РОЗДІЛ 2
МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Матеріали
Сорбенти. У роботі як головний об’єкт дослідження було використано
високодисперсний кремнезем (далі високодисперсний кремнезем або кремнезем) з
величиною питомої поверхні по БЕТ 230 м2/г. Досліджуваний кремнезем складається
з частинок сферичної форми в основному з діаметром 12-15 нм (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Розподіл числа частинок досліджуваного кремнезему за розмірами за
даними методу лазерної кореляційної спектроскопії (3-х % водна суспензія після
УЗ-обробки протягом 5 хвилин) [183].
На поверхні таких частинок містяться поодинокі ізольовані гідроксильні групи
єSi-OH (силанольні групи) (рис. 2.2); гідроксильні групи, зв’язані взаємним
водневим зв’язком у різних комбінаціях, а також молекулярна вода в
різноманітних формах - від координаційно зв’язаної до фізично сорбованої.
Концентрація силанольних груп на поверхні використовуваного кремнезему
становить 0,60-0,62 ммоль/г.
Рис. 2.2. Схематичне зображення частинки кремнезему.
З хімічної точки зору наночастинки високодисперсного кремнезему можна
охарактеризувати [128, 147] як тривимірні жорсткі макромолекули полікремнієвої
кислоти з молекулярною масою ~1150000 та ступенем полімеризації ~19000. Такі
конформаційно жорсткі макромолекули та наночастинки використовуються [119, 150]
в медичній практиці як носії чи матриці для іммобілізації біологічно-активних
сполук або кон’югації з лікарськими речовинами з метою створення лікарських
засобів пролонгованої дії та меншої токсичності.
Вибір саме наведеного кремнезему обумовлений також тим, що він широко
застосовується в фармації та медицині [64, 144, 153-155, 165-167, 180-182].
Високодисперсний кремнезем є також вихідною речовиною для створення
ентеросорбентів Полісорб МП, Силлард та Силікс.
Модифікатори. Як модифікатори було використано органічні сполуки (табл. 2.1),
які широко застосовуються у фармацевтичній хімії, фармації та медицині [147,
184-188]. Серед наведених речовин є такі, що містять як одну функціональну
групу, так і декілька різних – їх ще називають сполуками із змішаними
функціями. Тому віднесення таких сполук до певного класу є значною мірою
умовним, але це дає можливість підкреслити їх найбільш характерну властивість.
Таблиця 2.1
Речовини-модифікатори
Клас
Представники
Полімери
Полівінілпіролідон, полістирол, поліоксіетилен, вазелінове масло
Карбонові кислоти
2-(4-ізобутилфеніл)пропіонова кислота (ібупрофен)
Біс-четвертинні амонієві сполуки
Дихлорида етилен-1,2-біс-(N-диметил-карбдецил-оксиметил)-амонія (етоній),
1,10-декаметилен-біс-[N-диметил-(карбмент-оксиметил)-амоній]дихлорид
(декаметоксин)
Поліфеноли
4-диметиламіно-1,4,4а,5,5а,6,11,12а-октагідро-3,6,10,12,12а-пентагідрокси-6-метил-1,11-діоксо-2-нафтаценкарбоксамід
(тетрациклін)
Сахариди та поліоли
Глюкоза, маніт, сорбіт, галактоза, лактоза, крохмаль, гліцерин
З фізико-хімічної точки зору наведені речовини поділяються:
а). За агрегатним станом:
- тверді (ПВП, ібупрофен, етоній, тетрациклін, глюкоза тощо);
- рідкі (вазелінове масло, гліцерин);
б). За масою та розмірами молекул:
- високомолекулярні (ПВП, ПС, ПОЕ, крохмаль);
- низькомолекулярні (ібупрофен, глюкоза, тетрациклін тощо);
в). За особливостями електронної будови функціональних груп:
- група А (вазелінове масло);
- група В (ПВП, ПС, етоній, декаметоксин тощо);
- група D (ібупрофен, тетрациклін, маніт, глюкоза, крохмаль тощо).
г). За природою міжмолекулярних взаємодій у конденсованому стані:
- недипольні (вазелінове масло);
- дипольні (ПВП, ПС, ПОЕ);
- водневі (глюкоза, сорбіт, гліцерин, крохмаль тощо);
- іонні (тетрациклін, етоній, декаметоксин).
Такий широкий спектр властивостей наведених молекул надає можливість дослідити
основні закономірності процесів адсорбційного модифікування високодисперсного
кремнезему нелеткими органічними сполуками.
Структурні формули та деякі характеристики органічних сполук, які
використовували для модифікування високодисперсного кремнезему, наведено в
таблиці 2.2.
2.2. Метод ІЧ-спектроскопії
Одним з найбільш ефективних методів дослідження фізико-хімічних процесів на
поверхні твердого тіла є метод інфрачервоної спектроскопії [9, 12-18]. У
випадку адсорбції органічних речовин на поверхні високодисперсного кремнезему
ІЧ-спектроскопія дозволяє:
1) проводити ідентифікацію адсорбованих молекул,
2) визначати будову поверхневого адсорбційного шару,
3) визначати енергетичні параметри взаємодії адсорбованих молекул з
поверхневими активними центрами.
Оскільки головні сорбційні центри високодисперсного кремнезему – вільні
силанольні групи – статистично рівномірно розташовані на поверхні первинних
частинок і проявляються в ІЧ-спектрах у вигляді вузької інтенсивної смуги
3750 см-1 [9, 10, 12-22], то ступінь їх збурення внаслідок взаємодії з
адсорбованими молекулами характеризує ступінь покриття поверхні і може бути
розрахованим із співвідношень оптичних густин смуги 3750 см-1 до і після
адсорбції (відповідно Dо і D) за формулою:
Q = 1 – D/D0 2.1
де D = lg Iо/I; а Iо і I - інтенсивності відповідно минаючого ІЧ-випромінювання
(“базова лінія”) і в максимумі смуги 3750 см-1.
Таблиця 2.2
Структурні формули та деякі характеристики молекул-модифікаторів
Назва, формула та властивості речовини
Полівінілпіролідон
M=12000, nВП=107, lПВП=27,5 нм, dПВП=0,9 нм
Розчинність: H2O, EtOH.
Полістирол
M=40000, nПС=385, lПС=92 нм, dПС=0,9 нм
Розчинність: СCl4, ароматичні вуглеводні, ефіри
Поліоксіетилен
M=20000, nПОЕ=454, lПВП=82 нм, dПВП=0,3 нм
M=600000, nПОЕ=13636, lПВП=2455 нм, dПВП=0,3 нм
Розчинність: H2O, EtOH, ароматичні вуглеводні
Вазелінове масло
M~250
Розчинність: ароматичні та аліфатичні вуглеводні
2-