Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПЕКТИНА, ВЫДЕЛЕННОГО ИЗ ПЛОДОВ КАЛИНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ, ПО ОТНОШЕНИЮ К ИОНАМ СВИНЦА

Мыкоц Л.П. 1 Романцова Н.А. 1 Гущина А.В. 1
1 Пятигорский филиал ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет» Минздрава России
В работе проведено исследование пектина, выделенного из свежих плодов калины обыкновенной на сорбционную способность по отношению к ионам свинца, а также влияние температуры на сорбционную емкость. Максимальная степень извлечения свинца пектином составила 29,2 % от исходной концентрации ионов свинца в течение 1 часа, а сорбционный процесс лучше описывается уравнением Ленгмюра. Сорбционные свойства немного уменьшаются при замораживании (на 4,2 % при t = –18 °С), более значительно уменьшаются при термической обработке (на 6,3 % при t = +100 °C в течение часа). Таким образом, пектин, выделенный из свежих плодов калины обыкновенной, может быть рекомендован в качестве детоксиканта, что предполагает разработку лекарственной формы на его основе, но без применения термической обработки и консервирования холодом.
калина обыкновенная
пектин
сорбционная способность
изотерма адсорбции Ленгмюра
1. Агаджанян Н.А. Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека. – М., 2001. – 250 с.
2. Денисов Е.Т. Кинетика гомогенных химических реакций. – М., 1978. – 368 с.
3. Решетников В.И. Оценка адсорбционной способности энтеросорбентов и их лекарственных форм // Хим.- фарм. журн. – 2003. – Т. 37, – № 5. – С. 28–32.
4. Нилина В.В. Пектин. Методы контроля в пектиновом производстве. – Киев, 1992. – 180 c.
5. Фролов Ю.Г. Поверхностные явления и дисперсные системы. – М., 1982. – 400 c.

Одним из ценных компонентов лекарственных растений, обладающим сорбционными свойствами по отношению к ионам тяжелых металлов, является пектин. Содержание пектинов в различных растениях колеблется в широких пределах: от 0,1–0,5 до 50 %. По качественным показателям наиболее ценным пектинсодержащим сырьем является свежее растительное сырье.

Целью настоящих исследований явилось изучение кинетики и сорбционной способности пектина, выделенного из свежих плодов калины, in vitro по отношению к ионам свинца, а также влияние температуры на его сорбционную емкость.

Известно, что свинец как тяжелый металл связывается с карбоксильными, фосфатными группами биомолекул. При этом он снижает активность ферментов и, купируя метаболические процессы, вызывает сильную интоксикацию организма [1]. Установлено, что кроме физической адсорбции катионов активными центрами пектина, происходит и хемосорбция – образование комплексных соединений пектата свинца [3].

Сорбционная емкость выражается количеством ионов тяжелого металла, связывающихся с 1 г пектина. Количество связавшихся ионов определяли по разнице между вносимым и остаточным количеством ионов свинца.

При обработке пектина стандартным раствором свинца ацетата образующийся рыхлый осадок свинца пектината отфильтровывали, а в фильтрате определяли содержание ионов свинца.

Определение ионов свинца в фильтрате проводили титрованием стандартным раствором трилона Б (0,01 М раствором натрия эдетата) в среде ацетатного буферного раствора в присутствии ксиленолового оранжевого до перехода красной окраски в лимонно-желтую [4].

Анализируемый раствор разбавляли водой очищенной до метки в колбе на 100 мл. Для анализа отбирали аликвоту раствора (10 мл) в колбу для титрования, приливали 10 мл ацетатного буферного раствора, разбавляли водой очищенной до 100 мл, добавляли индикатор и титровали [2].

Расчет массы свинца в исследуемом растворе проводили по формуле:

Eqn1.wmf

где N – нормальная концентрация раствора трилона Б; V – объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, мл; ЭPb2+ – молярная эквивалентная масса ионов свинца, моль/л.

В реакции образования пектинатов металлов участвуют два вещества. Чтобы учесть изменение концентрации одного из реагирующих веществ (ионов металла) при минимальном влиянии концентрации другого вещества (пектина), использовали метод изолирования Оствальда [2].

Согласно этому методу, реакция проводится с избытком одного из реагентов (пектина), и тогда скорость сорбции пропорциональна концентрации другого реагента, взятого в недостатке (ионы металла).

Адсорбционная способность сорбента может быть оценена на основе экспериментальных данных по величине адсорбции.

Расчет величины адсорбции проводили согласно зависимости:

Eqn2.wmf

где С0, Сравн – исходная( начальная) и равновесная концентрации ионов свинца, ммоль/л; V – объем раствора, л; m – масса навески сорбента, г.

Теоретически адсорбционная способность может быть описана уравнениями Фрейндлиха (Аф) и Ленгмюра (Ал), в зависимости от природы адсорбента подчиняется тому или другому.

Уравнение Фрейндлиха удобнее использовать в логарифмической форме:

Eqn3.wmf

где К и 1/n – константы; С – равновесная концентрация; Eqn4.wmf – адсорбция.

Константа К зависит от природы адсорбента и адсорбата, колеблется в широких пределах. 1/n – адсорбционный показатель, зависящий от природы адсорбата.

Величины констант находили по логарифмической зависимости:

Eqn5.wmf

Уравнение Ленгмюра:

Eqn6.wmf

где А∞; b – константы; С – равновесная концентрация.

Для нахождения констант использовали графическую зависимость 1/A = f(1/ΔC).

Константа А∞ представляет собой предельную емкость адсорбента и зависит от размеров молекул сорбента. Константа равновесия адсорбционного процесса «b» зависит от сродства адсорбата к адсорбенту [5]. Чем она больше, тем сильнее выражено это сродство.

Изменение концентрации ионов свинца от времени сорбции в водной фазе растворов при контакте с пектином отражено в табл. 1.

Таблица 1

Изменение концентрации ионов свинца в водной фазе растворов

Время, мин

Объем раствора трилона Б

Количество ионов свинца, мг/г

Концентрация ионов свинца в растворе, ммоль/л

Процент связывания ионов свинца, %

Комплекcообразующая способность, мг/г

0 (станд. ра-р)

4,8

99,5

48

10

3,7

76,7

37

22,9

152

20

3,6

79,6

36

25

166

30

3,5

72,5

35

27

180

40

3,4

70,4

34

29,2

194

50

3,4

70,4

34

29,2

194

60

3,4

70,4

34

29,2

194

60 (t = –18 °C)

3,6

74,6

36

25

166

60 (t = +100 °C)

3,7

76,7

37

22,9

157

В течение 1 часа максимальное извлечение ионов свинца пектином составило 29,2 % от равновесной концентрации, что в пересчете на 1 сорбента равно 70,4 мг ионов свинца.

Адсорбционная способность теоретически описана по уравнениям Фрейндлиха и Ленгмюра. Величины констант уравнений находили по соответствующим графическим зависимостям (рис. 1, 2).

Коэффициенты уравнения Фрейндлиха, найденные по графической зависимости Eqn5.wmf: К = 2,459 1/n = 0,727.

Таблица 2

Результаты определения экспериментальной величины адсорбции

t, мин

С ммоль/л Pb2+

ΔС

Аэ

ln ΔC

ln Аэ

1/ΔC

1/Аэ

0

48

10

37

11

7,3

2,4

1,99

0,09

0,137

20

36

12

8

2,48

2,08

0,083

0,125

30

35

13

8,7

2,56

2,16

0,077

0,115

40

34

14

9,3

2,64

2,23

0,071

0,107

pic_80.wmf

Рис. 1. Преобразованная изотерма сорбции ионов свинца пектином по Фрейндлиху

pic_81.wmf

Рис. 2. Преобразованная изотерма сорбции ионов свинца пектином по Ленгмюру

Коэффициенты уравнения Ленгмюра, найденные по графической зависимости 1/A = f(1/ΔC): А∞ = 10, b = 2,5.

В табл. 3 приведены найденные экспериментальные и расчетные величины адсорбции ионов свинца пектином.

На рис. 3 представлены соответствующие изотермы.

По характеру изученных изотерм и данным таблицы 4 можно сделать вывод, что процесс сорбции ионов металла данным пектином лучше описывается уравнением Ленгмюра. Можно предположить, что поверхность сорбента гладкая и количество активных центров достаточно для адсорбции ионов Pb2+. Уравнение Фрейндлиха менее точно описывает процесс.

Изучили влияние температуры на сорбционные свойства пектинов. Исследования показали, что процент связывания ионов свинца пектином уменьшился на 4,2 % при замораживании (t = –18 °С) и на 6,3 % ‒ при термической обработке в течение часа (t = +100 °C) относительно той же величины при комнатной температуре (см. табл. 1).

Таблица 3

Аэ

Аф

Ал

Аэ/Аф

Аэ/Ал

7,3

14,05

8,15

0,52

0,89

8

14,97

8,27

0,53

0,97

8,7

15,87

8,39

0,55

1,04

9,3

16,75

8,48

0,56

1,09

Среднее

0,54

0,99

pic_82.wmf

Рис. 3. Изотермы сорбции ионов свинца пектином из калины обыкновенной:1 – экспериментальная; 2 и 3 – расчетные по уравнениям Фрейндлиха и Ленгмюра соответственно

В ходе исследования выявлена комплексообразующая способность пектина по отношению к ионам свинца. Максимальная степень извлечения оставила 29,2 % от исходной концентрации ионов свинца в течение 1 часа, а сорбционный процесс лучше описывается уравнением Ленгмюра. Сорбционные свойства немного уменьшаются при замораживании, более значительно уменьшаются при термической обработке.

Таким образом, пектин, выделенный из свежих плодов калины обыкновенной, может быть рекомендован в качестве детоксиканта, что предполагает разработку лекарственной формы на его основе, но без применения термической обработки и консервирования холодом.

Рецензенты:

Коновалов Д.А., д.фарм.н., профессор, заместитель директора по науке Пятигорского филиала ГБОУ ВПО Волг ГМУ Минздрава России, г. Пятигорск;

Компанцев В.А., д.фарм.н., профессор, заведующий кафедрой неорганической химии Пятигорского филиала ГБОУ ВПО Волг ГМУ Минздрава России, г. Пятигорск.

Работа поступила в редакцию 04.02.2013.


Библиографическая ссылка

Мыкоц Л.П., Романцова Н.А., Гущина А.В. ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПЕКТИНА, ВЫДЕЛЕННОГО ИЗ ПЛОДОВ КАЛИНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ, ПО ОТНОШЕНИЮ К ИОНАМ СВИНЦА // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 3-1. – С. 197-200;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31177 (дата обращения: 20.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074