Получение сорбционных материалов с биогенными элементами (стр. 4 из 5)

m- масса навески энтеросорбента, г.

2.5. Метод определения удельной адсорбции энтеросорбента по иону магния (II).

Адсорбционную емкость энтеросорбентов относительно ионов Mg определяли по количеству сорбированных ионов металла из стандартных растворов сульфата магния.

Для количественного определения ионов магния в растворе проводили титрование . Для этого отбирали пипеткой 5 мл раствора сульфата магния, переносили в колбу для титрования емкостью 100 мл, прибавляли 2 мл аммиачного буферного раствора и равное количество дистиллированной воды. Прибавляли на кончике шпателя 20-30 мг эриохромого черного Т, перемешивали до полного растворения индикатора. Титровали полученный раствор раствором ЭДТА до изменения окраски раствора из винно-красной в синюю.

Рассчитывали удельную адсорбцию по формуле:

, где

где С_нач и С_равн- исходная и равновесная концентрации иона магния, моль/л;

V- объем раствора сульфата магния, см³;

m- масса навески энтеросорбента, г.

Экспериментальная часть

3.1. Синтез энтеросорбентов

На начальном этапе целью исследования явилось получение сорбционных материалов и использование их в качестве энтеросорбентов в медицинских целях.

Получение энтеросорбентов предполагает правильный выбор носителя для иммобилизации. При этом важно учитывать наличие таких положительных свойств твердых матриц как: развитая удельная поверхность, термостабильность, механическая устойчивость, малое изменение объема гранул при изменении рН или ионной силы, наличие функциональных групп, пригодных для селективной химической модификации и устойчивость к воздействию микроорганизмов.

В настоящее время предлагается огромный выбор биокатализаторов, которые могут быть использованы в биотехнологии и медицине в качестве энтеросорбентов, а также для селективного извлечения катионов и анионов из водных (или жидких) сред [13].

На данном этапе исследований перед нами стояла задача получения базового полифункционального сорбента, обладающего высокой сорбционной емкостью и специфичностью, который удовлетворял бы всем вышеперечисленным требованиям, предъявляемым к сорбционным материалам.

Поставленная задача решается способом, включающим гетерогенизацию поверхности микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) природным высокомолекулярным соединением казеином.

Технология получения казеина представлена в виде схемы на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема получения казеина из сухого молока

Выбор микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) в качестве носителя обусловлен, прежде всего, ее доступностью и наличием реакционно-способных групп, легко вступающих в химические реакции, а также тем, что она естественным образом улучшает самоочищение кишечника. Обладая тонизирующим действием на ткани кишечника, усиливает перистальтику и помогает избавиться от контаменантов и слизи, тем самым, улучшая усвоение питательных веществ и воды.

Высокоразвитая поверхность МКЦ, активные концевые группы, образующиеся при гидролитическом расщеплении глюкозидных связей высокополимерной целлюлозы, наличие силанольных групп ≡Si-OH на поверхности аэросила, являются определяющим фактором в процессе модификации поверхности носителя белковыми лигандами.

Использование казеина для активации поверхности носителя обусловлено рядом положительных свойств белкового комплекса: присутствие фосфора в виде фосфосериновых групп, которые определяют анионный характер казеина в нейтральной среде, высокое содержание некоторых аминокислот (глутаминовая кислота, лейцин, пролин) и неполярных остатков отвечает за нерастворимость казеина в воде на уровне изоэлектрической точки (рН 4,6) [1]. Кроме того, первичная структура пептидной цепи отличается присутствием двух контрастных зон: концевая последовательность –NH₂ имеет в целом основной и гидрофобный характер; концевая последовательность –СООН является кислой и гидрофильной; и обусловливает ряд важных физико-химических свойств казеинов [7], одно из которых состоит в высокой адсорбционной способности.

Согласно физико-химическим свойствам, казеин является кислотным белком, поэтому хорошо растворяется в растворах щелочей с образованием казеинатов. При концентрации гидроксида натрия ниже 5 % невозможно достичь полного растворения казеина, выше 15 % - может наступить необратимая денатурация белка.

Концентрация казеина для модификации поверхности аэросила выбирается с учетом стерического фактора. Менее 1 мас.% казеина использовать нецелесообразно, т.к. остаются не задействованы в процессе модификации все функциональные группы аэросила. Использование более 15 мас.% казеина недопустимо в связи с конкуренцией молекул казеина за право обладанием центрами связывания, находящихся на поверхности кремнезема.

Проведен синтез энтеросорбентов на основе микрокристаллической целлюлозы и казеина.

Технология получения энтеросорбента включает в себя 6 стадий и представлена на рисунке 2.

Жесткой матрицы для иммобилизации казеина служила МКЦ - неионогенный гидрофильный полисахарид. Модификацию поверхности МКЦ казеином проводили в соответствии с методикой изложенной в работе [14].

Стадия 1 характеризует процесс получения казеина из сухого молока.

Стадия 2 включает растворение навески казеина в растворителе. На этой стадии в раствор казеина вводится неорганический газообразователь гидрокарбонат аммония в количестве не более 1-3% по массе. Введение гидрокарбоната аммония позволит исключить загрязнение сорбента контаменантами.

Рисунок 2 - Схема получение сорбента на основе микрокристаллической целлюлозы

Стадия 3 включает суспензирование навески МКЦ и раствора казеина с неорганическим газообразователем.

Стадии 4,5 отражают сушку сорбента под вакуумом при t=50⁰ С до испарения растворителя.

Стадия 6 включает стабилизацию сорбента подкисленным раствором ацетона.

3.2. Исследования сорбционной емкости разработанных сорбентов относительно ионов кобальта (II)

Для синтезированных сорбентов были проведены анализы сорбционной емкости относительно ионов кобальта.

Кобальт в качестве микроэлемента весьма активно влияет на поступление в организм азотистых веществ, увеличения содержания хлорофилла и аскорбиновый кислоты, активирует ряд ферментов, усиливает биосинтез белков и нуклеиновых кислот. Он является связующим звеном между сорбентом и сорбированным препаратом. Именно поэтому, нами были проведены исследования по получению кобальтсодержащих энтеросорбентов. На рисунке 3 представлены данные по удельной адсорбции выше представленных сорбентов относительно ионов кобальта.

Рисунок 3 - Удельная адсорбция относительно ионов Со²⁺ компонентов, составляющих структуру сорбента и самого сорбента на основе микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) и казеина

Для данных кривых было получено критериальное уравнение и рассчитана вероятность степени аппроксимации.

Y = -75397x⁵ + 64191x⁴ - 20021x³ + 2761,9x² - 157,67x + 3,2388

R² = 0,8572

Анализируя кривые адсорбции относительно ионов Со²⁺ (рис.3) на поверхность сорбента из раствора можно сделать вывод, что процент связывания ионов кобальта с сорбентом на основе МКЦ и казеина выше, чем отдельных компонентов сорбента. Данное обстоятельство можно объяснить не только процессами, связанными с наличием активных групп, входящих в состав казеинового комплекса, но и самой структурой сорбционной матрицы. Кроме того, ионы кобальта оказывают незначительное влияние на мицеллу казеина, тем самым, не нарушая имеющих место межмолекулярных взаимодействий. При этом адсорбционные процессы протекают по классической схеме локализованной адсорбции (кривая адсорбции казеина относительно ионов Со²⁺ рис. 3) .

Сопоставляя полученные результаты адсорбционных процессов, протекающих на поверхности компонентов, входящих в состав сорбента МКЦ + казеин, и самого сорбента можно сделать выводы, что казеин, гетерогенизированный на поверхности носителя, значительно увеличивает процент адсорбции. Этот результат наглядно демонстрирует рис.3.

3.3 Исследование сорбционной емкости сорбентов

относительно ионов железа (II).

Для исследования брали 2г сорбента МКЦ+5 мас.% казеин, заливали 5мл хлорида железа (III) известной концентрации (0,1М; 0,5М; 1М). По истечении 24ч раствор отфильтровали.

Нами была рассчитана удельная адсорбция, данные которой представлены на рисунке.

Рисунок 4 - Удельная адсорбция сорбентов на основе МКЦ с различным содержанием казеина относительно ионов Fe(III)

Для данных кривых было получено критериальное уравнение и рассчитана вероятность степени аппроксимации.

Y = -34701x⁴ + 7206,5x³ - 494,08x² + 13,629x - 0,1088

R² = 1

Анализируя кривые адсорбции относительно ионов Fe (рис.4) на поверхность сорбента из раствора можно сделать вывод, что процент связывания ионов железа с сорбентом на основе МКЦ и казеина выше, чем отдельных компонентов сорбента. Это обстоятельство объясняется структурой сорбционной матрицы. Кроме того, ионы железа оказывают незначительное влияние на мицеллу казеина, не нарушая межмолекулярных взаимодействий.