Ионная и молекулярная сорбция на силико-полиметилсилоксанах тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

РГ6 од

1 п ' * > г» "—<

• ь 1нЛ;1 л АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

На правах рукописи

МЕЛЕШЕВИЧ Светлана Ивановна

ИОННАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ СОРБЦИЯ НА С И И1КО - ПО Л И11ЕТИ ЛС И ЛОКО АНАХ

Специальность 02.00.04 - физическая хжия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандащата химических наук

Киев - 1993

Работа выполнена в Институте сорбции и проблем зндоэкологии АН Украины

Научный руководитель

член-корреспондент АН Украины доктор химических наук,профессор В.Б.Стрелко

Научный консультант

ст.научн.сотр., канд. хим. наук, Т.И.Денисова

Официальные оппоненты -

доктор химических наук Ю.А.Тарасонко доцент, канд. хим. наук, В.Н.Заацоз

Ведущая организация - Институт коллоидной химии и химии вода АН Украины

Защита состоится ■■ /5 ■■ -¿-¿¿Ы?- 1993г. в А? час на

заседании специализированного совета Д 016.16.01 при. Ордеш

Трудового Красного Знамени Институте общей и неорганической химш

АН Украины по адресу: 252680, Киев-142, пр. Палладана 32/34.

С диссертацией можно ознакомиться в. библиотеке Института обще! и неорганической химии'АН Украины

Автореферат, разослан " ^ " 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат химических наук /Ни^/ Т.С.ГЛУЩА1

гч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Последняя четверть двадцатого столетия характеризуется резким ухудшением экологической обстановки. Интенсивное развитие промышленного производства, малая доля безотходных технологий, крупные аварии, происходящие на различных объектах, приводят к загрязнению почвы, воды и воздуха. В этих условиях организм человека подвергается пагубному воздействию многих чужеродных веществ и продуктов их биотрансформации, что является причиной широкого развития многих экологически зависимых заболеваний. В связи с этим в медицинской практике все большее распространение находят сорбционные методы лечения, являющиеся в настоящее время наиболее современными и перспективными. Применение сорбентов медицинского назначения позволяет производить профилактику накопления в организме вредных и токсических веществ, а также осуществлять "очистку" внутренней среда человека с одновременной положительной коррекцией основных биохимических показателей. Кроме того, на основе сорбционных материалов создаются лекарственные формы пролонгированного действия, обладающие рядом преимуществ по сравнению с обычными медпрепаратами.

Арсенал применяемых в настоящее время медицинских сорбентов постоянно расширяется. Некоторые кремнеземсодержащие сорбенты уже нашли свое применение в медицине /аэросил.полиметилсилоксан и др./. Однако, представляется интересным расширить круг кремнеземных сорбентов медицинского назначения, прежде всего содержащих в поверхностном слое плавно регулируемые количества гидрофобных группировок и гидроксильных групп. Постановка этой задачи интересна потому, что гидрофобные участки кремнеземной поверхности могут быть центрами сорбции из биологических сред организма гидрофобных токсических веществ, а поверхностные гидроксильные группы должны обеспечивать .ионообменную сорбцию / радионуклидов, тяжелых металлов/, а также поглощение многих гидрофильных токсических веществ / амины, полиамины, аммиак и др./.Перспективными для этих целей могут оказаться соосаж-денные двухкомпонентные адсорбенты , - ксерогели силико-полиорганосилоксанов, характеризующиеся развитой пористой структурой и легко поддающиеся модифицированию в процессе синтеза, особого внимания из этого круга сорбентов заслуживает пористый силико-полиметилсилоксан /СГ-ПМС/, способы синтеза и методы формирования пористой структуры которого достаточно хорошо изучены. Силико-полиметилсилоксан обладает рядом свойств отвечающих требованиям,

предъявляемым к сорбентам медицинского назначения: химическая инертность, жесткость каркаса, нерастворимость в воде и органических растворителях, устойчивость в широком интервале рН.

В настоящее время силико-полиметилсилоксан еще не нашел применения для медицинских целей. Одной из причин этого является отсутствие количественных закономерностей по его сорбционной активности в отношении медицинских препаратов, продуктов метаболизма, катионов металлов и др. В связи с этим, одной из основных задач, поставленных в настоящей работе, является усовершенствование способов синтеза модифицированных сорбентов на основе силико-полиметилсилоксана, а также изучение основных закономерностей молекулярной и ионообменной сорбции на этих сорбентах и оценка перспективы их использования в качестве медицинских сорбентов.

Работа выполнялась в соответствии с темами П9НТ,134Е.

Цель работы заключалась в разработке методов синтеза различных форм силико-полиметилсилоксана и изучение сорбции ряда веществ ионной и молекулярной природа для выяснения возможности использования данных материалов в качестве сорбентов медицинского назначения.

Научная новизна. Впервые изучены закономерности сорбции сердечно-сосудистых препаратов /анаприлина,папаверина,нитроглицерина/ из растворов силико-полиметилсилоксанами с различным содержанием гидрофильной и гидрофобной компоненты. Показано,что независимо от химической природы адсорбентов, наблюдается корреляция между величиной их сорбции и параметрами пористой структуры. Сделан вывод о вкладе в суммарную величину сорбции анаприлина,папаверина специфического взаимодействия за счет образования водородных связей между силанольными группами сорбентов и амино- и гидроксильными группами этих лекарственных препаратов.

На основе метода специфического формирования впервые были синтезированы и исследованы силико-полиметилсилоксаны,селективные к анаприлину и папаверину.

При изучении сорбции антибиотиков аминогликозидаого ряда /канамицина сульфата,стрептомицина сульфата/ из водных растворов силико-полиметилсилоксаном и его модифицированной ионами алюминия формой / СГ-ПМС-М/ обнаружено, что введение алюминия в силоксановую цепь увеличивает емкость сорбента по данным веществам.

Результаты по кинетике десорбции сердечно-сосудистых веществ и антибиотиков в модельных растворах показали,что нанесение лекарстве-

- з -

иных средств на исследуемые кремнеземсодержащмв сораенты приводит к пролонгированию действия медпрепаратов.

Изучена сорбциоиная активность СГ-ПМС и СГ-ПКС-М по отношению к азотсодержащим продуктам метаболизма: креатишшу, мочевой кислота, мочевине, ионам аммония. Установлено, что модифицированная ионами алюминия форма СГ-ПМС обладает большим сродством к метаболитам ионной природы за счет усиления протонодонорных саоастз поверхностных гидроксильных групп, а таете наличия на поверхности угасгков с фиксированным отрицательным зарядом.

Впервые установлены закономерности ковооскониоа сорбции ионов К+, Сз+, Зг2 + органокремнеземными сорбентами из водных и водно-солевых растворов.

Ксследовзна ташко сорбция радионуклидов Сь134 ,Сб137 ,£г30 из модельных растворов силико-полга,:етилсилоксановькн сорбентами и показана их весьма высокая эффективность, как дскорпорнрувдего средства при выведении цезия из биологических сред организма.

Синтезированы новые смешанные сорбенты, представляющие собой модифицированные силико-полиметилсилоксаном углеродный сорбент СКН-П-1 и абрикосовуз косточку. Обнаружено, что нанесение указанного выше сорбента па углеродный и природный материал приводит к увеличению сорбции ионов цезия и стронция из растворов.

Практическая значимость. Оптимизированы условия получения си-лико-полиметилсилоксана я его алюминиевой формы, получены опытные партии указанных сорбентов. Разработаны лекарственные формы путем сорбционноа иммобилизации сердечно-сосудистых препаратов /анаприли-на, папаверина, нитроглицерина/ на СГ-ПМС различного состава. Проведенные в Киевском мединституте испытания на животных показали,что действие медпрепаратов продлевается до 3-24 часов.

На основе силико-полиметилсилоксанз и канамицина сульфата получены аппликационные материалы для лечения гнойных ран и ожогов, испытания которых в Киевском Окружном военном госпитале $ 408 показали, что указанные иммобилизованные формы препарата, не уменьшая лечебного эффекта, позволяют в 4 раза уменьшить суточную дозу антибиотика.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на XXII научной конференции ИОНХ АН Украины /Киев, 1988/, Республиканской научно-практической конференции " Синтез и применение энте-росорбентов" /Конаково, 1990/, Интернациональном хирургическом конг-

россе /Тель-Авив, 1990/, Международном симпозиуме ЮПАК по характеристике твердых тел /Аликанте, 1990/, XIII Всесоюзном семинаре по химии и технологии неорганических сорбентов /Минск,1991/, XXVII Международном конгрессе по спектроскопии /Берген, 1991/, научной конференции ИСПЭ АН Украины /Киев, 1992/, XXXIV Международном симпозиуме ЮЛАК по макромолекулам /Лрагэ, 1992/.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка цитируемой литературы / 239 наименований/ и приложения. Работа изложена на страницах машинописного

текста, содержит 41 рисунок и 25 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и новизна проводимых исследований, ставится цель и определяются задачи исследования.

В первой главе проведен анализ литературных данных, характеризующих современное состояние проблемы изучения строения и свойств кремнеземсодерягащих материалов, в частности, подробно рассмотрены двухкомпонентные кремнийорганические адсорбенты - силико-полиоргано-силоксаны. Сделан вывод о недостаточном количестве данных по сорбции веществ различной природа из растворов на силико-полиорганосилокса-нах. Приведены сведения об использовании сорбентов в медицине. Определены задачи исследования.

Вторая глава содержит обоснование выбора сорбентов, характеристику свойств ссрбатов. Кратко описаны методы исследования струк-турно-сорбционных характеристик полученных образцов и другие физико-химические методы, используемые в данной работе для характеристики силико-полиметилсилоксанов и их сорбционной активности. В качестве объектов исследования использовали ксерогели силико-полиметилсилок-санов различного состава, а также силико-полиметилсилоксаны, модифицированные ионами алюминия.

Адсорбатами'служили: медпрепараты сердечно-сосудистого действия /анаприлин, папаверин, нитроглицерин/; антибиотики аминогликозидного ряда /канамицина сульфат и стрептомицина сульфат/. Выбор данных ле-; карственных веществ обусловлен их широким использованием в медицине. Упомянутые лекарственные препараты относятся к органическим веществам, в основном молекулярной природа /рК=7-9/, за исключением стрептомицина сульфата,который в водном растворе находится в ионной форме /рК1=2; рК„ з=7/. Наличие различных группировок /-ОН. -Ю^. =Ш, нЫ,

=С0/ представляет интерес для определения специфических взаимодействий в системе сорбент-сороат /табл.1/.

Для выявления возможности использования СГ-ПМС и СГ-ПМС-М как энтеросорбентов изучалась сорбция ионов аммония, калия, цезия, стронция из растворов их хлоридов, а также радионуклидов Сэ134.Сэ137.Бг90 из модельных растворов. Среди метаболитов молекулярной природы были выбраны азотсодержащие небелковыз соединения, а именно: креатинин, мочевая кислота, мочевина, избыточное количество которых в организме человека приводит к различным заболеваниям /табл.1/.

В третьей главе оптимизированы условия получения исходных и модифицированных силико-полиметилсилоксанов и приведены их структур-но-сорбционные характеристики.

В основе метода получения исходных и модифицированных силико-полиметилсилоксанов в водной среде лежат реакции взаимодействия щелочных растворов силиката натрия и метилсиликоната натрия с соляноа кислотой /для получения СГ-ПМС/ и той же щелочной смеси с • раствором хлористого алюминия в соляной кислоте /СГ-ПМС-М/. В присутствии кислоты происходит обменное разложение силиката натрия и метилсиликоната натрия с образованием неустойчивых продуктов реакции - мономеров кремневой кислоты и метилсилантриола. В щелочной среде протекает также гидролиз хлористого алюминия. В дальнейшем происходит совместная поликондевсация и полимеризация этих продуктов с образованием пространственно-сшитых структур силико-полиметилсилоксанов.

Схематически получение исследуемых сорбентов можно представить следующим образом:

Ма2ЗЮ3+СН35К0Н)20Ка ЗНС1 -» (I) Б1(0Н)4 + СНзБ1(ОН)3 +ЗНаС1 ^ /СГ-ПМС/

«СНэ510з/2>т -(^«О^р

2Ыа2ЗЮ3 + ЗСН3БКОН)2ОЫа + 2А1С13 + 81^0 + НС1 —* (2) 251(0Н)4 + ЗС^ЗКОЮз + 2А1(0Н)3 + /СГ-ПМС-М/

Эти реакции отражают брутто-процессы, происходящие в системе. Что же касается химического строения поверхности получаемых таким

Таблица I Структурные формулы органических адсороатов

Название Структурная формула Молекулярная масса

Анаприлин о-сн2-сн-снгмнсТГс^- HCL i / i i —ru CO 0H 295,8

Папаверин H^JOQJ HCL H.CO HifO-U 375,1

Нитроглицерин C^ -О-Шг СНг.-0-Шг. 227,2

Канамицина сульфат OU-W HM -снг oirÄ/l A ^ он 680,5

Стрептомицина сульфат ^TYl у . - \Шш V-Vc-tfH* QU HN-C-NH и L 4 «« .. •зд 2 1458,3

Креатинин 113,1

Мочевая кислота OH 168,1 ..

Мочевина üi» 60,1

способом сорбентов, то его следует представить такой схемой:

ОН СН3 ОН СНз (3) -¿i-o4i-o-£i-o-£i-' /сг-пмо/

I I I I

CIL iTtfOH CiL ОН <*) -<U O-Si-O-il-O-iiW /СГ-ПМС-М/

II II

На Экспериментальном производстве ИСПЭ АН Укракьы были иадтези-рованы опытные партии СГ-ПМС с различным соотношением гидрсжсильных п метильных групп, а также получены лабораторные и опытные партии модифицированных форм силико-полиметилсилоксанов. Структурно-сорбци-опные характеристики некоторых партий сорбентов приведены в таблице 2.

В процессе синтеза сорбционшх материалов было исследовано влияние состава используемых реагентов, соотношения г-зкв КаОН к количеству г-экв HCl в реакционной смеси, степени разбавления исходных растворов, температуры созревания, времени отмывки гидрогелей, а также кислотиоа промывки на параметры юс пористой структуры.

Показано, что изменение условий синтеза позволяет получить сорбенты с удельной поверхностью от 160 до 750 м2/г, сорбционным объемом пор по бензолу от 0,26 до 1,30 см3/г (табл.2).

Дифференциальные кривые распределения пор по эффективны?,! радиусам (рис.1) свидетельствуют о том, что силшсо-полиметилсилоксановые сорбенты, в отличие от полиметилсилоксана, у которого преобладают макропоры, характеризуются мезопористой структурой, при этой с увеличением гидрофильной составляющей, а также количества модифицирующего агента /алюминия/ наблюдается уменьиение среднего радиуса пор.

Экспериментально полученные значения содержания кремния, углерода, водорода в силико-полиметилсилоксановых сорбентах хорошо согласуются с теоретическими расчетами. Введение алюминия в силоксано-вую цепь при синтезе модифицированных СГ-ПМС приводит к уменьшению количества кремния в сорбенте, что наряду с ИК-спектроскопическими исследованиями подтверждает вхождение алюминия в силоксановую цепь. Суммарное содержание катионных примесей, в частности, железа, кальция и магния не превышает 0,0935 и не зависит от состава органокрем-неземкых сорбентов.

Методом дифференциально-термического анализа показано, что введение алюминия в цепь sSi-0-Sis, а также его количество увеличивает термическую устойчивость исследуемых сорбентов.

Таблица 2

Структурно-сорбционные характеристики сорбентов и рН нулевого заряда поверхности

В образца СН:МСН? % масс. AI. % масс. Объем пор,см3/г г РН

Серия м /г Суммарн. нм нул. зар. поверх.

СГ - ПМС

I 8 30:70 - 338 1,25 1,35 7,5 4,5

NaOH . HCl ' 8 2 50:50 70:30 - 536 695 1 ДО 1,00 1.28 1,17 4,8 3.1 5,0 4,5

II 7 30:70 - 460 1,20 1.30 6,2 5,0

NaOH п я Ш1 ' 6 4 50:50 70:30 - 614 751 0,53 0,36 0,61 0,41 2,0 1,2 5,2 5,0

III II 30:70 - 410 1,20 1,37 6.2 5.0

[сонц. 12 50:50 500 1,10 1,38 4,9 5,0

р-ры NaOH , 14 70:30 440 1,30 1,31 6,4 4,5

er - ПМС - М

23 1* 30:70 3.8 417 160** 0,26 0,82** 0,33 0,93** 1,2 11,0** 4,5 4,5

IV 32 — А,5 451 0.31 0,39 1.3 5.1

28 — 4,9 554 0,33 0,40 1,5 4,3 '

22 50:50 • 1 600 0,24 0,24 1.3 4,5

*СН - силикат натрия, МСН - метилсиликонат натрия. **Температура созревания гелей 120°С.

В четвертой главе приведены результаты, характеризующие влияние различных факторов /пористой'структуры, состава сорбентов, кислотности среды, природа органического вещества/ на величину адсорбции медпрепаратов в растворах силико-полиметилсилоксанами; получены также кинетические данные, характеризующие процессы их десорбции с поверхности сорбентов. Определены оптимальные условия создания лекарственных форм пролонгированного действия. Синтезированы сорбенты на

■

0.8

.4

Рис.1 Дифференциальные кривые распределения пор по эффектив ным радиуса:-,:

1 - ПМС;

2 - СГ-ПКС 30:70 % масс.;

3 - СГ-ПМС 70:30 % масс.; К - СГ-ПМС-М 30:70 % масс.

0,6

О*

0,2

(4,9Ш).

10 100 1000 г

основе СГ-ПМС, селективные к анзприлкну и папаверину.

На силико-полиметилсилоксанах была изучена адсорбция некоторых сердечно-сосудистых препаратов /рис.2/. Показано, что изотермы адсорбции нитроглицерина имеют ленгмюровскую форму, свидетельствующую о преобладании физической адсорбции. Полученные изотермы сорбции анаприлина, папаверина, согласно классификации Ч.Джаалса, свидетельствуют о вертикальном расположении молекул сорбзта в поверхностном слое, о конкуренции со стороны молекул растворителя и о возможной ассоциации адсорбированных молекул друг с другом на поверхности сорбента. Изучена зависимость величины сороции нитроглицерина, папаверина и анаприлина из растворов на СГ-ПНС с различным соотношением гидрофильной и гидрофобной компоненты /30:70,50:50 и 70:30 % масс./ ог сорбционного объема пор и удельной поверхности. Полученные данные свидетельствуют о существовании корреляции между величинами сорбции лекарственных препаратов и параметрами, пористой структуры - наблюдается линейное возрастание адсорбции с ростом сорбционного объема пор и уменьшением удельной поверхности изучаемых органокремнеземных сорбентов. При этом характер этого влияния не зависит от природа адсорбата. Значительное место в работе уделено взаимодействию в системе сорбент-сорбат, обусловленное особенностями химии поверхности СГ-ПМС и наличием функциональных группировок сорбатов.

