ASSESS OF ADSORPTION ACTIVITY OF POLIFEPAN TOWARDS SOME (d)-METAL CATIONS

Abstract


Presents the results of the study of adsorption ability (sorption isotherms, sorption capacity) of polifepan towards lead and zinc ions. That was shown, that polifepan with the hydrophobic surface binds Pb 2 + much stronger due to chemisorption.

Full Text

Актуальность. Жители урбанизированных территорий находятся под воздействием систематического металлического загрязнения. Тяжелые металлы (d-металлы) поступают в организм с водой, продуктами, вдыхаемым воздухом и, как правило, не способны самостоятельно выводиться из организма. Продолжительное поступление в организм приводит к депонированию металлов в органы и ткани. Время, полувыведения накопившихся в организме d-металлов составляет в среднем от 5 до 10 и более лет, вследствие их кумуляции с последующим хроническим токсическим действием на важнейшие системы организма. Энтеросорбция является составной частью эфферентной терапии. Наиболее эффективными и безопасными для человека считаются природные энтеросорбенты, на основе биополимеров. Полифепан, полученный в результате переработки лигнина (полифункциональный биополимер), относится к числу наиболее эффективных и широко применяемых сорбентов-детоксикантов [1]. Он обладает рядом достоинств: нетравматичен для желудочно-кишечного тракта, оказывает выраженное клиническое действие при различных заболеваниях [2, 3]. Однако количественных данных об адсорбционной активности полифепана по отношению к катионам d-металлов очень мало [1, 4, 5], а некоторые [1] неоднозначны и приведены без указания метода количественного определения катионов и методики исследования адсорбционной активности. В задачу данного исследования входила сравнительная оценка адсорбционной активности полифепана по отношению к ионам свинца и цинка. Материал и методы исследования. Объектом исследования являлся энтеросорбент - полифепан (ЗАО «Сайнтек»). Ионы свинца и цинка брали в виде солей Pb(NO3)2 и Zn(NO3)2, используя реактив квалификации «х.ч.». Количественный анализ тяжелых металлов в растворе проводили титриметрическим методом по нижеследующим методикам. 1. Определение катионов свинца в анализируемом растворе. В колбу для титрования отбирали мерной пипеткой 2 мл анализируемого раствора, добавляли 0,1 - 0,2 г сухого уротропина до рН = 5,0, три капли индикатора ксиленолового оранжевого и титровали стандартным раствором ЭДТА (0,025 М) до перехода фиолетовой окраски в лимонно-желтую [6]. 2. Определение катионов цинка в анализируемом растворе. В колбу для титрования отбирали мерной пипеткой 2 мл анализируемого раствора, добавляли при перемешивании 1 мл аммиачного буферного раствора (рН = 10±0,1) и вносили на кончике шпателя 4-5 мг индикаторной смеси эрихрома черного Т с NaCl (1:100) до появления красно-фиолетовой окраски раствора. Раствор медленно титровали стандартным раствором ЭДТА (0,025 М) до появления сине-голубой окраски [6]. Кинетику сорбции исследовали методом ограниченного объема раствора. Для получения кинетических кривых сорбции в серию пробирок помещали навески (m) адсорбента по 1 г, заливали их 0,05 л (V) водного раствора нитрата свинца (цинка) и выдерживали от 5 мин до 1 ч. Начальная концентрация (C0) ионов металлов составляла 0,025 моль/л. Через определенные промежутки времени раствор отделяли от сорбента и выявляли в нем текущую концентрацию ионов металла (CT) титриметрическим методом. Сорбционную емкость сорбентов (АT) в каждый данный момент времени рассчитывали по формуле: В условиях установившегося равновесия в системе определяли равновесную концентрацию ионов металла в растворе (Ср) и рассчитывали равновесную сорбционную емкость сорбента (Ар): Для получения изотерм сорбции в серию пробирок помещали сорбенты по 1 г и заливали их 0,05 л водного раствора нитрата свинца (цинка) с разными начальными концентрациями в диапазоне 0,005-0,025 моль/л, выдерживали в течение 2 часов. Затем раствор отделяли от сорбента фильтрованием и определяли в нем концентрацию ионов свинца (цинка). Погрешность эксперимента не превышала 10%. Полученные результаты и их обсуждение. Важнейшими характеристиками сорбентов являются величина сорбционной емкости и время достижения сорбционного равновесия. В первой серии экспериментов определяли сорбционную способность полифепана по отношению к ионам свинца и цинка во времени (рис.1). Сорбция d-металлов из нейтральных и слабокислых растворов полифепаном характеризуется быстрой (~ 10 мин) начальной стадией и последующей медленной (~ 40 - 60 мин), связанной с диффузными процессами. Из полученных результатов видно, что за одинаковый промежуток времени (~ 40 мин) адсорбционная способность полифепана по отношению к ионам свинца в 9 раз больше, чем к ионам цинка. Сорбция зависит, во-первых, от полярности сорбента и сорбата. Полифепан, имея в основном гидрофобную поверхность, обладает малым сродством к молекулам воды и гидратированным ионам. Во-вторых, природы адсорбирующегося иона: его заряда и радиуса. Чем меньше радиус иона, тем больше должна быть сорбционная способность при одинаковом заряде иона. Однако, полученные результаты противоречат данной зависимости. Сорбционная способность полифепана больше по отношению к ионам свинца, радиус которых составляет 0,112 нм, тогда как радиус иона Zn2+ 0,060нм [7]. Следовательно, сорбция ионов свинца, в отличие от ионов цинка, не является физической или ионообменной. Наиболее вероятной причиной высокой сорбции Pb2+ в фазе сорбента является комплексообразование или хемосорбция за счет наличия в полифепане метаксильных, карбоксильных, гидроксильных и других функциональных групп. Рис. 1. Кинетика сорбция полифепаном ионов d-металлов. Обозначения: ♦ - Pb2+ ; ■ - Zn2 Во второй серии экспериментов для описания взаимодействия сорбат-сорбент и установления механизма сорбции была изучена зависимость количества сорбированных ионов на грамм сухого сорбента от равновесной концентрации Pb2+ и Zn2+ в водной фазе (изотермы сорбции) (рис.2). Рис.2. Изотермы сорбции ионов металлов из водных растворов Pb(NO3)2 и Zn(NO3)2 сорбентом полифепан. Обозначения: ♦ - Pb2+ ; ■ - Zn2 Полученные изотермы сорбции ионов свинца и цинка на полифепане имеют разную форму, что говорит о различном механизме протекания сорбционного процесса. Так, при адсорбции Zn2+ можно выделить три участка. Начальный, почти прямолинейный участок кривой показывает, что при малых концентрациях сорбция практически пропорциональна этой величине (участок Генри). При этом идет образование монослоя сорбата на поверхности сорбента. Почти горизонтальный участок, соответсвующий большим концентрациям, отвечает поверхности сорбента, полностью насыщенной сорбатом. В этих условия, если на поверхности сорбента может образоваться лишь мономолекулярный слой сорбата, количество сорбированного вещества практически перестает зависеть от концентрации. Средний участок кривой соответствует промежуточным степеням заполнения поверхности. Зависимость относится к изотермам L2 типа по классификации Гильса, характерным для микропористых твердых веществ со слабым взаимодействием между сорбтивом и поверхностью. Можно предположить, что доминирующим типом адсорбции Zn2+ на полифепане является ионообменная адсорбция, что подтверждается литературными данными [5]. При адсорбции ионов свинца на полифепане начальный участок изотерм выгнут относительно оси концентраций и при увеличении концентрации вещества наблюдается точка перегиба, что характерно для изотерм S2 - типа, т.е. сила взаимодействия между адсорбированными молекулами больше силы взаимодействия между растворенным веществом и сорбентом. Следовательно, при адсорбции ионов свинца на полифепане наблюдается хемосорбция, что приводит к увеличению количества сорбированных ионов Pb2+ и подтверждает ранее выдвинутое предположение. Таким образом, детоксикация ионов свинца в организме полифепаном будет наиболее полной, поскольку хемосорбция необратимый процесс и связанные ионы свинца будут выделяться из организма вместе с калом. Адсорбция ионов цинка будет зависеть от физиологического состояния организма: рН среды, температуры и т.д., изменение данных параметров может привести к десорбция и, как следствие, неполному выведению Zn2+ из организма. Выводы. Установлено, что сорбционная активность полифепана по отношению к катионам свинца составляет - 0,178 ммоль/г, а ионам цинка - 0,027 ммоль/г. Выявлено, что на полифепане наблюдается физическая адсорбция Zn2+ и химическая Pb2+. Предполагается, что применение полифепана в терапевтической практике в качестве энтеросорбента d-металлов наиболее эффективно для ионов свинца.

About the authors

E I Ryabinina

Voronezh State Medical Academy

Email: ryabinina68@mail.ru

E E Zotova

Voronezh State Medical Academy


N I Ponomareva

Voronezh State Medical Academy


A A Timashova

Voronezh State Medical Academy


N A Andreeva

Voronezh State Medical Academy


References

  1. Николаев В.Г. Современные энтеросорбенты и механизмы их действия / В.Г. Николаев, С.В. Михаловский, Н.М. Гурина // Эфферентная терапия. - 2005. - Т.11, №4. - С. 3 - 17.
  2. Земсков, B.C. О возможном механизме лечебного эффекта энтеросорбции / В.С.Земсков, М.Е.Шор-Чудновский, Н.Т.Картель // Клиническая хирургия. 1988. - №3. - С.61-62.
  3. Леванова В.П. Лечебный лигнин. СПб.: Центр сорбционных технологий, 1992. - 136 с.
  4. Евстратова К.И. Изучение адсорбционной активности полифепана по отношению к некоторым катионам тяжелых металлов / К.И. Евстратова, Л.А. Бахолдина, В.И. Кучук, Т.Ю. Ивановская // Химико-фармацевтический журнал. - 1999. - №8. - С. 34 - 37.
  5. Подтероб А.П. Оценка детоксикационных свойств «Полифепана» на основе модельных экспериментов / А.П. Подтероб, Ю.В. Богданович, Е.В. Нижникова, О.Г. Нечай // Химико-фармацевтический журнал. - 2004. - Т.38, №8. - С. 49 - 54.
  6. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Количественный анализ. Физико-химические методы анализа: практикум: учеб. пособие / Ю.Я. Харитонов, Д.Н. Джабаров, В.Ю. Григорьева. - М.: ГЭОТАР - Медиа, 2012. - 368 с.
  7. Энциклопедия Кирилла и Мефодия / http://megabook.ru/article/ЦИНК%20(химический%20элемент) (дата обращения 28.04.2014)

Statistics

Views

Abstract - 0

PDF (Russian) - 0

Article Metrics

Metrics Loading ...

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies