Исследование физико-химических свойств водной дисперсии энтеросорбента Полисорба МП

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия

Исследование физико-химических свойств водной дисперсии энтеросорбента Полисорба МП

Шкляева Алена Сергеевна,

Васильева Оксана Валерьевна,

Кучук Вера Ивановна

Аннотация

Исследован ряд физико-химических (вязкость, электрическая проводимость, электрическая подвижность, адсорбционная способность) характеристик энтеросорбента Полисорб МП. Показано, что адсорбционная активность данного препарата по отношению к ряду веществ органического и неорганического происхождения достаточно высокая. Оценено количество адсорбционных центров поверхности Полисорба, рассмотрен механизм процесса адсорбции.

Ключевые слова: Полисорб МП, адсорбция, фотоколориметр, вискозиметр, адсорбат.

В настоящее время аптечная сеть предлагает огромное количество энтеросорбентов как отечественного, так и импортного производства. Как правило, большинство производителей обещает широкую область применения предлагаемых препаратов, отмечая их высокую адсорбционную способность по отношению к огромному количеству веществ. При этом, в аннотациях, естественно, не указывается механизм процесса адсорбции и свойства дисперсий данных сорбентов.

Цель данной работы состояла в получении сведений о ряде физико-химических свойств одного из наиболее распространенных энтеросорбентов - Полисорба МП. Данный препарат представляет собой монодисперсный порошок диоксида кремния, достаточно легко диспергирующийся в воде. Полисорб обладает сорбционными, детоксикационными, антиоксидантными и мембраностабилизирующими свойствами [1].

Методики эксперимента. При анализе Полисорба были применены методы прямой кондуктометрии, макро-электрофореза и капиллярной вискозиметрии [4]. Исследование адсорбционных характеристик в зависимости от типа адсорбата проводилось методами сравнительного кондуктометриического титрования (органические кислоты), фотоколориметрии (тяжелые металлы и гемо-глобин). Адсорбция спиртов оценивалась по сравнению изотерм поверхностного натяжения до и после адсобции спиртов на тензиометре Де-Нуи.

Экспериментальная часть. При выполнении работы массовая концентрация Полисорба для приготовления водной дисперсии выбрана согласно инструкции по применению и составляла 1 г на 25 мл воды.

Именно при данной концентрации решались такие задачи работы, как изменения pH дисперсии и ее электрической проводимости по отношению к среде, вязкость дисперсии при различных значениях pH, определение электрокинетического потенциала. Поскольку диспер-сия значительное время находится в организме, особое внимание уделялось изменению во времени ряда исследуемых характеристик (табл. 1).

Результаты и их обсуждение. При исследовании времени «старения» в среде показано изменение pH и удельной электропроводности систем в присутствии Полисорба, указывающее на диссоциацию поверх-ностных группировок объекта [7, 8].

Так при диспергировании Полисорба в дистиллированной воде, значение pH суспензии уменьшалось на одну единицу, а удельная электропроводность возрастала с 3.5 мкСм/см до 30-50 мкСм/см в течение одного часа. Методом макроэлектрофореза [6] подтверждено, что в изученном интервале pH (от 3 до 8) поверхностные группировки диссоциируют по кислот-ному механизму (частицы сорбента заряжены отрицательно) (табл. 1).

Данные по изучению вязкости дисперсии, полученные методом капиллярной вискози-метрии, показывают способность дисперсии к гелеобразованию, наступающему в течение длительного временного периода, зависящего от значения pH, при котором готовили суспензию (рис. 1). Так при pH = 5.2 для гелеобразования требовалось около 5 суток, при pH = 8 до 12 часов.

Рис. 1. Зависимость относительной вязкости дисперсий Полисорба в различных средах в зависимости от времени з/з0 = f(ф)

Немаловажное значение имеет представление о реологических свойствах суспензии и с точки зрения возникновения в ней внутренних структур. Для проверки данного положения проведены расчеты вязкости системы по уравнению Эйнштейна, которые в дальнейшем сравнивались с экспериментально полученными:

з = з₀·(1+ б·ц)

Результаты представлены на рис. 2. Показано, что расхождение теоретической и экспериментальной зависимостей относительной вязкости от объемной концентрации начинается при очень низких концентрациях, что свидетельствует о том, что растворы Полисорба, начиная с 0.15%, являются неньютоновскими жидкостями.

Изучение адсорбционной способности по отношению к модельным адсорбатам проводилось в концентрациях руководства методом сравнительного кондуктометрического титрования [3].

Основным объектом данного ряда была выбрана уксусная кислота. Выбор объекта обусловлен как его химической природой (адсорбция в ионной и молекулярной формах) так и возможностью применения методики сравнительного кондуктометрического титрования.

Рис. 2. Теоретическая и экспериментальная зависимость относительной вязкости от объемной концентрации Полисорба з/з₀ = f(ц)

Результаты титрования представлены на рис. 3. Как видно из рисунка, титрование щелочью (NaOH) раствора кислоты, дисперсии Полисорба и системы Полисорб-кислота после установления равновесия адсорбции (24 часа) дает принципиально отличающиеся кривые титрования.

энтеросорбент вязкость адсорбционный органический

Рис. 3. Кодуктометрическое титрование кислоты (1), дисперсии Полисорба (2) и системы Полисорб-кислота после 24 час контакта (3)

Это указывает как на наличие собственных кислотных группировок на Полисорбе (кривая 2), так и на возможность адсорбции ионной формы кислоты на данном адсорбенте (кривая 3). На основании полученных данных и свойствах Полисорба (табл. 2) рассчитано количество адсорбированной ионной формы уксусной кислоты, которое составило 0.053 «частиц»/100 нм² (табл. 3).

В аннотации к препарату также отмечено, что Полисорб активно адсорбирует спирты и может применяться при алкогольном отравлении. Для исследования адсорбции спиртов (бутанола и пропанола) использован метод отрыва кольца (тензиометр Де-Нуи) [2]. Изотермы поверхностного натяжения водных растворов спиртов представлены на рис. 4.

Данные по адсорбции были получены на основании сравнения величин поверхностного натяжения растворов до адсорбции и после установления равновесия адсорбции в присутствии определенного количества Полисорба. Изотермы адсорбции представлены на рис. 4, предельное количество адсорбционных центров по отношению к спиртам - в табл. 3.

Рис. 4. Изотермы поверхностного натяжения водных растворов спиртов (пропанола (1) и бутанола (2))

Поскольку многие тяжелые металлы, такие как железо, медь, цинк, молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных количествах и являются необходимыми для функционирования организма человека микроэлементами, существенным этапом исследования адсорбционной способности Полисорба являлось изучение адсорбции ряда элементов -

Fe³⁺ и Cu²⁺

Определение количества адсорбированных ионов рассчитывалось на основании данных фотоколориметрии.

Калибровочные графики для расчета концентраций ионов получены при аналитической длине волны 440 нм (для Fe³⁺) и 590 нм (для ионов Cu²⁺). Полученные изотермы адсорбции представлены на рис. 5, 6.

Рис. 5. Изотерма адсорбции Fe³⁺

Рис. 6. Изотерма адсорбции Cu²⁺

На основании данных о характеристиках Полисорба, в частности об удельной поверхности (табл. 2), и величине предельной адсорбции (моль/кг) в расчете на массу адсорбента рассчитаны максимальные количества адсорбата на единице (100 нм²) площади, что позволяет в значительной мере получить представления о механизме адсорбции различных объектов (табл. 3).

Для изучения адсорбции биологически активных веществ было изучено поведение энтеросорбента по отношению к гемоглобину. Особая сложность при проведении эксперимента заключалась в том, что полученная при контакте с гемоглобином дисперсная система практически не седиментировала, что не позволяло определять равновесную концентрацию гемоглобина в растворе после адсорбции фотоколориметрическим методом.

В то же время, при центрифугировании системы, раствор оставался практически бесцветным, что указывало на полную адсорбцию гемоглобина в исследованном интервале концентраций (0.5 г/л-1 г/л).

Для проверки положения о возможной седиментации гемоглобина при центрифугировании (без протекания процесса адсорбции) параллельно проведен эксперимент по разделению дисперсии и равновесного раствора на бумажном фильтре с диаметром пор 390 нм с холостой пробой. Показана практически полная адсорбция гемоглобина при всех концентрациях, что позволило рассчитать его максимальную (в исследованных условия) адсорбцию, выраженную в г/кг.

Расчет количества адсорбированного гемоглобина в величинах [моль/кг] и [частиц / 100 нм²], как того требует данные табл. 3, был затруднен, так как точный аминокислотный состав исследованного образца гемоглобина был неизвестен.

Теоретически была рассчитана поверхность, занимаемая 1 молекулой, исходя из положения:

S_уд = S₀·N_a·Г_?

где S_уд - удельная поверхность Полисорба (м²/кг); S₀ - доля поверхности, занимаемая молекулой адсорбата при максимальной адсорбции; N_a - число Авогадро; Г_? - предельная адсорбция (моль/кг).

Имея величину максимально достигнутой адсорбции Г = 0.36510^-3, (принятой за Г_?) в расчете на [моль/кг] взятой исходя из молярной массы (согласно Wikipedia М = 64458 г/моль) получили площадь, занимаемую 1 молекулой:

S₀ = 1.7·10⁸/6·10²³·0.365·10^-3 = 0.776·10^-12 м² = 0.776 мкм²

Заключение

На основании полученных результатов можно судить о свойствах поверхности данного энтеросорбента, поведении его при контакте с различными средами организма и адсорбционной способности по отношению к ряду адсорбатов.

1. Водная дисперсия Полисорба имеет слабокислое значение рН, частицы в исследованном интервале рН заряжены отрицательно.

2. При длительном контакте со средой происходит структурирование системы, в значи-тельной мере зависящее от рН.

3. Отмечается хорошая адсорбция ряда спиртов и органических кислот.

4. Адсорбция ионов тяжелых металлов и гемоглобина также значительна, что следует учитывать при назначении данного энтеросорбента.

5. Способность водной дисперии Полисорба МП, представляющего собой монодисперсный порошок диоксида кремния, к гелеобразованию, зависит от значения pH, при котором готовится суспензия (при pH = 5.2 для гелеобразования требуется около 5 суток, при pH = 8 до 12 часов).

6. Полисорб МП, представляющий собой монодисперсный порошок диоксида кремния, хорошо адсорбирует ряд спиртов (пропиловый, бутиловый), органических кислот, а также ионы тяжелых металлов (железо, медь).

Литература

[1] Государственный реестр лекарственных средств - режим доступа www.grls.rosminzdrav.ru

[2] Лабораторный практикум по коллоидной химии. Под общей ред. доктора физ-мат. наук, проф. Скворцова А.М. СПб.: Изд-во СПХФА. 2009. 112с.

[3] Практикум по физической и коллоидной химии: Учеб. пособие для фармацевтических вузов и факультетов. Бугреева Е.В., Евстратова К.И., Купина Н.А. и др.; Под ред. Евстратовой К.И. М.: Высш. шк. 1990. 255с.

[4] Физическая и коллоидная химия: Учебник. Под ред. проф. Беляева А.П. М.: ГЭОТАР - Медиа. 2008. 704с.

[5] Физическая и коллоидная химия: Учеб. для фарм. вузов и факультетов. Под ред. Евстратовой К.И. М.: Высш. шк. 1990. 487с.

[6] Физическая и коллоидная химия. Практикум: методическое пособие. Под ред. проф. Беляева А.П. СПб.: Изд-во СПХФА. 2010. 240с.

[7] Евстратова К.И., Кучук В.И. Изучение адсорбции органических кислот на поверхности порошка из камня «шунгит». Сборник тезисов докладов международной конференции Физико-химические основы новейших технологий ХХI века (30 мая - 4 июня 2005, Москва) 2005. С.136.

[8] Кучук В.И., Белякова И.В., Савкина Т.М. К вопросу об адсорбционной способности углеродистых сорбентов. Сборник тезисов докладов международной конференции Физико-химические основы новейших технологий ХХI века (30 мая - 4 июня 2005, Москва) 2005. С.137.

Размещено на Allbest.ru