Исследование адсорбционной активности природного растительного и минерального сырья РС (Я)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФГАО ВПО «СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.К. АММОСОВА»
ИНСТИТУТ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК
КАФЕДРА ОБЩЕЙ, АНАЛИТИЧЕСКОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Исследование адсорбционной активности природного растительного и минерального сырья Республики Саха (Якутия)
Выполнила: Гоголева Н.А.,
студентка 5 курса ХО -10 ИЕН
Научный руководитель: Каратаева Е.В.,
ст. преподаватель кафедры общей,
аналитической и физической химии
г. Якутск, 2014 г.
Введение ………………………………………………………………………… 3
Адсорбция ………………………………………………………………….6
Энтеросорбенты …………………………………………………………...9
Механохимическая активация сырья……………………………………18
Спектрофотометрический метод исследования………………………...20
Исследование адсорбционной активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по метиленовому синему………………………………..21
Исследование адсорбционной активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по йоду…………………………………………………...22
Исследование адсорбционной активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по желатину……………………………………………...24
Сравнительный анализ по литературным данным адсорбционных активностей референтных сорбентов по маркерам МС, йоду и желатину и порошков ягеля. цеолита и их композитов………………..25
Обсуждение результатов………..........................................................................26
Выводы…………………………………………………………………………27
Использованная литература……………………………………………………28
Введение
Районы Крайнего Севера обладают огромными биоресурсами, используемыми в настоящее время лишь частично, при этом всё более активно представителей различных областей науки и производства, в качестве объекта исследований, привлекает растительное и минеральное сырье, что обусловлено его доступностью и экономической целесообразностью [1].
Уникальными по своим свойствам являются наши природные ресурсы, в числе которых, так называемый «олений мох» или ягель, и цеолиты.
Актуальность темы. Одно из основных направлений биотехнологии предусматривает разработку сорбционных материалов и дальнейшее их применение в медицине и медицинской промышленности в качестве незаменимых материалов для энтеросорбции. Проблему создания эффективных и безопасных энтеросорбентов, предназначенных для очищения организма от токсических веществ, которые продуцируются при различных заболеваниях, уже в течение многих лет решают ученые разных стран. Энтеросорбенты растительного происхождения имеют ряд преимуществ: не обладают раздражающим эффектом на желудочно-кишечный тракт, не вызывают побочных и токсичных явлений, также продолжительна длительность их приема.
В качестве энтеросорбентов применяют активированные угли, силикагели, цеолиты, алюмосиликаты, пищевые волокна, органические и композиционные сорбенты. Но, несмотря на широкий ассортимент, их эффективность не всегда удовлетворяет требованиям врачей и пациентов. Бытует мнение, что длительный прием энтеросорбента приводит к выведению из организма не только токсических веществ, но и таких важных компонентов, как витамины, ферменты, иммуноглобулины и т. п. Кроме того, некоторые энтеросорбенты имеют ряд противопоказаний.
Новизна работы: исследование порошка ягеля, как энтеросорбента, полученного с использованием механохимической технологии – нового, экологически чистого метода обработки биосырья, происходящий в одну безотходную стадию, не требующий больших затрат и довольно прост в использовании. Механохимическая технология позволяет повысить биологическую активность и усвояемость различных физиологически активных веществ (ФАВ) ягеля, например лихенин и изолихенин.
Цель работы: исследование адсорбционной активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по маркерам низкомолекулярных токсинов и патогена белковой природы – желатину.
Задачи:
изучить методики определения адсорбционной активности порошков ягеля и цеолита;
рассчитать адсорбционную активность порошков ягеля, цеолита и их композитов по маркерам низкомолекулярных токсинов – метиленовому синему и йоду, и патогену белковой природы – желатину;
сравнить адсорбционные активности энтеросорбентов и выявить наиболее эффективный сорбент;
сравнить адсорбционные активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по литературным данным с референтными сорбентами.
Объекты исследования:
Адсорбенты - порошки ягеля рода Cladonia и цеолита:
проба 1 – порошок ягеля грубого помола;
проба 2 – порошок ягеля механоактивированный;
проба 3 – порошок цеолита грубого помола;
проба 4 – порошок цеолита механоактивированный;
проба 5 – порошок композита ягель - цеолит 10:1 грубого помола;
проба 6 – порошок композита ягель - цеолит 10:1 механоактивированный;
проба 7 – порошок композита ягель - цеолит 20:1 грубого помола;
проба 8 – порошок композита ягель – цеолит 20:1 механоактивированный.
Маркёры: низкомолекулярных токсинов – метиленовый синий и йод, токсин белковой природы – желатин.
Методика определения адсорбционной активности по йоду осуществляли по ГОСТ 6217-74; по метиленовому синему – по ГОСТ 4453-74, методика определения адсорбционной активности угля по индикатору метиленовому синему; по желатину – с помощью биуретового реактива (Государственная фармакопея СССР. 11 изд. М., 1990.)
Оборудование: весы аналитические ГОСМЕР ВЛ – 210, шейкер «Heidolph Promax 2020», спектрометр LAMBDA-20 (PERKIN ELMER).
ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ ПОРОШКОВ ЯГЕЛЯ, ЦЕОЛИТА И ИХ КОМПОЗИТОВ ПО МЕТИЛЕНОВОМУ СИНЕМУ
Методика определения
Методику определения адсорбционной активности ягеля, цеолита и их композитов по метиленовому синему проводили по ГОСТ 4453 – 74 «Методика определения адсорбционной активности угля по индикатору метиленовому синему» (модифицированная).
Около 0,2 г сорбента (ягель, цеолит и их композиты) контактирует с 50 мл 0,15 % раствора метиленового синего в течение 1 ч на встряхивателе с числом колебаний 140±10 об. в мин. Определение равновесного раствора после сорбции проводят фильтрацией, отбрасывая первые 30 мл фильтрата и не допуская осушения осадка во избежание механической десорбции. 1 мл фильтрата разводят в мерной колбе до 500 мл и определяют оптическую плотность на спектрофотометре в максимуме поглощения около 664±2 нм при толщине слоя 10 мм по отношению к воде.
Параллельно определяют оптическую плотность раствора рабочего стандартного образца (РСО) МС в аналогичных условиях.
Результаты определения
Таблица 2. Адсорбционная активность ягеля, цеолита и их композитов по МС
Пробы Ягель груб Ягель механ Цеолит груб Цеолит механ Комп 10:1 груб Комп 10:1 механ Комп 20:1 груб Комп 20:1 механ
Х, мг/г 21,4 22,6 16,7 19,4 20,2 22,2 21,4 21,5
6. ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ ПОРОШКОВ ЯГЕЛЯ, ЦЕОЛИТА И ИХ КОМПОЗИТОВ ПО ЙОДУ
Методика определения
Определение проводили по ГОСТ 6217-74 «Определение сорбционной активности сорбентов по йоду».
Около 1 г энтеросорбента (результат взвешивания записывают с точностью до 4го десятичного числа), помещают в коническую колбу вместимостью 250 мл, добавляют 100 мл раствора йода в KI, закрывают пробкой и вручную каждую минуту взбалтывают в течение 30 мин. При наличии механического встряхивателя взбалтывание проводят непрерывно в течение 15 мин. При интенсивности не менее 100 – 125 колебаний в минуту. Затем раствору дают отстояться и из колбы пипеткой осторожно, чтобы не попали частички энтеросорбента, отбирают 10 мл раствора, помещают в коническую колбу вместимостью 50 мл и титруют раствором тиосульфата натрия. В конце титрования добавляют 1 мл раствора крахмала и титруют до исчезновения синей окраски. Одновременно проводят определение начального содержания йода в растворе, для этого отбирают 10 мл раствора йода в KI и титруют раствором тиосульфата натрия, добавив в конце титрования раствор крахмала.
