Выдыхаемый воздух представляет собой матрицу, имеющую сложный молекулярный состав, включающий более 3500 компонентов различного происхождения, содержание которых может показывать нормальное или патологическое состояние здоровья человека. Одним из селективных маркеров диабета, образующихся в выдыхаемом воздухе, является ацетон. Его повышенное содержание (более 2.54 мг/м3) в выдыхаемом воздухе сигнализирует об избыточном уровне глюкозы в крови. Для осуществления диагностически достоверного количественного анализа ацетона в выдыхаемом воздухе необходимо минимизировать случайные погрешности на всех стадиях пробоотбора, концентрирования и калибровки; предложенные МФК позволяют в идентичных условиях осуществлять пробоподготовку и калибровку, при этом совместить стадию отбора пробы и концентрирования. Концентрирование пробы производится с помощью микрофлюидных систем на основе Силагерма 8040, заполненных сорбентом. В качестве сорбента выбран Порапак-Q, который перед заполнением в каналы предварительно обрабатывается парами этилового спирта. Сорбционное концентрирование в динамическом режиме с использованием МФК проводится путем пропускания полученной модельной газовой смеси «ацетон в воздухе» с концентрацией 2.54 мг/м3 при t=0oC до появления проскока. Проведение десорбции с использованием МФК на основе Порапака-Q осуществляется при температурах 50, 60 и 70°С в динамическом режиме путем пропускания очищенного воздуха со скоростью 0.5 см3 хроматографическим методом. Главным достоинством данной системы является возможность включения ее в состав газового микрохроматографа. Полученный аналитический комплекс является мобильным, что позволяет использовать его для проведения неизвазивной диагностики во внелабораторных условиях. Установлены оптимальные условия концентрирования (tсорб =0 оС; tдес =70 оС, Vсорб = 45 мл, tдес = 1 сек) с использованием МФК, заполненных сорбентом Порапак-Q, при которых достигнуто максимальное значение коэффициента концентрирования, равное 43. При сравнительном анализе стандартного способа пробоотбора (с использованием тедларового пакета) и предложенного с использованием МФК установлено, что при использовании тедларовых пакетов для отбора проб выдыхаемого воздуха имеет место значительное снижение характеристики правильности (более 30-65%) в течение 12 часов, что не применимо для диагностических целей. Этот факт обусловлен сорбцией аналита на стенках пакета и для устранения нежелательных эффектов необходимо использовать дополнительный этап осушения отбираемой пробы. При использовании для отбора проб МФК такой тенденции не наблюдается, характеристика правильности не снижается более, чем на 610% в течение 8 часов и не требуется дополнительных стадий осушения отбираемой пробы выдыхаемого воздуха.
Сорбционные и хроматографические процессы
2023. — Выпуск 5
Содержание:
В настоящее время многие исследователи стали обращать внимание на то, что не только традиционные сорбенты и ионообменники, но и ряд природных компонентов, содержащихся в растительных и животных организмах, обладают способностью поглощать другие органические молекулы и ионы, вступать в реакции комплексообразования с ионами металлов, проявлять каталитические свойства. К таким природным веществам, обладающим сорбционными и ионообменными свойствами, можно отнести аминополисахариды (хитин, хитозан), нуклеиновые и рибонуклеиновые кислоты, сапонины, ферменты. Приведенный перечень веществ можно отнести к высокомолекулярным соединениям, обладающим сорбционными, лигандными и каталитическими свойствами. В настоящей работе приводятся результаты исследования функциональных групп активного центра инулиназы и особенностей ее четвертичной структуры. Установлено, что фермент имеет четвертичную структуру, представленную двумя субъединицами с Mr 76900 Да и 10140 Да, обладающими каталитической активностью. В образовании фермент-субстратного комплекса принимают участие имидазольный радикал гистидина, SH-группы и карбоксильные группы. Целью данной работы явилось изучение функциональных групп активного центра и некоторых особенностей четвертичной структуры инулиназы. В настоящей работе использован препарат инулиназы, выделенной из Aspergillus awamori Ц2250, очищенный методом ионообменной хроматографии на колонках с диэтиламиноэтилцеллюлозой (ДЭАЭ): [-O-(CH2)2-N(C2H5)2]. Гомогенность препарата была подтверждена методом гель-электрофореза. Каталитическая активность инулиназы определялась на субстрате инулине (Spofa, Чехия) спектрофотометрически с помощью резорцина при λ=540 нм, а молекулярная масса методом гель-хроматографии на Сефадексе G-200. Наличие электрофильных групп СООустанавливали по методу Диксона, а также методом ИК-спектроскопии на приборе Vertex-70 в интервале частот 4000-400 см-1. В состав активного центра фермента входят γ и δ-карбоксильные группы остатков аспарагиновой и глутаминовой кислот соответственно. Ион водорода Н+ отщепляется от карбоксильной группы глутаминового остатка фермента и связывается с кислородом, соединяющим кольца А и Б субстрата. В результате связь кислорода с кольцом разрывается, а углерод, находящийся в положении I кольца А, образует карбониевый ион, который стабилизируется СОО--группой аспарагинокислого остатка фермента. С карбониевым ионом взаимодействует ОН--ион, доставляемый молекулой воды, а Н+-ион воды фиксируется на место Н+-иона, потерянного глутаминокислым остатком в инулиназе. После этого молекулы инулина покидают фермент, освобождая его для последующей реакции с субстратом. Однако данный механизм не является единственным. В образовании фермент-субстратного комплекса также принимает участие имидазол гистидина. При взаимодействии с инулином имидазольная группа связывается водородной связью с кислородом, соединяющим кольца А и Б субстрата. Происходит также ориентация СОО- иона фермента относительно образующегося карбониевого иона в кольце А. В последующем ионы Н+ и ОН- из молекул воды фиксируются в инулиназе на место Н+, потерянного Glu, а ОН- на карбониевом ионе инулина.
Ключевые слова
Загрязнение водных ресурсов, ухудшение качества воздуха и воды является быстро растущей проблемой, напрямую связанной с образованием сточных вод и накоплением значительного количества осадка сточных вод (ОСВ). Одним из методов утилизации ОСВ является их пиролитическая переработка в биоугольные адсорбенты для очистки от различных загрязнителей. Тип адсорбента и его свойства играют ключевую роль в эффективности процесса очистки, что объясняет актуальность поиска альтернативных материалов для процессов водоподготовки. Целью работы является создание в процессе пиролиза осадка сточных вод биоуглеродного сорбента и определение его сорбционной способности в отношении красителя метиленового оранжевого. Для получения образцов биоуглеродного сорбента высушенные и измельченные образцы осадков сточных вод подвергали воздействию температуры 500°C в течение 1.5 часов в вакуумной камере со скоростью нагрева до данной температуры 5°C/мин. Элементный анализ полученного сорбента позволил установить снижение содержания углерода, кислорода, серы: для С на 2.50 ат.%, для О на 9.91 ат.%, для S на 0.4 ат.% относительно ОСВ. Растровая электронная микроскопия подтверждает значительное уменьшение размера частиц биоугля по сравнению с исходным образцом ОСВ. В исходном образце ОСВ после этапа пробоподготовки дисперсия размеров частиц составляла 10-70 мкм, а после пиролиза осадка дисперсия уменьшается до интервала 10-45 мкм. Рассчитан процент выхода биоугля, составляющий 42% от массы исходных ОСВ и проведены исследования по сорбции метиленового оранжевого. Сорбционная емкость биоугля в отношении анионного красителя метиленового оранжевого через 120 мин сорбции составляет 4.9 мг/г, степень очистки раствора достигает 82%. Кинетика сорбции красителя корректно описывается уравнением псевдо-второго порядка и указывает на полимолекулярный характер сорбции.
Ключевые слова
Разделение водно-спиртовых растворов и дегидратация N,N-диметилацетамида (ДМАА), образующих азеотропы, важно для получения полимерных материалов, обезвоженных спиртов для медицины, топливной, пищевой и др. отраслей промышленности. В настоящее время в мире в эксплуатации находятся около ста первапорационных модулей, большинство из которых предназначены для дегидратации различных растворителей, таких как этанол, изопропанол и др. Известно, что полиамидные и полиимидные пленки из-за их высокой термической стабильности, хорошей механической прочности и высокой устойчивости к органическим растворителям рассматриваются как перспективные мембранные материалы. Нами был синтезирован (со)полиамид низкотемпературной поликонденсацией хлоран-гидрида терефталевой кислоты с 4,4'-диаминодифенилоксидом и 3,5-диаминобензойной кислотой в N-метил-2-пирролидоне (N-МП). Были изучены транспортные характеристики мембран, отлитых из этого (со)полиамида (СПА). Показано, что после вымачивания образцов в воде масса пленки уменьшается больше, чем после вымачивания в изопропаноле. Возможно, это связано с разной полярностью молекул применяемых растворителей. Проверено утверждение, что учет вымытых примесей из полимера дает истинную величину сорбции, присущую ему. Методом первапорации было изучено разделение смеси вода-изопропанол в интервале концентраций 0-100 масс.% воды при разных температурах. Показано, что во всем диапазоне исследуемых концентраций пермеат обогащен водой. Коэффициенты разделения для мембран СПА сравнимы с мембранами PIM и TFC. На пленках СПА была изучена температурная зависимость сорбции, проницаемости и селективности водных растворов ДМАА (5:1). Показано, что сорбция раствора полимером не изменяется в пределах 20-50оС, затем уменьшается, а проницаемость разделяемой смеси возрастает в 2-3 раза, причем пермеат содержит только воду. Таким образом, (со)полиамид СПА может рассматриваться как основа для получения селективных мембран при дегидратации спиртов и органических растворителей.
Ключевые слова
Предложен способ оценки антиоксидантных свойств антоцианов, использующий реакцию с водным раствором перманганата калия с последующим хроматографическим определением концентрации различных антоцианов сложных смесей в сопоставлении с исходным раствором. Основная особенность способа состоит в том, что предполагается исключить реально наблюдаемое при использовании традиционных методов определения антиоксидантных свойств протекание цепи последовательных реакций окисления каждого исходного антоциана. Для этого используется недостаток оксиданта, который должен расходоваться, в основном, на первые стадии для каждого антиоксиданта при предположении о том, что активность исходного (наименее окисленного) антоцианы выше, чем образующихся из него продуктов. Только такая схема позволяет сопоставлять антиоксидантную активность (как параметр, зависящий от времени вместо определяемой обычно антиоксидантной емкости) в зависимости от строения молекулы. На основе исследования окисления перманганатом калия 3-глюкозидов пяти различных основных природных антоцианидинов (в экстрактах плодов винограда и листьев багрянника канадского) установлена зависимость антиоксидантной активности, возрастающая в ряду: Pn3Glu
Ключевые слова
В настоящей работе исследована электропроводность катионообменных и анионообменных мембран, в растворах, содержащих как сильные (хлорид и ацетат натрия), так и слабые (уксусная, янтарная и лимонная кислоты) электролиты. Полученные результаты свидетельствуют о том, что концентрационная зависимость электропроводности мембран в слабых электролитах существенно отличается от наблюдаемой для растворов сильных электролитов. В случае раствора уксусной кислоты электропроводность мембран выше, чем у равновесного раствора во всём диапазоне исследуемых концентраций. Показано, что существующие модели транспортно-структурной организации мембран позволяют описать структурные параметры ионообменных мембран, находящихся в контакте с сильными электролитами. В растворах хлорида натрия и ацетата натрия, полученные зависимости были обработаны в рамках микрогетерогенной и трёхпроводной моделей для установления влияния природы электролита на транспортно-структурные характеристики мембран. Зависимость электропроводности от концентрации раствора слабого электролита не позволяет применять ни микрогетерогенную, ни расширенную трёхпроводную модели для описания зависимости структура-свойства ионообменных материалов. Показано, что в растворе уксусной и частично янтарной кислоты основной вклад в сопротивление электромембранной системы вносит раствор. На основании полученных результатов по измерению электропроводности предложены изменения в конструкции лабораторного электродиализатора и проведены опыты по обессоливанию раствора уксусной кислоты. Показано, что использование более тонких межмембранных сепараторов в камере обессоливания приводит к увеличению интегрального выхода по току (с 0.32 до 0.44 при 0.6 А/дм2 и той же степени опреснения) и снижению удельных энергозатрат (с 3.0 до 1.9 кВт-ч/моль при 0.6 А/дм2) при опреснении уксусной кислоты. Полученные результаты могут быть в дальнейшем использованы для улучшения параметров процесса получения слабых кислот методом биполярного электродиализа.
