Презентация на тему "1. Поверхностные явления. Основные понятия."

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Поверхностные явления 1. Поверхностные явления. Основные понятия. 2. Адсорбция на жидких адсорбентах.Поверхностно-активные вещества. 3. Адсорбция на твердых адсорбентах. 4. Капиллярная конденсация. 5. Электролитная адсорбция. 6. Ионообменная адсорбция. 7. Хроматография. Лектор: доцент, Вера Васильевна Мугак Авторы презентации: профессор, Ирина Петровна Степанова; доцент, Вера Васильевна Мугак. ОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯКАФЕДРА ХИМИИ

• 
  Слайд 2

  1. Поверхностные явления. Основные понятия.

• 
  Слайд 3
  

  Современная КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ представляет собой одну из важнейших и самостоятельных частей физической химии и включает в себя два основных раздела: физическую химию поверхностных явлений и физическую химию дисперсных систем.

• 
  Слайд 4
  

  Современная коллоидная химия — это наука на стыке химии, физики, биологии. Раздел «Поверхностные явления» в курсе коллоидной химии занимает центральное место, в связи с тем, что является основой для понимания свойств дисперсных систем.

• 
  Слайд 5

  Медико-биологическое значение темы

  Усвоение питательных и лекарственных веществ Абсорбция Распределение Метаболизм Экскреция

• 
  Слайд 6

  Абсорбция

  Перенос О2 и СО2 из лёгких к тканям Газовый обмен в лёгких

• 
  Слайд 7
  

  Ферментативный катализ Адсорбция

• 
  Слайд 8
  

  Ферментативный катализ Субстрат адсорбируется на активных центрах фермента.

• 
  Слайд 9
  

  Адсорбция Поглощение сорбентами ядовитых веществ в желудочно-кишечном тракте

• 
  Слайд 10

  Детоксикация организма:а) Гемосорбция б) Лимфосорбция

  Адсорбция

• 
  Слайд 11
  

  Хроматография: - разделение смесей аминокислот; - очистка лекарственных препаратов; - количественное определение витаминов, гормонов; - диагностика заболеваний Адсорбция

• 
  Слайд 12

  Медико-биологическое значение темы

  Большинство лекарственных форм являются дисперсными системами с большой поверхностью: порошки, таблетки, эмульсии, суспензии, мази.

• 
  Слайд 13
  

  Многие процессы фарм. технологии - испарение, сублимация и конденсация, адсорбция, гетерогенный катализ и химические реакции протекают на границе раздела фаз.

• 
  Слайд 14
  

  Вопросы рациональной технологии, стабилизации, хранения, повышения эффективности терапевтического действия лекарств неразрывно связаны исследованиями поверхностных явлений.

• 
  Слайд 15

  Поверхностные явления. Основные понятия

  Поверхностные явления –это процессы протекающие на границе раздела фаз, обусловленные особенностями состава и строения поверхностей.

• 
  Слайд 16
  

  Поверхность раздела фаз - слой от одного до нескольких молекулярных диаметров, возникающий на границе раздела фаз. Существует 5 типов: Т-Г, Т-Ж, Т-Т, Ж-Г, Ж-Ж.

• 
  Слайд 17
  

  Поверхность раздела фаз характеризуется следующими параметрами: Удельная поверхность фазы Sуд. Свободная поверхностная энергияGs Поверхностное натяжение σ

• 
  Слайд 18
  

  Sуд = S / V или Sуд = S / m [м2/м3 = 1/м или м2/кг] Она зависит от кривизны поверхности дисперсности фаз. Удельная поверхность фазыSуд – это величина, равная отношению площади поверхности к её объему или массе.

• 
  Слайд 19

  Поверхностная энергия

  Всякая поверхность характеризуется запасом так называемой поверхностной энергии (GSили F). В эту систему превращается работа, затрачиваемая на образование поверхности раздела. Ее создают некомпенсированные силовые поля частиц поверхностного слоя, которые направлены в окружающую среду.

• 
  Слайд 20
  

  Поверхностная энергия (GS) зависит от величины поверхностного натяжения (σ) и площади поверхности (S). Эта зависимость выражается уравнением: GS = σS где, GS - [Дж (н м)], σ - [н м-1], S - [м2].

• 
  Слайд 21

  Поверхностное натяжение

  В свою очередь, величина поверхностного натяжения определяется изменением энергии Гиббса (∆GS), приходящейся на единицу поверхности (∆S): σ = ∆GS/∆S. Поверхностное натяжение (σ)равно работе, которую нужно совершить для создания единицы поверхности [Дж/м2].

