CC BY
11
УДК 544.03
Зоткин А.П., Богатов Н.А.
ИЗУЧЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВНЕШНЕГО НИЗКОЧАСТОТНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ХЕЛАТ «ЭДТА-ЦИНК»
Зоткин Александр Павлович, студент 2 курса бакалавриата факультета нефтегазохимии и полимерных
материалов; e-mail: [email protected]
Богатов Никита Алексеевич, ассистент кафедры физики;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
В данной статье представлены результаты влияния воздействия низкочастотным акустическим полем на устойчивость хелата ЭДТА^п2+. Приведены спектры поглощения системы до и после воздействия, а также при избытке металла.
Ключевые слова: Хелаты, ЭДТА, звукохимические процессы, низкочастотные воздействия.
STUDY OF THE IMPACT OF AN EXTERNAL LOW-FREQUENCY ACOUSTIC FIELD ON «EDTA-ZINC» CHELATE
Zotkin Alexandr Pavlovich, Bogatov Nikita Alekseevich.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
This article presents the results of exposure to a low-frequency acoustic field on the stability of the EDTA-Zn2+ chelate. The absorption spectra of the system are presented before and after exposure, as well as with an excess of metal.
Keywords: Chelates, EDTA, sound chemical processes, low-frequency effects.
Изучением воздействия акустического поля на вещество занимается наука сонохимия, её основные разделы - молекулярная акустика и квантовая акустика. Исследования в области сонохимии проводятся ещё с начала ХХ столетия, большое количество работ в данной области обобщено М.А. Маргулисом [1]. В работах описаны физико-химические явления, вызванные
акустическим воздействием: диспергирование твёрдых тел, эрозия их поверхности, эмульгирование, дегазация жидкостей,
сонолюминесценция (свечение жидкости под воздействием акустического поля); первичные и вторичные элементарные процессы, происходящие в объёме, подверженном воздействию акустических колебаний. Достаточно давно известно биологическое действие звука, причём, в зависимости от его частоты и интенсивности, различаются и наблюдаемые воздействия. Так, ультразвук невысокой интенсивности используется в медицине для диагностики и в различных терапевтических целях [2], а звук низкой частоты и инфразвук могут при высокой интенсивности оказывать множественные негативные воздействия [3]. Стоит отметить, что диапазон низких частот -инфразвуковой и звуковой низкочастотный -сравнительно плохо исследован, к примеру, М.А. Маргулис в своей вышеупомянутой работе лишь описывает некоторые наблюдаемые им явления, возникающие в низкочастотном поле, отмечая при этом своеобразие описываемых реакций и физико-химических процессов. Более глубокие исследования воздействия низкочастотного акустического поля на сложные (в том числе биологические) структуры представляются несомненно важными, к примеру, в области
разработки методов воздействия и противодействия акустическим низкочастотным вибрационным полям [4]. В ходе исследований [5 - 8] выявлено, что соединения типа клатратов (йод-поливиниловый спирт, йод-амилоза, йод-амилопектин) и хелатов (йод-подивинилпирролидон) подвержены
воздействию низкочастотного акустического поля и разрушаются в нём необратимо. Модели йод-амилоза и йод-амилопектин использовались как схожие по строению с ферментами, они обладают структурой «гость-хозяин», что приводит к идее, что подобные супрамолекулярные структуры обладают низкой устойчивостью в низкочастотных акустических полях.
В рамках данной статьи рассматривается исследование модели «ЭДТА-2п2+» на устойчивость к акустическому воздействию. Выбор данной модели обусловлен следующими факторами:
1. Тип соединения «ЭДТА-2п2+» тот же, что и у исследованного хелата «йод-подивинилпирролидон», в зависимости от результатов исследований подтвердятся или опровергнутся предположения об общих для всего класса хелатов свойства об устойчивости к акустическому воздействию.
2. Малая молекулярная масса комплекса в сравнении с «йод-ПВП», что позволяет проверить предположения об общих акустических свойствах класса как для крупных, так и для малых молекул.
3. Широкая применимость ЭДТА в различных сферах.
Динатриевая соль
этилендиаминтетрауксусной кислоты -
органическая соль, хорошо растворима в воде. Широко используется в различных областях деятельности:
1. В аналитической химии - для количественного определения многих катионов металлов и редкоземельных элементов. Применяется в комплексонометрических, потенциометрических, полярографических и амперометрических методах определения.
2. В медицине - при отравлении тяжёлыми металлами.
3. В промышленности - для очистки; в сельском хозяйстве - для подкормки железом и другими питательными веществами; как умягчитель воды; как стабилизатор при полимеризации; в фотографии; в производстве каучука.