Ключевые слова
Статья посвящена изучению хроматографического поведения производных бензимидазола. Цель работы заключалась в исследовании закономерностей сорбции алкилпроизводных бензимидазола в условиях газовой хроматографии. В качестве сорбента использовали полиметилсилоксан HP 5ms. На основании полученных значений логарифмических индексов удерживания и дифференциальной мольной свободной энергии сорбции гетероциклов для выбранных условий анализа проанализировано влияние строения молекул исследованных веществ на характеристики их удерживания. Установлено, что исследованные соединения в целом элюируются в порядке укрупнения их молекул, а также в соответствии с изменением их поляризуемости и липофильности. Исследовано влияние положения заместителя в основном бензимидазольном ядре и особенностей электронной структуры молекул гетероциклов на их сорбцию в условиях газовой хроматографии. Показано, что существенное влияние на сорбцию оказывают не только электронные и физико-химические параметры (объем, поляризуемость, липофильность), но и число и положение углеводородных радикалов и заместителей, входящих в состав молекулы, их природа и взаимное расположение. Установлено, что отсутствие строгой линейной зависимости между характеристиками удерживания и физико-химическими параметрами исследованных соединений связано с особенностями строения их молекул. Основным фрагментом, определяющим хроматографическое удерживание, является объемное бензимидазольное ядро, участвующее в дисперсионных взаимодействиях с неподвижной фазой, при этом наличие гетероатома в молекуле сорбата является важнейшим фактором, определяющим сорбционные характеристики замещенных гетероциклов. В то же время возрастанию значений ИУ способствует удлинение углеводородного радикала в заместителе или замена алкильного радикала на фенильный. Результаты работы могут быть полезны как с практической точки зрения в разработке методик и оптимизации анализа близких по структуре соединений, так и с теоретической в развитии теории сорбции полифункциональных соединений из многокомпонентных растворов. В целом же накопление экспериментальных данных по удерживанию такого рода сорбатов приближает нас к решению проблемы установления взаимосвязи между характеристиками сорбции, другими физико-химическими параметрами и структурой молекул.
Ключевые слова
Материалы на основе кремнеземов находят широкое применение в процессах концентрирования и разделения различных органических веществ. Успешное использование SiO2 обусловлено его химической стойкостью, термической стабильностью, природой и распределением функциональных групп на поверхности, а также возможностью создания на его основе материалов с определенными текстурными характеристиками, которые регулируются условиями синтеза и модифицированием поверхности. Для решения конкретных задач хроматографии необходимо получать новые адсорбенты с закрепленными функциональными группами, слоями или элементами, путем варьирования которых меняется число и типы адсорбционных центров исходной поверхности. В качестве перспективных модифицирующих добавок, представляющих особый интерес, применяют хелатные комплексы переходных металлов, в том числе нанесенных в виде адсорбционных слоев. В данной работе изучен физикохимическими методами SiO2 на основе Силохрома С-80, модифицированный ализаринатом алюминия. Термогравиметрией установлено, что ализаринат алюминия устойчив до 270°С. С помощью адсорбционной порометрии показано, что модифицирование кремнезема приводит к снижению средних диаметров и суммарных объемов пор, площадей удельной поверхности от 84 до 79 м2/г. Методами ИК и КР-спектроскопии доказано закрепление хелатов на поверхности Силохрома. Г азохроматографическим методом изучены процессы адсорбции органических соединений (н-алканов, нитрометана, гептена-1, ароматических углеводородов, кетонов и спиртов), способных к различным типам межмолекулярных взаимодействий. Модифицирование кремнезема ализаринсодержащим комплексом способствует изменению констант Генри адсорбции, вкладов специфических взаимодействий в теплоту адсорбции. При этом наибольшие значения ∆ q̅ dif,1(спец) характерны для органических соединений, склонных к донорно-акцепторному и п-комплексообразованию. Согласно анализу компенсационных термодинамических зависимостей q̅dif,1 - ∆S̅S1,c показано, что энтропия является определяющим термодинамическим параметром при адсорбции тестовых соединений на поверхности исследуемых хроматографических материалов.
