Введение к работе
Актуальность темы. Изучению коллоидно-химических
закономерностей протекания процессов в дисперсных системах, содержащих БАВ, в последнее время посвящено много работ. Это связано с большой ролью таких систем в жизнедеятельности растительных и животных организмов. БАВ находят широкое практическое применение в таких областях, как медицина, фармакология, агро- и пищевой промышленностях. Исследование взаимодействия в данных системах способствует развитию теории специфической адсорбции БАВ на твёрдой поверхности.
Одними из наиболее жизненноважных БАВ являются белки. Белки -это сложные природные полимеры, в состав которых входят различные аминокислоты, в большой степени определяющие характер их взаимодействия с поверхностью.
Поэтому представляет интерес изучение механизма специфической адсорбции простейших аминокислот в зависимости от их природы и кислотно-основных свойств на модельных системах.
В качестве модельных систем можно использовать оксиды металлов, так как их электроповерхчостные свойства в водных растворах простых электролитов хорошо изучены. Особый интерес представляет оксид железа (III), поскольку железо относится к "металпам жизни" и входит в состав клеток крови. Одной из важнейших проблем является вывод токсичных веществ из организмов растительного и животного происхождения. К этим веществам относятся никель и его оксид. Например, взаимодействие никеля с аминокислотами вызывает сильнейшие аллергические реакции в организме человека.
Несмотря на активное изучение дисперсных систем содержащих БАВ, механизм их взаимодействия с твёрдой поверхностью остаётся неясен. В связи с этим представляется интересным изучить специфическую адсорбцию аспарагиновой кислоты, зспарагина и глицина из водных растворов на поверхности оксидов железа (III) и никеля (II).
Основной целью работы являлось экспериментальное
исследование специфической адсорбции из водных растворов простейших БАВ: аспарагиновой кислоты, глицина, аспарагина на поверхности оксидов никеля (II) и железа (III) (использовались порошки оксидов) в зависимости от состава водной фазы (концентрации аминокислот, рН) и времени адсорбции.
Для достижения цели потребовалось решить следующие задачи: - провести анализ изменения во времени контакта фаз (tk) электрокинетического потенциала (Q дисперсий Fe203 и МО в водных
растворах аспарагиновой кислоты, глицина, аспарагина и выбрать значение t Л отвечающее выходу С, на постоянную величину.
определить (^-потенциал Fe203(NiO) в водных растворах выбранных аминокислот и НС1 при соответствующем t*k в зависимости от фиксированных значений рН и концентрации данных аминокислот в водной фазе;
провести анализ адсорбции аспарагиновой кислоты путем сопоставления результатов измерения количества адсорбированной аминокислоты на поверхности Fe2C>3 и МО в зависимости от tk и концентрации водных растворов аспарагиновой кислоты (Сак);
выявить роль кислотно-основных свойств аминокислот на электроповерхностные свойства оксидов железа (III) и никеля (И);
- исследовать возможность образования комплексных соединений в
водных растворах глицина с катионами Fe3+ и Ni2', а также оценить
взаимодействие между компонентами в растворе.
Научная новизна. 1. Впервые получен банк экспериментальных данных, характеризующих сдвиг рНдЭТ и кинетику изменения С, после контакта Ре2Оз и МО с водными растворами аминокислот в зависимости от их концентрации и рН.
2. Доказан специфический характер адсорбции аминокислот на Fe203
иМО.
-
Установлено, что определяющая роль в механизме адсорбции продиктована не видом аминокислоты, а её ионным состоянием в растворе и на поверхности Fe203 превалирует специфическая адсорбция анионных форм аминокислот, а на МО - катионных.
-
Предложен механизм адсорбции анионных и катионных форм аминокислот, заключающийся в образовании донорно-акцепторной связи между атомами металла на поверхности оксидов и, атомами азота аминогруппы в случае анионных форм, а в случае катионных форм -атомами кислорода карбоксильной группы.
5. Впервые проведены исследования адсорбции (Г) аспарагиновой
кислоты на поверхности FeiOi и МО в зависимости от концентрации и tk.
6. Установлено, что появление ОН-групп в поверхностном
комплексе оксида железа (III) способствует увеличению Г аспарагиновой
кислоты.
7.Доказано, что влияние аминокислот на величину (^-потенциала, рНют на FC2O3 и МО определяются изменением кислотно - основных свойств в ряду аспарагиновая кислота -> аспарагин —> глицин.
8. Основываясь на спектрофотометрических измерениях в водных растворах глицина, сделан вывод об образовании комплексов между Fe 3 (М+2) и глицином, что подтверждает возможность специфической адсорбции на FC2O3 и NiO.
Практическая значимость. Интерес к данным исследованиям обусловлен важной ролью взаимодействия аминокислот с жизненно важными металлами в биологических процессах, а также широкими перспективами их использования в фармакологии, медицине, агро- и пищевой промышленностях; при этом одними из наиболее значимых являются процессы происходящие в поверхностном слое оксидов металлов.
Исследования адсорбции аминокислот на поверхности оксидов переходных металлов позволяют понять и объяснить механизм специфической адсорбции как аминокислот, так и белков, определяющий такие важные биологические процессы, как закрепление и транспорт лекарственных препаратов, вывод токсичных органических веществ и металлов из живых организмов. Поэтому такие исследования необходимы.
Апробация работы и публикации. Результаты работы были представлены на: Международной конференции "XVI European Chemistry at Interfaces Conference" (Russia, Vladimir, 14-18 May, 2003); XI конференции "Поверхностно-активные вещества - наука и производство" (Россия, Белгород, 3-7 сентября, 2003); II Международной конференции "Коллоид - 2003" (Беларусь, Минск, 20 - 24 октября, 2003); III научной сессии учебно-научного центра химии (УНЦХ) (Россия, Санкт-Петербург, 27-28 октября, 2004); IV Международной конференции "Химии высокоорганизованных веществ и научные основы нанотсхнологии" (Россия, Санкт-Петербург, 28 июня - 2 июля, 2004). По материалам диссертации опубликовано 2 статьи и 4 тезиса докладов.
Положения, выносимые на защиту;
Экспериментальные данные, отражающие кинетику изменения С-погенциала оксидов Ni (И) и Fe (III) в водных растворах аминокислот при естественных рН (изменяющихся во времени естественным путем) в зависимости от tk.
Экспериментальные данные, отражающие изменения л-потенциала оксидов Ni (II) и Fe (III) в водных растворах аминокислот в зависимости от фиксированных значений рН (3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6) и от концентрации растворов аминокислот (102, 10~3, 10"4 моль/л).
Подтверждение специфической адсорбции всех изученных аминокислот сдвигом рНитг NiO и FejCh.
Представления о механизмах адсорбции аминокислот в зависимости от их ионного состояния в растворе и природы металла оксида.
Экспериментальные данные, отражающие изменения величины Г аспарагиновой кислоты в зависимости от t^ при естественных значениях рН и от концентрации аминокислоты.
Экспериментальные данные, отражающие влияние кислотно-основных свойств на электроповерхностные свойства е2Оъ и NiO.
Экспериментальные данные, устанавливающие наличие комплексов в растворах глицина с катионами Fe3' (Ni2*), что подтверждало образование поверхностных комплексов и анализ состава соответствующих координационных соединений.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа объемом
