壳聚糖及其衍生物在分析化学中的应用

戴平望

（漳州市产品质量检验所，福建 漳州363000）

壳聚糖是一类碱性多糖，是甲壳素的脱乙酰基产物[1］，只能溶于酸性液体中。由于壳聚糖特殊的分子结构中含有活性基团—NH2和—OH，通过化学改性引入功能基团，可得到很多衍生物，用途广泛，如作为吸附剂用在分析检测中，根据后续检测要求的不同，进行目标物的分离或分离富集，进行多种过渡金属阳离子（Pb2＋、Cd2＋、Cu2＋、Co2＋、Ni2＋、Fe2＋、Zn2＋等）及贵金属阳离子（Au3＋、Ag＋、Pt2＋等）的测定。此外，壳聚糖和一些金属阳离子有较强的螯合作用，对部分有机物和阴离子有较强的选择性吸附，常用来涂布修饰电极，具有很高的稳定性、选择性和灵敏度，可对多种阳离子和有机物进行测定。壳聚糖接枝改性后再固定酶，可作为生物传感器应用于生化检测领域。作者在此介绍了壳聚糖及其衍生物在分析化学中的应用。

1 在分离富集方面的应用

壳聚糖可作为吸附剂应用于分离富集中。当pH值小于6.5时，由于氨基质子化导致的高电荷密度，壳聚糖不仅能表现出阳离子聚合电解质的性质，吸附溶液中的负电荷微粒，还能与很多的金属离子形成螯合物。在水质检测分析中，利用壳聚糖分离富集自来水中的超微量元素，再用FAAS法测定，富集效率非常高，能够达到97%以上。研究者利用壳聚糖作富集柱选择性分离富集水中微量元素，然后用稀硫酸洗脱，利用光谱法快速检测，所制成的富集柱能够再生[1］。壳聚糖还可作为吸附剂来检测水中的其它微量元素，如Pb2＋、Ni2＋等，检测过程回收率高，结果准确可靠。

壳聚糖直接参与富集过程，灵敏度非常高，但壳聚糖只在酸性物质中比较容易溶解，所以其使用受到一定的限制。为此，人们通过化学改性，制备了特性多样的壳聚糖衍生物，能够选择性吸附微量元素，从不同溶液中分离出微量元素，例如Cu2＋。

壳聚糖与环氧氯丙烷经过适当的反应，再与二乙基胺环氧丙烷相互作用，加入叔胺基团，最后合成了凝胶树脂。凝胶树脂能够在强酸性或强碱性的溶液中保持稳定的结构，既不溶胀也不皱缩，避免了壳聚糖因溶液流速过快或易溶于酸性介质而流失在使用上造成的不便和局限性。凝胶树脂对微量元素Au3＋的选择性分离富集效果有很大的改善。壳聚糖衍生物对金属离子具有很好的选择性吸附能力，广泛应用于环境保护的分析中。壳聚糖衍生物对阴离子也具有很好的选择性[2］。

壳聚糖衍生物作为色谱固定相，常用于金属离子、氨基酸及其它有机物的分离中。研究者将壳聚糖衍生物制成固相萃取小柱，在一定条件下先吸附再洗脱，成功分离了Fe3＋、Co2＋、Cu2＋、Ni2＋等金属离子，在贵金属离子的分离中也获得了良好的效果。姜守磊等[3］以壳聚糖作为载体制成新型疏水色谱填料，用于牛血清白蛋白（BSA）和假单胞杆菌脂肪酶（PSL）的分离，分离效果很好，纯度提高3倍。将壳聚糖作为反相高效液相色谱柱的固定相，用于测定硝基酚、氨基酚、氯代酚异构体，显示出良好的分离效果。韩肃等[4］采用壳聚糖改性后的层析纸，测定Fe3＋、Co2＋、Cu2＋、Ni2＋及贵金属 Os4＋、Pd2＋、Rh3＋和氨基酸，分离效果和重现性较好。

