Разработка методов получения и исследование свойств экстрагирующих эмульсий для извлечения холестерина из биологических жидкостей тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

/ч

с»

ср ^ а

С; -Ст^

На правах рукописи

ГОРДОВА АННА ФИРСОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЭКСТРАГИРУЮЩИХ ЭМУЛЬСИЙ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ХОЛЕСТЕРИНА ИЗ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

02.00.11 - коллоидная химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - ! 997

Работа выполнена на кафедре промышленной экологии Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева.

Научный руководитель - доктор химических наук, профессор

Юртов Е.В.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Волков В А.;

кандидат химических наук, доцент Кнзим Н.Ф.

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт физико-химической медицины (НИИФХМ) Минздрава РФ

Защита диссертации состоится 1997 г.

в Л/ час . в '/¿¿и&УП. на заседании

диссертационного совета Д 053.34.04 в Российском химико-технологическом университете имени Д.И.Менделеева по адресу: 125047, Москва А-47, Миусская пл., дом 9

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им. Д.И.Менделеева

Автореферат разослан.

Ученый секретарь диссертационного совета

Дворецков ГА.

Актуальность проблемы. Эмульсии находят широкое применение в различных отраслях промышленности и являются одним из основных объектов коллоидной химии. В последнее время внимание исследователей привлекают экстрагирующие эмульсии, применяемые для извлечения различных веществ. Для экстракции из водных сред, в частности, из биологических жидкостей, используются обратные (В/М) концентрированные и высококонцентрированные эмульсии.

Ранее в РХТУ имД .И .Менделеева совместно с НИИФХМ Минздрава России были предложены составы экстрагирующих эмульсин для извлечения холестерина, разработан метод мембранной экстракции холестерина из биологических жидкостей и изучены его физико-химические закономерности. Одним из свойств экстрагирующих эмульсий, необходимых при извлечении веществ, обладающих поверхностно-активными свойствами (например, холестерина), является высокое значение удельной меж-фазнон поверхности - суммарной поверхности всех капель дисперсной фазы в единице объема экстрагирующей эмульсии.

Целью данной диссертационной работы является получение и исследование коллоидно-химических свойств концентрированных и высококонцентрированных экстрагирующих эмульсин для извлечения холестерина из биологических жидкостей.

Научная новизна. Для получения высококонцеьпрированных эмульсий предложено использовать процесс образования нанодисперсни в экстрагирующих эмульсиях. Доказано, что образование нанодисперсни, протекающее в трехфазных системах (В/М)/В, обеспечивает значительное увеличение концентрации дисперсной фазы и позволяет получить устойчивые обратные эмульсин для извлечения холестерина с концентрацией дисперсной фазы 87-88 % об.. Установлено, что при увеличении концентрации дисперсной фазы и образовании нанодисперсни в экстрагирующей эмульсии В/М за счет переноса со-ПАВ и воды в трехфазной системе (В/М)/В, происходит увеличение вязкости и емкости по холестерину экстрагирующей эмульсии.

Практическая значимость. Предложен двустадийный способ получения обратных экстрагирующих эмульсий, отличающийся от известных ранее тем, что на первой стадии получают обратную эмульсию с концентрацией дисперсной фазы 65-70 % об.. На второй стадии эмульсию диспергируют во внешнем водном растворе для образования трехфазной системы (В/М)/В. При этом увеличивается концентрация дисперсной фазы экстрагирующей эмульсии. Способ позволяет получать устойчивые экстрагирующие эмульсии для извлечения холестерина с концентрацией дисперсной фазы больше 80% об. Получено положительное решение экспер-

тизы по существу и решение о выдаче патента на изобретение "Метод получения устойчивых высококонценхрированных эмульсий В/М". Разработана новая конструкция аппарата для мембранной экстракции из биологических жидкостей высоковязкими эмульсиями. Испытания аппарата на модельных системах и крови животных показали, что изменения в его конструкции позволили уменьшить расход экстрагирующей эмульсии, предотвратить унос капель экстрагирующей эмульсии с биологической жидкостью, не снизив при этом эффективность работы аппарата. На аппарат мембранной экстракции для детоксикации биологических жидкостей получен патент Российской Федерации.

Публикации и апробация работы. Результаты работы представлены на международных конференциях по экстракции: ISEC - 96, ISECOS - 92; на IX Всесоюзной конференции по экстракции, на X Конференции по экстракции, на конференции "Мембраны - 95". По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе патент на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа содержит 124 страницы, в том числе: учитываемого текста 103 страницы, 29 рисунков, 10 таблиц и следующие разделы: Введение; Главу I. Литературный обзор; Главу 2. Методика экспериментов и анализов; Главу 3. Способы увеличения концентрации дисперсной фазы в экстрагирующих эмульсиях; Главу 4. Увеличение концентрации дисперсной фазы в двухфазных системах; Главу 5. Увеличение концентрации дисперсной фазы в трехфазных системах; Главу

6. Двустадийный способ приготовления экстрагирующих эмульсий; Главу

7. Разработка аппарата мембранной экстракции дня детоксикации биологических жидкостей; Выводы, Список литературы и Приложения.

Для извлечения холестерина из биологических жидкостей применяли обратные эмульсии, содержащие во внутренней фазе изотонический буферный раствор, во внешней (органической) - углеводородное масло. Кроме того, в состав эмульсии в качестве со-ПАВ входил этиловый спирт. Для стабилизации эмульсий использовали хостацерин ДГО и эмульгатор ВНИИЖ.

Эмульсии указанного состава не оказывали токсического воздействия на биологические жидкости.

Для сравнения экстракционных свойств различных эмульсий в качестве модельной системы использовали эмульсию липосом. В такой системе размеры частиц и строение поверхностного фосфолипидного слоя являются сходными с размером и строением липопротеидов - носителей холестерина в биологических жидкостях.

I. Способы увеличения концентрации дисперсной фазы в экстрагирующих эмульсиях.

Емкость экстрагирующей эмульсии для извлечения холестерина зависит не только от составов органической и водной фаз, но и от площади межфазной поверхности:

fC2V2) iC3V3) r-F2/3 PF1/2

e= -+ --+-+-:— (i)

(V2+V3) (V2+V3) (V2+V3) (V2+V3)

где Сг, C3 - концентрация извлекаемого вещества в жидкой мембране и внутренней фазе эмульсии, соответственно; V2, Уз - объемы жидкой мембраны и внутренней фазы эмульсии, соответственно; F2/3, Ff/2 площади поверхности капель внутренней фазы и глобул эмульсии, соответственно, Г - адсорбция извлекаемого вещества.

Причем в случае экстракции холестерина вклад адсорбционной составляющей (т.е. адсорбции холестерина на границе раздела органическая мембрана/внутренняя водная фаза) в емкость эмульсии составляет около 50%. Повышение концентрации дисперсной фазы в эмульсии вызовет увеличение суммарной поверхности всех капель дисперсной фазы в единице объема экстрагирующей эмульсии F2ß/(V2+V3) или (FfV)2ß - удельной межфазной поверхности эмульсии.

Процессы, вызывающие увеличение концентрации дисперсной фазы в эмульсиях, могут протекать как в двухфазных, так и в трехфазных системах.

В двухфазной системе увеличить концентрацию дисперсной фазы можно, например, в процессе диспергирования при использовании внешней опертой. За счет перераспределения веществ внутри самой системы протекают процессы солюбнлизации мицелл ПАВ и образования нано-дисперсии. Понятие "нанодисперсия" используется для обозначения как термодинамически устойчивых, так и термодинамически неустойчивых систем из частиц размером 10- [00 нм. Следует отметить, что, согласно выполненным ранее исследованиям, в эмульсиях укатанного качественного состава не наблюдалось самопроизвольного образования нанодисперсии.

В трехфазной системе, состоящей из экстрагирующей эмульсии и внешнего раствора, увеличение удельной межфазной поверхности также можно наблюдать при диспергировании - вторичном эмульгировании. При вторичном эмульгировании в деформированную, разбитую на гло-

булы за счет энергии извне эмульсию попадают капли внешнего раствора. В результате увеличивается концентрация дисперсной фазы в эмульсии. За счет перераспределения компонентов внутри трехфазной системы увеличение концентрации дисперсной фазы возможно по нескольким механизмам: солюбшшзация мицелл, окклюзия, осмос, образование нанодис-персии.

В работе рассмотрены процессы, приводящие к увеличению концентрации дисперсной фазы как в двухфазных В/М, так и в трехфазных (В/М)/В системах.

2.Увеличение концентрации дисперсной фазы в двухфазной системе.