Показано, что существенное влияние на величину адсорбции органических веществ молекулярной природы оказывает кислотность среда. Увеличение рН приводит к росту величины сорбции анаприлина и папаве-

Рис. 2. Изотермы сорбции нитроглицерина (а) из водно-

спиртового раствора (10% С2НдОН), анаприлина (б), папаверина (в) из водаых растворов при 20°С:

1 - СГ-ЛМС 30:70 % масс.;

2 - СГ-ПМС 70:30 % масс..

рина тем больше, чем больше гидроксильных групп в составе сорбента и к меньшей зависимости сорбционной емкости от параметров пористой структуры. По-нашему мнению, это связано с различным состоянием поверхности сорбента в зависимости от кислотности раствора адсорбата. Известно, что силанольные группы выбранных сорбентов, как и в случае кремнеземов, в зависимости от рН среда могут принимать участие в кислотно-основных реакциях. рН нулевого заряда поверхности составляет 4,5-5,2 /табл.2/. Следовательно, в более кислых средах на поверхности СГ-ПМС возможно образование =SiOí£ - групп, а в более щелочных sSiO" -групп. Исходя из этого, вероятность образования водородных связей между силанольнымк группами сорбента и амино- и гид-роксильными группами используемых адсорбентов уменьшается с увеличением рН.

Исследование влияния состава СГ-ПМС на адсорбцию анаприлина и папаверина показало, что с увеличением количества гидроксильных групп на поверхности сорбента величина сорбции уменьшается /рис.2/. С ростом количества поверхностных гидроксильных групп возрастает вероятность образования водородных связей между ними, что затрудняет взаимодействие в системе сорбент-сороат. В пользу этого, свидетельствует тот факт, что по сравнению с другими сорбентами для СГ-ПМС

- II -

состава 70:30 % масс, образование монослоя при адсорбции происходит при большей равновесной концентрации органических веществ.

На основании анализа полученных адсорбционных данных сделан вывод о вкладе в суммарную величину сорбции анаприлина и папаверина специфического взаимодействия за счет образования водородных связей между силанольными группами сорбента и амино- и гидроксильными группами органических веществ.

Проведен сравнительный анализ адсорбции антибиотиков зминогли-козидного ряда /канамицина сульфата,стрептомицина сульфата/ из растворов различными сорционными материалами: мтилоном, АУВМ Днепр МН, СГ-ПМС и СГ-ПМС-И. Показано /рис.3/, что модифицированная форма СГ-ПМС, по сравнению с СГ-ПМС, обладает большей сорбционной емкостью к исследуемым антибиотикам. В случае канамицина сульфата зто, по-видимому, связано с образованием сильных водородных связей между молекулами органического вещества, содержащего аминогруппы, и сильнокислотными поверхностными гидроксилами, фиксированными вблизи атомов алюминия / схема 4/. Сорбция стрептомицина сульфата на модифицированном силико-полимотилСилоксане осуществляется по ионообменному механизму.

Изучение влияния различных факторов на величину сорбции позволило определить оптимальные условия и синтезировать лабораторные образцы СГ-ПМС и СГ-ПМС-М с иммобилизованным нитроглицерином, анап-рилином, папаверином, а также канамицином и стрептомицином сульфатами. На примере анаприлина изучена кинетика десорбции сердечнососудистых веществ при 37°С в растворах, имитирующих желудочный и кишечный соки (0,1 М HCl и 0,007 И HajHPU^ соответственно), а также в желудочном соке. Найдено, что за 2U часа десорбируется 50-70 % анаприлина желудочным соком и 0,1 М HCl, 40-50 % - раствором двухза-мещенного натрия фосфата при Т:Ж = 1:100.

Установлен также факт контролируемого высвобождения антибиотиков с органокремнеземных сорбентов физиологическим раствором /0,15 М NaCl/ при 37°С.

Полученные кинетические данные коррелируют с результатами медико-биологических исследований и свидетельствуют о том, что данные сорбенты могут быть использованы в качестве' носителей для пролонгирования действия лекарственных веществ.

При получении лекарственных форм пролонгированного действия необходимо определенное соотношение между сорбентом и сорбатом, при этом содержание последнего должно быть оптимальным.. Эффективным спо-

а-Ю* НОкЬА

стрепт.

10 ерю) мол%

-Н-^-

Ср-ю, М0АЬ/л

Рис. 3. Изотермы сорбции

канамицияа сульфата (о) и стрептомицина сульфата (в) из водных растворов при

20° С:

1,2 - СГ-ПМС 30:70% масс.; 3,4 - СГ-ПМС-Ь 30:7021 масс.

(4,0 % А1).

собом повышенна емкости сорбентов в отношении определенного вещества является метод специфического формирования, т.е. получение сорбента в присутствии вещества - формователя с его последующим вымыванием на различных стадиях гелеобразования, что обеспечивает увеличение сорб-ционной емкости и селективности извлечения сорбата.