ЭДТА облегчает транспорт тяжёлых металлов, переводя их в растворимую форму; по причине широчайшего использования соединения в больших объёмах ставится вопрос о вредном воздействии ЭДТА на почву. Использование металла цинка для системы «ЭДТА-2п2+» обусловлено существующей и используемой в аналитической химии методикой стандартизации раствора ЭДТА по первичному стандартному раствору 2пБ04 [9]. Структура хелата «ЭДТА-Металл» приведена на рис. 1
Рис. 1: Пространственная структура хелата ЭДТА-Металл
При проведении эксперимента
использовалась установка для создания низкочастотных колебаний в жидкой среде, соответствующая схеме (рис.2), предложенной профессором М.А. Маргулисом. Для получения параметров раствора использовался метод абсорбционной спектроскопии.
В рамках эксперимента готовилась эквимолярная смесь ЭДТА и сульфата цинка, добавлялся аммиачный буферный раствор (pH ~ 9), индикатор - эриохром чёрный Т. 50 мл полученной смеси подвергаются низкочастотному аксиальному воздействию частотой 15 Гц, продолжительностью в 30 минут. После воздействия с контрольного образца и образца, подвергнутого аксиальному воздействию, получен спектр оптической плотности. После получения спектра в образец, подвергнутый действию акустического поля, добавлен раствор сульфата цинка малого объёма, имитируя распад хелата ЭДТА-2п2+. Полученные спектры оптической плотности приведены на рис. 3.
Рис. 2. Схема экспериментальной установки: 1 -электродинамический преобразователь, 2-стержень вибратора, 3-поршень вибратора, 4 - реактор с раствором
При добавлении избытка цинка в систему наблюдается смещение пика поглощения в сторону уменьшения длины волны (кривая 3 на рис. 3), что связано с образованием менее устойчивого, в сравнении с хелатом ЭДТА-2п2+, комплекса Эриохром-2п2+, изменением цвета индикатора, что и наблюдают визуально при титровании. При воздействии низкочастотным акустическим полем на систему наблюдается незначительное уменьшение максимума оптической плотности (кривые 1 и 2 на рис. 3), что расходится с ожидаемым результатом -смещением пика поглощения сторону меньших длин волн, как для кривой 3.
Я, им
Рис. 3 - Спектры оптической плотности исследуемой системы. 1 - без воздействия, 2 - озвучен, 15 Гц 30 мин., 3 - добавлен избыток цинка.
На основании полученных
экспериментальных данных можно сделать следующие выводы. Не установлен распад хелата ЭДТА-2п2+ под воздействием низкочастотного
акустического поля. Предположительно,
уменьшение максимума оптической плотности (рис. 3 кривые 1 и 2) вызвано действием сопутствующих акустическому полю факторов. Так как не установлен распад хелата ЭДТА-2п2+, не подтверждается предположение о классовых свойствах хелатов - неустойчивости к акустическому низкочастотному воздействию.
Для уточнения природы процессов, протекающих при низкочастотном акустическом воздействии на хелаты как в целом, так и на хелаты ЭДТА-Металл в частности, требуется проведение дополнительных исследований. Возможно, понимание протекающих при низкочастотном акустическом воздействии процессов помогут как упростить применение ЭДТА в названных ранее сферах, так и найти новые области применения для соединений, оказавшихся способными в первую очередь поглощать акустическое воздействие, к примеру, для избирательного транспорта лекарственных веществ или для защиты от акустических низкочастотных вибрационных воздействий.
Список литературы
1. Маргулис М.А. Основы звукохимии. М.: Высшая школа, 1984. -272 с.
2. Подколзина, В. А. Медицинская физика / В. А. Подколзина: Эксмо, 2007. — 130 с.
3. Фролов, К. В. Инфразвук, вибрация, человек / К. В. Фролов, И. Ф. Гончаревич, П. П. Лихнов: Эксмо, 1996. — 363 с.
4. Фадеев, Г. Н. Клатраты йода —прототипы антидотов против акустического нелетального оружия/ Г. Н. Фадеев, В. С. Болдырев, В. Н. Тверитинов, Л. И. Пашкова. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. — 2013. — № 1. — С. 82-88.
5. Богатов Н.А. Иод-крахмальный комплекс в поле низкочастотных акустических воздействий // Молодежный научно-технический вестник. Электрон. Журн. - 2014. - № 3. Режим доступа: http://ainsnt.ru/doc/717470.html (дата обращения: 09.10.19.).
6. Болдырев, В. С. Дестабилизация соединения хелатной структуры поливинилпирролидон-йода в поле низкочастноных воздействий / В. С. Болдырев,
B. И. Ермолаева, В. В. Синкевич, Г. Н. Фадеев. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. — 2017. — № 4. —
C. 90-99.
7. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Ермолаева В.И. Биологически активные клатраты амилоиодин и амилопектоиодин в поле низкочастотных акустических воздействий // Доклады академии наук.
- 2012. - Т. 446. - № 4. - С. 446-470.
8. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Богатов Н.А., Николаев А.Л. Особенности окислительно-востановительного процесса в поле низкочастотного воздействия // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные Науки - 2020. - №1. - С.80-90
9. Аналитическая химия. Химические методы анализа [Текст]: лабораторный практикум : учебное пособие / А. А. Дунаева [и др.] ; ред. С. Л. Рогатинская. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2011.
- С. 34-38.