Ранее дня извлечения холестерина использовались эмульсии с концентрацией дисперсной фазы 65-70% об.. В данной работе исследовались эмульсии с концентрацией дисперсной фазы 65-87 % об.. Качественный состав эмульсий указан выше. Чтобы получить устойчивые эмульсии рассматриваемого качественного состава с концентрацией дисперсной фазы выше 65-70% об. было предложено готовить их при постоянном охлаждении.

Было изучено влияние концентрации дисперсной фазы в концентрированных и высококонцентрированных эмульсиях на их емкость по холестерину, вязкость и устойчивость.

Для определения количественного состава наиболее устойчивых эмульсий заданного качественного состава необходимо учитывать влияние на устойчивость эмульсии как концентрации внутренней фазы, так и концентрации ПАВ. Количественные составы наиболее устойчивых эмульсий с долей внутренней фазы 65-87 % об. (таких эмульсий, концентрация ПАВ в которых соответствует полному заполнению адсорбционного слоя) были определены по зависимости периода полурасслаивания эмульсий с различным содержанием ПАВ от концентрации дисперсной фазы (см. рис.1). Абсциссы максимумов на рис.1 показывают, какой должна быть доля дисперсной фазы в эмульсии, чтобы указанная концентрация ПАВ соответствовала полному заполнению адсорбционного слоя на межфазной поверхности эмульсии.

Изучение емкости по холестерину, вязкости и устойчивости рассматриваемых эмульсий наиболее устойчивых составов (рис.2, 3) показало, что эмульсия с концентрацией дисперсной фазы 78 % об. обладает наибольшей устойчивостью и максимальной экстракционной емкостью по

холестерину. На зависимости вязкости от концентрации внутренней фазы в точке 78 % об. наблюдается перегиб.

^1/2 2.1 -

1.91.7. 1.5-1

0.069

0.078

0.104

65 70 75 80 85 90 <р,% об.

Рис.1. Влияние концентрации дисперсной фазы на десятичные логарифмы периода полурасслаивания эмульсии (Т=ЗЗЗК). На кривых указаны концентрации ПАВ (эмульгатора ВНЙИЖ), М.

—I-1-!-;-1-1-1-

65 70 75 80 85 90 ф,%об.

Совпадение наилучшей экстракционной емкости по холестерину и наибольшей устойчивости к коалесценции у одной эмульсии позволяет

сделать вывод о том, что среди эмульсий рассмотренного качественного состава в исследуемом диапазоне концентраций дисперсной фазы именно эмульсия с концентрацией дисперсной фазы 78% об. характеризуется наибольшим значением удельной межфазной поверхности.

С превышением в эмульсии указанной концентрации внутренней фазы происходит перекрывание двойных электрических и структурно-механических слоев, деформации капель дисперсной фазы становятся неупругими, уменьшается величина межфазной поверхности, на которой адсорбируется извлекаемый компонент, что приводит к снижению

устойчивости и экстракционной емкости эмульсии.

Исследование влияния изменения скорости добавления дисперсной фазы на свойства эмульсий показало, что при неизменной концентрации-ПАВ изменение скорости добавления дисперсной фазы не приводит к увеличению емкости по холестерину и устойчивости эмульсий.

Степень извлечения холестерина эмульсией с концентрацией дисперсной фазы 78 % об. (концентрация этилового спирта во внутренней фазе - 5.6 М, в пересчете на объем эмульсии - 4.2 М) без диэтилового эфира, приготовленной при постояном охлаждении, равна 27.5± 1.5 %. При этом степень извлечения холестерина эмульсией с концентрацией дисперсной фазы 65 % об. (концентрация этилового спирта во внутренней фазе - 5.6 М, в пересчете на объем эмульсии - 3.6 М) без диэтилового эфира -16.5±1.0 %. Степень извлечения холестерина эмульсией с концентрацией дисперсной фазы 78% об., содержащей этиловый спирт, но не содержащей

днэтиловын эфир, отличается в пределах ошибки от значения 29.5± 1.5%, полученного при использовании разработанной ранее базовой эмульсии (концентрация внутренней фазы 65% об., мольное соотношение диэтило-вого эфира и этилового спирта 1:4). Период полурасслаивания эмульсии с концентрацией дисперсной фазы 78% об. превышает устойчивость базовой эмульсии (125 ч против 50 ч при Т=ЗЗЗК).

