羧甲基纤维素钠(CMC)是纤维素的羧甲基化衍生物,又名纤维素胶,是最主要的离子型纤维素胶。CMC的测定方法主要有两种,具体如下。
1、DS的测定
测定CMC取代度的一种常用方法是滴定法,把 CMC 钠盐转化为酸的形式,反之亦然。把CMC钠盐分散在乙醇和盐酸中,用已知摩尔浓度的氢氧化钠溶液滴定。还有一种反滴定法,一般是测定CMC取代度的标准方法:把氢氧化钠加入到未知量的CMC酸中,反滴定过量的氢氧化钠来计算DS。电导滴定法也可以较准确地测定DS,曾晖扬等提出了红外光谱法,并可直观地大致判断出样品的纯度,以决定是否需要对样品进行提纯精制。
钠的确定比较简单,但是需要满足一些先决条件,CMC需要完全转化为钠盐的形式,而且在合成中带来的NaCl及氯乙酸钠需要完全除去。后一种问题一般是通过透析的方法解决,但是这样也存在一个问题,对于部分取代度高而分子量低的分子容易流失,这样会带来误差。 CMC可以与盐离子如铜离子作用生成沉淀,反滴定过量的铜离子也可以确定CMC的取代度。对于CMC,用硝酸铀酰溶液使之沉淀,然后将其燃烧测定得到的氧化铀,也是一种测定取代度的有效方法。
除此以外还有其他用于测定CMC取代度的方法,如核磁、毛细管电泳等。液相核磁测量中存在一个问题,是由高分子溶解在D2O中产生的高粘度引起的,随样品聚合度增加线宽也增加。研究发现通过超声处理的方法能使高分子部分降解而羧甲基不会断裂,同时也不会有单体和二聚体,经过超声处理的CMC的谱图得到了改善。酶降解也可以用于改善聚电解质的核磁谱图。
Saake,Horner 等将CMC用酸水解,经HPLC分离后,用13CNMR表征。对传统的CMC样品用硫酸和高氯酸水解比较,发现高氯酸效率更高。对于两种水解方法来说,八种CMC构成单元的产生均随DS升高而降低。而对于用新方法合成的CMC样品,结果则不同,如由诱导相分离得到的CMC样品,取代度直到1.9水解程度仍不断升高,但定位选择取代的 2,3-O-CMC随DS升高而下降,对2,3-O-CMC样品来说用硫酸水解效果更好。需要指出的是传统的方法仍是十分有用的,因为不需要昂贵的仪器,可以重复测量。
2、取代形式的测定
目前,确定取代基分布最重要的方法是,在样品经过降解后利用13C CP/MAS NMR-和13C NMR液相核磁,1HNMR以及色谱技术(HPLC,HPAEC-PAD)、气-液色谱。
通过13C CP/MAS NMR的方法,在接触时间为2ms下测量,平均取代度能通过羧基和C-1的信号面积的比率计算得到。通过13C P/MAS NMR方法测得的24个CMC样品的DS与用钠的重量分析法得到的结果吻合得很好。用13CNMR液相核磁方法可以估算确定平均取代度和在2(x2)、3(x3)、6(x6)位上的部分取代度。Capitani等[20]在90℃下对CMC水溶液进行了精确的高场(H-1,600MHz)1D和2D实验,通过门控去偶13CNMR谱图不仅能得到取代度也能测定取代基分布。电导滴定很好地支持了所得结果。
降解样品的1HNMR 谱图同样能提供在 C2、C3、C6位上的取代度的信息。样品可以直接溶解在D2O/D2SO4,16 次扫描足以得到好的谱图。
毛细管电泳也是一种有效的测量方法。Oudhoff等用毛细管电泳的方法确定了CMC 的取代度和取代基分布。