^
При подготовке образцов полисахаридов к анализу методом СЭХ часто возникают проблемы, связанные с образованием в растворах ассоциатов и агрегатов в зависимости от рН или ионной силы раствора [26, 27]. Ответственными за агрегацию макромолекул полисахаридов могут быть кулоновские силы, гидрофобные взаимодействия или образование водородных связей. В этом случае для предотвращения агрегации используются те же методы, которые применяются для устранения или уменьшения адсорбции. Если полисахариды, например, водорастворимые производные целлюлозы, содержат в растворе агрегированные или немолекулярные дисперсии, такие супрамолекулярные структуры не способны проникать через промежутки между частицами геля в эксклюзионных колонках и не будут извлечены после того, как элюент пройдет через колонку [18]. В таких случаях диаграмма элюирования получается ошибочной, поскольку неизвестно, какая часть макромолекул удерживается в агрегированных структурах. Определение в процентах количества полимера, действительно прошедшего через колонку, позволяет оценить качество фракционирования и значение функций полученного распределения, например, при СЭХ водорастворимых производных целлюлозы (табл. 2)
Таблица 2. Средняя ММ, радиус вращения и выход некоторых производных целлюлозы, полученные при фракционировании методом СЭХ [18]
Образец
|
Мw 10–3, г/моль
|
Mw/Mn
|
RG, нм
|
Выход, масс.%
|
Метилцеллюлоза (МЦ)
|
МЦ1
|
65
|
2,4
|
36
|
94 ± 10
|
МЦ2
|
183
|
3,9
|
47
|
90 ± 10
|
МЦ3
|
166
|
2,7
|
48
|
85 ± 10
|
МЦ4
|
231
|
4
|
61
|
84 ± 10
|
МЦ5
|
351
|
2,2
|
78
|
83 ± 10
|
Метилгидроксиэтилцеллюлоза (МГЭЦ)
|
МГЭЦ 1
|
297
|
2,1
|
71
|
99 ± 10
|
МГЭЦ 2
|
335
|
2,6
|
82
|
98 ± 10
|
МГЭЦ 3
|
360
|
2,9
|
90
|
92 ± 10
|
МГЭЦ 4
|
299
|
2,3
|
72
|
87 ± 10
|
МГЭЦ 5
|
294
|
2,9
|
76
|
72 ± 10
|
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)
|
КМЦ 1
|
176
|
3,2
|
60
|
96 ± 10
|
КМЦ 2
|
375
|
2,9
|
95
|
95 ± 10
|
КМЦ 3
|
839
|
1,4
|
135
|
42 ± 10
|
Как видно из таблицы 2, степень выхода образцов метилцеллюлозы и карбоксиметилцеллюлозы уменьшается с увеличением молекулярной массы Мw с 94 до 83% и с 96 до 42%, соответственно, в то время как для образцов метилгидроксиэтилцеллюлозы такой закономерности не наблюдается. Для значений с низким процентом извлечения функция распределения несет в себе непредсказуемость доли агрегированного полимера высокой ММ. По причине неопределенности состава агрегированных структур возникают трудности при интерпретации функции распределения, получаемой при фракционировании методом СЭХ.
Избежать влияния адсорбции и агрегации при определении ММ можно, если использовать альтернативный метод СЭХ – метод асимметричного фракционирования течением под влиянием поля (АФТП) [18, 46]. В отличие от СЭХ и других хроматографических методов разделение по ММ этим методом происходит в асимметричном канале, заполненном элюентом. К потоку элюента через всю поверхность канала прикладывается внешнее поле или подается второй поток растворителя под углом 90° [18]. Этот поток продвигает введенный в канал образец к противоположной стенке канала, формируя, таким образом, равновесный слой, толщина которого различна и зависит от присущего макромолекулам коэффициент диффузии. Поток элюента, текущего вдоль канала, имеет параболический профиль, так как в центре канала скорость течения элюента является наибольшей. Под влиянием поперечного потока макромолекулы большего размера сдвигаются к противоположной стенке сильнее, чем молекулы меньшего размера. Благодаря более высокому коэффициенту диффузии молекулы меньшего размера быстрее входят в поток параболического профиля и элюируются раньше более крупных молекул. Все другие аспекты описанного выше метода: ввод образца, двойное детектирование (рефрактометрическое и ФМЛС ), обработка полученных данных – такие же, как и при СЭХ [18]. Метод АФТП позволяет разделять полимеры с широким диапазоном ММ (от 103 до 1012), что соответствует размеру частиц от 10–3 до 1 мкм, а также определять, помимо ММ, и радиус вращения. Результаты, полученные авторами работы [18], показали, что фракционирование частично агрегированных водорастворимых производных целлюлозы предпочтительно проводить методом асимметричного фракционирования под влиянием поля.
^
Несмотря на многочисленные проблемы, рассмотренные в обзоре, СЭХ является важным аналитическим методом, ценность которого состоит в возможностях эффективного фракционирования водорастворимых полисахаридов, изучения их структурных изменений в процессах окисления или гидролиза, определения молекулярной массы, радиуса вращения и молекулярно-массового распределения. Этот метод имеет большое значение при идентификации, проведении кинетических исследований, происходящих с участием полисахаридов, контроле процессов кислотного и ферментативного гидролиза, а также при контроле чистоты полисахаридов, предназначенных для пищевой и фармацевтической промышленности.
^
Geoffrey Lee. Surfactants and Polymers in Drug Delivery. Drugs and the Pharmaceutical Sciences. Marcel Dekker, New York, Basel, 2002. V. 122. 336 p.
Huan-ying Shi, Li-ming Zhang, Yu-qian Ma, Ju-zhen Yi. Synthesis and Characterization of Water-Soluble Cellulose Derivatives with Thermo- and pH-Sensitive Functional Groups // Journal of Macromolecular Science. 2007. Part A. V. 44. №10. P. 1109–1113.
Кряжев В.Н., Широков В.А. Состояние производства эфиров целлюлозы // Химия растительного сырья. 2005. №3. С. 7–12.
Fiedorowicz M., Kapusniak J., Karolczyk-Kostuch S .Selected novel materials from polysaccharides // Polimery. 2006. V. 51. №7–8. P. 517–523.
David L. Kaplan. Biopolymers from Renewable Resources. Springer. 1998. 417 p.
Kumar M.N.V.R. A review of chitin and chitosan applications // Reactive and Functional Polymers. 2000. V. 46. P. 1.
Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / Под. ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихорева, В.Г. Варламова. М., 2002. 368 с.
Teresa M., Laguna R., Medrano R., Plana M.P. and Tarazona M.P. Polymer characterization by size-exclusion chromatography with multiple detection // Journal of Chromatogr. A. 2001. V. 919. P. 13–19.
Mori S, Barth H.G.Size-exclusion chromatography. Berlin, Springer. 1999. 234 p.
Tsuguyuki S. Misahiro Y., Akira I. TEMPO mediated oxidation of native cellulose: SEC-MALLS analysis of water soluble and insoluble fractions in the oxidized products // Cellulose. 2005.V. 12. №3. P. 305–315.
Izumi S., Masahiro Y., Tsugyuki S., Akira I. SEC-MALLS analysis of cellouronic acid prepared from regenerated cellulose by TEMPO-mediated oxidation // Cellulose. 2006. V. 13. №1. P. 73–80.
White D.R., Hudson P., Adamson J.T. Dextrin characterization by high-perfomance anion-exchange chromatography-pulsed amperometric detection and size-exclusion chromatography-multiangle light scattering – refractive index detection // J. Chromatogr. A. 2003. V. 997. №1–2. P. 79–85.
Cohen A., Schagerlof H., Nilsson C., Melander C., Tjerneld F., Gorton L. Liquid chromatography-mass spectroscopy analysis of enzyme-hydrolysed carboxymethylcellulos for investigation of enzyme selectivity and substituent pattern // J. Chromatogr. A. 2004. V. 1029. №46. P. 3.
Melander M., Vuorinen T. Determination of the degree of polymerization of carboxymethylcellulose by size-exclusion chromatography // Carbohydrate Polymers. 2001.V. 46. №3. P. 227–233.
Liu Yi-jun, Jang Yin, Feng Yun-fang, Han Dong Cin. Investigation of molecular weight and molecular weight distribution of chitosan and its product destruction by gel-permeation chromatography// J. Funck. Polym. 2004. №4. P. 671–674.
Новиков В.Ю. Кислотный гидролиз хитина и хитозана // Журнал прикладной химии // 2004. Т. 77. №3. С. 490–493.
Чушенко В.Н., Дихтярев С.И., Шабатура О.А., Карамова О.Е. Использование гель-хроматографии в исследовании и анализе полисахаридов // Фармаком. 2001. №1. С. 56–61.
Kulicke W.-M., Clasen C., Lohman C. Characterization of water-soluble cellulose derivatives in term of the molar mass and particle size as well as their distribution // Macromol. Symp. 2005. V. 223. P. 151–174.
Eltekov A.-Yu. Liquid chromatography of dextrans on porous silica beds // J. Chromatogr.A. 2005. V. 1100. №1. P. 15–19.
Shingel K.I., Tsarekov V.M., Petrov P.T. Size-exclusion chromatography study of the molecular weight distribution of γ-irradiated pullulan // Carbohydr.Research. 2000. V. 324. №4. P. 283–287.
Хабаров В.Б., Пронин А.Д., Гринь А.Б., Самуйленко А.Я. Изучение молекулярно-массового распределения полимерных молекул хитозана методом ВЭЖХ // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана. Казань, 12–17 июня 2006 г.М., 2006. С. 139–145.
Merienne S., Busnel J-P., Fricoteaux F., Frudhomme J.-C. Size-exclusion chromatography of dextrans in DMSO as eluent // J.Liq.Chromatogr.and related technol. 2000. V. 23. №11. P. 1745–1756.
Hoogendam C.W., de Keizer A, Cohen Stuart M.A. and Bijsterbosch B.H. Persistence Length of Carboxymethyl Cellulose As Evaluated from Size Exclusion Chromatography and Potentiometric Titrations // Macromolecules. 1998. V. 31. №18. P. 6297–6309.
Beister J. Bestimmung von Molmassen, Teilchengrossen und deren Verteilungen an hydrofob und hydrophyl modifizieren Cellulosederivaten. Zur Erlangung der Doktorgrades des Fachbereiches Chemie der Universitat Hamburg. 2001.
Boymirzaev A.S.Size-exclusion chromatography of water-soluble cellulose esters // Russian Journal. Phys.Chem. 2006. V. 80. №8. P. 1347–1349.
He feng-ga.Study of polysaccharides of mustard // Spectrosc. and Spectral Anal. 2006. V. 26. №2. P. 321–323.
Berggen R., Berthold F., Sjoholm E., Lindstrom M. Improved methods for evaluating the molar mass distributions of cellulose in kraft pulp // J. Appl. Polym. Sci. 2003.V. 88. №5. P. 1170–1179.
Pfefferkorn P.,Beister J., Hild A., Thielking H., Kulicke W.-M. Determination of the molar mass and the radius of gyration, together with their distributions for methylhydroxyethylcelluloses // Cellulose. 2003. V. 10. P. 27–36.
Masahiro Y., Izumi S., Akira I. SEC-MALLS analysis of softwood kraft pulp using LiCl/1,3-dimethyl-2-imidasoldinone as an eluent // Cellulose. 2005. V. 12. №2. P. 151–158.
Dupont A.-L., Mortha G. Comparative evaluation of size-exclusion chromatography and viscometry for the characterization of cellulose // J. Chromatog. A. 2004. V. 1026. №1–2. P. 129–141.
Wittgren B, Stefansson M and Porsch B .Interaction between sodium dodecyl sulphate and non-ionic cellulose derivatives with online multiangle light scattering and refractometric detection // J. Chromatogr. A. 2005. V. 1082. №2. P. 166–175.
Porsch B, Andersson M, Wittgren B, Wahlund KG. Molecular mass distribution analysis of ethyl(hydroxyethyl)cellulose by size-exclusion chromatography with dual light-scattering and refractometric detection // J. Chromatogr. A. 2002. V. 946. №1–2. P. 69–81.
Keary M. Characterization of METHOCEL cellulose ethers by aqueous SEC with multiple detectors // Carbohydrate Polymers. 2001.V. 45. №3. P. 293–303.
Wu, Chi-San. Column Handbook for Size Exclusion Chromatography. 1999, Academic Press. 461 p.
Kimura K., Matsimoto K., Ishahara C., Harada K., Miyagi A. Structure determination of galacto-oligosaccharides by pyridylamination and NMR spectroscopy // Carbohydrate Res. 1995. V. 270. P. 33–42.
Медведева С.А., Александрова Г.П., Танцирев А.П. Гель-проникающая хроматография арабиногалактана // Известия вузов. Лесной журнал. 2002. №6. С. 104–114.
Kato Y., Matsuda T., Hashimoto T. New gel permeation column for the separation of water soluble polymers // J. Chromatogr. 1985. V. 332. P. 39–42.
Petkowicz C.L.O., Milas M., Mazeau K., Bresolin T. etс. Conformation of galactomannan: experimental and modelling approaches // Food Hydrocolloids. 1999. V. 13. №3. P. 263–266.
Parker A., Lelimonsin D., Minion C.,Boulenguer P. Binding of galactomannans to kappa-carrageenan after cold mixing // Carbohydr. Res. 1995. V. 272. P. 91–96.
Hyun Ok Yang, Nur Sibel Gunay, Toshihiko Toida, Balagurunathan Kuberan, Guangli Yu, Yeong Shik Kim and Robert J. Linhardt. Preparation and structural determination of dermatan sulfate–derived oligosaccharides // Glycobiology. 2000. V. 10. №10. P. 1033–1039.
Majdoub H., Roudesli S., Picton L., Le Cerf D., Muller G., Grisel M. Prickly pear nopals pectin from Opuntia ficus-indica physico-chemical study in dilute and semi-dilute solutions // Carbohydrate polymers. 2001. V. 46. №1. P. 69–79.
Zhan D., Janssen P., Mort A.J. Scarcity or complete lack of single rhamnose residues interspersed within the homogalacturonan regions of citrus pectin // Carbohydrate Res. 1998. V. 308. P. 373–380.
Holappa J., Soininen P., Asplund T., Luttikhedde T., Masson M., Jarvinen T. Novel water-soluble quaternary piperazine derivatives of chitosan - synthesis and Characterization // Macromol. Biosci. 2006. №6. P. 139–144.
Hui Liu ,Yumin Du , Xiaohui Wang ,Liping Sun. Chitosan kills bacteria through cell membrane damage // International journal of food microbiology. 2004. V. 95. №2. P. 147–155.
Rinaudo M. Tinland B.Some problems in aqueous size-exclusion chromatography of synthetic polymer and biopolymer characterization // J. Appl. Polym. Sci. Appl. Polym. Symp. 1991. V. 48. P. 19–31.
Woon-Jung Kim, Chul Hun Eum, Seung-Taik Lim, Jung-HaHan et al. Separation of Amyloseand Amylopectin in Corn Starch Using Dual-programmed Flow Field-Flow Fractionation // Bull. Korean Chem. Soc. 2007. V. 28. №12. P. 2489–2492.
Поступило в редакцию 2 июня 2008 г.
После переработки 12 декабря 2008 г.
^
|
