Библиографическое описание:

Бриллиантова Е. Ю., Чухно А. С., Ананьева Е. П., Гурина С. В., Банкина А. Н. Исследование адсорбционных свойств мицелия базидиомицета Poliporus ciliatus // Молодой ученый. — 2014. — №18. — С. 116-120.

В работе исследовались адсорбционные свойства мицелия Poliporus ciliatus. В качестве методов исследования были выбраны потенциометрическое титрование и микроэлектрофорез. Определены изоэлектрическая точка и точка нулевого заряда частиц мицелия.

Ключевые слова: Poliporus ciliatus, потенциометрическое титроание, изоэлектрическая точка, точка нулевого заряда.

 

Процесс адсорбции можно определить как увеличение (положительная адсорбция) или уменьшение (десорбция, или отрицательная адсорбция) концентраций растворенных веществ в поверхностном слое по сравнению с их концентрацией в объеме фаз [1].

Для электролитов различают специфическую и ионообменную адсорбцию. Ионообменная адсорбция реализуется за счет простого электростатического взаимодействия, в ней участвуют противоионы, количество адсорбированных ионов зависит от состава и концентрации различных ионов в растворе, их заряда. Любая другая адсорбция является специфической. Причем механизмы специфической адсорбции, виды взаимодействий адсорбата с поверхностью могут быть различны. Например, поверхностно-активные веществ адсорбируется вследствие гидрофобного эффекта, располагаясь на границе раздела фаз так, чтобы уменьшить их разность полярностей, а следовательно и межфазное натяжение. На поверхности могут происходить различные химические взаимодействия с образованием ковалентных, донорно-акцепторных, ионных и водородных связей.

Удельная адсорбция Г ‒ избыток растворенного вещества в поверхностном слое по сравнению с объемом раствора, отнесенный либо к единице поверхности вещества ‒ моль/м2, либо к единице массы вещества ‒ моль/кг. Количество адсорбированного вещества определяют по убыли концентрации растворенного вещества в объеме водной фазы.

В результате адсорбции электролитов на границе раздела фаз происходит пространственное разделение зарядов и образование двойного электрического слоя (ДЭС). Исследования процессов адсорбции и изучение свойств ДЭС взаимосвязаны.

Для нерастворимых систем (в нашем случае мицелия) заряд поверхности (σо) определяется количеством адсорбированных Н+- и ОН- -ионов, которые для мицелия являются потенциалопределяющими ионами. Величина рН растворов, при которой σ = σо = 0, называется рН точки нулевого заряда и обозначается рНтнз. В рНтнз адсорбция Н+- и ОН--ионов одинакова (Гн+=Гон-). Обычно значение рНтнз определяют по результатам потенциометрического титрования.

Другой важнейшей характеристикой частиц дисперсии является изоэлектрическая точка (рНИЭТ). Значение рНИЭТ для конкретной многокомпонентной системы определяется соотношением основных и кислотных групп в молекуле; это соотношение для каждой системы не одинаково. рНИЭТ соответствует такому значению рН при котором электрокинетический потенциал (ζ) равен 0.

Поскольку в настоящие время базидиомицеты стали объектом пристального внимания исследователей. Большой интерес представляет изучение коллоидных свойств мицелия. Мицелий грибов в основном состоит из полисахаридов и белков, коллоидные свойства которых были исследованы в более ранних работах [2–6]. Природные ВМВ характеризуются постоянным значением молекулярной массы, они являются полидисперсными системами.

В последние годы широко исследуются физико-химические и коллоидные свойства систем содержащих сложные биологически активные соединения, а также устойчивость их дисперсий [7–10]. Исследование адсорбционных свойств мицелия позволит использовать его в качестве носителя лекарственных препаратов, включая новые лекарственные формы, разрабатываемые в настоящее время в академии [11–12].

Целью данной работы является изучение адсорбционных свойств мицелия базидиомицета Poliporus ciliatus, а также сопоставление рНтнз и рНИЭТ мицелия.

В качестве объектов исследования выступали:

а) Культура гриба базидиомицета Polyporus ciliatus (0626).

б) Сухой мицелий базидиомицета Polyporus ciliatus (0626), полученный методом глубинного культивирования в жидкой питательной среде.

Штамм базидиомицета Polyporus ciliatus (0626) был получен из лаборатории микологии БИН РАН.

Мицелий выращивался методом глубинного культивирования в жидких питательных средах [13].

рНтнз находили методом непрерывного потенциометрического титрования [14–15]. В ячейку для потенциометрического титрования помещали 25 мл исследуемой дисперсии, 30 минут пропускали воздух, освобожденный от СО2 и титровали раствором КOH (0,0129 моль/л) или НС1 (0,010 моль/л). Титрант вводили порциями по 0,1 мл с помощью микробюретки с интервалом в 1 минуту. Растворы КOH готовили на дистиллированной воде, предварительно освобожденной от СО2 воздуха кипячением в течение 30 минут. После каждой добавленной порции титранта измеряли значения рН раствора. Регистрация рН осуществляется на рН-метре — милливольтметре рН-673 с точностью измерения рН ±0,05 единиц рН.

