CC BY
45
УДК 543.641:544.723
ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФА ДИСПЕРГИРОВАННОГО В КАЧЕСТВЕ ЭНТЕРОСОРБЕНТА
12 3
© 2017 Н. И. Косолапова , И. Н. Плаксина , О. В. Мирошниченко
1канд. хим. наук, м.н.с. НИЛ органического синтеза e-mail:nataliko7@yandex.ru 2студентка 5 курса, специальность 020201 -фундаментальная и прикладная химия e-mail: minyonchic@mail.ru 3старший преподаватель кафедры химии e-mail: tarasovaolvl@rambler.ru
Курский государственный университет
Исследованы сорбционные свойства торфа диспергированного по отношению к метиленовому синему. Проведено сравнение сорбционной емкости торфа диспергированного и зарегистрированных препаратов - Угля активированного, Полифепана и Фильтрума-СТИ. Показано, что значения сорбционной емкости торфа диспергированного в 6 раз больше, чем у Полифепана и в 4 раза больше, чем у Фильтрум-СТИ. Значение сорбционной емкости торфа диспергированного меньше, чем у Угля активированного в 1,6 раза, однако значение коэффициента распределения выше в 18 раз.
Ключевые слова: энтеросорбенты, торф диспергированный
В настоящее время активно развивается направление, связанное с разработкой многофункциональных биологически активных препаратов на основе природного сырья, которые можно рассматривать как «лекарства для здоровых». Благодаря сложному составу торф считается перспективным источником биологически активных компонентов (гуминовых веществ, лигнина, целлюлозы и т.д.), строение и свойства которых обусловливают возможность использования торфа после соответствующей обработки в качестве препарата, обладающего энтеросорбционными свойствами [Инишева и соавт. 2013].
При разработке и стандартизации новых видов энтеросорбционных препаратов необходимо определить их сорбционную емкость и сравнить ее с уже зарегистрированными аналогами. С целью получения прогностической информации в отношении специфической адсорбционной активности вводятся тесты с конкретными патологическими агентами [Исмаилов и соавт. 2000]. В качестве вещества-маркера, как правило, используют метиленовую синь, имитирующую низко- и среднемолекулярные токсиканты, ответственные за развитие метаболического токсикоза [Николаев и совт. 2005; Решетников 2003].
Государственная фармокопея рассматривает различные способы оценки сорбционной активности для различных препаратов в зависимости от их химической структуры. Практически все методы основаны на адсорбции реагента (красителя) единицей массы препарата до полного насыщения при взаимодействии в течение определенного времени с последующим определением избытка неадсорбированного реагента. Анализ фармакопейных методик определения сорбционной активности показал, что для активированных углей и некоторых сорбентов неугольной природы (алюмосиликаты, лигнины) в основном используется 0,15% раствор метиленовой сини при различных соотношениях объема указанного раствора и навески испытуемого препарата. Данный подход является ограниченным, поскольку дает неполную
информацию о сорбционной емкости препаратов. Наиболее корректным является изучинение сорбционных свойств через анализ изотерм сорбции.
Изотерма сорбции представляет собой зависимость содержания сорбируемого компонента в фазе сорбента (а) от равновесной концентрации данного вещества в растворе (с) при постоянной температуре: a=ft (с). Анализ изотерм позволяет рассчитывать степени извлечения компонента при варьировании объема раствора и массы сорбента, вычислять сорбционную емкость сорбентов по веществу-маркеру. По форме изотермы можно сделать предположения о механизме процесса сорбции.
В качестве изучаемого энтеросорбента выступил торф месторождения «Дедово поле» Вологодской области, диспергированный в водной среде до размеров частиц 4060 нм с использованием технологии ультразукового кавитационного диспергирования при высоком статическом давлении разработанной ООО ТПК «КАВИТА» [Патент 2533235 РФ 2014].
Было проведено исследование морфологии образцов с помощью электронной микроскопии. Для этого навеску образца диспергированного торфа смешивали с бидистиллированной водой таким образом, чтобы полученная смесь была бесцветной. Наносили смесь на чашку Петри слоем 1 мл и удаляли воду, выдерживая в сушильном шкафу при температуре 100±50С. Полученный таким образом сухой остаток исследовали при помощи электронного растрового микроскопа QuantaFEG 650 (ООО «МНТЦ»).
Образцы сухого остатка были помещены на двусторонний токопроводящий углеродный скотч AgarScientificG3939A и исследованы на растровом электронном микроскопе FEIQuanta 650 FEG в режиме высокого вакуума (давление в камере 3x10-3 Па). Изображения поверхности образца получены в режиме вторичных электронов детектором Эверхарта-Торнли при ускоряющем напряжении 3 кВ, размере диафрагмы конечной линзы 30 мкм и диаметре электронного пятна в относительных единицах 3, что позволяет оценить ток пучка величиной 0,1 нА (рис. 1).
Рис. 1 .Микрофотография образца диспергированного торфа
Образец представляет собой черно-коричневую пастообразную массу, содержание сухого вещества составляет 8% [ГОСТ 11305-2013]. Фракционный состав органической составляющей торфа диспергированного по методу Н.Н. Бамбалова, Т.Я. Беленькой [Дементьева и соавт. 2011], представлен в таблице 1. Схема анализа изображена на рисунке 2.
Таблица 1
Фракционно-групповой состав органической составляющей торфа
диспергированного
Определяемый параметр* Фактическое значение результатов испытаний, % х±Д
Общее содержание органического вещества (ОВ) 90,0±3,4
Массовая доля ОВ фракции Б 6,5±0,7
Массовая доля ОВ щелочной фракции ГК 50,1±2,6
ФК 3,3±0,3
Массовая доля ОВ фракции ВР и ЛГ 22,9±0,9
Массовая доля ОВ фракции ТГ 3,5±0,3
Массовая доля ОВ фракции НО 3,7±0,2
Б - битумы, ГВ - гуминовые вещества, ГК - гуминовые кислоты, ФК - фульвокислоты, ВР -водорастворимые вещества, ЛГ - легкогидролизуемые вещества, ТГ - трудногидролизуемые вещества (целлюлозы), НО - негидролизуемый остаток (лигнин)
* расчет массовых долей ОВ каждой фракции произведен на абсолютно-сухое вещество образцов
Образец торфа
Рис. 2. Схема анализа фракционно-группового состава органического вещества торфов по методу
Н.Н. Бамбалова, Т.Я. Беленькой
В качестве препаратов сравнения использовали зарегистрированные лекарственные препараты, такие как Уголь активированный (угольные энтеросорбенты), Фильтрум-СТИ (на основе лигнина) и Полифепан (на основе лигнина).
Сорбцию проводили из модельных растворов, имитирующих среду двенадцатиперстной кишки с рН 7,5 (0,9% раствор №С1, рН которого доведен с
помощью гидрокарбоната натрия до значения 7,5). Проводили сорбцию в приготовленной серии растворов с одинаковым содержанием сорбента и различным возрастающим содержанием вещества-маркера - метиленового синего. Сорбцию вели в диапазоне концентраций метиленового синего 20-1525 мг/дм3. Равновесные растворы отделяли фильтрацией через фильтр «Синяя лента» с последующим определением их оптической плотности на спектрофотометре Shimadzu UV Spectrophotometer UV-1800 в кварцевой кювете с толщиной светопоглощающего слоя 1 см в максимуме поглощения 664 нм. Определяли количество сорбированного красителя, делая пересчет на 1 г сорбента. Время контакта навески сорбента с веществом-маркером 30 мин.
Показано, что для изученных систем «метиленовый синий - сорбент» характерны изотермы лэнгмюровского типа (рис. 3), так как обратная величина удельной адсорбции в значительной области концентраций есть линейная функция обратной величины равновесной концентрации метиленового синего в растворе. Для изученных препаратов из уравнения Лэнгмюра, линейная форма которого представлена в формуле 1, найдены значения коэффициента распределения (D), сорбционная емкость по метиленовому синему (СЕ), константа сорбционного равновесия, характеризующие интенсивность процесса сорбции (KL).
1 111
- =-— +-, (1)
a CE • KL c CE
где a - количество сорбируемого вещества на твердой поверхности, мг/г; c -равновесная концентрация раствора, мг/дм 3.
По результатам проведенных исследований с учетом рекомендаций представленных в ГОСТ 13144-79, была рассчитана по формуле 2 удельная поверхность (Sw) в м2/г исследуемых образцов по адсорбции метиленового синего:
= СЕ• Na • 4
* A M
~>23
(2)
где N,4 - постоянная Авогадро, равная 6,023*10 , Ат - площадка, занимаемая одной молекулой адсорбированного вещества маркера в плотно упакованной пленке на поверхности сорбента, равная 106- Ю"20 м2, М - молекулярная масса вещества маркера, равная 319,9 г/моль.
600,000
500,000 -
2 то
*^Фильтрум-СТИ
0,000
-100,000 100,000 300,000 500,000 700,000 900,000
[с], мг/дм5
Рис. 3. Изотермы сорбции метиленового синего исследуемыми препаратами (ТД - торф диспергированный, УА - Уголь активированный)
Результаты исследования представлены в таблице 2.
Таблица 2
_Основные параметры сорбции метиленового синего_
Образец СЕ, мг/г STO, м2/г D KL, дм3 /мг
Торф диспергированный 357,14 712,78 50,64 0,1482
Уголь активированный 588,24 1173,83 2,77 0,0047
Полифепан 56,82 113,38 11,28 0,1986
Фильтрум-СТИ 89,29 178,17 9,38 0,1055
В ходе исследования было выявлено, что торф диспергированный проявляет энтеросорбционные свойства, активность которых по метиленовому синему превышает активность препаратов на основе лигнина: значения сорбционной емкости ТД в 6 раз больше, чем у Полифепана, и в 4 раза больше, чем у Фильтрум-СТИ. Значение сорбционной емкости ТД меньше, чем у Угля активированного в 1,6 раза, однако значение коэффициента распределения выше в 18 раз, что свидетельствует о лучших кинетических характеристиках данного процесса.
Полученные данные свидетельствуют (табл. 2) о том, что для торфа диспергированного характерны высокие показатели адсорбционной способности по метиленовому синему. Результаты исследования дают основания предполагать, что использование торфа диспергированного в качестве энтеросорбента является обоснованным и перспективным.
Библиографический список
ГОСТ 11305-2013. Торф и продукты его переработки. Методы определения влаги. 01.09.2014. М.: ИПК изд-во стандартов. 2014. 7 с.
ГОСТ 13144-79. Графит. Методы определения удельной поверхности. 01.01.1981 М.: ИПК изд-во стандартов. 1981. 7с.
Дементьева Т.В., Богданова О.Ю., Шинкеева Н.А. Физикохимия и биология торфа. Руководство по методам изучения трансформации органического вещества торфов: методическое пособие. Томск: Томский ЦНТИ, 2011. С. 46-56.
Инишева Л.И., Юдина Н.В., Соколова И.В., Ларина Г.В. Характеристика гуминовых кислот представительных видов торфов //Химия растительного сырья. Барнаул: АлтГУ, 2013. №4. С. 5.
Исмаилов М.Г., Махкамов Х.М., Исмаилов П.Л. Высокоэффективный углеродный сорбент медицинского назначения из хлопкового лигнина // Химико-фармацевтический журн. 2000. №12(34). C. 38-40.
Николаев В.Г., Михайловский С.В., Гурина Н.М., Современные энтеросорбенты и механизмы их действия //Эфферентная терапия. 2005. № 4. С. 3-17.
Патент 2533235 Российская Федерация. Способ получения биогеля и биогель. О.В. Володина, А.В. Смородько. Заявл. 03.07.2013; опубл. 07.08.2014.
Решетников В.И., Оценка адсорбционной способности энтеросорбентов и их лекарственных форм // Химико-фармацевтический журнал. 2003. Т. 37. №5. С. 28-32.