Нами впервые синтезированы сорбенты на основе СГ-ПМС, селективные к анаприлину и папаверину, путем введения при синтезе вещества -формователя в кислоту, золь и гидрогель. Как видно из таблицы 3, наиболее эффективным оказалось введение молекул анаприлина в раствор кислоты. Небольшая специфичность была достигнута в случае добавления медпрепарата в отмытый от ионов Ка^ и С1~ гидрогель. Аналогичные результаты получены для папаверина.

Изменяя условия синтеза /предварительное высушивание на воздухе, присутствие вспомогательного вещества - 0,1 М ЫаОН, время контакта с раствором формователя, стадия отмывки/, удалось получить селективные сорбенты к анаприлину и папаверину, сорбционная емкость которых в 2-4 раза выше, по сравнению с исходным СГ-ПМС.

Высказано предположение о смешанном механизме образования центров селективной сорбции при получении специфических сорбентов на основе СГ-ПМС. С одной стороны, возникновение центров селективной сорбции является результатом торможения роста глобул сорбента в мес-

Таблица 3

Сорбция анаприлинэ из водных растворов на специфических силико-полиметилсилоксанах различного состава Время контакта 6 часов; температура = 20°С.

СН : МСН, % масс. а • Ю5, моль/г

Контрольный образец Способ введения формователя

кислота золь гидрогель

30 : 70 3,80 9,45 8,40 6,85

50 : 50 3,51 8,77 7,70 6,31

70 : 30 3,42 8,55 7,50 6,13

тах, занятых адсорбированными молекулами или ассоциатами молекул формователя /образование «отпечатков»/. С другой стороны, за селективность адсорбции ответственны молекулы вещества - формователя, всегда остающиеся в небольшом количество в сформованных силико-полиметилсилоксанах после отмывки их растворителями /«ассоциативный механизм»/.

Пятая глава содержит экспериментальные данные по сорбционной активности СГ-ПМС и СГ-ПМС-М в отношении некоторых азотсодержащих продуктов метаболизма молекулярной и ионной природы, ионам калия, цезия, стронция и радионуклидам Сз134.Сз137.5г90, а также результаты по синтезу смешанных сорбентов.

Установлено, что модифицирование силико-полиметилсилоксана катионом-акцептором приводит к возрастанию статической емкости по кре-атинину и мочевой кислоте, как и в случае антибиотиков, в несколько • раз.

Показано, что СГ-ПМС и его модифицированные формы ■ практически но сорбируют мочевину из исследуемых растворов. По-нашему мнению, это связано с высокой степенью гидратированности молекул мочевины в растворе, вследствие этого невозможно образование водородных .связей между аминогруппами метаболита и атомами кислорода гидроксильных групп сорбента.

Проведенная количественная оценка сорбционной способности орга-нокремнеземных сорбентов к некоторым ионам, а именно: катионам аммония,калия, цезия, стронция показала, что наиболее эффективными сорбентами являются силико-полиметилсилоксаны, содержащие >2 % модифи-

пирующего агента.

Для оценки эффективности процесса выведения исследуемых катионов из желудочно-кишечного тракта оыла изучена зависимость величины их сорбции от рН. Установлено, что при изменении рН от 2 до 9' сорбция ионов возрастает, отсюда следует, что наиболее полно катионы к| Сэ^ йг2+ и ионы аммония извлекаются из модельных растворов, имитирующих содержимое пищевода /рН=6,9/ и кишечника /рН=8,7/.

В статических условиях было изучено влияние посторонних ионов на извлечение исследуемых катионов. С зтоа целью исследовалась сорбция Сэ+ на СГ-ПМС-М /обр.28/ из 0,15 М раствора хлорида натрия / физиологический раствор/ и раствора Рингера-Локка, который моделирует солевой состав крови. Результатом влияния посторонних ионов является уменьшения величин коэффициентов распределения в 4-5 раз /рис.4/ и значительное увеличение времени достижения адсорбционного равновесия.

Установлено, что с ростом температуры от 20 до 40°С уменьшается время достижения адсорбционного равновесия.

Изучена сорбция ионов цезия и стронция при их совместном присутствии из раствора Рингера-Локка модифицированной форме СГ-ПКС. Результаты, приведенные в таблице 4, свидетельствуют о более высокоа селективности СГ-ПМС-М к ионам цезия /коэффициент избирательности для пары ионов Сз*/ Вг2* при равновесной концентрации 0,2-Ю~4г-зкв/л имеет значение 18 /. Установлено, что при переходе от раствора Рингера-Локка к водному раствору не только возрастает величина сорбции исследуемых катионов, но и меняется сродство сор-

Рис. 4. Зависимость коэффициента распределения ионов цезия от равновесной концентрации в различных средах для СГ-ПМС-М 30:70 % масс. (4,9 % А1):

1 - водный р-р;

2 - 0,15 М МаС1;

3 - р-р Рингера-Локка,

бента к ним. Эти результаты хорошо согласуются с данными по сорбции катионов из водных растворов на различных ионообменных формах силикате ля, согласно которым с понижением основности поглощаемого иона /при переходе от Сз+к Иг2*"/ его сорбируемость возрастает.Для проверки существования корреляции в пределах одной группы былз исследована сорбция ионов калия из водных растворов. Найдено, что СГ-ПМС-М более эффективно извлекает К+ из водного раствора, чем Сз* /с уменьшением порядкового номера элемента его сорбируемость возрастает/. Получены ' следующие ряды избирательности:

водный раствор: 5г2 К+> Сэ раствор Рингера-Локкз: К+> Сз*> 5гг+

Нами сделан вывод о том, что на силико-полиметилсилоксанах сорбция исследуемых катионов осуществляется по ионообменному механизму. В случае модифицированных силико-полиметилсилоксанов увеличивается количество обменных центров адсорбции / Б ЮН - группы, обладающие сильнокислотными свойствами, мостиковые 0~Н+ - группы/.

Таблица 4 Сорбция Сэ+ и Бг2+ при их совместном присутствии из раствора Рингера-Локкз на СГ-ПМС-М (обр. №28) Температура = 37°С; Т:Ж = 1:100; [Сэ+ИЗг2*] = 3,5:1

5Г2<"

а, мг-зкв/г Ср-104, мг-экв/мл К<1 а, мг-зкв/г Ср-103, МГ-ОКВ/А , К<1

0,10 0,21 0,29 0,29 6,76 19,04 3448 310 152 0,12 0,16 0,23 2,02 6,59 14,77 59 24 16

Наличие ионообменных центров подтверждено данными рН - потенциомет-рического титрования /рис.5/.

Результаты исследования сорбции ионов цезия и стронция послужили основанием для использования органокремнеземных сорбентов при извлечении радионуклидов Сз1Э4.Сз1Э7 и Ь'г90 из различных растворов /табл. 5/.

С целью увеличения сорбции ионов цезия и стронция сорбшюнными материалами из'синтетического и природного сырья, нами были синтезированы смешанные сорбенты. Найдено, что нанесение СГ-ПМС-М на угле-

родаш и природный материалы приводит к увеличению сорбции ионов цезия и стронция в 4-7 и 2-4 раза соответственно в зависимости от способа нанесения органокремнеземного сорбента и исходной концентрации растворов,содержащих ионы цезия и стронция.

Рис.5 Кривые рН - потен-циометрического титрования силико-полиметилсилоксанов

1 - холостой опыт;

2 - СГ-ПМС 30:70 % масс.;

3 - СГ-ПМС-М 30:70 % масс.

(4,0Ш).

Таблица 5

Адсорбция радионуклидов Об137 и 5р90 модифицированным СГ-ПМС из различных сред С = 22,2-Ю8 Бк/л; Т:Ш = 1:200; температура = 20°С

Содержание А1,% масс. Коэффициент распределения, Кс1

Водный раствор 0,15 М ЫаС1 Раствор Рингера-Локка

Сз137 5гзо Сз137 Бг90 СЗ137 зг90

4,0 3561 213 1300 90 1028 53

4,9 3914 300 1990 114 1796 72

ВЫВОДЫ

I. Оптимизированы условия получения различных форм силико-полиметилсилоксановых сорбентов и с помощью методов: адсорбционного, ртутной порометрии, хроматографичэского определены их структур-но-сорбционные характеристики. Изучена сорбция ряда веществ ионной и молекулярной природы.

5 П 2 А,|ннсе,мА

2 3^5 йЛнЫЦт

1

- 17 -

2. Методами потендаометрии, элементного анализа и ИК-спектро-скопии подтвервдено строение исследуемых органокремнеземов, в частности, вхождение ионов алюминия в силоксановую цепь. Методом дифференциально-термического анализа показано, что введение алюминия в цепь =51-0-51=, а также его количество увеличивает термическую устойчивость силико-полиметилсилоксанов.

3. Изучено влияние различных факторов /параметров пористой структуры, кислотности среда, состава сорбентов, соотношения твердой и жидкой фазы, природы и концентрации органических веществ/ на их адсорбцию силико-полиметилсилоксанами в растворах. Показано, что для всех исследуемых адсорбатов молекулярной природы наблюдается корреляция между величиной сорбции и параметрами пористоз структуры.

А. Методом специфического формирования впервые синтезированы селективные к анаприлкну и папаверину сорбенты на основе силико-полиметилсилоксана. Найдено, что сорбционная емкость полученных специфических сорбентов в 2-4 раза выше, чем исходных силико-полиметилсилоксанов .

5. Получены количественные закономерности сорбции ряда катионов силшсо-полиметилсилоксановыми сорбентами. Установлены следующие ряда сродства исследуемых ионов к модифицированному силико-полиметилси-локсану:

водный раствор: $г2+> К+ > Сэ+ раствор Рингера-Локка К+ > Сэ+ > Бгг+

6. Обнаружено, что модифицирование силико-полиметилсилоксанов ионами алюминия приводит к увеличению сорбционной способности к исследуемым веществам ионной и молекулярной природы, что можно объяснить ростом сильнокислотных активных центров на поверхности, сорбентов.

7. Изучена сорция радионуклидов Сз1Э4,Сз137,5г90. из модельных растворов на СГ-ПМС-М и показана возможность его использования для извлечения радионуклидов из биологических сред.

8. Впервые синтезированы смешанные сорбенты, представляющие собой модифицированный силико-полиметилсилоксаном углеродный сорбент СКН-П-1 и абрикосовую косточку. Найдено, что нанесение органокремне-земного сорбента приводит к увеличению сорбции ионов цезия и стронция в 4-7 и 2-4 раза соответственно.

9. Разработаны лекарственные формы путем сорбционной иммобилизации сердечно-сосудистых препаратов / анаприлина, папаверина, нит роглицерина / на силико-полиметилсилоксанах различного' состава.

- 18 -

Испытания на животных показали, что действие медпрепарзта продлевается до 8-24 часов. Аппликационные материалы на основе силико-полиметилсилоксана и канамишша сульфата позволяют уменьшить в 4 раза суточную дозу антибиотика.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Denisova I.I. and Meleshevich S.I.Effect of synthesis conditions on the porous structure of organosilicas //Abstracts of International symposium on characterization of porous solids, Alicante, may, 1990 / Alicante, - 1990. - P. 231-233.

2. О возможности использования двухкомпонентных органокрзмне-земных сорбентов для энтероеорбцик / В.В. Стреяко, T.;i. Денисова, С.И. Мелешевич и др. // Республиканская научно-практическая конференция " Синтез и применение энтеросорбентов", Конаково, маг, 1930: Тез. докл. - Конаково, 1990. С. 33.

3. Создание лекарственных форм пролонгированного действия на основе крсмнеоемсодеркащих сорбентов / Т. И. Денисова, С. И. Мелеше-вич, И.В. Ниженковская и др. // Тан же. - С. 38.

4. Ниженковская И.В., Денисова Г. И., Мэлешевич С. И. Взаимодействие нитроглицерина с кремнеземсодержащими сорбентами // VI съезд фармакологов Украины, Харьков, свит. 1990: Тез.докл.- Харьков, сент. 1990. -С.219.

5. Use of organic-silica sorbents in treating wound infection / S.I. Meleshevich, K. P.Bezlyda, V. I. Davydov et al // Abstracts of international surgery congress, Tel-Aviv, oct., 1990 / Tel-Aviv, -1990. - P. 83.

6. Денисова Т.И., Мелешевич С.И. Влияние химии поверхности ор-ганокремнеземных сорбентов на сорбцию ионов из растворов //XIII заседание Всесоюзного семинара " Химия и технология неорганических веществ", Минск, февр. 1991: Тез. докл. - Минск, 1991. - С. 21.

7. Removal of radionuclides from biological fluids on silica-based materials /v.v. Strelko, S.I. Meleshevich, T.I. Denisova et al // Book of abstacts of XXVII-CSI Pre-Symposium " Measurements of radionuclides after the Chernobyl accident", Bergen, June, 1991 / Bergen. - 1991. - P. 51.

8. Стрелко В.В., Мелешевич С.И., Денисова Г.И. " Использование силико-полиметилсилоксанов для извлечения ионов цезия из водных растворов" // Шурн. прикл. химии. - 1992. - 65, Ш I, - С. 102-107.

9. Мелешевич С.И., Стрелко В.В., Денисова Т.И. " Получение сор-

- 19 -

бентов на основе силико-полиметилсклоксана, селективных к анаприлину и папаверину" // Журн. прикл. химии. - 1992, - 65, »2, - С. 316319.

10. Мелешевич С.И., Денисова Т.И., Стрелко В.В. "Адсорбция анаприлина и папаверина силико-полиметилсилоксанзми в растворах" // Укр. хим. журн. - 1992. - 58, * 8, - С. 626-630.

11. Study of physico-chemical and pharraalogical properties of crganosilica polymers, immobilized by cardiovascular substances / T.I.Denisova, S.I.Meleshevich, V.V. Strelko et al //Abstracts of XXIV-th International symposium on macromolecules, Prague, July, 1992 / Prague, - 1992. - 6-5 p.

12. Стрелков.В., Мелешевич С.И. Извлечение ионов цезия и стронция из растворов при их совместном присутствии сорбентами различной природы // Укр. хим. журн. - 1993. - 59, * I. - С. 25-29.