Характерной особенностью твердых поверхностей является их пористость (отношение суммарного объема пор к общему объему адсорбента). Природа поверхности адсорбента, размеры и форма его пор влияют на адсорбцию, изменяют ее характеристики, т.е. механизм адсорбции.
Особенности адсорбции на поверхности твердых тел. Твердые поверхности в качестве адсорбентов используются для адсорбции газов или жидкостей, а адсорбционные процессы при этом протекают на границе раздела твердое тело - газ и твердое тело — жидкость. Твердые адсорбенты имеют поры различного размера.
Таблица 1. Характеристика адсорбентов
| Адсорбенты | Пример |
| непористые | сахар, рис, пшено, гречка, некоторые сорта растворимого кофе |
| макропористые | мука, хлеб, сухари, макароны, пастила, зефир |
| мезопористые | минеральные адсорбенты |
| микропористые | активированный уголь |
Адсорбция на микропористых адсорбентах заключается объемном заполнении пространства пор, а адсорбция на мезопористых адсорбентах - в капиллярной конденсации паров адсорбата. Адсорбционная емкость микропор определяется не только их удельной поверхностью, но и объемом самих микропор.
Адсорбция газов. Адсорбция газов на микро- и мезопористых адсорбентах существенным образом отличается от их адсорбции на непористых и макропористых адсорбентах. Для непористых и макропористых адсорбентов наблюдается мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция. В случае порошкообразных адсорбентов различие между ними обусловлено лишь величиной удельной поверхности.
Адсорбция жидкости. Адсорбция на поверхности твердого тела, граничащего с жидкостью, в зависимости от природы адсорбтива и адсорбента и механизма процесса может быть молекулярной, ионной и ионообменной. Молекулярная адсорбция осуществляется из растворов, а адсорбтивом являются молекулы растворенного вещества. К разновидностям молекулярной адсорбции относится адсорбция ПАВ.
|
|
Адсорбция ионов. Адсорбция ионов на твердой поверхности протекает в том случае, когда эта поверхность соприкасается с растворами электролитов. Ионы одного знака удерживаются на твердой поверхности сильнее, чем ионы другого знака, которые остаются в растворе. Удержание ионов твердым телом определяется электростатическими и химическими силами, которые зависят от свойств твердого тела и самих ионов.
Ионообменная адсорбция. Ионный обмен связан с адсорбцией ионов из раствора электролита и десорбции ионов из твердой поверхности (ионита) в раствор. Поэтому ионный обмен называют ионообменной адсорбцией. Иониты представляют собой вещества, способные к ионному обмену при контакте с растворами электролитов. Ионит имеет две группы ионов, одна из них содержится в фазе ионита, а другая способна диссоциировать и является электролитом. По знаку обмениваемых ионов различают катиониты и аниониты.
Таблица 2. Иониты, применяемые в пищевой промышленности
| Тип | Области применения |
| катиониты | производство молока и сахара, умягчение воды, производство пищевых кислот и пектина |
| разделение аминокислот, улавливание пищевых кислот, обесцвечивание сахарорафинадных растворов | |
| аниониты | очистка воды от отрицательно заряженных примесей, понижение кислотности молока |
Применение адсорбционных процессов. Адсорбция газов на твердых поверхностях используется в некоторых отраслях пищевой промышленности, а именно масложировой (например, в производстве маргарина) и в бродильной (например, в производстве дрожжей) для очистки технологических газовых потоков с целью предотвращения выбросов вредных веществ в атмосферу. Поглощение паров воды происходит на пористых веществах, которые выполняют роль твердого адсорбента. Подобные процессы наблюдаются в отношении сахара, соли и сухарей. Адсорбционный способ регулирования газового состава хранилищ скоропортящихся продуктов позволяет в несколько раз сократить потери и увеличить сроки хранения. Адсорбция различных пищевых кислот, лимонной в частности, снижает по сравнению с водой поверхностное натяжение большинства прохладительных напитков. Адсорбция веществ на поверхности раздела жидкость — газ способствует устойчивости пен. Подобный процесс имеет место в бродильной промышленности при производстве дрожжей и некоторых других полупродуктов. Усиление смачивания водой различных поверхностей широко используется в промышленности в качестве сопутствующего процесса при мойке оборудования, подготовке сырья, обработке полуфабрикатов и т.д. Адсорбция на границе твердое тело - жидкость широко применяется при очистке жидкостей (например, диффузионного сока при производстве сахара, растительных масел и соков) от примесей.
|
|
Итак, адсорбция как поверхностное явление находит широкое применение в пищевых отраслях промышленности.
Адсорбция в медицине.
Широкое применение в современном мире адсорбция нашла в медицине. Энтеросорбенты — лекарственные средства различной структуры, осуществляющие связывание экзо- и эндогенных веществ в ЖКТ путём адсорбции, применяются в медицинской практике и повседневной жизни человека очень часто.
|
|
Ещё лекари Древней Руси использовали для с этой целью березовый или костный уголь. Древние римляне также пользовались углем для очистки воды, пива и вина. На протяжении столетий древесным углем и порохом присыпали раны раненым на поле боя. Авиценна впервые предложил методы энтеросорбции с профилактической целью. В своем «Каноне врачебной науки», говоря об искусстве сохранения здоровья, из семи постулатов этого искусства на третье место ставил методы очистки организма от «излишков». В Петербурге в XVIII в., когда были открыты сорбционные свойства углей, Т. Е. Ловиц подвел теоретическую базу под метод энтеросорбции. В 70-80 гг. XX века появились сорбенты нового поколения. Энтеросорбенты были апробированы в клиниках различного профиля при лечении разного рода заболеваний и осложнений. Лечебный эффект сорбента достигается за счет физико–химических свойств сорбирующего вещества.
При различных заболеваниях, при которых применяются сорбенты, наблюдаются явления дисбактериоза. Сегодня считается, что практически все энтеросорбенты улучшают состояние при дисбактериозе. Прямое действие сорбентов – это извлечение, фиксация и выведение из желудочно–кишечного тракта бактериальных токсинов, сорбция эндогенных продуктов секреции и гидролиза, биологически активных веществ (нейропептидов, простагландинов, серотонина, гистамина), сорбция патогенных, условно–патогенных микроорганизмов, вирусов и связывание газов. Опосредованное действие – предотвращение или ослабление токсико–аллергических реакций, профилактика экзотоксикоза, снижение метаболической нагрузки на органы экскреции и детоксикации, коррекция обменных процессов, восстановление целостности и проницаемости слизистых оболочек, улучшение кровоснабжения, стимуляция моторики кишечника. Обширная литература о сорбционных материалах позволяет считать их использование патогенетически обоснованным и очень важным, особенно в условиях роста уровней резистентности микробов к антибактериальным средствам, в том числе и специфическим бактериофагам.
Все препараты энтеросорбенты имеют три общих основных свойства, которые наиболее сильно влияют на различие в показаниях к применению и силе воздействия:
● сорбционная ёмкость — (количество вещества, которое может поглотить сорбент на единицу своей массы)
● способность сорбировать разного размера и массы молекулы и бактериальные клетки, что для энтеросорбентов (в отличие от сорбентов в целом) даже важнее, чем первое.
● активная поверхность энтеросорбента — м.кв./г - общая площадь адсорбирующей поверхности на единицу массы препарата.
Механизм действия энтеросорбентов:
● поглощение токсических веществ, попадающих в желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) извне;
● поглощение токсинов, диффундирующих в просвет кишечника из крови;
● связывание токсических веществ, выделяющихся с пищеварительными соками;
● поглощение токсических метаболитов, образующихся в ЖКТ (индол, скатол и др.);
● фиксация и перенос физиологически активных веществ (ферменты, желчные кислоты и т. д.).
Дополнительными механизмами действия энтеросорбентов являются:
● обволакивающее и цитопротекторное действие;
● структуризация кишечного содержимого;
● образование агрегатов и флокулятов, содержащих микробы и вирусы;
● прямое бактерицидное действие;
● модификация химического состава кишечного содержимого, неблагоприятная для размножения патогенной флоры.
По данным завершившихся экспериментальных исследований, применение сорбентов с максимально большой поверхностью, которая обеспечивается тонкими порами, в состоянии сдвинуть мгновенно все установившиеся равновесия в непредсказуемую сторону. Именно поэтому активные угли потеряли свою значимость в широкой медицинской практике и особенно – в педиатрии.