Ключевые слова
В качестве керамических носителей для трехмаршрутных автомобильных катализаторов используются кордиеритовые блоки сотовой структуры с каналами квадратного сечения. Нанесение каталитически активных слоев производят из суспензий на основе y-Al2O3, которая вводится во внутренний объем носителя. Приготовление суспензий включало в себя пропитку порошка Al2O3 растворами предшественников Pt, Eu, разбавление водой, помол до частиц со средним размером 4 мкм, задание кислотности в необходимом диапазоне. Изучение физико-химических свойств (точка нулевого заряда, площадь удельной поверхности, размер частиц, объем пор, средний диаметр пор) суспензии, приготовленной на основе оксида алюминия и модифицированной ионами европия и платины, актуально из-за возможности применения в технологии трехмаршрутных катализаторов. Параметры поверхности и пористости устанавливали методом низкотемпературной адсорбции/десорбции азота. Величины рНТНЗ определяли весовым титрованием, pH точек находятся в пределах 6.01-7.1, следовательно, заданный диапазон кислотности не должен выходить за эти пределы. Процессы термодеструкции суспензий при нагревании исследовали методом термического анализа. В процессе нагревания от -100 до 250°С наблюдали потерю массы в течение всего процесса нагревания. Обнаружены эндотермические эффекты, соответствующие плавлению льда, испарению влаги, разложению азотсодержащих соединений. Наибольшая потеря массы наблюдалась в образце оксида алюминия, модифицированном ионами европия и платины (Eu,Pt/y-Al2O3). Количественную оценку форм связей влаги в суспензии выполняли по экспериментальным зависимостям изменениям массы образца ТГ и скорости изменения массы ДТГ в температурном интервале 270-380 К. По значениям энергии активации установлено, что механизм выхода влаги из образца Eu,Pt/y-Al2O3 отличается от других. Рассчитаные энергии активаци выхода влаги имеют высокие значения (41-92 кДж/моль), что свидетельствует о связанном состоянии воды в структуре твердой фазы. Суспензию наносят на керамическую основу катализатора и обжигают при 500 °С, информация о механизме выхода влаги при нагревании суспензии поможет избежать снижения площади удельной поверхности.
Ключевые слова
Описано получение серии новых функционизированных силикагелей с закрепленными тиосемикарбазонными фрагментами по реакции альдегид-силикагелей с тиосемикарбазидом в этанольной среде в присутствии каталитического количества соляной кислоты. Материалы охарактеризованы данными термогравиметрического анализа и инфракрасной спектроскопии. Обоснован выбор унифицированных условий концентрирования и разделения на примере ионов серебра (I), который позволяет проводить сравнение модифицированных материалов с различной функциональной емкостью. Получены изотермы сорбции ионов серебра (I), рассчитаны значения максимальной сорбционной емкости материалов. Изучено распределение серебра (I) в двухфазных системах модифицированный силикагель раствор для модельных систем, содержащих эквимольные соотношения ионов серебра (I) и функциональных групп, а также двух-, трех-, пятии десятикратные избытки аналита, рассчитаны коэффициенты распределения. Смоделированы мультикомпонентные системы в условиях 10 и 100 кратных мольных избытков ионов алюминия (III), кадмия (II), никеля(П), цинка (II), железа (III), меди (II) по отношению к аналиту. Показано, что для систем, содержащих ионы серебра (I) на уровнях 1/100 и 1/10 от максимальной емкости материала, характер изменения коэффициента распределения схож с системами, содержащими эквимольные количества функциональных групп и аналита. Рассчитаны значения коэффициентов распределения и селективности. Выявлены сходство и различия сорбционного извлечения Ag(I) органоминеральными материалами с одинаковой по природе комплексообразующей функциональной группой из мультикомпонентных систем.
Ключевые слова
Изучено влияние состава двух узких фракций дисперсных микросфер из летучих зол от сжигания угля и условий синтеза на получение микросферических моноцеолитных материалов определенного структурного типа. Проведена оценка возможности использования продуктов синтеза в качестве сорбентов Pb2+ и Cd2+. Установлено, что продукты цеолитизации на основе микросфер с высоким содержанием стеклофазы (более 90 мас.%) представляют собой монолитные твердые материалы типа геополимеров, состоящие из агломерированных остатков микросфер и цеолитных фаз и, в зависимости от температуры синтеза, содержат в основном одну цеолитную фазу NaX (FAU), NaP1 (GIS) или анальцим (ANA). Одновременное повышение концентрации щелочи и температуры гидротермальной обработки приводит к более глубокому превращению стекла микросфер и частичной агломерации частиц продукта с формированием гранул размером до 100 мкм. Продуктом щелочной активации микросфер с более низким содержанием стеклофазы (-65 мас. %) является дисперсный материал на основе непрореагировавших микросфер, цеолитных фаз, муллита и кварца. Большинство цеолитных продуктов в области низких концентраций Pb2+ и Cd2+ (не выше 20 мг/дм3) характеризуются высокими параметрами очистки растворов KD до 105 см3/г, степень извлечения до 99%, при этом наиболее эффективными являются сорбенты на основе цеолитных фаз NaP1 и анальцима. Изотермы сорбции Pb2+ и Cd2+ аппроксимированы моделями Ленгмюра, Фрейндлиха и Дубинина-Радушкевича. Установлено, что сорбция тяжелых металлов из разбавленных растворов наилучшим образом описывается моделями Фрейндлиха и Дубинина-Радушкевича. Показано, что Pb2+/Cd2+-обменные формы цеолитных материалов в результате термического воздействия при 1000оС претерпевают фазовое превращение с образованием минералоподобных фаз полевого шпата, включающих свинец (PbAl2Si2O8) или кадмий (CdAbSi2Os).
