Живые организмы представляют собой системы с очень развитыми поверхностями раздела, к которым относят кожные покровы, поверхность стенок кровеносных сосудов, слизистые оболочки, клеточные мембраны, мембраны ядер, митохондрий, лизосом.
Поверхностькожи взрослого человека составляет ~ 2,0 м2,
эритроцитов ~ 2500—3800 м2,
капилляров печени ~ около 400 м2,
альвеол ~ около 90-120 м2,
скелета ~ около 2 тыс. км2.
Ионная адсорбция
Основное влияние – радиус гидратированного иона.
Li+>Na+>K+>Rb+>Cs+
Последние члены лиотропных рядов адсорбируются лучше!
Многозарядные ионы адсорбируются лучше!
Правило Панета-Фаянса
В первую очередь из растворов адсорбируются те ионы, которые входят в состав кристаллической решетки адсорбента(или изоморфны с ней - HS-, S2- на поверхность As2S3)
Явление избирательной адсорбции токсинов тканями и клетками наблюдаются в организме человека:
ü токсины возбудителей столбняка и ботулизма поражают ЦНС;
ü токсины возбудителей дизентерии – вегетативную нервную систему.
Введение в организм цианистых соединений (СN-) вызывает смерть через несколько секунд вследствие блокады железосодержащих дыхательных ферментов.
Ионообменная адсорбция - процесс, в котором адсорбент и раствор обмениваются между собой в эквивалентных количествах одноименно заряженными ионами.
Ионообменные смолы, или иониты, разделяют на
катиониты аниониты
Весовая обменная емкость Гвес - число ммоль-эквивалентов ионов, поглощенных 1 г сухого ионита (ммоль-экв/г), находящимся в равновесии с раствором определенной концентрации.
Динамическая обменная емкость Гполн. – число ммоль-экв ионов, поглощенных 1 г сухого ионита при полном поглощении ионов в динамических условиях.
Н+(кат)+Nа+(р-р) ↔ Н+(р-р)+Nа+(кат)
Определение динамической обменной емкости ионита(микроаналог схемы опреснения воды)
Н+(кат)+Nа+(р-р) ↔ Н+(р-р)+Nа+(кат)
Выходные кривые обмена H+ на Na+
Иониты после использования легко регенерируются посредством обработки кислотой или щелочью
Применение ионитов
1. Разделение и очистка аминокислот и белков:(пепсин (рI=2), химотрипсин (рI=8.6) помещаются в аммиачный буфер с рН = 8.4. Пепсин заряжается отрицательно (рН>рI) и при пропускании смеси через катионит не вступает в реакцию обмена. Положительно заряженный химотрипсин (рН<рI) будет адсорбироваться на катионите
2. Консервирование крови
3. Изменение солевого состава молока
4. Лечение отеков и ацидоза
5. Очистка сточных вод
6. Удаление ионов металлов (Fe3+, Cu2+ и Ca2+), вызывающих помутнение вин
7. Опреснение воды
Хроматография
Хроматография - динамический метод анализа, основанный на многократно повторяющихся процессах адсорбции и десорбции.
Скорость перемещения отдельных компонентов смеси вдоль неподвижной фазы связана с различным характером взаимодействия в системе: «вещество–подвижная фаза–неподвижная фаза».
Адсорбент не должен вступать в химическую реакцию и проявлять свойства катализатора
Вещества распределяются по высоте колонки в зависимости от адсорбционных свойств: плохо адсорбирующиеся вещества
выходят из колонки первыми.
Виды хроматографии
1. Адсорбционная
Основана на различии в адсорбционных свойствах разделяемых веществ.
Хорошо адсорбирующиеся компоненты перемещаются с низкой скоростью.
а) бумажная
Хроматографическое разделение чернил на компоненты
в водно-метанольной смеси
б) колоночная
в) тонкослойная
Хроматография на пластинке в тонком слое сорбента.
2. Распределительная хроматография
Основана на различной растворимости вещества в неподвижной фазе (жидкость) и в подвижной фазе
(жидкость или газ)
Первыми из колонки выходят плохо растворимые вещества!
3. Молекулярно-ситовая хроматография (гель-фильтрация, гель-хроматография)
В качестве стационарной фазы используют молекулярные сита - пористые гели агарозы, полиакриламида и декстрана (сефадексы).
Крупные молекулы, не попадая в поры, перемещаются вдоль стационарной фазы быстрее, чем мелкие.
Схема гель-хроматографии:
1 – на колонку с гелем (сферические светлые частицы)
нанесен исследуемый раствор;
2 – после промывания колонки растворителем.
Схема фракционированияполимеров.
Из гель-хроматограммы видно, что вещества
из колонки выходят в следующем порядке:
1) декстран (Мr=2000000); 2) альбумин (Мr=65000); 3) инсулин (Мr=5000).
4. Афинная хроматография (биоспецифическая)
Основана на специфичности взаимодействия ферментов.
Стационарная фаза содержит либо фермент, либо субстрат.
Иммобилизация -закрепление веществ на твердой поверхности адсорбента-носителя (силикагели, силохромы)
Иммобилизованные ферменты можно многократно применять в проточных системах, и они не теряют активности при длительном хранении (до полугода).
Из анализируемой смеси с высокой степенью специфичности будет «вылавливаться» партнер соответствующей
фермент-субстратной реакции.
Размеры каждого кармана и природа образующих его радикалов определяют тип аминокислотной цепи, которую он удерживает лучше всего.
Иммобилизация уреазы широко применяется при аналитическом определении мочевины и в аппарате «искусственная почка».
Для удаления токсических веществ из биологических жидкостей через адсорбент пропускают:
кровь – гемосорбция (гемоперфузия);
плазму – плазмосорбция (плазмоперфузия);
лимфу – лимфосорбция (лимфоперфузия).
Клиренс - объем крови, полностью очищаемый в данном аппарате за единицу времени при заданной объемной скорости крови или среды.
Принцип афинной хроматографии в сочетании с абсорбцией используется в марлевых повязках
Современные активные медицинские сорбенты можно разделить на четыре группы:
1. Дренирующие сорбенты - обеспечивают отток раневого отделяемого и микрофлоры со дна раны;
2. Биологически активные сорбенты – содержат иммобилизованные в их структуре лекарственные вещества;
3. Избирательные сорбенты - необратимо адсорбируют микрофлору в пористой структуре;
4. Комбинированные сорбенты - это перевязочные средства, содержащие различные по механизму действия сорбенты.
5. Ионообменная хроматография
Разделение вещества связано с различием термодинамических констант ионного обмена определяемых ионов.
Уравнение Б.П.Никольского:
где x1 и x2 – количество поглощенных ионов
(мг-экв/г);
a1 и a2 – активности ионов;
z1 и z2 валентности ионов;
K – константа обмена.
6. Газо-адсорбционная хроматография
Степень разделения зависит от:
ü длины колонки;
ü природы адсорбента;
ü природы адсорбтива;
ü температуры.
Типичная запись показаний прибора при хроматографическом разделении газов.
Первыми из колонки выходят газы, которые адсорбируются хуже.
tуд – время удерживания - качественная характеристика;
S - площадь пика - количественная характеристика.
7. Газо-жидкостная хроматография
На твердый адсорбент наносится тончайший слой растворителя, что позволяет разделять жидкие смеси
Хроматограмма смеси изомерных ксилолов.
Разделение великолепное:
Пики, соответствующие изомерам, далеко отстоят друг от друга.