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Bestimmung des Molekulargewichts von wasserlöslichem Chitosan mit dem BeSEC

2026-01-14Application Note

Zusammenfassung: Das Molekulargewicht von Chitosan spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung seiner funktionellen Eigenschaften in Lebensmitteln, Pharmazeutika und Umweltanwendungen. In dieser Studie wurde die Größenausschlusschromatographie in Verbindung mit statischer Lichtstreuung und Brechungsindexdetektion verwendet, um das absolute Molekulargewicht von wasserlöslichem Chitosan sowie dessen Verteilung zu untersuchen. Dies gestattet detaillierte Einblicke in die Heterogenität der Probe und die Verteilung der Polymerketten.

Schlüsselwörter: Chitosan, Absolutes Molekulargewicht, Molekulargewichtsverteilung, Größenausschlusschromatographie (SEC), Statische Lichtstreuung, Biopolymercharakterisierung

Produkt	BeSEC
Industrie	Pharmazie, Lebensmittelanalyse
Probe	Wasserlösliches Chitosan (Polysaccharid)
Messmethode	Molekulargewichtsanalyse
Mess-Technologie	Größenausschlusschromatographie (SEC)

Einführung

Chitosan wird aus Chitin gewonnen, einem natürlich vorkommenden Polysaccharid, das in den Schalen von Garnelen und Krabben sowie in den Exoskeletten von Insekten vorkommt. Durch chemische Deacetylierung von Chitin werden Acetylgruppen entfernt, wodurch Chitosan entsteht.

Die Vielseitigkeit von Chitosan fördert seinen Einsatz in verschiedenen Industriebereichen:

Lebensmittel: Chitosan bildet Schutzfilme, die das mikrobielle Wachstum verlangsamen und die Haltbarkeit verlängern. Es wirkt auch als Verdickungsmittel oder Emulgator, der die Fließfähigkeit und die Stabilität verbessert.
Arzneimittel: Aufgrund seiner Biokompatibilität und biologischen Abbaubarkeit eignet sich Chitosan als Wirkstoffträger, für Systeme mit verzögerter Wirkstofffreisetzung und für Wundauflagen mit blutstillenden und antibakteriellen Eigenschaften.
Wasseraufbereitung: Chitosan wirkt als Flockungsmittel zur Entfernung von Schadstoffen.
Landwirtschaft: Chitosan dient als Samenbeschichtung zur Verbesserung der Keimung und der Krankheitsresistenz.

Das Molekulargewicht ist ein kritischer Paramneter, der die funktionellen Eigenschaften von Chitosan beeinflusst.

Niedriges Molekulargewicht: löst sich leicht auf, erzeugt Lösungen mit niedriger Viskosität und dringt leichter in Membranen ein, was oft mit einer stärkeren antimikrobiellen oder Antitumoraktivität verbunden ist.
Hohes Molekulargewicht: Erzeugt viskose Lösungen, bildet stabile Gele und Gerüste für die Gewebezüchtung und bietet eine höhere Adsorptionskapazität für Metalle und organische Stoffe, wenn auch mit langsamerer Kinetik.

Angesichts dieser Effekte ist eine genaue Bewertung des Molekulargewichts entscheidend für die Auswahl der richtigen Materielelqualität für spezifische Anwendungen.

Experimenteller Abschnitt

Für diese Studie wurde ein Größenausschlusschromatographie-(SEC)-System verwendet, das mit Detektoren für Brechungsindex (RI) und Lichtstreuung (LS) ausgestattet ist. Der LS-Detektor ist das BeSEC LS2 von Bettersize Instruments und ist mit Messwinkeln von 90°- und 7°-ausgestattet. Die BeSEC-Workstation kombiniert Lichtstreuung mit RI- oder UV-Signalen, um Verteilungen sowie Durchschnittswerte des Molekulargewichts (Mn, Mw und Mz) zu berechnen.

Systemkonfiguration:

Detektoren: Lichtstreuung (LS) + Refraktionsindex (RI)
Säule: Shodex Ohpak LB-806M
Mobile Phase: Wasser mit 0,2 M NaNO3
Flussrate: 0,7 mL/min
Injektionsvolumen: 100 μL
Säulentemperatur: 40 °C
dn/dc: 0.129 mL/g

Probenvorbereitung:

Eine wasserlösliche Chitosanprobe wurde gewogen und in 0,2 M NaNO3 dispergiert. Nach dem Rühren bis zur Klarheit (2–5 mg/mL) wurde die Lösung durch einen 0,22 μm PES-Spritzenfilter gefiltert und in Vials überführt. Die mobile Phase mit hohem Ionenstärke minimiert elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Chitosan und der Säule.

Ergebnisse und Diskussion

Abbildung 1. Elutionsprofile der Multi-Detektor-Signale für Chitosan

Abbildung 2. Elutionsprofil des Molekulargewichts für Chitosan

Abbildung 1 zeigt Chromatogramme, die mit mehreren Detektoren gesammelt wurden: Brechungsindex (RI, blau), Lichtstreuung im rechten Winkel (RALS, grün) und Lichtstreuung im niedrigen Winkel (LALS, rot).

Die Abbildungen 1 und 2 bestätigen klare Signale mit flachen Basislinien, minimalem Rauschen und starken Signal-Rausch-Verhältnissen. Das Molekulargewichtsprofil nimmt mit dem Elutionsvolumen allmählich ab, was mit den SEC-Prinzipien übereinstimmt, wonach größere Spezies zuerst eluieren, gefolgt von kleineren.

Die Peaks der Lichtsteuung weisen keine Ausläufer auf, und die Molekulargewichtskurve bleibt stabil, ohne am Ende anzusteigen, was auf eine effektive größenbasierte Trennung hinweist.

Tabelle 1. Ergebnisse zum Molekulargewicht

Sample	Mn (Da)	Mw (Da)	Mz (Da)
Chitosan	71,254	181,663	3,266,638

Abbildung 3. Molekulargewichtsverteilung von Chitosan

Schlussfolgerung

Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass die analysierte wasserlösliche Chitosanprobe ein relativ hohes Molekulargewicht und eine breite Verteilung aufweist. Der Ausläufer im Molekulargewichtsprofil bestätigt das Vorhandensein eines geringen Anteils größerer Ketten. Diese Ergebnisse bieten einen klaren Einblick in die Heterogenität der Probe und liefern wertvolle Hinweise zur Auswahl der geeigneten Chitosanqualität für Formulierungen oder Verarbeitungen.