活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　糖類的提取分離用什么方法比較好?糖類分離用活性炭的效果好不好?

　　糖是天然產(chǎn)物中一種廣泛存在的豐富類型的極性，親水和高度支化的有機化合物。由于在許多手性碳原子，異構(gòu)體的可能性以及三維結(jié)構(gòu)的若干差異，造成糖類的分離和純化困難。糖類分離用活性炭的原理有那些，在分離過程中裝有活性炭的色譜柱應(yīng)用于果糖糖漿的生產(chǎn)中。活性炭的復(fù)雜孔為糖的分離提供了足夠長的路徑。同時，表面官能團有助于活性炭和不同糖類之間形成不同的親和力，從而達到選擇性吸附分離糖類的目的。

　　活性炭分離糖的原理

　　通過對活性炭的浸漬改性活化，活性炭中碳骨架的穩(wěn)定性意味著鋅以配位或絡(luò)合而不是共價的形式與C骨架​​結(jié)合。這種結(jié)合形式使表面鋅通過其自身的備用電子與糖分子結(jié)合。考慮到羰基吸收峰的增加，羥基數(shù)目的減少是由于表面羥基的減少而不是羧基上的羥基的減少。羥基數(shù)量的減少和含氧官能團數(shù)量的增加可能歸因于ZnCl 2介導(dǎo)的熱過程和氧化反應(yīng)。含氧官能團數(shù)目的增加反過來促進鋅離子與活性炭表面的穩(wěn)定結(jié)合。表面羧基的豐度和穩(wěn)定性對于表面陽離子配合物的形成很重要，并且活性炭的吸附能力與由羧基形成的陽離子配合物有關(guān)。因此，浸漬基團中羧基和鋅配合物數(shù)量的增加增強了活性炭的電子捕獲能力。一般來說，糖類可以與活性炭的羥基形成非特異性氫鍵，也可以與活性炭的鋅形成配位或絡(luò)合結(jié)構(gòu)。羥基數(shù)目的減少削弱了活性炭與糖分子形成隨機氫鍵的能力。因此，非特異性結(jié)合數(shù)目的減少相對地增加了糖的異構(gòu)端上的Zn與羥基之間的特異性結(jié)合的數(shù)目。活性炭的特異性鍵和非特異性鍵之間的比例變化為糖類提供了更好的選擇性。

　　活性炭分離目標(biāo)糖的效果

　　將活性炭裝入直徑為24 mm的色譜柱中，達到色譜柱總高度的2/3，并使用上層色譜儲液瓶壓緊過夜。在從柱上的讀數(shù)刻度洗脫的過程中，高度保持不變。將八種糖標(biāo)準(zhǔn)品(d-核糖，d-葡萄糖，d-果糖，乳糖，蔗糖，麥芽糖，蜜三糖和蜜三糖)溶解在蒸餾水中以制備0.5 M的溶液。混合八種不同的10 mL標(biāo)準(zhǔn)糖溶液，濃縮至糖漿狀溶液，用于活性炭柱分離。如標(biāo)準(zhǔn)解決方案所示​圖1a，b，用特定的方法對八種糖類實現(xiàn)良好的特異性和分離性。八種糖類的最低檢出限為13–21μg/ mL。活性炭列的圖示如下所示數(shù)字​圖1C。三糖和二糖實現(xiàn)組間和組內(nèi)的精細分離。對于單糖，成功地將d-核糖與果糖和葡萄糖分離。作為具有醛和酮形式的一對異構(gòu)體，果糖和葡萄糖也以一定程度分離。

　　圖1：色譜柱分離的八種糖的色譜圖，柱中裝有70%的ZnCl 2浸漬的活性炭。

　　糖分子上的羥基均具有弱的負電荷，而糖的異構(gòu)端的羥基可被去質(zhì)子化并在存在堿的情況下具有強的負電荷。糖分子上的負電荷與交流表面上鋅的正電荷之間的相互作用以及交流上的含氧官能團與糖分子上的羥基之間的氫鍵使洗脫過程中糖的保留時間不同。在復(fù)雜的孔結(jié)構(gòu)中，糖之間的保留時間差異進一步擴大。隨著糖分子中碳原子數(shù)目的增加，要分離的糖中電荷和結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性變得更加明顯。因此，二糖和三糖組的分離性能要比單糖組更好。

　　糖類分離用活性炭的測試中發(fā)現(xiàn)ZnCl 2的浸漬會增加活性炭的孔隙率，并產(chǎn)生對糖分子具有高度親和力的微晶格結(jié)構(gòu)。化學(xué)表征結(jié)果表明，含鋅的新表面結(jié)構(gòu)對八種糖具有更好的選擇性。基于以上結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的變化，糖類可以通過裝有活性炭的色譜柱成功分離。這種方法也可以低成本廣泛用于含糖廢水的處理。

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