Результаты определения
Таблица 3. Адсорбционная активность ягеля, цеолита и их композитов по йоду
Проба Ягель груб Ягель механ Цеолит груб Цеолит механ Комп 10:1 груб Комп 10:1 механ Комп 20:1 груб Комп 20:1 механ
Х, мг/г 30,1 32,7 26,3 27,9 29,7 32,5 31,6 31,6
7. ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ ПОРОШКОВ ЯГЕЛЯ, ЦЕОЛИТА И ИХ КОМПОЗИТОВ ПО ЖЕЛАТИНУ
Методика определения
Метод основан на образовании в щелочной среде окрашенного в фиолетовый цвет комплекса ионов двухвалентной меди с пептидными связями молекулы белка.
Биуретовую реакцию нельзя проводить в присутствии солей аммония из-за образования медно - аммиачных комплексов.
1 мл раствора препарата, содержащего 1-10 мг испытуемого белка, помещают в пробирку, прибавляют 4 мл биуретового реактива, перемешивают и оставляют на 30 мин при комнатной температуре. Оптическую плотность раствора измеряют на спектрофотометре при длине волны в диапазоне от 540 до 650 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм. В качестве раствора сравнения используют смесь этих же реактивов без препарата.
Калибровочный график строят в пределах концентраций от 1 до 10 мг стандартного образца белка, измеряя оптическую плотность растворов при выбранной длине волны.
Таблица 4. Адсорбционная активность (Х) порошков ягеля, цеолита и их композитов с цеолитом по желатину
Проба Ягель груб Ягель механ Цеолит груб Цеолит механ Комп 10:1 груб Комп 10:1 механ Комп 20:1 груб Комп 20:1 механ
Х,мг/г 193,5 205,0 163,5 172,5 191,5 212,0 187,5 207,0
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПО ЛИТЕРАТУРНЫМ ДАННЫМ АДСОРБЦИОННЫХ АКТИВНОСТЕЙ РЕФЕРЕНТНЫХ СОРБЕНТОВ ПО МАРКЕРАМ – МС, ЙОДУ И ЖЕЛАТИНУ С АДСОРБЦИОННЫМИ АКТИВНОСТЯМИ ПОРОШКОВ ЯГЕЛЯ, ЦЕОЛИТА И ИХ КОМПОЗИТОВ
Таблица 5. Адсорбционные активности сорбентов
Сорбент Адсорбционная активность, мг/г
по метиленовому синему по йоду по желатину
Ягель гр 21,4 30,1 193,5
Ягель механ 22,6 32,7 205,0
Цеолит гр 16,7 26,3 163,5
Цеолит механ 19,4 27,9 172,5
Комп 10:1 гр 20,2 29,7 191,5
Комп 10:1 механ 22,2 32,5 212,0
Комп 20:1 гр 21,5 31,6 187,5
Комп 20:1 механ 21,5 31,6 207,0
Полифепан 15,4 29,3 141,7
Уголь активированный 16,8 31,0 150,4
Полисорб 13,2 26,7 135,2
Обсуждение результатов
В результате исследования и сравнительного анализа адсорбционной активности порошков ягеля, цеолита и их композитов по маркерам низкомолекулярных токсинов - метиленовому синему и йоду, наиболее эффективными сорбентами являются механоактивированные композиты в соотношении 10:1 и 20:1, состоящие из ягеля и цеолита, и ягель механоактивированный.
Полученные результаты по адсорбции желатина свидетельствуют о высокой белкосвязывающей активности образцов энтеросорбентов из порошка ягеля, цеолита и их композитов. Это обусловлено наличием в сорбентах большого количества кислородсодержащих функциональных групп, способных сорбировать белковые молекулы.
Выводы
Исследованные объекты имеют высокую удельную поверхность, способны хорошо адсорбировать маркеры низкомолекулярных токсинов и токсина белковой природы, что связано не только с развитой поверхностью, но и с возрастанием числа функциональных групп за счет механохимической активации.
Установлено:
адсорбционная активность порошка ягеля выше, чем порошка цеолита;
адсорбционная активность порошков при механоактивации повышается.
Порошки ягеля, цеолита и их композиты имеют сорбционные характеристики, сопоставимые (по йоду) и превышающие (по МС и желатину) характеристики промышленных референтных энтеросорбентов.
Установлено, что наибольшей эффективностью обладают механоактивированные биокомпозиты, состоящие из ягеля и цеолита в соотношении 10:1 и в соотношении 20:1, ягель природный механоактивированный.
Использованная литература
Аньшакова В.В., Шарина А.С., Каратаева Е.В., Кершегольц Б.М. Способ получения сорбционного материала из слоевищ лишайников // Заявка на патент РФ № 2011130301 от 20. 07. 2011.
Аньшакова В.В., Кершенгольц Б.М., Хлебный Е.С., Шеин А.А. Механохимические технологии получения биологически активных веществ из лишайников // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т.13, №1. – С.236-240.
Аньшакова В.В. Механохимическая технология получения биокомплексов на основе лишайникового сырья. // Биофармацевтический журнал. – 2011. - Т. 3. № 5. – С. 33-42
Блехер Л. Б., Колосова Т.И. Лечебное применение лекарственных растений.— Санкт-Петербург: ТЦ «Северо-Запад» СПБО СФК, 1992.— 378 с.
Государственная фармакопея СССР. 11-е изд. М., 1990. Вып. 2. 679 с.
Колодезников К.Е. Типы цеолитового сырья месторождения Хонгуруу/ К.Е.Колодезников, П.Г.Новгородов, В.В.Степанов// Перспективы применения цеолитовых пород месторождения Хонгуруу. – Якутск, ЯНЦ СО РАН, 1993.
Колодезников К.Е., Александров А.Р., Новгородов П.Г. и др. Цеолитовое сырье месторождения Хонгуруу. – Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2000.
Максютина Н. П., Комиссаренко Н. Ф., Прокопенко А. П. и др. Растительные лекарственные средства / под ред. Н.П. Максютиной. - Киев.: «Здоровье». 1985. 280 с.
Под редакцией Золотова Ю.А. Основы аналитической химии. Книга 2. – Москва: ФГУП «Издательство «Высшая школа», 2002.
Решетников В.И. Оценка адсорбционной способности энтеросорбентов и их лекарственных форм // Химико-фармацевтический журнал. 2003. Т. 37. №5. С. 28-32.
Сафонова М.Ю., Саканян Е.И., Лесновская Е.Е. Cetraria islandica (L) Ach.: химический состав и перспективы применения в медицине // Растительные ресурсы. 1999. Т. 35. №2. С. 106–115.
Сафронов А.Ф., Колодезников К.Е., Уаров В.Ф. Полезные ископаемые Сунтарского района и перспектива их промышленного освоения. – Якутск: ЯФ ГУ «Издательство СО РАН», 2004.
Соловьева М.И., Кузьмина С.С. Динамика накопления некоторых биологически активных веществ в лишайниках в зависимости от сезона года // Вестник ЯГУ. 2008. - Т 5. № 4. - С. 141-143.
Шеина Н.Е., Шеин А.А., Филиппова Г.В., Шашурин М.М., Хлебный Е.С., Журавская А.Н., Кершенгольц Б.М., Шаройко В.В. Возобновляемое сырье Якутии: состав, свойства, биотехнологические аспекты применения (обзор). Часть 2. Разработки на основе лишайникового сырья (жидкофазные биопрепараты) // Наука и образование, №1, 2012.
www.google.ru.wikipedia.org www.vostokpharm.ru
www.lybrary2.ru20. . Филиппова Г.В., Павлов Н.Г., Шашурин М.М., Кершенгольц Б.М. Влияние биологически активных веществ из слоевищ северных лишайников, экстрагированных различными методами, на биологические свойства микобактерий туберкулеза // Сибирский медицинский журнал. 2008. №3. С.99-103.