• 
  Слайд 22
  

  Факторы влияющие на поверхностное натяжение: природа граничащих фаз температура давление концентрация растворенного вещества

• 
  Слайд 23
  

  Правило Ребиндера: Чем больше разность полярностей фаз (ж-ж, ж-г), тем больше поверхностное натяжение на их границе раздела. Зависимость поверхностного натяжения от природы граничащих фаз. σ(Н2О)=72,8 Дж/м2; σ(сыворотки крови)=45,4 Дж/м2).

• 
  Слайд 24
  

  Зависимость поверхностного натяжения от разности полярностей фаз в системе жидкость-жидкость.

  Поверхностное натяжение

• 
  Слайд 25

  Влияние температуры на поверхностное натяжение

  С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается. Температура, при которой поверхностное натяжение обращается в ноль, называется критической. При этом исчезает различие между двумя агрегатными состояниями вещества.

• 
  Слайд 26
  

  При температурах, далеких от критической зависимость близка к линейной: σ = σ0 + β(Т – Т0), где, σ и σ0 – поверхностное натяжение при температуре Т и Т0 соответственно.

• 
  Слайд 27

  Поверхностные явления. Основные понятия

  Поверхностная энергия подчиняется основным законам ТД: Согласно первому закону ТД: поверхностная энергия может переходить в химическую, электрическую и свободную энергию Гиббса. Согласно второму закону ТД: поверхностная энергия может быть причиной самопроизвольных процессов, определяемых уменьшением энергии Гиббса.

• 
  Слайд 28

  Смачивание

  Смачивание - разновидность адгезии, относящаяся к взаимодействию типа Г-Ж. Адгезией (прилипанием, сцеплением) называют притяжение между разнородными конденсированными телами при их молекулярном контакте.

• 
  Слайд 29

  Виды смачивания:

  иммерсионное смачивание, имеющее место при полном погружении твердого тела в жидкость; в таком случае в смачивании участвуют две фазы: жидкость и твердое тело; контактное смачивание, протекает с участием трех фаз: твердой, жидкой, газообразной (например, капля жидкости на твердой поверхности).

• 
  Слайд 30

  Контактное смачивание

  Каплю жидкости помещают на твердую поверхность. Капля принимает такую форму, при которой по ее контуру устанавливается равновесие сил поверхностного натяжения.

• 
  Слайд 31

  Смачивание

  Количественной мерой процесса смачивания может служить угол, образованный каплей и твердой поверхностью – краевой угол смачивания Θ. Считается, что жидкость смачивает поверхность, если Θ

• 
  Слайд 32
  
• 
  Слайд 33
  

  Контактное смачивание По этому признаку твердые поверхности разделяются на гидрофильные - смачиваются водой и другими полярными жидкостямии гидрофобные - избирательно смачиваются неполярными жидкостями. Гидрофильная поверхность Гидрофобная поверхность

• 
  Слайд 34

  Капля воды на гидрофобной поверхности без ПАВ, и в его присутствии

  Контактное смачивание

• 
  Слайд 35

  2. Адсорбция на жидких адсорбентах.Поверхностно-активные вещества.

• 
  Слайд 36

  Сорбция

  Уменьшение свободной поверхностной энергии гетерогенной системы может происходить за счет сорбции (от лат. Sorbeo– поглощаю) различных веществ из окружающей среды.

• 
  Слайд 37

  Сорбция.Основные понятия

  Сорбент – поглотитель Сорбтив (сорбат) – поглощаемое вещество Сорбция – процесс поглощения одного вещества другим

• 
  Слайд 38
  

                                              Адсорбция – поглощение поверхностью сорбента. Абсорбция – поглощение всем сорбентом. Сорбция. Основные понятия

• 
  Слайд 39
  

  Адсорбция Абсорбция ФАЗА I ФАЗА 2 ФАЗА I ФАЗА 2

• 
  Слайд 40
  

  Абсолютная адсорбция (А) - это количество вещества сорбата в поверхностном слое адсорбента толщиной h, в расчете на единицу поверхности.А = n/S = hn/V= hC; [А] = моль/м2

  Количественные характеристики адсорбционных процессов

• 
  Слайд 41
  

  Удельная адсорбция (а) - это количество вещества сорбата в поверхностном слое адсорбента, отнесенное к массе адсорбента. Она используется в тех случаях, когда затруднительно измерить S поверхности.а = n/m; [а] = моль/кг

  Количественные характеристики адсорбционных процессов

• 
  Слайд 42
  

  Избыточная адсорбция (Г) - это избыток сорбата в поверхностном слое, по сравнению с таким же слоем в объемной фазе. [Г] = моль/м2

  Количественные характеристики адсорбционных процессов

• 
  Слайд 43
  

  Процесс адсорбции Адсорбент Адсорбат Адсорбтив

• 
  Слайд 44

  Адсорбция

  Адсорбция характеризуется обратимостью и высокой скоростью. Процесс обратный адсорбции называется десорбцией. В зависимости от характера взаимодействия частиц сорбента и сорбтива сорбция бывает чисто физическая (за счет сил Ван-дер-Ваальса) и химическая (когда происходит химическое взаимодействие).Химическую сорбцию называют хемосорбцией.

