Презентация - Адсорбция на твердых адсорбентах

Лекция 16 Адсорбция на твердых адсорбентах

План 16.1 Классификация твердых адсорбентов 16.2 Адсорбция на твердых адсорбентах 16.3 Адсорбционная терапия 16.4 Хроматография

16.1 Твердые адсорбенты – это природные или синтетические вещества с развитой внутренней или наружной поверхностью, на которой происходит адсорбция из жидкой или газообразной фазы.

Развитая внутренняя поверхность имеется у пористых веществ, наружная – у веществ в порошкообразном состоянии.

Важнейшей характеристикой твердых адсорбентов является их активная (удельная) поверхность (S a ), выражаемая в м 2 /кг или м 2 /г. S a (активированный уголь) 1 10 3 м 2 /г S a (силикагель) 465 м 2 /г

Классификация твердых адсорбентов 1. Углеродные сорбенты (активирован-ный уголь);

2. Алюмосиликаты – алюминиевые соли поликремневых кислот; Например, каолин (белая глина) AI 2 О 3 Si O 2 2 H 2 O ;

3. Цеолиты – алюмосилика-ты с высоким содержанием натрия и кальция;

4. Силикагели – обезвоженный гель поликремневой кислоты (Si O 2 ) n ;

5 . Оксиды и гидроксиды некоторых металлов: Al 2 O 3 , Al(OH) 3 , Fe 2 O 3 , Fe(OH) 3

целлюлоза, пектин и лигнин, являющиеся важным компонентом питания человека. 6 . Пищевые волокна -

Основные функции пищевого волокна Активируют перистальтику кишечника; 2) Адсорбируют и выводят из организма токсичные вещества;

3) Способствуют росту бактерий, синтезирующих витамины группы В, которые, в свою очередь, предупреждают размножение болезнетворных микроорганизмов, а также образование токсинов и канцерогенов;

4) Связывают тяжелые металлы и радионуклиды в прочные хелатные комплексы, которые легко выводятся из организма.

Пищевое волокно в продуктах питания Продукт г волокна /100 г продукта Миндаль Яблоки Кукуруза Фасоль Тыква Капуста Рис неочищенный 5,1 3,9 3,9 2,2 2,2 1,4 1,3

По мнению диетологов норма потребления пищевого волокна составляет 10-40 г/день . По сравнению с 1900 годом их потребление уменьшилось на 80%.

16.2 Виды адсорбции на твердых адсорбентах Молекулярная адсорбция 2. Избирательная адсорбция электролитов из их растворов 3. Ионообменная адсорбция

Молекулярной называют адсорбцию неэлектролитов и слабых электролитов из жидкой или газообразной фазы твердыми адсорбентами.

Некоторые теории молекулярной адсорбции Название теории Физическая модель Изотерма адсорбции Уравнение изотермы Теория мономолекулярной адсорб - ции Ленгмю - ра ( 1915 ) Неровности являются активными центрами поверхности. Один центр адсорбирует одну молекулу адсорбата. Г Г max С (p) Г K c 1 K c Г Г max 1 K p K p Г max

Некоторые теории молекулярной адсорбции Название теории Физическая модель Изотерма адсорбции Уравнение изотермы Теория полимолекулярной адсорб - ции Поляни ( 1915 ) Поверхность однородна; ее силовое поле притягивает несколько слоев адсорбата С (p) Г

Некоторые теории молекулярной адсорбции Название теории Физическая модель Изотерма адсорбции Уравнение изотермы Теория адсорб- ции БЭТ ( 1935-1940 ) С (p) Г

Для вычисления молекулярной адсорбции используют эмпирическое уравнение Фрейндлиха: æ k с 1/n æ kp 1/ n

æ – масса адсорбата на 1 грамме адсорбента, р – равновесное давление в газовой фазе, с – равновесная концентрация в жидкой фазе, k – константа Фрейндлиха, n – параметр уравнения.

Определение параметров уравнения Фрейндлиха Lg æ Lg c Lg k β tg β 1/n

Адсорбция электролитов из растворов Избирательная Ионоселективная

Избирательная адсорбция электролитов из растворов описывается правилами Панета-Фаянса.

Правило 1 : на твердой поверхности адсорбируются преимущественно те ионы, которые входят в ее состав. Такую адсорбцию можно рассматривать как достраивание кристаллической решетки адсорбента.

а) Ag NО 3 Na Cl Ag Cl (т) Na NO 3 изб. Ag Ag Ag Ag Потенциал-определяю-щий ион (ПОИ) Поверхность адсорбента заряжается положительно

а) Ag NО 3 Na Cl Ag Cl (т) Na NO 3 изб. Cl - Cl - Cl - Cl - Потенциал-определяю-щий ион (ПОИ) Поверхность адсорбента заряжается отрицательно

Правило 2: на заряженной поверхности адсорбируются ионы противоположного знака.

Ag Ag Ag На твердой поверхности формируется двойной электрический слой NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 - Противо-ион (ПРИ) А)

Cl - Cl - Cl - На твердой поверхности формируется двойной электрический слой Na Na N а Na Противо-ион (ПРИ) б)

Способность ионов адсорбироваться на твердых поверхностях зависит: от заряд иона ; чем больше заряд, тем выше адсорбционная способность; от ионного радиуса ; чем меньше радиус, тем ниже адсорбционная способность.