2 在电化学分析中的应用

研究者将壳聚糖制作成玻碳电极，采用伏安法测定地下水和自来水中的铁含量，结果非常精确。采用键合方式将壳聚糖修饰在玻碳电极表面，得到的壳聚糖修饰电极灵敏度高、寿命长，将其用于Pb2＋的伏安测定，会在表面富集生成化合物，提高了电化学分析的速度和质量。以壳聚糖衍生物修饰电极对水环境中的对苯二酚、NO－2和I－的含量进行测定，修饰电极对NO－2有很好的吸附性和选择性，阳极溶出峰电流在一定的区间范围内与NO－2浓度呈现出良好的线性关系，在检测过程中，很多常见离子不会产生干扰，除了两倍的I－[5］。键合型壳聚糖修饰电极，能够用于测定工业废水中的Cd2＋、Cu2＋、Co2＋、Ni2＋、Fe2＋、Zn2＋。

研究者将壳聚糖修饰电极用在人体血液的检测技术中，如用伏安法检测抗坏血酸，结果非常精确，此法也已用于维生素和人血清中抗坏血酸的测定。近年来，相关学者们对壳聚糖使用性能的改进做了大量的研究，在环境检测中发挥了重要的作用。由于壳聚糖特殊的化学结构和性质，分析工作者可按多样性的检测要求研制更多可选择性测定的键合型壳聚糖修饰电极用于电化学分析。

3 在生物传感器方面的应用

壳聚糖可以通过吸附、涂抹、键合、交联、表面修饰等方式有效地固定酶生物分子，应用于生物传感器领域。戴松林等[6］将壳聚糖衍生物修饰在铂电极上，与葡萄糖氧化酶溶液相互反应，再与戊二醛进行反应，制成了壳聚糖固定化葡萄糖氧化酶生物传感器，已经应用于糖尿病和人体血液葡萄糖的测定。该电极使用寿命很长，非常稳定。徐肖邢[7］通过壳聚糖将辣根过氧化物酶（HRP）和胆固醇氧化酶固定在电极表面，测定胆固醇含量，传感器的灵敏度高。研究者将酪氨酸酶固定在壳聚糖的表面，制成基体电极生物传感器，用来检测酚的含量，检测时间短、灵敏度高、数据准确。研究者将壳聚糖膜固定在电石英晶体上制备三甲胺探针，以其检测鱼的鲜活程度，分析速度快，且对鱼没有任何不良影响。近年来，利用接枝交联反应改性壳聚糖，将生物酶固定化或采用表面活性高的纳米材料和壳聚糖共沉积于生物酶电极的表面制成的生物传感器，具有背景电流低、响应时间短、干扰物质少、重现性好等优点。随着新技术的不断发展和交叉，壳聚糖在生物传感器中的应用研究将会更加深入，生物传感器的质量和种类会得到更好的发展。

4 结语

壳聚糖由于其分子结构的特殊性，可通过相应的化学改性，如酰化反应、烷基化反应、醚化反应、酯化反应、Shiff碱反应、接枝反应、交联反应等制得壳聚糖衍生物，改性后的壳聚糖衍生物具有螯合和键合作用，吸附性能更具选择性，吸附容量更大，具有固定生物酶的特性，甚至具有聚两性电解质的性质，其溶解性、成型性和加工性可得到目的性的改变，在化学分析中应用于分离富集、液相色谱载体、凝胶色谱载体、修饰电极及生物传感器等，应用前景十分广阔。

[1]马宁，汪琴，孙胜林，等.甲壳素和壳聚糖化学改性研究进展[J］.化学进展，2004，16（4）：643－653.

[2]蒋挺大.壳聚糖[M］.北京：化学工业出版社，2001：192－206.

[3]姜守磊，郭敏亮，姜涌明.新型壳聚糖疏水色谱填料的制备及应用初步研究[J］.江苏农业研究，2000，21（3）：63－65.

[4]韩肃，阎宏涛.壳聚糖改性纸色谱法分离金属离子与氨基酸[J］.化学世界，2000，41（7）：380－382.

[5]李平，张建林，王爱勤.壳聚糖及其衍生物在分析化学中的应用[J］.化学进展，2006，18（4）：467－473.

[6]戴松林，妮娜，王莹，等.壳聚糖－纳米金－葡萄糖氧化酶生物传感器的制备及其应用于葡萄糖的制定[J］.理化检验（化学分册），2009，49（4）：384－386，393.

[7]徐肖邢.壳聚糖固定双酶的丝网印刷胆固醇传感器的制备及应用[J］.理化检验（化学分册），2009，49（6）：621－623，628.