• 
  Слайд 45

  Адсорбция на жидких адсорбентах

  Об адсорбционной способности жидких адсорбентов судят либо по величине поверхностного натяжения, либо по величине адсорбции. Адсорбция на жидких адсорбентах встречается в системах: ж – г, ж – ж, ж – т.

• 
  Слайд 46
  

  а = (Со – С) V/S, где, а – величина адсорбции (удельная сорбционная емкость) [ммоль м-2]; Со – начальная концентрация адсорбата [ммоль дм-3]; С – равновесная концентрация адсорбата [ммоль дм-3]; V – объем жидкой фазы [дм3]; S – площадь поверхности адсорбента [м2].

• 
  Слайд 47

  Изотерма избыточной адсорбции Гиббса

  1 2 Г С Г Зависимость величины адсорбции от концентрации адсорбата называют изотермой адсорбции. Полное насыщение поверхности

• 
  Слайд 48

  Адсорбция на жидких адсорбентах

  газ вода 2. Высокие С газ вода «частокол Лэнгмюра» С увеличением концентрации адсорбируемого вещества величина адсорбции возрастает и достигает максимального значения при полном насыщении поверхности.

• 
  Слайд 49

  Уравнение Гиббса

  Математически эта взаимосвязь характеризуется уравнением Гиббса: [ммоль м-2], где Г - количество адсорбированного вещества [ммоль/м2], С – равновесная молярная концентрация адсорбата [моль/л], R - универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура.

• 
  Слайд 50

  Поверхностная активность

  Мера поверхностной активности (g) - способность растворенного вещества изменять поверхностное натяжение. По знаку величины g вещества разделяют на поверхностно-активные (ПАВ), поверхностно-инактивные (ПИВ) и поверхностно-неактивные (ПНВ).

• 
  Слайд 51

  Адсорбция на жидких адсорбентах

  Поверхностно-активные вещества (ПАВ) обладают низким поверхностным натяжением ( 0. ПАВ вызывают положительную адсорбцию, так как они не растворяются в жидком адсорбенте, а концентрируются в поверхностном слое. ПАВ: спирты, органические кислоты, сложные эфиры, белки, холестерол, жиры, липиды, мыла.

• 
  Слайд 52

  Строение молекулы ПАВ:

  Молекула ПАВ состоит из: неполярной гидрофобной углеводородной группы (“хвост”) полярной гидрофильной группы (“голова”): -ОН, -СООН, -С(О)-О,-NН2; -SО3H. “хвост” “голова”

• 
  Слайд 53

  Правило Траубе-Дюкло:

  При удлинении цепи на группу -СН2 - в гомологическом ряду способность к адсорбции возрастает в 3,2 раза. НСООНСН3СООН СН3СН2СООН СН3СН2СН2СООН σ с

• 
  Слайд 54

  Правило Ребиндера

  газ вода В адсорбционном слое молекулы ПАВ располагаются упорядоченно в соответствии с правилом Ребиндера: На границе раздела полярные группы молекул ПАВ ориентируются в сторону более полярной фазы, а углеводородный радикал – в сторону менее полярной фазы.

• 
  Слайд 55

  ПАВ

  Это свойство молекул ПАВ широко распространено в природе, по этому принципу устроены клеточные мембраны. 3. Адсорбция на твердых адсорбентах.

• 
  Слайд 56
  

  Например, на процессы усвоения жиров в организме влияют соли желчных кислот, которые, обладая очень низким поверхностным натяжением, являются прекраснымиэмульгатарами жиров (жиры в виде эмульсий лучше усваиваются).

• 
  Слайд 57
  

  ПАВ широко используются в фармации в качестве основы для приготовления мазей, свечей, эмульсий, а также солюбилизаторов. Солюбилизация – растворение органических веществ в углеводородной части ПАВ. Это позволяет перевести в водный раствор жирорастворимые вещества.

• 
  Слайд 58

  Адсорбция на жидких адсорбентах

  Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ) обладают высоким поверхностным натяжением ( > 0). Следовательно, а

• 
  Слайд 59

  ПАВ, ПИВ, ПНВ

  Поверхностно-неактивные вещества (ПНВ):не изменяют поверхностное натяжение растворителя. = О. ПНВ: сахароза.

• 
  Слайд 60

  Изотерма поверхностного натяжения

  ПИВ ПНВ ПАВ σ с

• 
  Слайд 61

  3. Адсорбция на твердых адсорбентах.

• 
  Слайд 62
  

                                              Центры адсорбции Адсорбция на твердых адсорбентах встречается в системах: т – г, т – ж. Адсорбция на твердых адсорбентах

• 
  Слайд 63

  Адсорбция на твердых адсорбентах

  Величина адсорбции для твердых сорбентов рассчитывается по формуле: a = (Со – С) V / m, где a – величина адсорбции [ммоль кг-1]; Со – начальная концентрация адсорбата [ммоль дм-3]; С – равновесная концентрация адсорбата [ммоль дм-3]; V – объем раствора адсорбата [дм3]; m – масса сорбента [кг].

• 
  Слайд 64
  

  Величина адсорбции зависит от: Размера поверхности адсорбента (↑ S ↑ Г). 2. Температуры (↑t ↓Г ). 3. Типа сорбента, его сродства к растворителю. 4. Заряда адсорбента и адсорбтива. 5. Концентрации адсорбтива.

• 
  Слайд 65
  

  Твердые сорбенты делят на гидрофильные (глины, силикагели) и гидрофобные (угли, графит, тальк, парафин). По принципу подобия на неполярных адсорбентах лучше адсорбируются неполярные вещества, на полярных – полярные. Наибольшей сорбционной емкостью обладают сорбенты с большой поверхностью. Сорбенты с размерами пор от 2 до 200 нм (например, углеродные) используют для гемосорбции.

• 
  Слайд 66
  

  Адсорбционное равновесие на пористых адсорбентах Адсорбированные молекулы Равновесие Пора Начало Позднее Ламинарный пограничный слой

• 
  Слайд 67

  Эмпирическое уравнение Г. Фрейндлиха:

  Адсорбция на твердых адсорбентах Уравнение Фрейндлиха в линейной форме:

• 
  Слайд 68

  Изотерма адсорбции Фрейндлиха

  Адсорбция на твердых адсорбентах

• 
  Слайд 69
  

  Линейная изотерма Фрейндлихапозволяет определить графически константы уравнения К и 1/n. Отрезок оси ординат, отсекаемый прямой, равен In К. По наклону прямой можно вычислить константу 1/n, которая равна тангенсу угла α. Адсорбция на твердых адсорбентах

• 
  Слайд 70
  

  В 1915 г Ленгмюр предложил теорию мономолекулярной адсорбции, которая справедлива для широкого интервала концентраций и для границ раздела, как подвижных (ж - г, ж - ж),так и твердых (т - г, т - ж).

  Адсорбция на твердых адсорбентах

• 
  Слайд 71

  Основные положения теорииЛенгмюра:

  Адсорбционные силы подобны «валентным силам» действуют на малых расстояниях. Адсорбционной активностью обладает не вся поверхность адсорбента, а лишь определенные активные центры, расположенные на выпуклых участках поверхности. Молекулы фиксируются на адсорбционных участках и не взаимодействуют друг с другом.

• 
  Слайд 72
  

  Изотерма адсорбции Ленгмюра:I - начальный линейный участок: при малых концентрациях адсорбция линейно растет, подчиняясь закону Генри;II- параболический участок: описывается уравнением Ленгмюра; III – конечный линейный участок: в области высоких концентраций величина адсорбции не зависит от концентрации.

  Адсорбция на твердых адсорбентах

• 
  Слайд 73
  

  Уравнение Ленгмюра:где В – константа численно равная концентрации, при которой половина поверхности адсорбента занята молекулами; - максимальная адсорбция при полном заполнении поверхности мономолекулярным слоем.

  Адсорбция на твердых адсорбентах ,

• 
  Слайд 74

  Определение констант уравнения Ленгмюра

  Адсорбция на твердых адсорбентах Изотерма адсорбции

• 
  Слайд 75
  

  С. Брунауэр, П. Эммет и Е. Теллер (1935-1940гг.) создали наиболее общую теорию полимолекулярной адсорбции (БЭТ), в которой описание процессов адсорбции увязывается с представлениями и методами статистической физики.

  Теория полимолекулярной адсорбции

• 
  Слайд 76

  Основные положения теории БЭТ:

  1. На поверхности адсорбента имеется определенное число равноценных в энергетическом отношении активных центров, способных удерживать молекулы сорбата. 2. Взаимодействием соседних адсорбционных молекул пренебрегают. 3. Каждая молекула 1-го слоя представляет собой центр для адсорбции и образования 2-го адсорбционного слоя; каждая молекула 2-го слоя является возможным адсорбционным центром 3-го и т.д.

• 
  Слайд 77
  

  Часто процесс адсорбции заканчивается образованием на поверхности адсорбента не одного слоя молекул адсорбата, а полимолекулярного адсорбционного слоя.

  Изотерма полимолекулярной адсорбции Адсорбция на твердых адсорбентах

• 
  Слайд 78
  

  Уравнение БЭТ давление насыщенного пара при данной температуре; - относительное давление пара.

• 
  Слайд 79

  Уравнение БЭТ в линейной форме

  Используется измерения удельной поверхности адсорбентов, катализаторов, порошков.

• 
  Слайд 80
  

  Из графика находят , а затем рассчитывают удельную поверхность по уравнению:

  Теория БЭТ

• 
  Слайд 81

  4. Капиллярная конденсация.

• 
  Слайд 82

  Капиллярная конденсация

  Капиллярная конденсация - сжижение пара в капиллярах, щелях или порах в твердых телах. Это явление вторичное, так как происходит после адсорбции.

• 
  Слайд 83
  

  Капиллярная конденсация обусловлена наличием у адсорбента мелких пор. Пары адсорбента конденсируются в таких порах при давлениях, меньших давления насыщенного пара над плоской поверхностью вследствие образования в капиллярах вогнутых менисков.

• 
  Слайд 84

  Очень низкое относительное давление(заполнение микропор)

  Относительное давление, P/Po a Кривая конденсации пара

• 
  Слайд 85

  Низкое относительное давление (монослой)

  Относительное давление, P/Po a Кривая конденсации пара

• 
  Слайд 86

  Среднее относительное давление (полислой)

  Относительное давление, P/Po a Кривая конденсации пара

• 
  Слайд 87

  Высокое относительное давление (капиллярная конденсация)

  Относительное давление, P/Po a Кривая конденсации пара

• 
  Слайд 88

  Виды изотерм

  Вид I илиизотерма псевдо-“Ленгмюра” Относительное давление, P/Po Объем адсорбированного вещества Предельное значение в связи с полным заполнением пор

• 
  Слайд 89
  

  Виды изотерм Тип II или изотерма Ленгмюра Относительное давление, P/Po Объем адсорбированного вещества

• 
  Слайд 90

  5. Электролитная адсорбция.

• 
  Слайд 91

  Электролитная адсорбция

  Электролитная (ионная) адсорбция – это избирательная адсорбция ионов (катионов или анионов) из раствора электролита на полярном адсорбенте.

• 
  Слайд 92
  

  Избирательная адсорбция - это процесс фиксации на твердой поверхности ионов одного знака (потенциалообразующий слой ионов) при сохранении подвижности ионов противоположного знака (слой противоионов).

  Электролитная адсорбция

• 
  Слайд 93

  Электролитная адсорбция

  Избирательный характер адсорбции описывается следующими правилами: I. Правилом Панета-Фаянса: на поверхности кристалла преимущественно адсорбируются те ионы, которые входят в состав кристаллической решетки.

• 
  Слайд 94
  

  Адсорбент –AgCl, адсорбаты: Cl-,NO3-, SO42-.Какой ион преимущественно адсорбируются на хлориде серебра? Ответ: хлорид-анион.

• 
  Слайд 95
  

  II. Правило изоморфизма: На полярном адсорбенте из раствора электролита преимущественно адсорбируются ионы, близкие по строению и размерам к одному из ионов кристаллической решетки адсорбента.

• 
  Слайд 96
  

  Адсорбент –AgCl, адсорбаты: Br-,NO3-, SO42-.Какой ион преимущественно адсорбируются на хлориде серебра? Ответ: бромид-анион.

• 
  Слайд 97
  

  III. Если ионы-адсорбаты имеют одинаковые по знаку и разные по величине степени окисления, то в первую очередь адсорбируются ионы с большей степенью окисления: Fe3+ > Ca2+> K+.

• 
  Слайд 98

  Устойчивость коллоидных систем

  IV. Если ионы-адсорбаты имеют одинаковые по величине и знаку степени окисления, то в первую очередь адсорбируются менее гидратированные ионы (с большим ионным радиусом). Лиотропный ряд (ряд Гофмейстера) для катионов: Cs+> Rb+> K+> Na+> Li+; для анионов:SCN-> I-> Br->Cl-.

• 
  Слайд 99

  Электролитная адсорбция

  KI + AgN03 → AgI↓+ KN03; ПР(AgI) = 10-16 Как будет заряжена поверхность осадка, если n(KI) = n(AgN03);если n(KI) n(AgNO3)? Ответ: если n (KI) = n (AgN03), то поверхность осадка не заряжена; если n (KI) n (AgNO3), то поверхность осадка заряжена «отрицательно».

• 
  Слайд 100

  Строение ДЭС в случае, если n(KI) >n(AgN03)

  Электролитная адсорбция

• 
  Слайд 101

  Строение ДЭС в случае, если n(KI)

  Электролитная адсорбция

• 
  Слайд 102

  Электролитная адсорбция

  Различают необратимую и обратимую электролитную адсорбцию. При необратимой адсорбции адсорбат и адсорбент образуют нерастворимое химическое соединение. При обратимой адсорбции ионы на поверхности адсорбента закреплены слабо и способны обмениваться с ионами из раствора. Такую электролитную адсорбцию называют ионообменной.

• 
  Слайд 103

  6. Ионообменная адсорбция.

• 
  Слайд 104

  Ионообменная адсорбция

  Ионообменная адсорбция - это процесс, при котором твердый адсорбент (ионит) обменивает эквивалентное количество своих ионов на ионы того же знака из жидкого раствора.

• 
  Слайд 105

  Классификация ионитов

  По происхождению: природные (кристаллические силикаты, апатиты, гуминовые кислоты) и синтетические (в качестве каркаса используют, алюмосиликаты, ионно-обменные смолы и ВМВ (целлюлоза)). По составу: неорганические (апатиты,) и органические (гуминовые кислоты, сапропель, целлюлоза). Гуминовые кислоты

• 
  Слайд 106

  Ионообменная адсорбция

  Основой любого ионита является матрица (R), не участвующая в ионообменной адсорбции. На ней закреплены либо ионы (H+, Na+,Cl-и др.) либо ионогенные группы (-SH,-NH2, -COOH и др.). Эти группы участвуют в ионообменной адсорбции.

• 
  Слайд 107
  

  Полимерные цепи Обмениваю-щиесяпротивоионы Фиксирован-ные смолой функциональ-ные группы Поперечные сшивки Ионит

• 
  Слайд 108
  

  Ионообменная адсорбция Микрофотографии гранул ионитов

• 
  Слайд 109
  

  Ионообменная адсорбция Вобщем виде формулы ионитов записываются: R– H, R– OH, R – COOH.

• 
  Слайд 110

  Ионообменная адсорбция

  В зависимости от природы обменивающихся ионов, различают: катиониты; аниониты; амфолиты.

• 
  Слайд 111
  

  + 2K+ Ca2+ + Ca2+ K+ K+ Al3+ + 3K+ K+ K+ K+ + Al3+ Катиониты обмениваются только катионами.

• 
  Слайд 112
  

  Н+-форма Солевая форма H+ H+ H+ Al3+ K+ K+ Ca2+ Mg2+ H+ Mg2+ NH4+ Катиониты (сапропель, целлюлоза), могут находиться либо в Н+-форме, т. е. содержать способные к обмену ионы водорода, либо в солевой форме, имея катионы металла.

• 
  Слайд 113
  

  +2OH- SO42- +SO42- OH- OH- + 2OH- CO32- OH- +CO32- OH- Аниониты (апатиты) обмениваются только анионами. Аниониты применяют как в ОН-форме, так и в солевой форме.

• 
  Слайд 114
  

  Амфолиты (гуминовые кислоты) обмениваются и катионами и анионами. Ионный обмен является вторичной адсорбцией, проявляющейся при наличии ДЭС. Обмен ионов между внешними и ионами ДЭС происходит под действием теплового движения.

• 
  Слайд 115
  

  Ионообменная адсорбция подчиняется: закону эквивалентов, всем 4 правилам электролитной адсорбции, Принципу ЛеШателье-Брауна, что позволяет регенерировать иониты.

• 
  Слайд 116
  

  Способность ионитов к обмену характеризуется полной обменной емкостью (ПОE), которая показывает, сколько миллимоль-эквивалентов ионов, заключенных в 1 грамме сухого или набухшего ионита, способны вступать в реакцию обмена с ионами в растворе.

• 
  Слайд 117
  

  Пусть обмен происходит по уравнению: RX1 + X2 = RX2 + X1 Полную обменную емкость можно рассчитать по формуле:

• 
  Слайд 118
  

  Определение полной обменной емкости осуществляется на основе двух методов: статического, в основе которого лежит титрование. Так, например катионит в Н+-форме, титруют раствором щелочи; динамического, в основе которого лежит пропускание раствора электролита через хроматографическую колонку, наполненную ионитом и регистрация зависимости концентрации поглощаемого иона в выходящем растворе (элюате) от объема прошедшего раствора.

• 
  Слайд 119

  Использование ионитов в фармации и медицине

  В санитарно-гигиенической практике иониты используются для очистки воды,выделения и очистки радиоактивных изотопов, являются составной частью безотходных экологически чистых методов производства;

• 
  Слайд 120

  Использование ионитов в фармации и медицине:

  для декальцинирования крови с целью ее консервации;

• 
  Слайд 121

  Использование ионитов в фармации и медицине

  для осуществления гемодиализа крови (используется ионит - алюмогель); беззондовой диагностики кислотности желудочного сока; Алюмогель

• 
  Слайд 122
  

  детоксикации организма при различных отравлениях. Аниониты - антацидные средства,катиониты используются для предотвращения ацидоза, предупреждения и лечения отеков, связанных с декомпенсацией сердечной деятельности; Антацидные средства

• 
  Слайд 123
  

  в фарм. технологии для получения и очистки лекарственных и биологически активных (витаминов, ферментов, гормонов) веществ,как катализатор реакций этерификации, гидратации, дегидратации; для аналитических целей в качестве инструмента извлечения из смесей того или иного компонента.