Ключевые слова
Статья посвящена сорбционному концентрированию ионов платины (II,IV), палладия (II) и родия (III) из хлоридных сред на углеродном синтетическом сорбенте. Для изучения сорбционного концентрирования металлов платиновой группы был выбран углеродный синтетический сорбент Lewatit AF5. Данный сорбент обладает высокой механической прочностью, высокой площадью поверхности, узким распределением пор по размерам, а также низкой стоимостью по сравнению с силикатными или полимерными сорбентами. Сорбционное концентрирование осуществлялось в статических условиях из модельных хлоридных растворов. Концентрация аналитов в исходных растворах составляла от 8 до 50 ммоль/дм3. Равновесные концентрации металлов в растворах определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Исследованы зависимости адсорбции от времени контакта, свободной кислотности и окислительно-восстановительного потенциала системы, так же определены предельные значения абсорбции для каждого из исследуемых металлов. Изучение кинетических параметров сорбции ионов Pt (IV), Pd (II) и Rh (III) проводилось из хлоридных растворов, характеризующихся значениями свободной кислотности 0.01 моль/дм3. Было определено время установления сорбционного равновесия, которое составляет 4 часа для каждого из ионов. При исследовании зависимости адсорбции от свободной кислотности и окислительно-восстановительного потенциала системы (ОВП) было выявлено, что с ростом свободной кислотности и ОВП наблюдается падение сорбционной активности, таким образом можно сделать вывод о том, что в сорбционном процессе участвуют акватированные комплексы платиновых металлов, в которых металлы находятся не в высшей степени окисления. Обработка экспериментальных данных показала применимость линейного уравнения изотермы Ленгмюра для описания процесса адсорбции, а также были рассчитаны предельные значения адсорбции, с помощью которых проведена оценка сорбционной емкости сорбента, которая для Pt (II, IV), Pd (II) и Rh (III) составила 1.24 ммоль/г; 1.16 ммоль/г и 0.57 ммоль/г соответственно. Высокие значения сорбционной емкости, а также достаточно короткое время достижения сорбционного равновесия без применения средств ускорения процесса, в совокупности с механическими характеристиками сорбента позволяет сделать вывод о перспективности применения сорбента Lewatit AF5 для концентрирования металлов платиновой группы из солянокислых растворов.
Ключевые слова
Мышьяк токсичный и канцерогенный элемент, загрязнение природных вод мышьяком является проблемой мирового масштаба. Известно, что неорганические соединения As (III) более токсичны, чем неорганические соединения As (V). Очистка воды от As (III) и As (V) с использованием адсорбционных материалов на основе глинистых минералов на сегодняшний день вызывает все больший интерес. В настоящей работе исследована возможность очистки водных растворов от As (III) и As (V) с использованием композиционных сорбентов, созданных модификацией монтмориллонита. Монтмориллонит, модифицированный наночастицами Fe3O4 и катионным поверхностно-активным веществом, показал лучшую степень извлечения As (III) и As (V) из водных растворов по сравнению с другими модификациями. Степень извлечения As (III) и As (V) монтмориллонитом, модифицированным наночастицами Fe3O4 и катионным поверхностно-активным веществом, не зависит от рН раствора и составила более 95%. Установлены оптимальные условия извлечения As (III) и As (V) из водных растворов с использованием монтмориллонита, модифицированного наночастицами Fe3O4 и катионным поверхностно-активным веществом. Показано, что в присутствии ионов Fe (III) степень извлечения As (III) и As (V) монтмориллонитом, модифицированным наночастицами Fe3O4 и катионным поверхностно-активным веществом, уменьшается до 69%. Наибольшее влияние на степень извлечения As (III) и As (V) оказывает Cr (III): степень извлечения As (III) и As (V) с использованием монтмориллонита, модифицированного наночастицами Fe3O4 и катионным поверхностно-активным веществом, в его присутствии уменьшается и составляет 40 и 25% соответственно. Вместе с As (III) и As (V) из раствора практически полностью извлекается Cu (II). Процесс адсорбции As (III) и As (V) на монтмориллоните, модифицированном наночастицами Fe3O4 и катионным поверхностно-активным веществом, лучше всего описывает модель Ленгмюра. Сорбционная емкость модифицированного монтмориллонита для As(III) и As(V) составила 9.9 и 7.6 мг/г соответственно.
Ключевые слова
Использование дисперсной древесины при разработке методов получения на ее основе сорбционных материалов приобретает все большую экономическую целесообразность, однако для решения практических задач требуются материалы с определенной пористой структурой и химией поверхности. В данной статье представлено исследование физико-химических характеристик углеродных сорбентов, полученных модификацией различными методами древесных опилок (ДО) сосны обыкновенной (Pinus sylvestris). Установлено, что вариации термической модификации (обжиг при температуре 300±10°С в течение 35 минут) и химической обработки раствором 5М азотной кислоты образцов опилок фракции 0.75-2.0 мм способствуют увеличению суммарного объема пор (от 5.787 до 8.648 см3/г) и адсорбционной активности по метиленовому голубому (от 31.2 до 47.6 мг/г). В то же время значения величины набухаемости, насыпной плотности полученных микрои/или мезопористых углеродных сорбентов несколько ниже значений для нативных древесных опилок. Изменение состава функциональных групп всех образцов отслеживалось методом ИК-Фурье-спектроскопии и потенциометрического титрования по методу Боэма. Выявлено, что термическая модификация древесных отходов путем обжига приводит к увеличению на поверхности общего числа кислородсодержащих групп в 2.3 раза (с 2.3 до 5.33 мг-экв/г). Модификация поверхности исходных и термообработанных древесных опилок методом окисления растворами азотной кислоты при температуре 80°С в течение 5 ч также способствует росту общего количества кислородсодержащих групп более чем в 3 раза, но с увеличением концентрации HNO3 от 0.5М до 5М количество карбоксильных групп снижается с одновременным повышением содержания гидроксильных. Извлечение ионов меди(11) происходит в результате ионного обмена на функциональных группах углеродных сорбентов, причем предельная сорбционная емкость исследуемых образцов ДО зависит от метода их модификации. Сорбция ионов меди(11) исходными древесными опилками описывается наиболее точно моделью Дубинина-Радушкевича, а модифицированными различными методами углеродными сорбентами моделью Ленгмюра. Показано, что именно химическая модификация нативных и термически обработанных образцов раствором 5М HNO3 позволяет получить сорбенты с наилучшей сорбционной емкостью по отношению к ионам Cu(II).
