氨基酸在蒙脫石層間的吸附及其對蒙脫石-氨基酸復(fù)合物結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、蒙脫石是自然界中的一種層狀硅酸鹽礦物，巨大的表面積使其具有較好的吸附性能，而斷鍵和晶格內(nèi)類質(zhì)同象置換使得蒙脫石具有離子交換性，可依靠靜電作用吸附帶電荷的氨基酸分子。蒙脫石吸附氨基酸的研究對蒙脫石/氨基酸類藥物的開發(fā)、固定化酶機(jī)制的研究、蛋白質(zhì)分離純化的研究等方面有指導(dǎo)意義。而且研究氨基酸在黏土表面的吸附和聚合對于研究生物化學(xué)進(jìn)化也具有重要的意義。本文以提純蒙脫石為原料，對氨基酸在蒙脫石中的吸附特性和蒙脫石/氨基酸復(fù)合物的結(jié)構(gòu)變化以及蒙脫

2、石中氨基酸的吸附模型進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。闡述了氨基酸在蒙脫石中的吸附特性和層間氨基酸的排布情況，建立了蒙脫石吸附氨基酸的結(jié)構(gòu)模型。
　　對甘氨酸、組氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸等四種氨基酸在蒙脫石層間的吸附特性研究表明，蒙脫石對氨基酸的吸附受到氨基酸的極性與所帶電荷性質(zhì)的影響。不同氨基酸與蒙脫石的親和力不同，其中賴氨酸親和力最大，組氨酸和苯丙氨酸親和力居中，甘氨酸的親和力最弱。對鈣基蒙脫石改型前后吸附能力的比較發(fā)現(xiàn)，四種氨基酸與鈣基蒙脫石

3、的親和力均較鈉化蒙脫石強(qiáng)，并且在低濃度時其吸附量與濃度幾乎都呈線性關(guān)系。
　　XRD分析顯示氨基酸用量對蒙脫石的層間距影響顯著。蒙脫石層間距隨著氨基酸用量的增加而增加。pH值也是影響吸附的重要因素，這是因為pH影響氨基酸的電荷性質(zhì)，從而影響吸附量和層間距的變化。賴氨酸插層蒙脫石時，pH值為5.4時的層間距較pH值為8.5時層間距增大0.32 nm，pH值為5.4時蒙脫石的吸附量也高于pH值8.5的吸附量。但是對于其他氨基酸，pH的

4、影響差異不顯著，可見氨基酸本身的性質(zhì)對于氨基酸插層蒙脫石具有更強(qiáng)的影響。
　　FTIR研究表明，復(fù)合物中均出現(xiàn)了氨基酸的特征峰，而且隨著氨基酸用量的增加，部分氨基酸的特征峰由弱變強(qiáng)。由于氨基酸的作用，蒙脫石/氨基酸復(fù)合物中蒙脫石的Si-O-Si鍵和Al-OH鍵的特征峰發(fā)生了一定程度的偏移，說明蒙脫石晶體的離子在堆垛過程中發(fā)生了層次錯動。氨基酸的氨基特征峰、羧基特征峰和亞甲基特征峰也都有偏移，說明在蒙脫石片層作用下，氨基酸空間排布發(fā)

5、生了變化，部分基團(tuán)更多被限制在二維空間中。
　　蒙脫石/氨基酸復(fù)合物的熱分解過程與純氨基酸不同。復(fù)合物的失重主要發(fā)生在200-650℃之間，其失重率隨著氨基酸吸附量的增加而增大。從DTG曲線可以看出，插入層間的組氨酸的分解溫度升高30℃左右，苯丙氨酸的分解溫度則提高了60℃左右，說明氨基酸插層后，其熱穩(wěn)定性得以提高。有些復(fù)合物在840℃仍有熱分解，說明在熱分解過程中，插層氨基酸與蒙脫石基團(tuán)之間形成了穩(wěn)定的化學(xué)鍵。氨基酸的不同分解方

6、式說明氨基酸在層間吸附后排布方式和結(jié)合力是明顯不同的。
　　從氨基酸在鈣基蒙脫石和鈉化蒙脫石上的吸附擬合結(jié)果來看，四種氨基酸于 pH8.5緩沖液中在蒙脫石上的吸附曲線，除了甘氨酸外其他三種氨基酸于pH5.4緩沖液中在鈣基蒙脫石上的吸附曲線以及甘氨酸和組氨酸于pH5.4緩沖液中在鈉化蒙脫石上的吸附曲線均符合Modified Langmuir等溫式，說明在實驗濃度范圍內(nèi)，氨基酸在蒙脫石上的吸附不屬于單一分子層吸附。賴氨酸于pH5.4緩

7、沖液中在鈉基蒙脫石上的吸附情況用現(xiàn)有的單一模型擬合效果較差，根據(jù)吸附曲線，以平衡濃度4mg/g為界將曲線分為兩部分進(jìn)行分段擬合，得到了最佳擬合效果?？梢娢劫|(zhì)濃度也是影響擬合結(jié)果的重要因素。
　　通過改變氨基酸的用量能夠控制其在蒙脫石層間的排列方式。當(dāng)氨基酸用量增加時，蒙脫石的層間距發(fā)生相應(yīng)變化，氨基酸分子的排布模式也會相應(yīng)改變。甘氨酸分子在層間的排列方式演變?yōu)橹绷ⅲp層平臥，正交直立和傾斜排布等。組氨酸分子在層間的排列方式有單層