摘要  目的：分析羧甲纤维素钠的分子量及其分布，推断其分子构象。方法：采用凝胶渗透色谱与多角度激光光散射(GPC-MALLS)联用技术测定羧甲基纤维素钠的分子量及分子量分布，并根据检测结果推断其分子构象。结果：羧甲纤维素钠样品的分子量在105～106之间；多分散系数PDI值在1.5～4.4之间；分子旋转半径(RMS)与重均分子量之间的关系曲线斜率约为0.2～0.6之间，主要集中在0.3～0.5之间，散点部分呈U型曲线，表明羧甲纤维素钠样品是一个紧密且具有高支化度结构的大分子聚合物。实验发现，同一生产企业不同黏度型号的羧甲纤维素钠样品的分子量与黏度呈正相关性；不同生产企业相同黏度型号的样品其分子量及分子量分布存在较大差异。结论：羧甲纤维素钠的分子量及分子量分布的测定、分子构象的分析，为深入研究羧甲纤维素钠的分子结构奠定了坚实的理论基础。

关键词：羧甲纤维素钠；GPC；多角度激光散射；分子量；分子构象

Abstract  Objective:To determine the molecular weight and distribution of carboxymethylcellulosesodium and to deduce the molecular conformation. Methods: The molecular weight and molecular weight distribution of carboxymethylcellulosesodium (CMC-Na) were determined by GPC-MALLS, and the molecular conformation wasdeduced. Results: The results showedthat the molecular weight of CMC-Na sample was 105-106; PDIvalue was 1.5-4.4; the slope of curve between RMS and weight average molecular weightwas about 0.2-0.6, mainly between 0.3-0.5, and the scatter part was U-shaped curve,which demonstrated that CMC-Na was a tight and highly branched structure macromolecularpolymer. It was found that the molecular weight of CMC-Na samples with differentviscosity type was positively correlated with the viscosity in the same manufacturer,and the molecular weight and molecular weight distribution of samples with the sameviscosity type in different manufacturers were different significantly. Conclusion: The determination of molecular weight and molecular weight distribution and the analysis of molecular conformationof laid a solid theoretical foundation for the further study on the molecular structureof CMC-Na.

Key words:  carboxymethylcellulose sodium; GPC; multi-anglelaser light scatting; molecular weight; molecular conformation

羧甲纤维素钠(Carboxymethylcellulose Sodium，CMC-Na)是由羧甲纤维素与苛性碱及一氯醋酸经碱化、醚化、中和、洗涤等工艺后制得的一种阴离子型高分子化合物[1-3]，因具有独特的增稠、黏结、成膜、持水、悬浮、乳化等特性，已被广泛应用于食品、医药、牙膏、洗涤剂、造纸、日化、纺织印染、石油钻井等领域[4-7]。

分子质量与分子量分布，是影响高分子化合物其力学性质、流变性质的重要因素，是体现高分子分子链结构的一个组成部分、是表征高分子大小的一个重要指标[8-9]。通常测量高聚物分子量的传统方法有：端基分析法、气相渗透压法、光散射法、渗透色谱法和沉淀分级法等。其中凝胶渗透色谱法是公认的分子量测定的有效方法，但是该方法给出的是相对分子质量，一般还需要标准品进行校正曲线制备，这给凝胶色谱的准确测试工作带来了困难[8-10]。光散射技术是测定聚合物分子量的一种重要手段，是目前世界公认的最高效且最接近真实分子质量的绝对方法。与传统凝胶渗透色谱法相比，GPC-MALLS联用技术可直接测定Mw(重均分子量)、Mn(Z均分子量)、Mw/Mn(多分散系数PDI值)，并且可以获得样品分子在溶液中的Rg(均方根半径)以及聚集态信息(棒状、无规则线团或球形)。由于光散射信号直接与分子质量大小有关，不需要标准样品做标准曲线可以直接测出重均绝对分子量，因此，这种方法特别适用于难以获得具有相同化学组成、结构以及分子大小的标准品的大分子结构的测定，更重要的是，该技术还可提供样品在溶液状态下的构象信息[10-15]。

因此，笔者采用多角度激光光散射仪与示差检测器联用技术对高分子化合物羧甲纤维素钠的分子量及分子量分布进行测定，对分子构象进行分析；这将为深入研究羧甲纤维素钠的分子结构奠定坚实的理论基础。同时对同一生产企业不同黏度型号样品，或不同生产企业相同黏度型号样品的分子量进行分析，探寻该品种分子量与黏度之间的关系及各企业该品种在分子量指标上的差异，为进一步研究分子量这一关键质量属性、以及羧甲纤维素钠作为药用辅料应用于药物制剂中所起的作用提供试验方法和数据。

1 、 试验部分

1.1  仪器及试剂

XP204型万分之一电子天平，eppendorf 5804R型高速冷冻台式离心机，Waters e2695高效液相色谱仪(配有示差检测器),Dawn Heleos Ⅱ型多角度激光散射仪(Astra处理软件，美国怀雅特公司)，氯化钠(分析纯)，叠氮钠(分析纯)，超纯水。

1.2  样品

样品涉及2家进口生产企业4批样品，国产生产企业7家16批样品，详见表1。

注(notes)：*进口企业(*importmanufacturer)