Ключевые слова
При экстремальных погодных условиях посевы сельскохозяйственных культур подвергаются воздействию избыточных осадков, что вызывает острое кислородное голодание растений. Для повышения устойчивости к стрессам растения стали обрабатывать фитогормонами. С использованием метода тонкослойной хроматографии исследовали действие фитогормона кинетина на содержание фосфолипидов растений при разных условиях аэрации. В отделенные от корней этиолированные проростки кукурузы методом насасывания с транспирационным током вводили раствор кинетина (10 мг/дм3) и переносили в условия аэрации, гипоксии или среды диоксида углерода (9 час). Контрольные растения не обрабатывались кинетином. Пробы фиксировали кипящим изопропанолом и экстрагировали смесью гексан:изопропанол (3:2). После очистки от нелипидных примесей липиды упаривали и растворяли в хлороформе. Фосфолипиды выделяли на пластинках с силикагелем W и далее разделяли на классы на пластинках с силикагелем 60G. («Merk», Германия). Установлено, что содержание суммарных фосфолипидов в проростках кукурузы снижалось до 84.9% в условиях гипоксии и до 54.5% в СО2-среде. Если растения предварительно обрабатывались кинетином, содержание суммарных фосфолипидов практически не менялось (96.2%), а в условиях СО2-среды повышалось до 88.5%. При обработке растений кинетином в условиях аэрации возрастало содержание фосфотидилхолина (ФХ), фосфатидилсерина (ФС) и фосфатилилэтаноламиа (ФЭА), а фосфатидилглицерин (ФГ) снижалось почти на 40%. В условиях дефицита кислорода изменения в составе фосфолипидов были иными. Содержание ФС и ФХ у проростков увеличивалось в 1.5-2.0 раза, а содержание ФГ и ФЭА снижалось до 27.2% и 20.0% от контроля. Обработка проростков кукурузы кинетином уменьшала действие газовых сред на содержание всех анализируемых классов фосфолипидов у растений, особенно это проявлялось в условиях СО2-среды. Т аким образом можно считать доказанным, что защитное действие кинетина на растения реализуется за счет способности этого фитогормона поддерживать оптимальное, свойственное данному типу тканей, содержание и соотношение фосфолипидных компонентов растений, испытывающих воздействие различных неблагоприятных факторов внешней среды, включая дефицит кислорода и высокие концентрации диоксида углерода.
Ключевые слова
Статья посвящена изучению хроматографического поведения производных хинолина и тетрагидрохинолина. Цель работы заключалась в исследовании закономерностей сорбции этих соединений из водно-ацетонитрильных растворов на сверхсшитом полистироле методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии. Рассчитаны значения объема, поляризуемости, липофильности и дипольного момента молекул производных хинолина, которые существенно зависят от природы и положения функциональных групп и заместителей в основном ядре. Установлено, что появление функциональных групп и заместителей приводит к увеличению объема и поляризуемости молекул производных хинолина по сравнению с незамещенным хинолином и метилхинолином, а липофильность и дипольный момент при этом изменяются в зависимости от природы заместителя и его положения в основном фрагменте. Получены зависимости сорбционных характеристик от строения и физико-химических свойств сорбатов. Показано, что в соответствии с закономерностями обращенно-фазового варианта жидкостной хроматографии удерживание веществ изменяется симбатно изменению характеристик молекул, ответственных за дисперсионные взаимодействия. При этом присутствие в молекулах атомов галогенов, фенильных радикалов и других заместителей, способных к π-взаимодействиям с поверхностью сверхсшитого полистирола, приводит к значительному возрастанию удерживания, а наличие карбоксильной группы или карбоксиалкилов, склонных к взаимодействию с полярным элюентом, существенно ослабляет удерживание. Появление в молекулах сорбатов сложноэфирной группы в целом значительно увеличивает объем, поляризуемость и липофильность соответствующих производных, но практически не влияет на удерживание, в связи с чем высказано предположение о том, что присутствие карбонильного атома кислорода, способного взаимодействовать с полярными компонентами элюента, нивелирует влияние физико-химических факторов, определяющих сорбцию этих веществ за счет дисперсионных взаимодействий. Т аким образом, несмотря на симбатность в изменении физико-химических параметров исследованных соединений и их удерживания, строгая пропорциональность при этом отсутствует, поскольку, с одной стороны, удерживание сорбатов осуществляется в соответствии с изменением их физико-химических параметров, а с другой стороны, определяется склонностью молекул этих соединений к конкурентным взаимодействиям с компонентами подвижной фазы. Представленные результаты работы могут быть полезны при разработке и оптимизации методик анализа аналогичных по структуре соединений, а также для развития теории сорбции полифункциональных соединений из многокомпонентных растворов и установлению взаимосвязи между характеристиками сорбции, другими физико-химическими параметрами и структурой молекул.
Ключевые слова
Прополис использовался человеком с древнейших времен,был известен в Египте, Греции. Прополис содержит много биологически активных соединений: антиоксидантов флавоноидов, фенольных кислот, витаминов и др. Прополис за счет содержания полифенолов-антиоксидантов обладает высокой антиоксидантной активностью и многими лечебными эффектами: антиканцерогенным, противовирусным, противодиабетическим, антибактериальным. Прополис признан терапевтическим средством с кардиопротекторными, антивоспалительными свойствами. В работе приведены сведения об антиоксидантной активности прополиса из 8 регионов Башкортостана, самой медоносной республики РФ.