Ионы одного знака и заряда образуют лиотропные ряды : Li Na K Rb Cs Увеличение адсорбционной способности Cl Br NO 3 I CNS OH Увеличение адсорбционной способности

Ионообменная адсорбция - это процесс, в котором твердый адсорбент и раствор обмениваются одноименно заряженными ионами в эквивалентных количествах.

Сорбенты, способные и обмену ионов, называются ионообменниками или ионитами. Иониты Катиониты Аниониты

Катиониты содержат подвижные катионы водорода H или катионы металлов. К ним относятся алюмосиликаты, цеолиты, силикагели, целлюлоза и другие сорбенты: R – H Na R – Na H R – органическая полимерная основа

Аниониты содержат подвижные гидроксид-ионы OH - . К ним относятся основания Fe(OH) 3, Al(OH) 3 и другие сорбенты: R – OH - Cl - R – Cl - OH -

Иониты используются: для обессоливания морской воды, для очистки сточных вод, для очистки фармакологических препаратов

В медицине они применяются: для консервации крови, для беззондового определения кислотности желудочного сока, для детоксикации при отравлениях электролитами

аниониты используются как антацидные препараты, катиониты применяются для лечения отеков, связанных с декомпенсацией сердечной деятельности .

К ионному обмену способны ткани растений и животных. Карбоксильные и фосфатные группы обуславливают анионообменные свойства, аминогруппы – катионообменные свойства.

16.3 Адсорбционная терапия применяется для удаления токсинов и других вредных веществ из организма человека .

В современной медицине твердые сорбенты применяются для проведения: гемо-, лимфо- и плазмо-сорбции, энтеросорбции

Гемо-, лимфо- и плазмосорбция – это методы очистки крови и других биологических жидкостей путем их пропускания через колонки с активированным углем и другими сорбентами (применяется с 60-х годов 20 в.)

Энтеросорбция – это метод лечения, основанный на связывании и выведении из ЖКТ токсичных веществ и аллергенов.

Энтеросорбенты – лекарственные препараты различной природы осуществляющие связывание токсинов в ЖКТ путем адсорбции, ионного обмена и комплексообразования.

«Будущее не за вводящей, а за выводящей медициной» проф. Ю. М. Лопухин

15.4 Хроматографический метод анализа (от греческого "хроматос" - цвет ) разработан русским ботаником М. С. Цветом в 1903 г.

Цвет установил, что зеленый пигмент растений хлорофилл состоит из нескольких веществ. При пропускании экстракта зеленого листа через колонку, заполненную порошком мела, и промывании ее эфиром он получил несколько окрашенных зон, что говорило о наличии в экстракте нескольких веществ.

Развитие хроматографических методов началось в 30-ые годы, когда возникла потребность в новом методе разделения и очистки веществ, разлагающихся при нагревании.

Хроматография – это физико-химический метод разделения веществ, основанный на их распределении между двумя не смешивающимися фазами, одна из которых является неподвижной, а другая - подвижной.

Неподвижная фаза представляет собой поверхностно-активное твердое тело или жидкость, закрепленную на поверхности инертного твердого носителя.

Подвижная фаза - газ или жидкость, которые проходят через слой неподвижной фазы.

Вещество подвижной фазы непрерывно вступает в контакт с новыми участками сорбента и частично адсорбируется, а адсорбированное вещество контактирует со свежими порциями подвижной фазы и частично десорбируется.

Хроматография - процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента.

Классификация методов хроматографии По агрегатному состоянию фаз. По доминирующему механизму взаимодействия фаз.

Классификация по агрегатному состоянию фаз Непод-вижная фаза Подвижная фаза газообразная жидкая Твердая Жидкая Газо-адсорбционная хроматография (ГАХ) Распределитель-ная газо-жидкост-ная хроматография (ГЖХ) Жидкостно-адсорбционная хроматография (ЖАХ) Распределитель-ная жидкостно-жидкостная хроматография (ЖЖХ)

Классификация по доминирующему механизму а) Адсорбционная хроматография - процесс разделения основан на различной способности веществ анализируемой смеси адсорбироваться на твердом адсорбенте. Подвижной фазой служит жидкость или газ.

б) Распределительная хроматография – процесс разделения компонентов смеси основан на различной растворимости веществ в двух несмешивающихся жидкостях.

в) Ионообменная хроматография основана на обратимом обмене ионов между раствором и ионообменником.

Гель - хроматография – неподвижной фазой является малоактивный материал (гель), способный удерживать молекулы вещества определенных размеров и форм, и разделять их по способности проникать в поры геля.

Аффинная (биоспецифическая) хроматография основана на свойстве ВМС и других биологически активных соединений "узнавать" в любой смеси "свои" строго определенные вещества и взаимодействовать с ними. Так фермент "узнает" свой субстрат, антиген "узнает" антитело, гормон - "свой" рецептор.

Хроматографию широко применяют в медико-биологических исследованиях: Анализ крови на присутствие алкоголя, наркотиков, допинг-контроль.

Исследование состава липидов крови, что привело к пониманию проблемы атеросклероза Изучение возбудителей инфекционных заболеваний или гнойно-воспалительных процессов.

В настоящее время в ведущих лабораториях изучают метаболические профили биосред: крови, мочи, слюны, выдыхаемого воздуха. В одном анализе определяют несколько сотен компонентов. Профили несут в себе информацию о том, какие лекарства получал человек, какие заболевания перенес и т.д.

Благодарим за внимание!!!