褐藻酸钠纯度测定方法 【技术领域】
本发明涉及褐藻酸钠检测技术。
背景技术
褐藻酸钠(Sodium Alginate，NaAlg，简称AGS)又名海藻酸钠、海带胶、褐藻胶、藻酸盐，是从海带等褐藻类中提取的一种多糖碳水化合物，是由1，4-聚-β-D-甘露糖醛酸(M)和α-L-古罗糖醛酸(G)聚合而成的一种线型高分子聚合物，是褐藻酸衍生物中的一种，通称为褐藻胶。其分子式为〔C
6H
7O
6Na〕n，相对分子量在32000～200000左右，其结构单元分子量理论值为198。一般为白色或淡黄色粉末，无臭，无昧，不溶于乙醇、乙醚、氯仿和酸(pH＜5.4)，溶于水成粘稠状胶体。其结构式M和G的比率及排列顺序因褐藻的种类不同而有显著的差异，即或是同一种褐藻，也因部位、生长环境和季节等因素而有显著的差异。褐藻酸钠目前已被广泛应用于食品、医药、纺织、印染、造纸、日用化工等行业。褐藻胶在全世界的年总产量约为3万吨，我国年产量在2万吨左右，占70％，因而有相当一部分产品用于出口。由于主要生产原料海带的产量限制，不能满足越来越多加工企业的需要，导致原料价格上升很快，使褐藻胶生产成本普遍在5.5万元/吨，但其市场价却在4万元/吨以下，由此产生了生产企业的渗杂现象。而这类产品一无国家标准，二无产品纯度指标，用户多以黏度作为衡量标准，甚至定货时只指明黏度值。由于纯褐藻胶的黏度高达1000厘泊，给向产品添加其他物质留有空隙，并对其他指标影响不明显，不易发现掺假行为，也缺少统一执法依据，无法阻止产品质量问题。而产生这一现象的一个根本原因就是一直没有一种方法能对其纯度进行有效测定。我国的相关标准只有水产行业标准《SC/T3401-2006印染用藻酸钠》涉及到褐藻酸钠的部分理化性质测定，但其中并没有纯度测定的方法。褐藻酸钠由于其所含M和G比值、数量和结构的不同，不仅直接影响它的各种理化性质，也给其纯度测定方法设置了极大的难度，加之其黏度大，容易形成“胶包水”，造成至今没有一种方法能对其进行有效、可靠、简便易行的纯度测定。
【发明内容】
本发明需要解决的技术问题是提供一种褐藻酸钠纯度测定方法。
本发明的技术方案称取样品，其特征是称取约0.5g样品(N)精确到0.0001g，放入250mL烧杯，加50mL蒸馏水浸泡、溶解，加热至沸并保持微沸10min，稍冷，趁还热时滴加1∶1盐酸至pH为1，倒入100mL离心管中，1000转/min离心5min，取出弃去上清液，沉淀倒回原烧杯，加至少与沉淀体积相同的无水乙醇，充分搅拌后静置30min使其脱水老化，倒入30mLG3砂芯坩埚抽真空过滤，烧杯用50％乙醇溶液50mL分两次洗涤并倒入事先在105℃烘箱烘干至恒重并记录重量(K)的空砂芯坩埚中抽滤，尽可能抽干后将砂芯坩埚放入105℃烘箱烘干至恒重，记录烘干样品与砂芯坩埚的总重量(L)，然后按下式计算褐藻酸钠的纯度(X)：
X=1.125(L-K-NB)N(1-W)*100]]> 式中：X——褐藻酸钠的纯度，单位为百分率(％)；
N——样品重量，单位为克(g)；
L——烘干样品与砂芯坩埚的总重量，单位为克(g)；
K——烘干空砂芯坩埚的重量，单位为克(g)；
B——试样的水不溶物，单位为百分率(％)，测定方法按《SC/T3401-2006印染用褐藻酸钠》；
W——试样的水份，单位为百分率(％)，测定方法按《SC/T3401-2006印染用褐藻酸钠》；
1.125——褐藻酸与褐藻酸钠的换算系数。
本方法的成功有两个关键点：首先是绕开了褐藻酸钠中结构式M和G的结构不同、排列组合复杂多变等因素，抓住了它们结构通式一致、分子量一致的特点；其次是选用了在加热状态下用酸进行沉淀。以上关键点的攻克使本方法只使用普通分析化学手段，不需要使用大型复杂仪器，操作方法简便易行、有效，弥补了现有技术没有褐藻酸钠纯度测定方法的空缺。
【附图说明】
附图是褐藻酸钠的结构式说明图。
【具体实施方式】
称取约0.5g样品(N)精确到0.0001g，放入250mL烧杯，加50mL蒸馏水浸泡、溶解，加热至沸并保持微沸10min，稍冷，趁还热时滴加1∶1盐酸至pH为1，倒入100mL离心管中，1000转/min离心5min，取出弃去上清液，沉淀倒回原烧杯，加至少与沉淀体积相同的无水乙醇，充分搅拌后静置30min使其脱水老化，倒入30mLG3砂芯坩埚抽真空过滤，烧杯用50％乙醇溶液50mL分两次洗涤并倒入事先在105℃烘箱烘干至恒重并记录重量(K)的空砂芯坩埚中抽滤，尽可能抽干后将砂芯坩埚放入105℃烘箱烘干至恒重，记录烘干样品与砂芯坩埚的总重量(L)，然后计算褐藻酸钠的纯度(X)。
下面以市场上购得的三种褐藻酸钠：1号、2号、3号为例，详细说明本发明通过筛选最终确定的测定褐藻酸钠纯度的方法：
本发明首先是绕开了褐藻酸钠中结构式M和G的结构不同、排列组合复杂多变等因素，抓住了它们结构通式一致、分子量一致的特点，采用在褐藻酸钠胶状、粘稠溶液中滴加沉淀剂形成小分子沉淀，使之得以与杂质分离，然后按沉淀物分子量与褐藻酸钠分子量的比值换算得到相应的褐藻酸钠纯度值。
其次，在沉淀剂的选择方面，利用褐藻酸钠不溶于30％以上乙醇、pH＜5.4酸和遇Ca
2+形成沉淀的特性，选用无水乙醇、1∶1盐酸和氯化钙作沉淀剂，分别滴加入50mL冷、热1％褐藻酸钠溶液中，对比沉淀形成情况，结果如下：
表1 1％褐藻酸钠溶液中加入不同沉淀剂的沉淀形状
无水乙醇 1∶1盐酸 1％氯化钙
1％褐藻酸钠溶液(冷) 不规则块状凝胶 不规则条块状凝胶 不规则条块状凝胶
1％褐藻酸钠溶液(热) 细小白色胶状沉淀 细小白色胶状沉淀 不规则细条状凝胶
由表1可以看到，在冷的1％褐藻酸钠溶液中滴加3种沉淀剂的沉淀效果都不理想，胶体表层起皮将内部完全包住形成“胶包水”，使之无法与杂质分离。但在热的1％褐藻酸钠溶液中加入无水乙醇和1∶1盐酸后，都形成了细小的白色胶状沉淀，能有效分离氯化钠等其它杂质。而这两种试剂的用量，无水乙醇至少需要25mL，而滴加1∶1盐酸调节溶液pH至1只需1滴管约1.5mL，而且加盐酸后沉淀的颗粒形状更明显一些，沉淀效果优于加无水乙醇，所以最终选用1∶1盐酸为沉淀剂。
本发明充分利用了褐藻酸钠在热水中的溶解特性：在热水中溶解更充分且溶液高度均匀，而且在热力作用下褐藻酸钠分子间引力减小，加盐酸后容易形成小分子褐藻酸沉淀，克服了在冷水溶解的褐藻酸钠溶液中因溶液粘稠、不均匀，加盐酸后在胶体表层起皮将内部完全包住形成“胶包水”，而无法与杂质分离的难题。
解决沉淀难关后，随后采用离心法除去大部分水。离心机转速选择原则是能达到与大部分水份分离的目的而又不至于太过紧密以致影响后序步骤。用1000转/min离心后溶液上清液体积大于沉淀体积，可以达到分离大部分水份的目的，因而选用1000转/min。
离心后的胶状沉淀粘性比较大，如果直接用砂芯坩埚抽滤会无法滤去水份，故此再加无水乙醇进行脱水，加无水乙醇至总体积的50％时就能起到较好的脱水作用，脱水后再用砂芯坩埚抽真空就能达到较好的过滤效果。过滤后的沉淀尽可能抽干水份但不要人为挤压，因为挤压后的沉淀在以后的烘干操作时容易结块，不利于水份充分烘干。
按下式计算褐藻酸钠的纯度X：
X=1.125(L-K-NB)N(1-W)*100]]> 式中：X——褐藻酸钠的纯度，单位为百分率(％)；
N——样品重量，单位为克(g)；
L——烘干样品与砂芯坩埚的总重量，单位为克(g)；
K——烘干空砂芯坩埚的重量，单位为克(g)；
B——试样的水不溶物，单位为百分率(％)，测定方法按《SC/T3401-2006印染用褐藻酸钠》；
W——试样的水份，单位为百分率(％)，测定方法按《SC/T3401-2006印染用褐藻酸钠》；
1.125——褐藻酸与褐藻酸钠的换算系数，该系数是按照褐藻酸与褐藻酸钠的不同分子量进行折算而得。
褐藻酸钠中的水不溶物，单位为百分率(％)，测定方法按《SC/T3401-2006印染用褐藻酸钠》，具体测定步骤为称约0.5g样品(A)精确至0.002g于50mL烧杯中，加蒸馏水至200mL，盖上表面皿加热煮沸并注意搅动，保持微沸1h，趁热用已在105℃烘箱烘干至恒重并记录重量(D)的空砂芯坩埚中抽滤，并用热蒸馏水充分洗涤烧杯和砂芯坩埚，然后将砂芯坩埚于105℃烘箱烘干至恒重并记录烘干样品与砂芯坩埚总重量(C)，按以下计算式计算：
B=C-DA*100]]> 式中，B——褐藻酸钠中水不溶物的含量，单位为百分率(％)；
A——测定水不溶物用样品的重量，单位为克(g)；
C——测定水不溶物用烘干样品和砂芯坩埚的重量，单位为克(g)；
D——测定水不溶物用烘干空坩埚的重量，单位为克(g)。
褐藻酸钠中的水份，单位为百分率(％)，测定方法按《SC/T3401-2006印染用褐藻酸钠》，具体测定步骤为先将洁净的玻璃或铝制扁型称量瓶放入105℃烘箱烘干至恒重并记录空皿重量(E)，然后称取2～3g样品精确至0.0001g于称量瓶中，记录样品与称量瓶的总重量(H)，105℃烘箱烘干至恒重并记录烘干样品与称量瓶总重量(F)，按以下计算式计算：
W=H-FH-E*100]]> 式中，W——褐藻酸钠中的水份含量，单位为百分率(％)；
H——测定水份用样品与称量瓶的总重，单位为克(g)；
F——测定水份用烘干样品与称量瓶的总重，单位为克(g)；
E——测定水份用烘干称量瓶的重量，单位为克(g)。
三种褐藻酸钠纯度的测定结果如表2。
表2 三种褐藻酸钠纯度的测定结果
样品号 1 2 3 SC/T 3401-2006 中的指标值
水份(％) 17.1±0.1 16.4±0.1 19.6±0.1 ≤15
水不溶物(％) ≤0.01 ≤0.01 0.2 ≤0.6
纯度(％) 85.2±6.5 78.7±7.1 76.6±4.6 /
3项总和(％) 102.3 95.2 96.2 /
从表2可以看到，本发明对三种褐藻酸钠产品测定的平行样品之间，数值相对误差分别为7.6％、9.0％和6.0％，误差范围均小于10％，表明数据平行性比较好。以上数据也表明，三种产品的水不溶物都符合指标要求，但水份值都高于标准值，结合纯度值，三者的质量优劣顺序为1号最优，2号次之，3号最差。