РОЗДІЛ 2
МЕТОДИ ВИВЧЕННЯ АДСОРБЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВИСОКО- ДИСПЕРСНОГО КРЕМНЕЗМУ І СТАБІЛЬНОСТІ ЙОГО СУСПЕНЗІЙ
В даній главі розглянуті властивості використаних у роботі дисперсій кремнезему і приведена загальна характеристика флокулянтів: КПАР - декаметоксину, етонію і броміду цетилтриметиламонію - і білків - яєчного і сироваткового альбумінів, гемоглобіну і желатини. Крім цього обґрунтована методика вивчення адсорбційних властивостей і агрегативной стійкості суспензій високодисперсного кремнезему.
2.1. Характеристика об'єктів дослідження
2.1.1. Водні суспензії кремнезему.
Водні суспензії кремнезему отримували з аеросилу марки А-300 (Дослідницьке виробництво Інституту хімії поверхні НАН України, м. Калуш). Аеросил А-300 - білий, дуже легкий порошок (насипна щільність 40-60 г/л), що представляє собою суміш агрегатів частинок непористого аморфного кремнезему розміром від 5 до 20 нм, отриманих високотемпературним гідролізом SiCl4. У водних суспензіях ці агрегати і більш великі агломерати, що утворилися в процесі збереження порошку, можуть частково чи цілком руйнуватися за рахунок гідратації поверхні [114]. Аеросил характеризується високою хімічною чистотою (більш 99,8 %) і однорідністю, хімічною, термічною, радіаційною і мікробіологічною стійкістю, високими адсорбційними властивостями і фізіологічною нешкідливістю [115, 116]. Від інших сорбентів його відрізняють особливості хімічної структури, що дозволяють використовувати його у фармації не тільки як допоміжну речовину чи матрицю-носій в комбінованих лікарських засобах [117-119], але й як самостійний лікарський препарат сорбційної дії [120-122].
Водні суспензії пірогенного кремнезему (А-300 м2/г) з концентрацією дисперсної фази 5 % готували в кульовому млині при кімнатній температурі протягом 7 год (суспензії були приготовлені к.х.н. Вороніним Є.П. і к.х.н. Пахловим Є.М.). Одержані таким способом суспензії полідисперсні і характеризуються три- і бімодальним розподілом частинок за розмірами від 50 нм (середні агрегати) до 10 мкм (великі агломерати) в залежності від рН [123]. Агломерати з діаметром d>1 мкм спостерігаються в основному при рН біля ІЕТ кремнезему (рН ? 2,2-2,5), коли електростатичне відштовхування між частин- ками відсутнє, і в результаті дисперсійного притягання відбувається швидка коагуляція частинок. Велика частина агломератів з ростом рН руйнується завдяки зростанню негативного заряду поверхні, однак, при рН>10 вони можуть знову утворюватися через нерівноміру густину заряду на поверхні і розчинення кремнезему з утворенням нових SiOH-груп, що призводить до зростання полярної взаємодії між частками [123, 124]. Встановлено [79, 125], що дані суспензії зберігають свої сорбційні властивості, зокрема по відношенню до білків, протягом багатьох років. Таким чином, адсорбція білка практично не залежить від терміну зберігання суспензій кремнезему, незважаючи на укрупнення агрегатів і агломератів частинок згодом: агломерати залишаються пухкими і легко руйнуються в присутності полімерних молекул [126]. Крім того, в процесі старіння може збільшуватися концентрація силанольних груп за рахунок гідролізу силоксанових зв'язків [114].
Такі концентровані суспензії седиментаційно нестабільні, тому їх відстоювали протягом 2-х місяців для відділення концентрованого в'язкого шару з агрегатів частинок великого розміру, що утворився на дні контейнера. Надосадовий шар, що представляє собою кінетично стійку фракцію, використовували для подальших досліджень. Вміст дисперсної фази в отриманих у такий спосіб суспензіях складає в середньому 3,6%.
Для оцінки середніх розмірів частинок використовували відому залежність оптичної густини D від довжини хвилі падаючого світла ? відповідно до рівняння D=const??-n, де показник ступеня n залежить від розмірів частинок і не залежить від довжини хвилі [85, 127]. Зазначене емпіричне співвідношення використовують звичайно для визначення розмірів частинок дисперсних систем, що не підкоряються рівнянню Релея. Оскільки метод базується тільки на світлорозсіюванні, його застосовують тільки для "білих" золів - незабарвлених дисперсних систем. Показник ступеня n знаходили на основі турбідиметричних даних. Для цього вимірювали оптичну густину суспензій в обмеженому інтервалі довжин хвиль (490, 540 і 590 нм), щоб у першому наближенні вважати значення n сталим. Оскільки залежність оптичної густини від довжини хвилі в логарифмічних координатах lgD, lg? являє собою пряму, величину показника n визначали як тангенс кута нахилу цієї прямої до вісі абсцис, узятий зі знаком мінус. Нами показано, що для семи зразків суспензій, використаних у роботі, після відстоювання показник ступеня n лежить у вузькому інтервалі значень (n=3,03±0,21) і залишається практично незмінним протягом багатьох місяців. Величина n у свою чергу залежить від безрозмірного параметра z (зв'язок n і z приводиться у відповідних таблицях [127]), який характеризує відношення радіуса частинки до довжини хвилі: z=8?r/?. Обчислена нами для зазначеного вище значення n усереднена величина радіуса складає ?101 нм, що в загальному випадку не перевищує радіус частинок кінетично стійких систем.
В таблиці 2.1.1 приведені значення колоїдно-хімічних параметрів суспен-
Таблиця 2.1.1
Колоїдно-хімічні параметри вихідних суспензій кремнезему
№ зразка суспензіїС, %nрН13,642,674,1723,422,84,0633,723,164,0943,613,3-53,763,064,0863,563,04-73,563,154,14зій для семи зразків, приготовлених у різний час. Зміна показника розмірів частинок n і рН при збереженні суспензій протягом 1 року складає не більш 1 %, що свідчить про стабільність суспензій. Дані, що відбивають точність вимірювання зазначених параметрів і, відповідно, характеризують відтворюваність використаної нами методики готування суспензій, відображені в таблиці 2.1.2.
Таблиця 2.1.2
Метрологічна характеристика середнього результату вимірювань колоїдно- хімічних параметрів вихідних суспензій
Параметри
суспензії