• 
  Слайд 124

  7. Хроматография.

• 
  Слайд 125

  Хроматография

  А + В В А Хроматография (от греч. chroma— цвет, grapho— пишу) - динамический метод анализа, основанный на многократно повторяющихся процессах сорбции и десорбции.

• 
  Слайд 126
  

  Хроматография - метод разделения веществ, основанный на различии в скоростях движения концентрационных зон исследуемых веществ, которые перемещаются в потоке подвижной фазы (элюента) вдоль слоя неподвижной фазы.

• 
  Слайд 127

  Хроматография

  Подвижной фазой (ПФ) может быть жидкость (раствор анализируемой смеси компонентов) или газ (смесь газов или паров веществ). Неподвижной фазой (НФ) служит твердое вещество или жидкость, адсорбированная на твердом веществе - носителе. Неподвижную фазу называют сорбентом.

• 
  Слайд 128
  

  Хроматография: - разделение многокомпонентных смесей; - очистка лекарственных препаратов; - количественное определение активных компонентов в растительном сырье. Хроматография

• 
  Слайд 129
  

  Хроматография По доминирующему механизму процесса разделения хроматографию подразделяют: адсорбционную распределительную ионообменную хемосорбционную биоспецифическую молекулярно-ситовую

• 
  Слайд 130

  Классификация методов хроматографии по агрегатному состоянию ПФ

• 
  Слайд 131
  

  Основана на различии в адсорбционных свойствах разделяемых веществ. Компоненты, не адсорбирующиеся НФ, будут во время анализа находиться только в ПФ, скорость их перемещения вдоль НФ будет максимально возможной. Наоборот, хорошо адсорбирующиеся компоненты будут медленно передвигаться вдоль НФ. Это с течением времени приведет к разделению веществ. Адсорбционная хроматография

• 
  Слайд 132
  

  В ГАХ и ГЖХ хроматографии ПФ является газ (газ-носитель), а НФ соответственно - твердый гранулированный адсорбент или нелетучая жидкость, нанесенная на твердый носитель. Неподвижная фаза находится в колонке, а в случае капиллярной колонки роль НФ выполняют ее стенки. Газовую хроматографию применяют для разделения газовых смесей, летучих термически устойчивых веществ с молекулярной массой до 200-300 а.е.м. ГАХ и ГЖХ хроматография

• 
  Слайд 133
  

  Схема устройства газового хроматографа Основные части газового хроматографа – баллон с инертным газом, система введения пробы, хроматографическая колонка, детектор, преобразователь сигналов и самописец.

• 
  Слайд 134
  

  Хроматограмма трехкомпонентной смеси (площадь каждого пика пропорциональна содержанию вещества в смеси) Движение ленты диаграммы Ввод смеси

• 
  Слайд 135

  ГЖХ

• 
  Слайд 136

  ГЖХ “Agilent Technologies”

• 
  Слайд 137

  ГЖХ “Кристалл”

• 
  Слайд 138

  ГЖХ “Хромос”

• 
  Слайд 139
  

  В ЖАХ и ЖЖХ хроматографииПФ является жидкость, как чистая, так и смесь разных жидкостей. НФ является твердый гранулированный адсорбент или тонкий слой жидкости, нанесенный на твердый носитель или содержащийся в нем. Она пригодна для разделения органических и неорганических веществ, включая и термически неустойчивые, а также веществ с большой молекулярной массой. ЖАХ и ЖЖХ хроматография

• 
  Слайд 140
  

  объемную (колоночную) плоскостную: тонкослойную - если НФ наносится тонким слоем на пластинку; бумажную - НФ является хроматографическая бумага. По применяемой технике эксперимента жидкостная хроматография в зависимости от размещения неподвижной фазы делится на:

• 
  Слайд 141
  

  Колоночная жидкостно-твердофазная хроматография В основном служит для разделения макроскопических (граммовых) количеств смесей веществ, для очистки и выделения веществ органического происхождения, синтетических или природных. В качестве адсорбента используют тонкоизмельченные силикагель или оксид алюминия. Анализируемую смесь веществ растворяют в ПФ и вносят её сверху в колонку. Компоненты смеси образуют в колонке раздельные зоны.

• 
  Слайд 142

  Хроматографическая колонка

• 
  Слайд 143

  Высокоэффективная жидкостная хроматография высокого давления (ВЭЖХ)

  Метод колоночной жидкостно-адсорбционной хроматографии лежит в основе действия высокоэффективных жидкостных хроматографов высокого давления. Основные части жидкостного хроматографа — насос высокого давления, система введения пробы, хроматографическая колонка, детектор и самописец.