Ключевые слова
Методом экстракции в этаноле произведено выделение веществ из отходов производства кокосового волокна (кокосовой пыли) в г. Бенче (Вьетнам), в состав которого входят флавоноиды, таннины, полифенолы, сапонины, алкалоиды, флобатаннины и антрахиноны. Наличие перечисленных соединений подтвердили фитохимическим скринингом. По результатам ИК-Фурье спектроскопии подтверждено наличие атомов кислорода и азота в функциональных группах (O-H, N-H, C-O и т.д.) и ароматических колец, характерных для типичных ингибиторов коррозии. С применением метода масс-спектроскопии показано, что в щелочном растворе без хлоридов на поверхности стали Ст3 формируется пассивная пленка на основе FeOOH. Введение NaCl концентрацией 1.00 моль/дм3 приводит к образованию на всей анализируемой поверхности соединений по типу FeCl, FeCl2Cl- и FeCl3Cl-, при этом пики, характерные для FeOO- не регистрируются. Наибольшая плотность хлоридсодержащих соединений на поверхности стали совпадает с местами образования коррозионных разрушений. Добавка 2.00 г/дм3 экстракта кокосовой пыли в хлоридный раствор предотвращает формирование соединений Fe и Cl на поверхности стали. Регистрируются только пики, характерные для FeOO- и органических фрагментов экстракта, содержащих атомы кислорода. Сформулировано предположение о потенциальном ингибирующем действии экстракта из кокосовой пыли по отношению к локальной (питтинговой) коррозии низкоуглеродистой стали (Ст3) в водных щелочных растворах, моделирующих поровую жидкость бетона, в присутствии хлоридов. Введение экстракта в количестве 2.00 г/дм3 предотвращает образование питтингов при концентрации хлоридов 1.00 моль/дм3. Для стали без добавки выявлены локальные коррозионные разрушения (различимые при увеличении). Полученные результаты являются основой для дальнейшего изучения защитных свойств экстракта из кокосовой пыли в качестве «зеленого» ингибитора коррозии низкоуглеродистой стали в бетоне в присутствии хлоридов.
Ключевые слова
Важную роль в создании всего многообразия современных физиологически активных соединений играет синтез сложно построенных полизамещённых молекул аналогов природных веществ. Эффективные методы дизайна предполагают существенное увеличение молекулярной сложности при минимальном числе стадий. Однако зачастую такой подход включает сложные процессы с участием полифункциональных реагентов, которые, в конечном счете, могут привести к трудноразделимым смесям целевого соединения и ряда побочных продуктов, как нежелательных, так и перспективных. Данная проблема остаётся весьма существенной и при конструировании различных полиазагетеросистем, в том числе с пиразолопиридиновым скелетом, являющимся одним из распространенных фрагментов в структурах природных и синтетических биологически активных соединений. Поэтому актуальной задачей является разработка эффективных методов разделения подобных смесей и очистки целевых соединений. В настоящее время для её решения применяется колоночная хроматография - один из важнейших методов разделения жидких или твердых смесей органических веществ в препаративном масштабе. В данной работе исследованы реакции итаконового ангидрида с замещенными 5-амино-1-фенилпиразолами, предложен хроматографический способ разделения альтернативных продуктов взаимодействия и их идентификация.
Ключевые слова
Несмотря на широкое применение ферментов в различных отраслях промышленности, в первую очередь в пищевой, кожевенной, фармацевтике, косметологии и биомедицине, их низкая стабильность и отсутствие возможности многократного использования обуславливают ограничения их использования. Иммобилизация ферментов, т.е. ограничение степеней свободы их молекул путем фиксации на каком-либо носителе, может способствовать преодолению этих ограничений. Однако взаимодействия с носителем и техника иммобилизации могут влиять на каталитическую способность энзимов. В настоящей работе мы ставим перед собой цель кратко обобщить информацию о способах иммобилизации ферментов на альгиновой кислоте и ее производных и сфокусироваться на адсорбционной иммобилизации и применении таких иммобилизованных на альгинатах ферментных препаратов. Альгиновая кислота представляет собой неразветвленный гетерогенный сополимер, состоящий из 1,4-связанных остатков p-D-маннуроновой кислоты и a-L-гулуроновой кислоты. Иммобилизация ферментов на альгинатных носителях часто приводит к улучшению их стабильности и позволяет многократно использовать биокатализаторы. Адсорбция ферментов на матрицах альгиновой кислоты и ее производных является эффективным процессом в плане выхода иммобилизации, т.е. доля адсорбированного на носителе белка часто превышает 50%. Доступность, биосовместимость, устойчивость к микробной контаминации, нетоксичность и низкая стоимость делают этот полисахарид перспективным кандидатом для использования в качестве носителя для ферментов. Кроме того, собственная биологическая активность альгиновой кислоты обеспечивает ее перспективность как компонента для создания биокатализаторов медицинского или пищевого назначения. Композиты, полученные из природного альгината путем и их комбинации с другими материалами как органическими, так и неорганическими, открывают множество новых сфер применения иммобилизованных ферментов. В работе рассмотрены возможности применения иммобилизованных на альгинате или композитах ферментов, широко используемых в пищевой промышленности. В заключительной части статьи представлены основные выводы, а также обсуждены ограничения промышленного применения альгинатных носителей и возможные способы их решения.