1.3  色谱条件

凝胶色谱柱：shodex OH pak SB-803串联SB-805(8.0 mm×300 mm)；流动相：0.3 mol·L-1氯化钠(含0.02mol·L-1叠氮钠)，用0.22 μm水系微孔滤膜过滤后，超声波脱气处理以备用；流速：0.5 mL·min-1；示差检测器温度：35 ℃；进样量：100 μL；分析时间：60 min。

1.4  供试品溶液的制备

取样品0.05 g，精密称定，铺平在100 mL量瓶中，加流动相混匀后定容，放置过夜，待样品完全溶胀后取部分样品置离心管中，采用35 00  r·min-1的速度离心5 min，取上层液体作为供试品溶液。

2、  分子量与分子量分布测定

2.1  仪器检测

用分子量为66.4 kDa的人血清白蛋白(HSA)作标样对各角度的光强进行归一化处理；同样，用其作为标样校正多角度激光散射仪到示差检测器之间的延时体积。

2.2  dn/dc值

dn/dc值也称为“比折光指数增量”，描述聚合物溶液折光指数相对于溶质浓度的变化。本实验配制不同浓度梯度的样品分别注入示差检测器，用Astra软件收集数据并分析数据得到羧甲纤维素钠在0.3 mol·L-1氯化钠溶液中的dn/dc值为0.1400 mL·g-1。

2.3  样品测定结果

样品的分子质量及分子量分布数据见表2。从表2的结果可以看出：羧甲纤维素钠样品的重均分子质量在105～106之间，其中低黏度型号，比如进口7LF、7MF和国产120、550、800、1000的样品的重均分子量在105数量级，高黏度型号，比如进口7HXF和国产7SH、6 000、7000、8 000的样品分子质量在106数量级。

样品多分散系数PDI值在1.5～4.4之间，均方根半径在66.5～214.8 nm之间，分子构象值在0.23～0.49之间；各企业样品之间此三个指标差异较大，仅进口厂家A型号为7HXF和国产厂家C型号为7SH的两批样品其多分散系数值相对较小，即分子质量分布相对较窄；均方根半径和分子构象值亦无明显差异。

2.4  分析与讨论

2.4.1  同一企业不同黏度型号样品

进口厂家A不同黏度型号的3批样品的分子质量随黏度型号的递增呈递进关系；国产厂家D不同黏度型号的5批样品的分子量随黏度型号的递增亦呈递进关系。提示分子质量与黏度呈正相关性，分子量越大黏度越大。

2.4.2  同一企业相同黏度型号样品

国产企业H厂家相同黏度型号的3批样品其重均分子质量、PDI值、均方根半径和分子构象值差异不显著，说明其生产工艺较为稳定。

2.4.3  不同企业相同黏度型号样品

国产厂家F(样品序号14)和G(样品序号16)黏度型号均为6 000的2批样品的Mw和均方根半径差异显著。此2批样品采用《中华人民共和国药典》2015年版羧甲纤维素钠品种标准项下黏度项的测定方法，在同一台旋转粘度计、相同测定条件(4号转子60 r·min-1转速)测定黏度，黏度值分别为6963 mPa·S(标示黏度的116%)和4 503 mPa·S(标示黏度的75%)。虽然测定值在标示黏度的75%～120%的范围内，均符合药典规定，但两者差异显著。说明羧甲纤维素钠标示黏度的范围较宽，存在标示黏度相同或相近的样品，其分子量和分子量分布可能存在一定差异，提示用分子量和分子量分布反应样品的黏度特性更准确。

2.4.4  图谱分析

图1为D厂家不同黏度型号的5批样品的色谱图及分子量分布曲线图，其中峰形图为色谱图，曲线为分子量分布曲线。从图中可以看出：5批样品色谱图的峰形基本一致，分子质量随黏度型号的增大而增大。

图2为典型的分子旋转半径与重均分子量关系曲线图，图中虚点为实测点，直线是拟合线。Wyatt 研究表明，直线斜率小于或等于0.33，表明大分子是一个紧密均匀的球形构象；直线斜率在0.5～0.6，表明大分子是一个无规则线团构象；直线斜率等于1，表明大分子是一个棒状构象[8,14]。图2为序号11的样品的分子旋转半径与重均分子质量的关系曲线图，图中直线斜率约为0.36，散点部分呈U型曲线，表明样品是一个紧密且具有高支化度结构的大分子聚合物。20批样品除序号8和序号12的2批样品以外，其他样品的直线斜率在0.3～0.5之间，散点部分均呈U型曲线，与序号11样品的分子构象基本一致。

3、  结论

采用凝胶色谱法与多角度激光光散射联用测定羧甲纤维素钠分子量及其分布的方法，能在较大范围内准确测量羧甲纤维素钠的绝对分子量，并且该法能同时测定其分子量分布、分子旋转半径及其构象，为进一步对羧甲纤维素钠的微观结构研究提供必要的数据。

同一生产企业的羧甲纤维素钠样品的分子量与黏度呈正相关性，分子量越大黏度越大；不同生产企业标示黏度相同或相近的羧甲纤维素钠样品，其分子量和分子量分布可能存在一定差异。

样品构象图的直线斜率约为0.2～0.6之间，主要集中在0.3～0.5之间；散点部分呈U型曲线，提示羧甲纤维素钠样品是一个紧密且具有高支化度结构的大分子聚合物。

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