• 
  Слайд 144
  

  а) Схема жидкостного хроматографа высокого давления; б) ВЭЖ хроматограмма смеси аминокислот

• 
  Слайд 145

  ВЭЖХ Agilent Technologies

• 
  Слайд 146

  Hewlett-Packard 1050

• 
  Слайд 147

  ВЭЖХ Милихром

• 
  Слайд 148

  ВЭЖХ Люмекс

• 
  Слайд 149

  ВЭЖХ Чешский прибор

• 
  Слайд 150

  Ионообменная хроматография

  Ионообменные смолы содержат ионогенные группы, которые могут взаимодействовать с белками. CH2-CH2 -NH+(CH2CH2) - - - - CH2-COO- CH2-COO- + + + + Белок или фермент CH2-CH2 -NH+(CH2CH2)

• 
  Слайд 151
  

  CH2-COO- CH2-COO- + + + + Положительно заряженные белки связываются с ионогенными группами колонки. Пример:катионообменная колонка - - - - - - - - Отрицательно заряженные белки проходят через колонку.

• 
  Слайд 152
  

  CH2-COO- CH2-COO- + + + + Для элюирования белков добавляют раствор хлорида натрия. Катионы натрия взаимодействуют с ионогенными группами катионита, а хлорид-анионы с белками и вымываются из колонки. CH2-COO- CH2-COO- + + + + Na+ Na+ Cl- Na+2 Cl- Cl- Cl- Na+2

• 
  Слайд 153

  Ионообменная хроматография с использованием ступенчатого элюирования

• 
  Слайд 154

  Эксклюзионная хроматография

  Эксклюзионная хроматография (ситовая, гель-фильтрационная хроматография) - разновидность хроматографии, в ходе которой молекулы веществ разделяются по размеру за счёт их разной способности проникать в поры неподвижной фазы.

• 
  Слайд 155

  Гель-фильтрационная хроматография

  При этом первыми выходят из колонки наиболее крупные молекулы (бо́льшей молекулярной массы), способные проникать в минимальное число пор стационарной фазы. Последними выходят вещества с малыми размерами молекул, свободно проникающие в поры. В отличие от адсорбционной хроматографии, при гель-фильтрации стационарная фаза остается химически инертной и с разделяемыми веществами не взаимодействует.

• 
  Слайд 156
  

  Размер Молекулярная масса (дальтоны) 10,000 30,000 100,000

• 
  Слайд 157
  

  поток

• 
  Слайд 158
  

  поток

• 
  Слайд 159
  

  поток

• 
  Слайд 160
  

  поток

• 
  Слайд 161
  

  поток

• 
  Слайд 162
  
• 
  Слайд 163

  Афинная хроматография

  АФФИННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ (от лат. affinis - родственный) (биоспецифичная хроматография, хроматография по сродству), метод очистки и разделения белков, основанный на их избирательном взаимодействии с лигандом, ковалентно связанным с инертным носителем.

• 
  Слайд 164
  

  Главная особенность аффинной хроматографии, состоит в том, что разделение основано на различии не физико-химических признаков молекулы (заряда, формы и размера), а специфических функциональных свойств, отличающих данный фермент от множества др. биополимеров.

• 
  Слайд 165
  

  Гексокиназа имеет высокое сродство к глюкозе; ее функция состоит в том, чтобы обеспечить захват тканью глюкозы даже при низких концентрациях последней в крови.

• 
  Слайд 166
  

  Инертный носитель Распорная деталь + + Лиганды Инертный носитель Подготовленный материал к афинной хроматографии

• 
  Слайд 167
  

  Инертный носитель Смесь белков Инертный носитель Нежелательные белки

• 
  Слайд 168
  

  Инертный носитель Очистка белков от конкурентноспособных лигандов путем диализа. Инертный носитель Элюция белков с конкурентоспособными лигандами

• 
  Слайд 169

  Распределительная хроматография

  Тонкослойная хроматография (ТСХ) является планарной разновидностью жидкостной хроматографии, в которой подвижная фаза движется в пористой среде слоя адсорбента.

• 
  Слайд 170

  Тонкослойная хроматография

  Исследуемый раствор распределяется между подвижной и неподвижной фазами в соответствии с его коэффициент распределения. Kp = Св-ва в неподвижной фазе Св-ва подвижной фазе Молекулы разделяются в зависимости от их полярности. Бумажная хроматография

• 
  Слайд 171
  

  Развитие процесса хроматографирования во времени.

• 
  Слайд 172

  Препаративная и аналитическая ТСХ

  Аналитическая ТСХ является качественным методом анализа веществ.

• 
  Слайд 173
  

  СПАСИБО ЗА ВАШЕ ВНИМАНИЕ!