Таким образом, исследование влияния концентрации дисперсной фазы на емкость по холестерину и устойчивость концентрированных п высококонцентрированных обратных эмульсий, полученных при пониженной температуре, показало, что наилучшей емкостью по холестерину и наибольшей устойчивостью в исследованном диапазоне концентрации дисперсной фазы обладает эмульсия с концентрацией дисперсной фазы 78% об.. Предложенные изменения в метрдике приготовления экстрагирующих эмульсий и их составе позволили отказаться от применения ди-этилового эфира в качестве со-ПАВ.

3. Увеличение концентрации дисперсной фазы в эмульсии за счет процессов, протекающих в трехфазной системе.

Трехфазная система (В/М)/В была получена при контактировании эмульсии В/М с изотоническим буферным раствором (рН=7.4). Эмульсия состояла из углеводородного масла, изотонического буферного раствора (рН=7.4), неионогенного ПАВ - хостацерина ДГО и со-ПАВ - этилового спирта. Исходная концентрация дисперсной фазы в эмульсии составляла 65% об.. Исходная концентрация этилового спирта в эмульсии - 3.6 М.

Увеличение концентрации дисперсной фазы в экстрагирующей эмульсин является следствием переноса воды из дисперсионной среды множественной эмульсии в дисперсную фазу экстрагирующей эмульсии. Кроме того, в указанной трехфазной системе наблюдали перенос со-ПАВ (этанола) из экстрагирующей эмульсии во внешнюю водную фазу - дисперсионную среду множественной эмульсии (рис.4). Контактирование экстрагирующей эмульсии с внешним раствором проводили до состояния квазиравновесия - до установления постоянной концентрации этилового спирта во внешнем растворе. Предполагали, что за это время перераспределение других компонентов в изучаемой системе также достигает квазиравновесного состояния.

На перенос веществ через границы раздела фаз в трехфазной системе оказывает влияние концентрация ПАВ. Поэтому было изучено влияние концентрации ПАВ в эмульсии на квазиравновесную концентрацию

Со-ПАВ (этиловый спирт) ----------------------------------------------------->

Внутренняя водная фаза (О Дисперсная фаза экстрагирующей эмульсии Органическая мембрана (2) Дисперсионная среда экстрагирующей эмульсии Внешняя водная фаза (3) Дисперсионная среда множественной эмульсин

I

Экстрагирующая эмульсия <-----------------------------------

Вода

Рис.4. Схема переноса компонентов в трехфазной системе - множественной эмульсии (В/М)/В.

этанола во внешней водной фазе и относительное приращение концентрации дисперсной фазы в экстрагирующей эмульсии -S3.

ф31 - фЗО

S3=--!00% (2)

фЗО

где срзо, фз I - концентрации внутренней фазы в эмульсии до и после ее контактирования с внешним раствором.

С*эс, s3,% Рис.5. Влияние концентрации

М ПАВ в жидкой мембране на

-20 квазиравновесную концентра-

1.3- / цгао этилового спирта во внеш-

- 15 \ / ней водной фазе (С*эс) и изме-

1.2- / нение концентрации дисперс-

-10 * 46, С*эс ной фазы (Зз).

1.1 -

- 5 / 1 I и 3

1 I 1 1 2 3 СпАВ'102, М

--5 1

В интервале концентраций ПАВ 0.01 -0.02 М квазиравновесная концентрация этанола во внешнем растворе снижается (рис.4). Снижение ква-

зиравновесной концентрации этанола ко внешнем растворе сопровождается увеличением концентрации дисперсной фазы в экстрагирующей эмульсии. При концешрациях ПАВ 0.02-0.03 М квазиравновесная концентрация этанола во внешнем растворе приблизительно одинакова. При этом в данной области концентрации ПАВ незначительно увеличивается величина Бз.