Ключевые слова
Композиционные суперабсорбенты, сочетающие в себе как акрилатные, так и биодеградируемые звенья, являются более экологичными продуктами по сравнению с полностью синтетическими аналогами, однако их равновесная степень набухания, Qe, как правило, ниже, чем у последних. В связи с чем поиск новых подходов по увеличению этого параметра является актуальной задачей современной химии. Перспективным способом решения этой задачи представляется использование пластификаторов низкомолекулярных соединений, повышающих сегментарную и молекулярную подвижность макромолекул. Целью настоящей работы является исследование влияния присутствия дибутилсебацината на сорбционные свойства композиционных суперабсорбентов, содержащих хитозан. Дибутилсебацинат известен как пластификатор многих промышленно значимых полимеров, в том числе, производных целлюлозы, а также является менее токсичным по сравнению с часто применяемыми фталатами. Радикальной осадительной полимеризацией с вещественным инициированием получены суперабсорбенты на основе акриловой кислоты и акриламида, содержащие 10 % масс. хитозана с различными молекулярными массами: 20, 200 и 600 кДа. Структура получаемых суперабсорбентов подтверждена методом ИК-Фурье-НПВО-спектроскопии, а морфология их поверхностей изучена растровой электронной микроскопией. Найдено, что с повышением молекулярной массы используемого полисахарида наблюдается снижение равновесной степени набухания образующегося композиционного суперабсорбента в дистиллированной воде. В случае набухания в 0.15 М растворе NaCl происходит резкое снижение значений Qe. Присутствие дибутилсебацината повышает равновесную степень набухания в дистиллированной воде суперабсорбентов, полученных на основе хитозана с молекулярными массами 200 и 600 кДа. Повышение значений Qe коррелирует с величиной молекулярной массы полисахарида: чем она выше, тем ярче выражен эффект присутствия дибутилсебацината. Исследование кинетики набухания суперабсорбентов показало, что вне зависимости от присутствия дибутилсебацината процесс является двухстадийным: наблюдается этап быстрой и медленной сорбции воды. С использованием математических кинетических моделей показано, что набухание контролируется хемосорбцией, а на медленной стадии набухания существенную роль играет диффузия молекул воды внутри фазы суперабсорбента. Таким образом, использование дибутилсебацината перспективный подход к повышению равновесной степени набухания композиционных суперабсорбентов на основе хитозана с молекулярной массой более 200 кДа.
Ключевые слова
Эрозионные процессы являются главной причиной деградации черноземов, которая происходит в основном в результате потери почвами органического вещества и ухудшения структурноагрегатного состояния. Основная часть органического углерода (Сорг.) сосредоточена в макроагрегатах, поэтому деструкция макроагрегатных фракций является главной причиной потерь Сорг. при развитии эрозионных процессов. Способность почв сохранять водоустойчивую структуру обусловлена сорбцией в них гумусовых веществ, обладающих амфифильными свойствами. В наибольшей степени такими свойствами обладают молодые фракции лабильных гумусовых веществ (ЛГВ), находящиеся в адсорбированном состоянии в микроагрегатах. Следовательно, количественное содержание ЛГВ в структурно-агрегатных фракциях является надежным индикатором их противоэрозионной устойчивости. Целью исследований являлось оценить роль адсорбированных ЛГВ в структурно-агрегатных фракциях черноземов в отношении их противоэрозионной устойчивости. Задачи: провести полевые исследования эродированных черноземов; произвести отбор почвенных образцов и провести в них ряд лабораторных исследований по выявлению сорбционных свойств структурно-агрегатных фракций в отношении Сорг. и ЛГВ; доказать, что сорбция ЛГВ структурно-агрегатными фракциями играет существенную роль в сохранении водопрочной структуры черноземов. Установлено, что в эродированных черноземах происходит деградация структурно-агрегатного состояния, сопровождающаяся ухудшением микроструктурности, снижением количества мезоагрегатов и коэффициента структурности, а также утратой водопрочной структуры. Показано, что сорбция ЛГВ структурно-агрегатными фракциями играет существенную роль в сохранении водопрочной структуры черноземов. Установлено, что главную роль в сорбции Сорг. играют мезоагрегаты размером 5-1 мм, которые быстро утрачиаются почвой приразвитии эрозионных процессов.
Ключевые слова
Гранулометрический состав является фундаментальной характеристикой, оказывающей существенное влияние на многие свойства и режимы почв, в том числе сорбцию и закрепление гумуса элементарными почвенными частицами (ЭПЧ). Главная роль в повышении гумусированности почв принадлежит ЭПЧ размером
Ключевые слова
Неэмпирическим квантово-химическим методом ЛКАО МО были рассчитаны структуры, эффективные числа зарядов и молекулярные орбитали ионных пар и репрезентативные фрагменты сульфокатионообменника в различных ионных формах. Эффективные заряды ионов в соответствии с принципами метода молекулярных орбиталей были дробными величинами. Для контактных ионных пар, где эффективные заряды ионов были экспериментально измерены методом рентгеновской абсорбционной спектроскопии, мы получили полное согласование с рассчитанными величинами. Как в гидраторазделенных ионных парах, так и в ионообменнике числа зарядов катионов и анионов различались в связи с тем, что атомы кислорода гидратных молекул воды влияли на формирование молекулярных орбиталей. По полученным величинам чисел зарядов и межионных расстояний с помощью интегральной формы закона Кулона были рассчитаны энергии электростатического взаимодействия ионов. Экспериментальные величины энергий химических связей противоионов и фиксированных ионов были получены на основе измерений кондуктометрическим контактно-разностным методом удельных электропроводностей катионообменных мембран МК-40 в интервале температур 20-50оС по уравнению Аррениуса. Согласование экспериментальных и рассчитанных энергий химических связей в ионообменнике было достигнуто после добавления к энергии электростатического взаимодействия энергии водородной связи. Для полного неэмпирического расчета энергий химических связей в ионообменнике мы приняли энергию водородной связи как величину возбуждения первого энергетического уровня деформационных колебаний молекул воды (19.4 кДж/моль). Сравнение вклада электростатического взаимодействия в общую энергию связи катионов щелочных металлов с фиксированным ионом показало его малую роль в ионном обмене и мембранном транспорте, так что в первом приближении можно говорить о том, что перенос катионов щелочных металлов определяется разрывом водородной связи. Для катионов большей величины заряда (кальций) электростатическая энергия уже вносит существенный вклад, а для трехвалентных ионов энергии кулоновского взаимодействия и водородной связи близки между собой. Рассмотрен солитонный механизм трансляции энергии деформационных колебаний по цепи молекул воды, позволяющей объяснять снижение энергии при разрыве нескольких водородных связей.
Ключевые слова