一种顶空气相色谱法检测纳米纤维素中羧基含量的方法技术

本发明专利技术属于分析检测技术领域，公开了一种顶空气相色谱法检测纳米纤维素中羧基含量的方法。将纳米纤维素样品稀释至水样，然后加入阳离子交换树脂超声处理，得到待测液；用一系列不同体积的盐酸标准溶液与碳酸氢钠溶液反应，产生的二氧化碳用顶空气相色谱分析检测，根据所得到的色谱峰面积信号值与盐酸的摩尔加入量的对应关系得到标准曲线；然后将所得待测液加入到顶空瓶中，按照与标准曲线相同的方法及参数条件进行顶空气相色谱分析检测，记录样品的色谱峰面积信号值，根据标准曲线计算得到纳米纤维素样品中羧基含量。本发明专利技术方法避免了纳米纤维素样品的严重凝胶化及复杂的滴定过程，使测量过程更加快速，测量结果更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种顶空气相色谱法检测纳米纤维素中羧基含量的方法
本专利技术属于分析检测
，具体涉及一种顶空气相色谱法检测纳米纤维素中羧基含量的方法。
技术介绍
在能源、资源紧缺的今天，纤维素及其衍生产品由于具有清洁、可再生性，可以作为化石燃料优良的替代品，现已被应用到生产、生活的各个方面。纳米纤维素作为纤维素在超精细结构的一种形式，不仅保留了纤维素的诸多优良性能，而且凭借其高负载能力，良好的生物相容性、可降解性，成为一种高附加值的材料，在生物医药方面有着重要的应用。目前研究比较成熟的是将纳米纤维素作为药物释放材料的基材，控制药物在人体循环系统的释放。作为一种功能基，羧基在纳米纤维素中具有重要的作用，一方面，羧基可以提高纳米纤维素的反应活性，另一方面，可以提高纳米纤维素在水溶液中分散的稳定性，还可以改善其吸附性能。因此，专利技术一种可快速，准确检测纳米纤维素中羧基含量的方法，对纳米纤维素材料的发展具有重要意义。目前，纳米纤维素中羧基含量的检测主要是电导滴定法。纳米纤维素首先要用盐酸进行预处理，目的是将纳米纤维素中的羧酸钠全部转化为羧酸的形式，然后用氢氧化钠进行滴定，并用电导率仪记录滴定过程电导率的变化，羧基的含量根据滴定过程电导率的变化曲线可得。该方法存在的主要问题是纳米纤维素悬浮液在盐酸预处理过程中会发生团聚、结块现象，尤其是在羧基含量较高的纳米纤维素悬浮液中。因此，会使测量的结果偏低。为了解决预处理过程中团聚、结块的问题，返滴定法用过量的氢氧化钠分散纳米纤维素悬浮液，然后用标准的盐酸进行返滴定。然而，过高的PH会加大羧基解离的程度，使纳米纤维素悬浮液凝胶化，滴定过程变得更加困难。虽然可以通过稀释来减弱凝胶化带来的影响，但是会降低检测的灵敏度。因此，有必要建立一种快速、准确的测定纳米纤维素中羧基含量的方法。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种顶空气相色谱法检测纳米纤维素中羧基含量的方法。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种顶空气相色谱法检测纳米纤维素中羧基含量的方法，包括如下步骤：(1)样品预处理：将纳米纤维素样品稀释至水样，然后将装有阳离子交换树脂的滤袋浸入到上述水样中，超声处理后取出装有阳离子交换树脂的滤袋，得到纳米纤维素样品待测液；(2)标准曲线的建立：将一系列不同体积的盐酸标准溶液加入到顶空瓶中，然后注入碳酸氢钠溶液，密封后将碳酸氢钠溶液与盐酸标准溶液充分混合，然后置于顶空气相色谱仪的顶空进样器中，设置顶空进样器操作条件以及气相色谱仪操作条件，进行顶空气相色谱分析检测，根据所得到的色谱峰面积信号值与盐酸标准溶液中盐酸的摩尔加入量的对应关系得到一条标准曲线；(3)样品羧基含量的检测：将步骤(1)得到纳米纤维素样品待测液加入到顶空瓶中，按照与步骤(2)相同的方法及参数条件进行顶空气相色谱分析检测，记录样品的色谱峰面积信号值，然后根据步骤(2)的标准曲线计算得到纳米纤维素样品中羧基含量。优选地，步骤(1)中所述将纳米纤维素样品稀释至水样是指将纳米纤维素样品稀释至固含量为0.1％～0.2％。以使树脂交换预处理顺利进行。所述阳离子交换树脂优选为001x7型阳离子交换树脂。优选地，步骤(1)中所述超声处理的时间为30～60min。优选地，步骤(2)中所述盐酸标准溶液的浓度为0.05～1mol/L，盐酸标准溶液的加入量为10～1000μL；所述碳酸氢钠溶液的浓度为0.01～0.1mol/L。优选地，步骤(2)中所述顶空进样器操作条件为：平衡温度40～80℃，样品平衡时间4～40min，顶空瓶中载气平衡时间10～20s，管路充气时间10～20s，管路平衡时间1～10s，环路平衡时间10～20s。优选地，步骤(2)中所述气相色谱仪操作条件为：色谱柱温为50～150℃，氮气作为载气，氮气流量为2.0～6.0mL/min；TCD检测器温度150～250℃。相对于现有技术，本专利技术的方法具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术采用阳离子交换树脂对纳米纤维素样品进行预处理，相比现有盐酸预处理的方式，避免了纳米纤维素样品的严重凝胶化，使测量过程更加快速，测量结果更加准确。(2)本专利技术的方法不需要对样品进行繁琐的滴定过程，极大的缩短了检测的时间。附图说明图1为本专利技术实施例中色谱峰面积信号值与盐酸标准溶液中盐酸的摩尔加入量之间的对应关系标准曲线图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。以下实施例所使用的仪器设备与试剂：顶空自动进样器：ThermoHSTriPlus300，US；气相色谱仪：AgilentGC7890A，US；超声仪：KQ2200B；移液枪：100μL、1000μL、5mL各一支；100μL注射器；20mL顶空瓶若干。碳酸氢钠(分析纯，≥99.5％)；盐酸(含量36％-38％)；去离子水。实施例(1)样品预处理：将纳米纤维素样品稀释至固含量0.1～0.2％，取稀释后的样品50g于烧杯中；然后取001x7型阳离子交换树脂1g于滤袋中，将滤袋放入盛有稀释后的纳米纤维素样品的烧杯中。将上述样品放入超声波仪中，超声处理30min，然后取出装有树脂的滤袋，得到纳米纤维素样品待测液。(2)建立标准曲线：将一系列不同量的(20～200μL)的盐酸标准溶液(0.1076mol/L)加入到顶空瓶中，然后将一端开口的玻璃管放入顶空瓶中，向玻璃管中注入1mL0.06mol/L的碳酸氢钠溶液，然后将顶空瓶封盖，上下晃动使碳酸氢钠溶液与盐酸标准溶液充分混合，然后置于顶空气相色谱仪的顶空进样器中，设置顶空进样器操作条件以及气相色谱仪操作条件(顶空进样器操作条件：平衡温度60℃，样品平衡时间10min，顶空样品瓶中载气平衡时间12s，管路充气时间12s，管路平衡时间3s，环路平衡时间12s；气相色谱仪操作条件：色谱柱温为105℃，氮气(流量3.1mL/min)作为载气；TCD检测器温度200℃)，然后进行顶空气相色谱分析检测，根据所得到的色谱峰面积信号值与盐酸标准溶液中盐酸的摩尔加入量之间的对应关系得到一条标准曲线，如图1所示。由标准曲线得到以下关系式：A＝-0.442(±0.331)+2057(±32.65)n(n＝7，R2＝0.999)(1)式中，A为气相色谱测定的二氧化碳的峰面积信号值，n为加入的盐酸的摩尔数(mmol)。(3)样品检测：将步骤(1)得到纳米纤维素样品待测液8g加入到顶空瓶中，按照与步骤(2)相同的方法及参数条件进行顶空气相色谱分析检测，记录样品的色谱峰面积信号值(21.5)。(4)结果计算：样品的羧基含量Q由步骤(3)记录样品的色谱峰面积信号值读出标准曲线上相应的横坐标，然后除以纳米纤维素样品的绝干质量可得。其计算公式如下：式中Q为样品的羧基含量，mmol/g；n为由标准曲线所得的样品的羧基量，mmol；m为所取样品的质量，g；w％为样品的固含量。(5)方法的定量检测下限通过以下公式计算：式中：a和Δa分别为标准曲线的截距和截距的误差；s为标准曲线的斜率。由式(1)和式(3)可计算出本方法的定量检测下限(LOQ)为0.1mmol/g。采用本专利技术的顶空气相色谱法(HS-GC法)测定A、B、C、D四个纳米纤维素样品中羧基的含量，并与传统的电导滴定法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顶空气相色谱法检测纳米纤维素中羧基含量的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)样品预处理：将纳米纤维素样品稀释至水样，然后将装有阳离子交换树脂的滤袋浸入到上述水样中，超声处理后取出装有阳离子交换树脂的滤袋，得到纳米纤维素样品待测液；(2)标准曲线的建立：将一系列不同体积的盐酸标准溶液加入到顶空瓶中，然后注入碳酸氢钠溶液，密封后将碳酸氢钠溶液与盐酸标准溶液充分混合，然后置于顶空气相色谱仪的顶空进样器中，设置顶空进样器操作条件以及气相色谱仪操作条件，进行顶空气相色谱分析检测，根据所得到的色谱峰面积信号值与盐酸标准溶液中盐酸的摩尔加入量的对应关系得到一条标准曲线；(3)样品羧基含量的检测：将步骤(1)得到纳米纤维素样品待测液加入到顶空瓶中，按照与步骤(2)相同的方法及参数条件进行顶空气相色谱分析检测，记录样品的色谱峰面积信号值，然后根据步骤(2)的标准曲线计算得到纳米纤维素样品中羧基含量。

【技术特征摘要】
1.一种顶空气相色谱法检测纳米纤维素中羧基含量的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)样品预处理：将纳米纤维素样品稀释至水样，然后将装有阳离子交换树脂的滤袋浸入到上述水样中，超声处理后取出装有阳离子交换树脂的滤袋，得到纳米纤维素样品待测液；(2)标准曲线的建立：将一系列不同体积的盐酸标准溶液加入到顶空瓶中，然后注入碳酸氢钠溶液，密封后将碳酸氢钠溶液与盐酸标准溶液充分混合，然后置于顶空气相色谱仪的顶空进样器中，设置顶空进样器操作条件以及气相色谱仪操作条件，进行顶空气相色谱分析检测，根据所得到的色谱峰面积信号值与盐酸标准溶液中盐酸的摩尔加入量的对应关系得到一条标准曲线；(3)样品羧基含量的检测：将步骤(1)得到纳米纤维素样品待测液加入到顶空瓶中，按照与步骤(2)相同的方法及参数条件进行顶空气相色谱分析检测，记录样品的色谱峰面积信号值，然后根据步骤(2)的标准曲线计算得到纳米纤维素样品中羧基含量。2.根据权利要求1所述的一种顶空气相色谱法检测纳米纤维素中羧基含量的方法，其特征在于：步骤(1)中所述将纳米纤维素样品稀释至水样是指将纳米纤维素样品稀释至固含量为0.1％～0.2％。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴娜，万小芳，柴欣生，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44