Известно, что для исследуемых эмульсий концентрация хостацерина ДГО 0.02 М равна необходимой для полного заполнения адсорбционного слоя. Можно предположить, что при увеличении концентрации ПАВ от 0.01 до 0.02 М изменяется структура адсорбционного слоя эмульсии, интенсифицируется образование нанодисперсии на границе раздела фаз в экстрагирзтощей эмульсии. В данном интервале концентраций ПАВ резко возрастает концентрация дисперсной фазы эмульсии (см. рис.5). Увеличивается, соответственно, ее удельная межфазная поверхность - суммарная поверхность всех капель дисперсной фазы в единице объема эмульсии. Поэтому большее количество этанола может адсорбироваться на межфазной поверхности, меньшее его количество находится во внешнем растворе. При концентрациях ПАВ, превышающих полное заполнение адсорбционного слоя эмульсии, 0.02-0.03 М, структура адсорбционного слоя, вероятно, изменяется незначительно. При этом незначительно изменяется удельная межфазная поверхность экстрагирующей эмульсии. Поэтому экспериментально определенная концентрация этанола во внешнем растворе отличается в пределах ошибки. Увеличение значения Зз в данном диапазоне концентрации ПАВ может быть объяснено образованием капель нанодисперсии, солюбилнзированных мицелл в объеме дисперсионной среды (жидкой мембраны) и на внешней поверхности глобул экстрагирующей эмульсии.

Так как приращение доли дисперсной фазы в эмульсии с превышением концентрации ПАВ, необходимой дам полного заполнения межфазной поверхности, является незначительным и, кроме того, превышение такой концентрации ПАВ ведет к снижению устойчивости эмульсии, далее изучали изменение свойств у эмульсии с концентрацией ПАВ. соответствующей полному заполнению адсорбционного слоя.

Для такой эмульсин после отделения от внешнего раствора (разделения трехфазной системы) наблюдали увеличение концентрации дисперсной фазы от 65 % об. до 77± I % об., увеличение вязкости эмульсии с 23.5 Па-с до 48,4± 1.6 Па-с, увеличение устойчтеости эмульсии с 53.5 ч до 185.0±4.0 ч, увеличение степени извлечения холестерина с 16.5 % до 27.9± 1.5 %. При этом концентрация со-ПАВ (этанола) в эмульсии снизи-

лась от 3.6 до 2.5 М. Уменьшении концентрации со-ПАВ в экстрагирующих эмульсиях понижает вероятность их токсичного воздействия на биологические жидкости.

Попытки увеличить концентрацию дисперсной фазы и, соответственно, величину удельной межфазной поверхности в экстрагирующей эмульсии за счет изменения направления потоков со-ПАВ в трехфазной системе не привели к желаемым результатам. Емкость и устойчивость эмульсии не увеличивались.

Таким образом, повышение концентрации дисперсной фазы в экстрагирующей эмульсии до мембранной экстракции за счет переноса со-ПАВ и воды в трехфазных системах (В/М)/В, в отличие от диспергирования в двухфазных системах В/М, сопровождается снижением в них концентрации со-ПАВ. Процесс переноса веществ в трехфазных системах был использован при разработке двустадийного способа приготовления экстрагирующих эмульсий.

4. Разработка двустадийного способа приготовления экстрагирующих эмульсий.

Установленное явление изменения емкости по холестерину, устойчивости, вязкости экстрагирующей эмульсии В/М при переносе со-ПАВ (этанола) и воды в трехфазной системе (В/М)/В позволило предложить новый двустадийный способ получения эмульсий.

Предложено процесс получения эмульсий разбить на две стадии. На первой стадии диспергированием внутренней фазы в органической фазе получали обратную эмульсию с концентрацией дисперсной фазы 65-70 % об.. Далее (вторая стадия) полученную эмульсию диспергировали во внешнем водном растворе для образования трехфазной системы (В/М)®. Соотношение фаз эмульсия/внешний раствор зависит от заданного состава получаемой эмульсии. На второй стадии процесса приготовления эмульсии за счет диффузии воды и со-ПАВ в трехфазной системе (В/М)/В увеличивается концентрация дисперсной фазы и формируется нанодиспер-сия в эмульсин В/М (см. раздел 3).

Из факторов, оказывающих влияние на скорость протекания двустадийного процесса и свойства полученых в результате применения этого процесса эмульсий были выделены как основные и изучены:

а)концентрация ПАВ в системе;

б)конценграция со-ПАВ в системе и соотношение концентраций со-ПАВ в водных фазах множественной эмульсии;

в)вязкость эмульсии, полученной на первой стадии;

г)режим диспергирования первичной эмульсии во внешнем водном растворе.

