CC BY
146
лггтт^ г глгтптг/т^гггггг /77
----------------------1 (78), 2015 / Ш Я
УДК 615.322 Поступила 02.02.2015
ИЗУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОСВЯЗЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АЛЬГИНАТА НАТРИЯ
STUDYING OF METALLBINDING ABILITY OF SODIUM ALGINATE
Ф. А. САМСОНОВ, ОАО «БМЗ - управляющая компания холдинга «БМК», г. Жлобин, Беларусь
F. SAMSONOV, JSC «BMZ - Management Company of Holding «BMK», Zhlobin city, Belarus
Представлены результаты изучения сорбирующей способности альгината натрия по отношению к тяжелым металлам в условиях in vitro.
Results of studying of the sorption ability of sodium alginate in relation to heavy metals in the conditions of in vitro are
presented.
Ключевые слова. Альгинат натрия, сорбция, модель Лэнгмюра, константы сорбции.
Keywords. Sodium alginate, sorption, Lengmyur’s model, sorption constants.
Практиктическая значимость. Исследование природных биополимеров представляет в настоящее время большой интерес. Работая на предприятиях тяжелой промышленности, работники подвергаются многолетнему воздействию тяжелых металлов. Поступая в организм и накапливаясь с годами, тяжелые металлы проявляют свое негативное действие: вызывают поражение почек, костной системы, снижение иммунитета и др. Соли альгиновой кислоты проявляют высокие энтеросорбирующие свойства, связывая тяжелые металлы в ЖКТ, также способны выводить тяжелые металлы из костной ткани и внутренних органов [1]. При этом соли альгиновой кислоты не нарушают пул микроорганизмов в ЖКТ, не проявляют токсичного действия, не нарушают баланс микроэлементов [2].
Цель работы - исследование и оценка металлосвязывающей способности альгината натрия.
Эксперементальная часть. Для изучения металлосвязывающей способности альгината натрия проводили сорбционный эксперимент. Исследовали способность связывать катионы Zn+2, Pb+2, Cd+2 альгинатом натрия. Альгинат натрия, используемый в работе, - полимер гулуроновой и маннуроновой кислот [3, 4]. Содержание гулуроновой и маннуроновой кислот составляет не более 77%.
Опыты проводили в условиях in vitro при постоянной pH 4-5, время сорбции - 14 ч. Концентрация катионов Zn+2, Pb+2, Cd+2 варьировалась в пределах 0,083-0,83 мг/мл, а концентрация сорбента (альгината натрия) была постоянной - 1,25 мг/мл. При связывании катионов металла с альгинатом натрия образовывался осадок белого цвета, который отделяли от основного раствора фильтрацией. Количественное определение катионов металла в растворе проводили методом комплексонометрии. Для оценки сорбционных свойств альгината натрия рассчитывали константы связывания при помощи модели сорбции Лэнгмюра [5-7].
Результаты и обсуждение. Активное связывание металлов происходит за счет блоков гулуроновой кислоты, создающих пространственные условия для прочного связывания катионов металлов. Образуется нерастворимый осадок (С5Ну04С00^Ме [8]. По результатам проведенных экспериментов альгинат натрия показал высокие сорбционные свойства, связывая до 90% катионов металла. Максимальная металлосвязывающая способность составила А = 370,94 мг/г, минимальная А = 62,50 мг/г (табл. 1). В области низких концентраций металла (меньше 0,5 мг/мл) связывание металла достигало ~ 80-90%, в области высоких (больше 0,5 мг/мл) - до 60%. При количественном определении металлов использовался индикатор эриохром черный Т, который дает винно-красную окраску с катионами металлов. Для оценки сорбционных свойств металлов рассчитали константы сорбции, используя модель сорбции Лэнг-
7ft / п г:тт^ г: глгтптг/т^гггггг
Я U / 1 (78), 2015-------------------
Изотермы сорбции металлов в обыкновенном виде (а), изотермы сорбции по Лэнгмюру в прямолинейной форме (б)
мюра. Для этого построили изотермы сорбции в обыкновенном и прямолинейном виде (см. рисунок) и графически определили константы сорбции (табл. 2).
Таблица 1. Экспериментальные значения величин сорбции
А (Pb2+), мг/г А (Cd2+), мг/г А (Zn2+), мг/г
369,28 370,94 347,36
289,8 288,51 270,92
190,27 181,88 179,4
125,85 127,76 124,8
62,92 63,07 62,50
Таблица 2. Константы связывания Pb2+, Cd2+, Zn2+ альгинатом натрия
Катион b q, мг/г R2
Pb2+ 27 500 0,9776
Cd2+ 20,4 434 0,9862
Zn2+ 23,26 416 0,9887
П р и м е ч а н и е. b - степень аффинитета; q - максимальная сорбционная емкость.
Полученные константы сорбции показали, что наибольшее количество связывающих центров (q, мг/г) образуется при связывании Pb2+, наименьшее количество - Zn2+. Альгинат натрия обладает более выраженным аффинитетом (b) к катионам Pb2+. Наименее выражен аффинитет к катионам Cd2+. Коэффициенты аппроксимации R2, приведенные в табл. 2, показывают, что сорбция катионов Cd2+, Pb2+, Zn2+ достоверно описывает модель Лэнгмюра.
Выводы
В ходе исследований была установлена высокая металлосвязывающая способность (активность) к катионам тяжелых металлов. Наибольшей металлосвязывающей активностью альгинат натрия обладает к катионам Pb2+. Проявляя высокие комплексообразующие свойства, альгинат натрия может быть использован для предупреждения накопления тяжелых металлов в организме. Но для полноты исследований необходимо провести дальнейшие исследования в условиях in vitro, in vivo.
Литература
1. Х о т и м ч е н к о Ю. С. Фармакология некрахмальных полисахаридов // Вестник ДВО РАН. 2005. № 1. С. 72-82.
2. З у б о в Л. А. Морская фармакология / Л. А. Зубов, Т А. Савельева; под ред. Л. А. Зубова. Архангельск: АОВК, 1997. 148 с.
3. Полиурониды. Структура, свойства, применение (обзор) / А. И. Сливкин // Вестник ВГУ Сер. химия, биология. 2000. С. 30-46.
4. Г у р е ц к а я В. Л. Органическая химия / В. Л. Гурецкая; под ред. Х. В. Бальяна. М.: Высш. шк., 1983. 320 с.
5. М и х е е в а Е. В. Изучение адсорбции уксусной кислоты на активированном угле / Е. В. Михеева, В. Е. Катюхин. Томск: Томский политехнический университет, 2009. 19 с.
6. Х о х л а ч е в а Н. М. Поверхностные явления адсорбции на поверхности твердых тел / Н. М. Хохлачева, Е. Б. Ильина, Е. В. Ряховская; под ред. М. В. Соколова. М.: Мати, 2000. 21 с.
7. П и с ь м е н к о В. Т Коллоидная химия: Методические указания к лабораторным работам / В. Т Письменко, Е. Н. Ка-люкова. Ульяновск: Типография УлГТУ, 2007. 76 с.
л ггтт^ г: гсшггггрптгг /70
------------------1 (78), 2015 /IV
8. У с о в А. И. Альгиновые кислоты и альгинаты: методы анализа, определения состава и установления строения // Успехи химии. 1999. № 11. С. 1051-1061.
References
1. H o t i m c h e n k o J u. S. Faimakologija nekrahmal’nyh polisaharidov [Pharmacology of non starched polysaccharides]. VestnikDVORAN. 2005. no. 1. pp. 72-82.
2. Z u b o v L. A. Morskaja farmakologija [Sea Pharmacology] L. A. Zubov, T. A. Savel’eva; pod red. L. A. Zubov. Arhangel’sk: AOVK, 1997. 148 p.
3. Poliuronidy. Struktura, svojstva, primenenie (obzor) [Poliuronida. Structure, properties, application (review)] A. I. Slivkin. Vestnik VGU. Serija himija, biologija. 2000. pp. 30-46.
4. G u r e c k a j a V L. Organicheskaja himija [Organic Chemistry]. V L. Gureckaja; pod red. H. V. Bal’jana. Moscow: Wyssehaj shkola Publ., 1983. 320 p.
5. M i h e e v a E. V Izuchenie adsorbcii uksusnoj kisloty na aktivirovannom ugle [Studying of adsorption of acetic acid on absorbent carbon] E. V Miheeva, V E. Katjuhin. Tomsk: Tomskij politehnicheskij universitet, 2009. 19 p.
6. H o h l a c h e v a N. M. Poverhnostnye javlenija adsorbcija na poverhnosti tvjordyh tel [The superficial phenomena adsorption on a surface of solid bodies] N. M. Hohlacheva, E. B. Il’ina, E. V Rjahovskaja; pod red. M. V Sokolova. Moscow, Mati Publ., 2000.
21 p.
7. P i s ’ m e n k o V T. Kolloidnaja himija: Metodicheskie ukazanija k laboratornym rabotam [Colloidal chemistry: Methodical instructions to laboratory works] V T. Pis’menko, E. N. Kaljukova. Ul’janovsk: Tipografija UlGTU, 2007. 76 p.
8. U s o v A. I. Al’ginovye kisloty i al’ginaty: metody analiza, opredelenija sostava i ustanovlenija stroenija [Alginic acids and alginates: methods of the analysis, definition of structure and establishment of a structure]. Uspehi himii. 1999. no. 11. pp. 1051-1061.
Сведения об aBTope
Самсонов Филипп Алексеевич, Управление по охране окружающей среды и промышленной санитарии ОАО «БМЗ -управляющая компания холдинга «БМК», г. Жлобин, ул. Промышленная 37, [email protected],[email protected].
Information about the authors
Samsonov Filipp, Department of environment protection and industrial hygiene JSC «BMZ - Management Company of Holding «BMK», Belarus, Zhlobin city, Promyshlennaya St. 37. E-mail: [email protected], [email protected].
