多糖作為最豐富的天然生物聚合物，其獨(dú)特的理化特性、出色的生物相容性使其成為眾多行業(yè)的首 選材料。同時(shí)，由于其應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此需對(duì)其進(jìn)行徹底檢查，并充分了解其分子特性。例如，若要研究其擴(kuò)散特性，需將分子大小納為一個(gè)重要參數(shù)。另外，葡聚糖的大小是目前影響紅細(xì)胞聚集的首要因素，其中小分子會(huì)抑 制聚集，大分子會(huì)促進(jìn)聚集。而且，構(gòu)象和分支行為過多使某些多糖在某些應(yīng)用中要么十分適合，要么問題嚴(yán)重。

本應(yīng)用是以普魯蘭和葡聚糖為例，將東曹HLC-8420GPC系統(tǒng)與LenS3多角度光散射檢測(cè)器聯(lián)用，介紹如何使用SEC-MALS方法來測(cè)定多糖的結(jié)構(gòu)變化。

實(shí)驗(yàn)條件

儀器：HLC-8420GPC系統(tǒng)

色譜柱：TSKgel GMPWXL (13 μm, 7.8 mmID × 30 cm)×2

流動(dòng)相：水+0.01 mol/L NaNO3和0.02 % NaN3

流速：0.7 mL/min

檢測(cè)器：示差折光 (RI) 、LenS3 MALS檢測(cè)器

該系統(tǒng)使用分子量為44 kDa的聚氧化乙烯 (SE-5) 進(jìn)行校準(zhǔn)。洗脫液中SE-5溶液的濃度為1.6 mg/mL，色譜柱中的注入量為100 μL。SE-5比折光指數(shù)增量 (dn/dc) 為0.132 mL/g。

分析結(jié)果

圖1是普魯蘭1和葡聚糖1的RI色譜圖。從洗脫曲線來看，普魯蘭1比葡聚糖1更早洗脫出來，表明葡聚糖1的流體力學(xué)體積（Vh）小于普魯蘭1。而樣品的分子量分布顯示（基于光散射），葡聚糖1的分子量更高。

從樣品的洗脫和分子量分布曲線，我們可以得出結(jié)論，葡聚糖1的質(zhì)量尺寸比（密度）高于普魯蘭1，表明葡聚糖1的分子密度因分支而增加。

圖1 葡聚糖1和普魯蘭1樣品的色譜圖

為進(jìn)一步研究該假設(shè)，我們?cè)谙嗤膶?shí)驗(yàn)條件下，分析了一組分子量從21 kDa到915 kDa的線性普魯蘭標(biāo)準(zhǔn)品。表1是使用SECview軟件測(cè)定的普魯蘭標(biāo)準(zhǔn)品的回轉(zhuǎn)半徑（Rg）。從技術(shù)上來講，傳統(tǒng)的MALS檢測(cè)器無法通過檢測(cè)散射光的角度依賴性來測(cè)量12 nm以下尺寸的Rg值。而LenS3 MALS檢測(cè)器的測(cè)量范圍更廣，可以測(cè)量Rg值更小的聚合物。這里，最 低可測(cè)量普魯蘭標(biāo)準(zhǔn)品（分子量為21 kDa）的Rg值為5.1 nm。

表1 葡聚糖和普魯蘭樣品的分子量和Rg值

圖2構(gòu)象圖顯示，普魯蘭標(biāo)準(zhǔn)品的Rg和分子量之間的相關(guān)性呈線性，斜率為0.57，符合良好溶劑中無規(guī)線團(tuán)聚合物的預(yù)期。普魯蘭1的分布更加廣泛，其分布結(jié)果正好落在外推的構(gòu)象圖上。

圖2 普魯蘭和葡聚糖的構(gòu)象圖

除線性普魯蘭標(biāo)準(zhǔn)品外，我們還分析了不同分子量分布的葡聚糖，其結(jié)果見表1和圖4。低分子量葡聚糖（葡聚糖2）Rg值的整體分布與普魯蘭的構(gòu)象圖完全重合。該關(guān)系是分子密度的指標(biāo)，表明低分子量的葡聚糖與普魯蘭具有相同的線性結(jié)構(gòu)。相反，葡聚糖1和葡聚糖3的Rg與分子量關(guān)系的斜率分別為0.22和0.35。其斜率值比線性普魯蘭小得多，表明其結(jié)構(gòu)相對(duì)較密。

線性普魯蘭在洗脫液中形成的是無規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu)。而葡聚糖，如前所述，特別是高分子量的葡聚糖中可能存在長鏈分支。因此，溶于洗脫液時(shí)，會(huì)形成一個(gè)更緊密的無規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu)。該緊密結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致分子尺寸更小，因此從色譜柱中洗脫的時(shí)間更長。

研究結(jié)論

使用SEC-MALS分析可以深入研究聚合物的結(jié)構(gòu)差異。如本應(yīng)用中所示，高分子量葡聚糖的主干上通常存在更多的分支，導(dǎo)致其在溶液中會(huì)形成更緊密的結(jié)構(gòu)。因此，與相似MW的線性普魯蘭相比，其保留體積更高且Rg值更低。實(shí)踐操作時(shí)，若要闡明低分子量和低Rg區(qū)域的結(jié)構(gòu)變化，需要配備一臺(tái)像LenS3 MALS這樣具有高靈敏度的光散射檢測(cè)器，并能夠檢測(cè)極細(xì)微的各向異性散射。

【引言】

偏鈦酸是一種比表面積高的介孔材料。通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砣コ佀嶂械乃肿樱瑫?huì)改變其孔隙結(jié)構(gòu)。由于熱處理(部分脫水) 偏鈦酸可用于許多中孔率和高比表面積重要的應(yīng)用領(lǐng)域，因此對(duì)其孔隙結(jié)構(gòu)和晶體相隨熱處理的演化規(guī)律的研究受到了廣泛的關(guān)注。

【成果介紹】

Hyunho Shin等人將偏鈦酸粉末在空氣中加熱至800℃，研究了其結(jié)晶相、比表面積和孔徑的變化規(guī)律。使用Linseis的同步熱分析儀STA PT1000，在空氣中以10 °C/min的加熱速度對(duì)偏鈦酸粉末進(jìn)行了熱重和差熱分析。偏鈦酸的熱失重分兩步進(jìn)行：diyi個(gè)(12.4%)從100℃到542℃，第二個(gè)(5.2%)從542℃到900℃。這兩個(gè)階段都是由于水分子的消除，而第二階段的質(zhì)量損失也與清除存在于偏鈦酸中的SO42-離子有關(guān)。當(dāng)加熱溫度提高到800℃時(shí)，平均孔徑從3.14 nm增加到15.50 nm，比表面積從377.3 m2/g下降到54.5 m2/g。這些性質(zhì)的變化在第二階段失水開始的溫度(542℃)附近Z為明顯。羅丹明B染料的可見光光敏作用于部分脫水偏鈦酸表面優(yōu)于商業(yè)的P-25粉末，表明部分脫水的偏鈦酸具有高的比表面積，偏鈦酸應(yīng)用表面光敏作用是很重要的。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 偏鈦酸樣品的熱重(TG)和差熱分析(DTA) 

圖2 不同熱處理溫度下偏鈦酸樣品的XRD圖譜 

圖3 不同熱處理溫度下偏鈦酸樣品的紅外光譜

圖4 （a）原始材料以及（b）500℃和（c）700℃下熱處理的偏鈦酸粉末的FE-TEM圖像。插圖顯示選定區(qū)域的衍射圖樣

圖5 羅丹明B染料溶液在（a）P-25、（b）原始材料、（c）100℃、（d）400℃、（e）450℃和（f）800℃偏鈦酸樣品中紫外-可見光譜隨可見光照射時(shí)間的變化

圖6羅丹明B溶液在存在P-25、原始材料、100℃、400℃、450℃和800℃偏鈦酸樣品中的（a）光催化降解和（b）低色度移動(dòng)(從553 nm)隨可見光照射時(shí)間的變化

【結(jié)論】

對(duì)大量生產(chǎn)的偏鈦酸在不同的空氣溫度下進(jìn)行熱處理，研究了其結(jié)晶相、微觀結(jié)構(gòu)和孔徑的演變。同時(shí)，研究了羅丹明染料在熱處理(部分脫水)偏鈦酸表面的光敏性。偏鈦酸由納米晶銳鈦酸酶晶體(4.8 nm)與水分子混合而成。偏鈦酸的熱失重分兩步進(jìn)行;diyi個(gè)(12.4%)從100℃到542℃，第二個(gè)(5.2%)從542℃到900℃。基于FT-IR，這兩步主要與水分子的去除有關(guān)，而第二步也與SO42-離子的去除有關(guān)。偏鈦酸在800℃下保持了銳鈦礦的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度升高到800℃時(shí)，平均孔徑從3.1 nm增加到15.5 nm，比表面積從377.3 m2/g下降到54.5 m2/g。這些性質(zhì)的變化在第二階段失水開始的溫度(542℃)附近Z為明顯。基于FE-TEM圖像和選定的區(qū)域衍射(SAD)模式，銳鈦礦酶顆粒的清晰邊界在高溫下隨著水分子的消失而演化，而銳鈦礦酶的無定形性質(zhì)的證據(jù)在700℃時(shí)被檢測(cè)到。在不同溫度下對(duì)偏鈦酸進(jìn)行熱處理，其吸光度無明顯變化。吸光度非常類似于商業(yè)用的P-25粉末，表明鈦酸的光吸收主要使銳鈦礦納米晶體。100°C的鈦酸的可見光光催化活性高于原鈦酸。隨著熱處理溫度進(jìn)一步升高至800℃，光活度下降到與P-25 TiO2的光活度相近的水平。通過表面脫乙基反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)羅丹明B的光活性。