Закономерности протекания двустадийного процесса получения эмульсий изучались на примере эмульсий с концентрацией дисперсной фазы 88± I %об„

Исследовалось влияние концентрации ПАВ (эмульгатора ВНИИЖ) на устойчивость, вязкость и продолжительность второй стадии процесса приготовления эмульсии. Показано, что увеличение концентрации эмульгатора ВНИИЖ выше значения 0.083 М неоправданно затягивает вторую стадию. Снижение же устойчивости конечной эмульсии, вызванное снижением концентрации ПАВ, не является нежелательным, так как эмульсия с концентрацией ПАВ 0.083 М достаточно устойчива - период полурасслаивания равен 463.5± 15.5 ч при 333 К. При концентрации ПАВ в органической мембране меньше 0.083 М эмульсии с долей внутренней фазы 8789 % об. не образуются.

Установлено, что в отсутствии со-ПАВ получить экстрагирующую эмульсию двустадийным методом при любых концентрациях ПАВ невозможно.

Как показали экспериментальные исследования, важна не только концентрация со-ПАВ (этанола) в системе, но и соотношение концентраций со-ПАВ во внешней водной фазе (Св) и эмульсии (Сэм), полученной на первой стадии (Св/Сэм). Наибольшей вязкостью при наименьшем времени протекания второй стадии процесса приготовления характеризуются эмульсии, полученные при мольном соотношении Св/Сэм 0.3 (Рис.6). Общая концентрация этанола в системе составляла 1.9 М. При этом концентрация этанола во внешнем водном растворе (Св), была равна 1.1 М, т.е. соответствовала равновесной концентрации этилового спирта в водной фазе множественной эмульсии, достигаемой при диспергировании эмульсин, содержащей этанол, в изотоническом буферном растворе (Рис.б). Можно сделать вывод, что в случае присутствия этанола во внешнем водном растворе быстрее образуется нанодисперсия на границе раздела фаз внешний водный раствор I органическая мембрана. Это ускоряет вторую стадию процесса приготовления эмульсин, увеличивает вязкость получаемой экстрагирующей эмульсии.

Исследовано влияние вязкости образующейся на первой стадии обратной эмульсии на вязкость экстрагирующих эмульсий, полученных двустадийным методом, и продолжительность второй стадии. Вязкость эмульсий одинакового качественного и количественного состава изменяли за

Рис.6. Влияние соотношения концентрации этилового спирта во внешнем водном растворе (Св) и в эмульсии, полученной на первой стадии (Сэм), на продолжительность второй стадии приготовления (^ и вязкость (г)) эмульсии, полученной двустадийным методом. Общая концентрация этилового спирта в системе 1.9 М.

счет регулирования режима диспергирования. Установлено, что с увеличением вязкости полученных на первой стадии эмульсий одинакового состава снижается продолжительность второй стадии процесса приготовления эмульсии. При этом вязкость получаемой эмульсии возрастает. Известно, что среди эмульсий одинакового состава более вязкие обладают более высокой дисперсностью и, соответственно, более высоким значением удельной межфазной поверхности. Поэтому можно предположить, что с увеличением вязкости полученной на первой стадии эмульсии увеличивается скорость диффузии со-ПАВ и воды в трехфазной системе и вторая стадия процесса получения эмульсии протекает быстрее. Устойчивость эмульсий, полученных двустадийным методом, от вязкости обратной эмульсии, полученной на первой стадии, не зависит.

Установлено, что на продолжительность второй стадии процесса получения эмульсий и на устойчивость эмульсий влияет режим диспергирования на второй стадии. Наиболее быстро эмульсии получали при чередовании на второй стадии периодов вращения и простоя мешалки. При вращении мешалки протекает процесс вторичного эмульгировании (см. раздел 1). В деформированную, разбитую на глобулы за счет энергии извне эмульсию попадают капли внешнего раствора. В результате увеличивается концентрация дисперсной фазы в эмульсии. После остановки

мешалки наблюдается коалесценция глобул эмульсии, сопровождающаяся окклюзией - захватом капель внешнего раствора. Окклюзия также приводит к увеличению концентрации внутренней водной фазы в системе (В/М)/В. Чередование вторичного эмульгирования и окклюзии ускоряет вторую стадию процесса приготовления экстрагирующих эмульсий.

Исследование экстракционных свойств экстрагирующих эмульсий, полученных двустадийным методом, показало увеличение экстракционной емкости по холестерину таких эмульсий в интервале концентраций дисперсной фазы 80-88 % об., в отличие от эмульсий, полученных контактированием двух фаз (раздел 2 рис.1).

Таким образом, двустадийный метод может быть применен для получения устойчивых концентрированных и высококонцентрированных экстрагирующих эмульсий, содержащих ПАВ и со-ПАВ.

5. Сравнение свойств различных экстрагирующих эмульсий.

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики эмульсий, полученных различными способами. 1 - Разработанная ранее базовая эмульсия (концентрация дисперсной фазы 65% об., мольное соотношение диэтилового эфира и этилового спирта 1:4). 2 - Эмульсия с концентрацией дисперсной фазы 65 % об. без диэтилового эфира. 3 - Эмульсия с концентрацией дисперсной фазы 78 % об., полученная контактированием двух фаз (см.раздел 2). 4 - Эмульсия с концентрацией дисперсной фазы 88±1% об., полученная двустадийным методом (см.раздел 4). Во всех эмульсиях, кроме базовой, в качестве со-ПАВ использовался этанол.

Высокую емкость по холестерину эмульсий Жй 1, 3, 4, по сравнению с эмульсией №2, можно объяснить более высоким значением их удельной межфазной поверхности - суммарной поверхности всех капель дисперсной фазы в единице объема экстрагирующей эмульсии. Величина удельной межфазной поверхности влияет на емкость эмульсий по холестерину. В эмульсии №1, содержащей два со-ПАВ: этанол и диэтиловый эфир, - лучше, чем в эмульсии №2 с такой же концентрацией дисперсной фазы, содержащей только этанол, протекает процесс образования нано-дисперсии при мембранной экстракции холестерина. Поэтому значение удельной межфазной поверхности в эмульсии №1, выше, чем в эмульсии №2. В эмульсии №3 за счет увеличения концентрации дисперсной фазы и, соответственно, величины удельной межфазной поверхности удается достичь степени извлечения холестерина, характерной для базовой эмульсии. Однако при этом в эмульсин увеличивается суммарная концентрация со-

ПАВ. Увеличение суммарной концентрации со-ПАВ нежелательно, так как повышается вероятность травмирования биологической жидкости при использовании такой эмульсии для мембранной экстракции. Применение двуетадийного метода позволяет повысить концентрацию дисперсной фазы до значения 88+ i % об. и снизить концентрацию со-ПАВ в эмульсии. Увеличение удельной межфазной поверхности в эмульсии №4, по сравнению с эмульсией №2, подтверждается изменением степени извлечения холестерина с 16.5±1.0 % до 30.3±1.5 %. Высокую устойчивость эмульсии №4 можно объяснить формированием структурно-механического барьера из капель нанодисперсии во время протекания второй стадии приготовления эмульсин.

Таблица 1.

Сравнение свойств различных экстрагирующих эмульсий.

Тип эмульсии Концентрация дисперсной фазы, % об. Концентрация со-ПАВ в эмульсии, М Степень извлечения холестерина, % Вязкость Пас Устойчивость (Т1/2), Ч (Т=ЗЗЗК)

1 65 3.6 29.5+1.5 24.8± 1.3 50.0±1.5

2 65 3.6 16.5± i .0 25.5+1.5 54.0 + 1.8

3 78 4.2 27.5± 1.5 72.5± 1.3 125.5±5.5

4 88+1 1.9 30.3+1.5 98.3+2.5 463.5+15.5

Вязкость эмульсии с №4 также выше, чем базовой. Поэтому для эффективного се использования потребовалось изменение конструкции аппарата мембранной экстракции для детокснкацни биологических жидкостей.

Была предложена новая конструкции аппарата мембранной экстракции, позволяющая использовать эмульсии с высокой вязкостью. Испытания показали, что использование новой конструкции аппарата для мембранной экстракции холестерина из крови обеспечивает такую же степень извлечения холестерина, как и использованная ранее конструкция аппарата с мешалкой, но при этом позволяет в 2.5 раза снизить расход экстрагирующей эмульсии. На конструкцию аппарата мембранной экстракции для детокеикации биологических жидкостей получен патент Российской Федерации.

Т5 -

ВЫВОДЫ

1. Для получения высококонцентрированных экстрагирующих эмульсин предложено использовать процесс образования нанодисперсии в экстрагирующих эмульсиях. Доказано, что образование нанодисперсии, протекающее в трехфазных системах (В/М)ЛВ, обеспечивает значительное увеличение концентрации дисперсной фазы и позволяет получить устойчивые обратные эмульсии для извлечения холестерина с концентрацией дисперсной фазы 87-88 % об..

2. Установлено, что при увеличении концентрации дисперсной фазы и образовании нанодисперсии в экстрагирующей эмульсии В/М за счет переноса со-ПАВ и воды в трехфазной системе (В/М)/В, происходит увеличение вязкости и емкости по холестерину экстрагирующей эмульсии.

3. Разработан двустадийный метод получения обратных экстрагирующих эмульсий, отличающийся от известных ранее тем, что на первой стадии получают обратную эмульсию с концентрацией дисперсной фазы 65-70 % об. На второй стадии эмульсию диспергируют во внешнем водном растворе для образования трехфазной системы (В/М)/В. При этом увеличивается концентрация дисперсной фазы экстрагирующей эмульсии. Метод позволяет получать устойчивые экстрагирующие эмульсии для извлечения холестерина с концентрацией дисперсной фазы больше 80% об..

4. Эмульсия с концентрацией дисперсной фазы 88±1 % об., полученная двустадийным методом, - по своей емкости не уступает созданной ранее базовой эмульсии для извлечения холестерина. При этом ее устойчивость выше, а концентрация со-ПАВ ниже, чем в базовой эмульсии.

5. Разработана новая конструкция аппарата для мембранной экстракции из биологических жидкостей высоковязкими эмульсиями. Испытания аппарата на крови животных и модельных системах показали, что изменения в конструкции аппарата позволили уменьшить расход экстрагирующей эмульсии, предотвратить унос капель экстрагирующей эмульсии с биологической жидкостью, не снизив при этом эффективность его работы.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Koroleva M.Yu., Yurtov E.V., Gordova A.F. Liquid membrane extraction

of cholesterol in multiple emulsion // ISEC'96.- Melbourne, 1996.-V.2, p.929-933.

2. Korolyova M., Yurtov E., Gordova A. Dispersed emulsions for cholesterol recovery // Proc. ISECOS%92.-Voronezh., 1992.- V.l, p.295.

3. Королева М.Ю., Юртов E.B., Гордова А.Ф. Экстрагирующие эмульсии с наиодисперсией для извлечения холестерина //Тез.докл. IX Всесоюзной конф. по экстракции.- М., 1991.- с.359.

4. Юртов Е.В., Гордова А.Ф., Османова С.С. Влияние концентрации внутренней фазы на экстракционные свойства эмульсий В/М // Тез.докл. X Конференции по экстракции.- М., 1994.- с. 100.

5. Юртов Е.В., Гордова А.Ф., Панченко С.О., Османова С.С. Исследование процесса мембранной экстракции в тарельчатом аппарате с экстрагирующей эмульсией на примере извлечения холестерина //Тез. докл.Х Конференции по экстракции.-М., 1994.- с. 119.

6. Юртов Е.В., Гордова А.Ф., Панченко С.О. Исследование эмульсионной мембранной экстракции холестерина в тарельчатом аппарате

//Тездокл. конф.иМембраны - 95".- М., 1995,- с.203.

7. Гордова А.Ф., Юртов Е.В. Получение и исследование свойств высоко-конценгрированных жидких эмульсионных мембран // Тез.докл.конф. "Мембраны - 95".-М., 1995. - с.204.

8. Королева М.Ю., Юртов Е.В., Гордова А.Ф. Липосомы как модели ли-попротендов при исследовании извлечения холестерина из биологических жидкостей / Моск. хим. - техн. инст.-М., 1990.-10с.- Деп. в ВИНИТИ 13.07.1990 N 3927.

9. Юртов Е.В., Гордова А.Ф., Сергиенко В.И., Панченко С.О., Османова С.С., Лопухин Ю.М. Исследование работы тарельчатого аппарата мембранной экстракции для детоксикации биологических жидкостей // Медицинская техника.- 1996.- N6.-c.4-6.

10. Пат. № 2061532, Россия, МПК6 ВО 1 Дб 1 /40, А61М1 /16, Аппарат мембранной экстракции для детоксикации биологических жидкостей / Юртов Е.В., Гордова А.Ф., Сергиенко В.И., Панченко С.О., Османова С.

С., Лопухин Ю.М.

11. Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 95118077/04 "Метод получения устойчивых высококонцентрированных эмульсий В/М".