔比的技术主要有核磁共振法（NMR）和X-射线衍射法（XRD）。这两种方法可以从微观角度准确的测定摩尔比，但也存在着检测成本高、图谱分析复杂等缺点。而本方法的发明，从宏观角度出发，极大的削减了实验成本，降低了图谱解析的难度，部分替代了传统的方法，适用于多数β-环糊精包合物摩尔比的测定。

发明内容

本发明的目的是提供了一种判定环糊精包合物摩尔比的方法，它所针对的环糊精主要为β-环糊精，而适用于该方法的客体分子的要求如下：（1）常温下为液态或煅烧无灰分物质产生的固态样品；（2）所测客体分子量应大于3个水分子的分子量之和，即M_GUEST＞54Da（现有文献报道的客体分子量都远高于此数值）。该方法从宏观角度通过热分析确定主客体摩尔比的范围，不仅分析简便，结果准确，而且部分取代NMR，XRD等现有的昂贵且高能耗的复杂检测方法，大大的节约了检测成本，适用于某些特定样品的快速检测。

为实现本方法的目的，本发明公开的技术方案：一种热分析判定β-环糊精β-CD包合物中β-环糊精主体与被包合客体GUEST摩尔比n_β-CD /n_GUEST的方法，直接利用热重分析法，从β-环糊精晶体中的无结合水的β-环糊精和灰分含量着手，排除结晶水的影响，进而计算出β-环糊精主体与客体分子的质量比，最终根据已有的摩尔质量参数M_β-CD和M_GUEST推算主客体微观摩尔比；包括如下步骤：

（1）制备β-环糊精包合物：采用成熟的饱和溶液法制备β-环糊精包合物：在已知浓度的过饱和β-环糊精溶液中加入过量客体物质，在45-55℃下搅拌8h，制得β-环糊精包合物，后取出在4℃温度下，静置、沉淀、过滤，滤渣真空冷冻干燥24h，接着将干燥好的固体粉末置于布氏漏斗中用正己烷洗涤以除去表面吸附的多余的客体分子，反复润洗3次直到最终滤液中检测不到客体分子，后将所得滤渣再次进行真空冷冻干燥24h，最终所得固体粉末达到核磁共振法（NMR）和X-射线衍射法（XRD）的检测标准。

将干燥所得的无水固体粉末立即置于装有LiCl的饱和盐溶液的干燥器中静置8d，保持干燥器内的水分活度Aw为11%。根据已有研究显示在此水分环境下单个β-环糊精分子疏水空腔中含3个结晶水分子，所得包合物晶体用于下步热重分析；

（2）热重分析：迅速从干燥器中取出5-10mg的包合物晶体m₀，立即装入TGA的坩埚中，加热程序设定为：初始温度25℃，升温速率20℃/min，终点温度800℃；所得热重分析谱图中有两个明显的梯度，代表了三组物质的质量：ⅰ结晶水m_CRW和客体m_GUEST的总重m₁，即m₁＝m_CRW+m_GUEST，ⅱ无结合水β-环糊精质量m₂及ⅲ灰分质量m₃；

同时用步骤（1）相同条件处理的不加客体的β-环糊精晶体空白样m₀′进行热重分析，同样得出两个梯度，三组物质质量：ⅰ水分质量m₁′，ⅱ无结合水β-环糊精质量m₂′及ⅲ灰分质量m₃′；

（3）换算步骤（2）中两组实验中相关组分的比例后，用包合物质量减去具有相同无结合水环糊精含量的β-环糊精质量，所得的差值即为客体分子与置换出的空腔中水分子的质量之差；根据这一结果可推算出n_β-CD /n_GUEST的范围有两种：n_β-CD /n_GUEST≤1（可计算出准确比值）和n_β-CD /n_GUEST＞1（只可确定范围）。

上述n_β-CD表示包合物中β-环糊精摩尔数，n_GUEST表示包合物中客体摩尔数。

具体计算公式如下：

                             

当满足以上条件时，n_β-CD /n_GUEST=1/n ，其中n为任意匹配自然数。

当满足上述条件时，n_β-CD /n_GUEST＞1（无法确定具体比值），其中n′为任意大于3的自然数。

本发明的有益效果：本发明方法在检测固态β-环糊精包合物中主客体摩尔比方面不仅结果准确，且分析迅速，很好的部分替代了NMR和XRD等现有的检测方法，节约了大量成本，经相关实验证明，可以很好的运用于实际检测中。

具体实施方式

实施例1

固态二烯丙基二硫醚β-环糊精包合物中主客体摩尔比的确定

将5g的β-环糊精溶解于50mL乙醇和水的混溶体系中，其中乙醇与水的体积比为1︰2，向溶液中加入约2g过量的二烯丙基二硫醚，将该体系置于酶反应器中，在55℃的温度下搅拌8h，后置于4℃的冰箱中静置沉降1d。过滤该体系，所得滤渣利用真空冷冻机干燥24h。后将固态粉末从干燥机中取出并使用正己烷溶液冲洗2-3次，直到最终滤液中无法检测出二烯丙基二硫醚。接着再将其进行真空冷冻干燥24h，取出粉末置于装有饱和LiCl盐溶液的干燥器中复水8d。最终得到可用于热分析的样品。同时，一组β-环糊精空白样品在没有客体存在的情况下按同样的方法操作一次，所得固体用于热分析。

TG图谱分析：

，M_H2O＝18，M_GUEST＝146，M_β-CD＝1178，

故所得主客体摩尔比满足n_β-CD /n_GUEST==1/n（n=1）的条件，与文献中所报导的β-环糊精与客体二烯丙基二硫醚的摩尔比1︰1相吻合。