По результатам потенциометрического титрования были построены зависимости рН исследуемого раствора от объема добавленного титранта (V, мл) для растворов без адсорбента и с адсорбентом. Расчет величины адсорбции проводился по следующему алгоритму. В кислой области преобладает адсорбция ионов водорода, а в щелочной области ионов ОН-. Значение рН точки пересечения кривых титрования с адсорбентом и без него соответствует условию равенства адсорбированных Н+ и ОН- -ионов — это соответствует рНТНЗ. Слева от рНТНЗ преобладает адсорбция ионов Н+ в результате чего поверхность заряжается положительно, а справа преобладает адсорбция ОН- — поверхность мицелия заряжается отрицательно. Таким образом, методом потенциометрического титрования определяется разница между адсорбцией ионов Н+ и ОН-. Кривые титрования с адсорбентом и без сравнивают и рассчитывают разницу между количеством адсорбированных ионов Н+ -(ОН-) отнесенное к единице массы или поверхности адсорбента:

 (ОН- — H+) =                                                                                  (1)

где (H+-ОН-) — разница между количеством адсорбированных ионов Н+ и ОН- отнесенная к единице массы адсорбента, моль/г;

Ститр — концентрация титранта КOH (HCl), моль/л;

V1 — объем раствора титранта, пошедший на титрования раствора без адсорбента, мл;

V2 — объем раствора титранта, пошедший на титрование раствора с адсорбентом, мл;

m — масса адсорбента, г;

Важно отметить, что:

 (ОН- — H+)= —  (Н+- ОН-)                                                                      (2)

Расчет — (Н+- ОН-) производят для одинаковых значений рН раствора с адсорбентом и без, в нашей работе при значениях рН от 3,0 до 8,0. Через заданное значение рН проводят линию параллельную оси абсцисс и находят V1 и V2.

Погрешность измерения значений рН составила 0,05 единиц рН.

Ранее метод был отработан на порфиринах [16–17].

Электрокинетический потенциал (ζ-потенциал) частиц мицелия определялся методом микроэлектрофореза [15] Погрешность измерений электрокинетического потенциала не превышала 10 %.

Величина электрокинетического потенциала рассчитывалась по уравнению Гельмгольца-Смолуховского. Уравнение использовалось без поправок, так как выполнялись условия k×a>>1, где k — обратная толщина ДЭС, а — радиус частиц.

Изучение электрокинетических свойств водных дисперсий мицелия проводилось в зависимости от рН водной фазы.

Прежде чем использовать методику для изучения мицелия, она была отработана как на простых оксидах [18–26], так и на сложных биологических системах [27–29].

Для определения рНтнз для мицелия был проведен ряд экспериментов потенциометрического титрования с различными неорганическими электролитами, по результатам которых были построены кривые (рис. 1).

Точка пересечения кривых титрования с адсорбентом и без адсорбента соответствует равенству количества адсорбированных протонов и гидроксид ионов. Из кривых потенциометрического титрования рассчитывались количества адсорбированных ионов водорода и гидроксил ионов при разных значениях рН (представленные на рис. 2). Из рисунка видно, что калий незначительно смещает точку нулевого заряда.

                                      а)                                                                              б)

 

Рис. 1. График потенциометрического титрования.:а)1 — кривая титрования воды; 2 — кривая титрования дисперсии мицелия; б) 1 — кривая титрования раствора КСl (0,01 моль/л); 2 — кривая титрования дисперсии мицелия Ab. biennisc КСl (0,01 моль/л)

 

Рис. 2. Зависимость адсорбции ионов мицелия от рН.: 1 — водная дисперсия мицелия; 2 — водная дисперсия мицелия с добавлением KCl (0.01 моль/л)

 

 

Рис. 3. Зависимость электрокинетического потенциала мицелия в водных растворах от рН.: 1 — через 24 часа после приготовления дисперсии

 

Далее была определена изоэлектрическая точка мицелия. Для этого рассматривалась зависимость ζ- потенциала мицелия Poliporus ciliatus от рН его водных дисперсий (рис. 3). рН водный фазы создавался добавлением необходимых количеств соляной кислоты и гидроксида калия. Из рис. 3 видно, что рНИЭТ= 4,3. В области рН<рНиэт, поверхность мицелия заряжена положительно вследствие преобладания адсорбции ионов водорода, при рН>рНиэт поверхность заряжена отрицательно из-за адсорбции гидроксид ионов.

В работе определены значения рНтнз и рНиэт для мицелия базидиомицета Poliporus ciliatus. Определены области наибольшей устойчивости водных дисперсий мицелия (рН<4,0 и рН>5,5). Сорбция будет происходить максимально эффективно при рН<4,0 и рН>5,5, а десорбция 5,0<рН<4,0. В области рН<рНтнз мицелий заряжен положительно, а рН>рНиэт отрицательно, что согласуется с результатами электрокинетических измерений. Отметим, что величина отрицательного заряд больше, чем положительного. Изоэлектрическая точка и точка нулевого заряда в отсутствии специфической сорбции совпадают, что и наблюдается в нашем случае.

 

Литература:

 

1.         Беляев А. П. Физическая и коллоидная химия / Беляев А. П., Кучук В. И. / под.ред. А. П. Беляева. — 2-ое изд., перераб. и доп. — М., 2012.-752с.

2.         Чухно А. С., Дмитриева И. Б., Мартынов Д. В.. Влияние солей одно-, двух- и трехзарядных катионов металлов на сорбцию Н+ и ОН- ионов на декстране. // Бутлеровские сообщения. 2011. Т.27. № 14. С. 47–54.

3.         Чухно А. С., Дмитриева И. Б., Мартынов Д. В.. Изоэлектрическая точка белков в водных растворах азолов. // Вестник СПбГУ. 2011. Серия 4: Физика. Химия. Вып. 2. С.124–133.

4.         Чухно А. С., Дмитриева И. Б., Колодеева С. С., Мартынов Д. В.. Адсорбция ионов Н+ и ОН- на коллагене. // Вестник СПбГУ. 2011. Серия 4: Физика. Химия. Вып. 3. С. 87–95.

5.         Чухно А.С., Дмитриева И.Б., Банкина А.Н., Бриллиантова Е.Ю.  Изучение взаимодействия белков с биологически активными азотсодержащими гетероциклическими соединениями при различных значениях pH. // Бутлеровские сообщения. 2013. Т.34. № 5. С.91–99.

6.         Чухно А. С., Банкина А. Н., Бриллиантова Е. Ю.. Кинетика процесса набухания желатины в водных растворах азолов. // Бутлеровские сообщения.- 2014. — Т.38. № 5. С.84–88.

7.         Men'shikova A.Yu., Skurkis Yu.O., Kuchuk V. I., Dmitrieva I. B., Evseeva T. G., Shabsel's B. M. Effect of the surface structure of poly(styrene-co-acrolein) microspheres and its modification by protein on electrosurface properties. // Коллоидный журнал. 2001. Т. 63. № 5. С. 629–636.

8.         Широкова И. Ю., Кучук В. И., Беляев А. П., Шевченко Н. Н., Голикова Е. В. Агрегативная устойчивость дисперсных систем. Часть 1. Исследование электроповерхностных свойств и кинетики коагуляции монодисперсных полимерных частиц с карбоксилированной поверхностью. // Бутлеровские сообщения. 2014. Т.37. № 2. С.29–38.

9.         Кучук В. И., Широкова И. Ю., Голикова Е. В. Физико-химические свойства водно-спиртовых смесей гомологического ряда низших алифатических спиртов. // Физика и химия стекла. 2012. Т. 38. № 5. С. 625–633.

10.     Родионова Е. Ю., Дмитриева И. Б., Чухно А. С. Влияние состава дисперсионной среды на устойчивость и электрокинетические свойства билирубина. // Бутлеровские сообщения. 2014. Т.37. № 1. С.55–61.

11.     Беляев А. П., Рубец В. П., Антипов В. В., Бордей Н. С., Зарембо В. И. Фазовый переход пар — кристалл при синтезе пленок парацетамола методом вакуумного испарения и конденсации. // ЖТФ. 2014. Т.84. Вып. 3. С.141–143.

12.     Беляев А. П., Рубец В. П., Антипов В. В., Рыбников А. О., Беляева С. А. Кристаллизация парацетамола ромбической формы. // Бутлеровские сообщения. 2014. Т.37. № 3. С.113–119.

13.     Кожемякина Н. В., Ананьева Е. П., Гурина С. В., Галынкин В. А. Условия культивирования, состав и биологическая активность мицелия flammulina velutipes (fr.). P. Karst // Прикладная биохимия и микробиология. 2010. Т. 46. № 5. С. 583–586.

14.     Беляев А. П., Скворцов А. М., Кучук В. И., Дмитриева И. Б., Бахолдина Л. А., Чухно А. С., Гришин В. В., Купина Н. А., Малахова Е. Е.. Физическая и коллоидная химия. Руководство к практическим занятиям: учебное пособие. / Под ред. проф. А. П. Беляева. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. — 320 с.

15.     Григоров О. Н. Электрокинетические свойства капиллярных систем. / Григоров О. Н., Козьмина З. П., Маркович А. В., Фридрихсберг Д. А. М. — Л.: Изд-во АН СССР. 1956. 336с.

16.     Чухно А. С., Дмитриева И. Б., Силаева Д. С., Сенина А. С., Кошевенко А. С., Назипова А. Р. Сорбция ионов Н+ и ОН- на хлорофилле, влияние рН на устойчивость водных дисперсий хлорофилла. Бутлеровские сообщения. 2013. Т.34. № 5. С.124–130.

17.     Крайник И. И., Родионова Е. Ю., Дмитриева И. Б. Исследование электроповерхностных свойств водных дисперсий гемоглобина. // Молодой ученый. 2014. № 14–1. С. 20–24.

18.     Чухно А. С., Дмитриева И. Б., Аксинович В. А., Силаева Д. С., Сенина А. С., Кергенцев А. А.. Электроповерхностные свойства оксида кремния(IV) в водных растворах азолов // Бутлеровские сообщения.- 2014. — Т.38. № 5. С.78–83.

19.     Dmitriyeva I. B., Tikhomolova K. P., Chukhno A. S., Prokopovich P. P., Starov V. M. Investigation of the electrosurface properties of NiO and Fe2O3 in azole solutions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2007. Т. 300. № 3 SPEC. ISS.. P. 315–320.

20.     Дмитриева И. Б., Тихомолова К. П., Чухно А. С.. Особенности адсорбции 1,3 — диазола на поверхности оксидов NiО и Fe2О3. // Журн. прикл. химии. 2005. т. 78. Вып. 5. С. 741–746.

21.     Дмитриева И. Б., Тихомолова К. П., Чухно А. С.. Адсорбция тетразола на оксидах Ni(II) и Fe(III). // Журн. прикл. химии. 2006. Т. 79. Вып. 1. С. 51–56.

22.     А. С. Чухно, И. Б. Дмитриева, К. П. Тихомолова, Н. В. Воронкова. Электроповерхностные свойства оксидов никеля (II) и железа (III) в водных растворах 1,2,4 триазола. Журн. прикл. химии. 2010. т. 83. Вып. 7. С. 1119–1123.

23.     Дмитриева И. Б., Чухно А. С., Степина Е. Ю. Влияние тетразола и метилтетразола на электроповерхностные свойства водных суспензий оксида никеля (II). Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 4, 2003., вып.4(№ 28), С.57–61.

24.     И. Б. Дмитриева, А. С. Чухно. Электроповерхностные свойства оксидов никеля (II) и железа (III) в водных растворах замещенных азолов (производных имидазола и 1,2,4-триазола). Вестн. С.-Петерб. ун-та. 2012. Серия 4: Физика. Химия. Вып. 3. — С. 103–110.

25.     Dmitrieva I. B., Chukhno A. S., Rodionova E. Y.,. Novichkov R. V.. Specific Adsorption of Aspartic Acid on Iron (III) and Nickel (II) Oxides.// Eurasian Chemico-Technological Journal. 2012. Т. 14. № 4. С. 299–304.

26.     Дмитриева И.Б., Чухно А.С., Новичков Р. В.. Взаимодействие глицина с катионами железа(III) и никеля(II) в водных растворах и на поверхности их оксидов. // Бутлеровские сообщения. 2013. Т.35. № 8. С.133–137.

27.     Родионова Е. Ю., Дмитриева И. Б., Чухно А. С. Электрокинетические свойства гемоглобина в водных растворах НСl и KCl. // Бутлеровские сообщения. 2012. Т.30. № 6. С.103–107.

28.     Родионова Е. Ю., Дмитриева И. Б., Чухно А. С. Электрокинетические свойства гемоглобина в водных растворах 1-, 2- и 3-зарядных ионов. // Бутлеровские сообщения. 2013. Т.34. № 6. С.135–140.

29.     Родионова Е. Ю., Дмитриева И. Б., Чухно А. С. Электрокинетические свойства хлорофилла в водных растворах 1-, 2- и 3-зарядных катионов. // Бутлеровские сообщения. 2013. Т.34. № 6. С.130–134.

Основные термины (генерируются автоматически): Бутлеровские сообщения, в водных растворах, адсорбционных свойств мицелия, потенциометрического титрования, мицелия базидиомицета, мицелия базидиомицета poliporus, свойств мицелия базидиомицета, Poliporus ciliatus, мицелия poliporus ciliatus, титрования дисперсии мицелия, адсорбированных ионов, водных дисперсий мицелия, нулевого заряда, базидиомицета poliporus ciliatus, частиц мицелия, в водных растворах азолов, базидиомицета polyporus ciliatus, поверхность мицелия, потенциала мицелия, ионов водорода.

Ключевые слова

Poliporus cilatus, потенциометрическое титроание, изоэлектрическая точка, точка нулевого заряда.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос