Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,653

DETERMINATION OF KINETICS OF METAL CATION SORPTION WITH PECTIN FROM CITRUS

M.P. Mykots N.A. Tukhovskaya S.N. Bondar
В работе проведено исследование цитрусового пектина на сорбционную способность по отношению к ионам свинца, а также влияние температуры на сорбционную емкость. В работе проведен расчет физико-химических параметров процесса сорбции ионов свинца цитрусовом пектином, позволивший установить, что процесс образования пектата свинца протекает как реакция первого порядка, а функциональная зависимость сорбции от концентрации ионов свинца подчиняется уравнению изотермы адсорбции Фрейндлиха. Высокая степень извлечения ионов свинца (64% от исходной концентрации) позволяет рекомендовать цитрусовые пектины в качесве энтеросорбентов при свинцовой интоксикации, а также в качестве пищевой добавки к продуктам лечебного и профилактического действия.
Citrus pectin sorption ability regarding plumbum ions (Pb2+) was studied in this work. It was established that the process of plumbum pectate generation is the first-order reaction. Calculation of the adsorption value has showed subordination of process to Fraundlih’s adsorption isotherm equation. Keywords: pectin, adsorption value, Fraundlih’s adsorption isotherm equation

Одним из ценных компонентов пищи, обладающим сорбционными свойствами по отношению к ионам тяжелых металлов, является пектин. Пектиновые вещества присутствуют почти повсеместно во всех высших растениях. Для рационального использования пектина необходимо всестороннее изучение его физико-химических свойств.

В нашу задачу входило исследование цитрусового пектина, полученного после промышленной переработки плодов на сок. Так как пектиновые вещества представляют собой природный ионообменник, изучалась кинетика и сорбционная способность пектина in vitro по отношению к ионам свинца, а также влияние температуры на сорбционную емкость. Известно, что свинец как тяжелый металл связывается с карбоксильными, фосфатными группами биомолекул. При этом он снижает активность ферментов и, купируя метаболические процессы, вызывает сильную интоксикацию организма.[1] Установлено, что кроме физической адсорбции катионов активными центрами пектина, происходит и хемосорбция - образование комплексных соединений пектата свинца. [4]

Сорбционная способность выражается количеством ионов тяжелого металла, связывающихся с 1г пектина. Количество связавшихся ионов свинца определялось по разнице между вносимым и остаточным количеством в расчете на 1г пектина.

Изменение концентрации ионов свинца в водной фазе растворов при контакте с цитрусовым пектином от времени сорбции отражено в таблице 1.

При обработке пектина стандартным раствором основного ацетата свинца образуется рыхлый осадок пектата свинца. Его отфильтровали, а содержание в надосадочной жидкости в различные моменты времени (10-60мин) определяли методом комплексонометрического титрования. Титрование проводилось в среде аммиачного буферного раствора под контролем металлохромного индикатора хромогена. [3]

В реакциях образования пектатов металлов участвуют два вещества и, чтобы учесть изменения концентрации одного из реагирующих веществ (ионов металла), при минимальном влиянии концентрации другого вещества (пектина), использовали метод изолирования Оствальда [2]. Согласно этому методу, реакция проводится с избытком одного из реагентов (пектина) и тогда скорость пропорциональна концентрации другого реагента, взятого в недостатке (ионы металла).

Таблица 1

Изменение концентрации ионов свинца в водной фазе раствора

Время, мин

Количество ионов Pb2+, мг/г

Концентрация иона Pb2+ в растворе, ммоль/л

0 (ст. р-р)

103,8

5,00

10

88,0

4,25

20

83,0

4,00

30

73,5

3,55

40

71,4

3,44

50

67,0

3,20

60

67,0

3,20

Линейность зависимости lgC от времени и постоянство констант скорости в различные отрезки времени свидетельствует о первом порядке реакции взаимодействия пектина с ионами свинца. Средняя величина константы скорости равна 1,325х10-3мин-1

В течение 1 часа максимальное извлечение Pb2+ составляет 64% от равновесной концентрации, что в пересчете на 1г сорбента равно 67 мг ионов свинца.

Сорбция в зависимости от природы адсорбента, особенности его поверхности может подчиняться уравнению Фрейндлиха или Ленгмюра.

Для поиска этой подчиненности рассчитывали на основе полученных данных величину экспериментальной адсорбции, согласно зависимости:

f,

где ΔС - изменение концентрации иона Pb2+ в растворе, n - объем раствора (мл), m - масса адсорбента (пектина), г

Нахождение констант уравнения Ленгмюра (А и b) и констант уравнения Фрейндлиха (К, 1/n) осуществляли по графическим зависимостям fи lgАЭКС. =f(lgΔC), соответственно [5].

В таблице 2 приведены найденные величины адсорбции.

На рисунке представлены соответствующие изотермы сорбции.

По характеру изученных изотерм и данным табл. 2 можно сделать вывод, что функциональная зависимость сорбции от концентрации катионов свинца подчиняется уравнению Фрейндлиха (А=КС1/ n), описывающего сорбционный процесс на неоднородных пористых поверхностях. Коэффициенты уравнения для изотермы сорбции следующие: К = 0,5; 1/n = 0,9.

Для изучения влияния температуры на сорбционные свойства пектина проводили: замораживание модельных растворов при температуре минус 180С и температурную обработку при 99-1000С в течение 1 часа.

Проведенные исследования показали, что процент сорбционной способности пектина относительно его протекания при комнатной температуре уменьшился на 22,6% при термической обработке и на 1,2% при замораживании.

Таблица 2

Соотношение экспериментальной величины адсорбции ионов Pb2+ на пектине с расчетными

ΔС,

ммоль/л

АЭКС. ,

ммоль/г

АЛ.,

ммоль/г

Аф. ,

ммоль/г

АЭКС./ АЛ.

АЭКС./ Аф.

0,75

0,375

0,570

0,386

0,658

0,972

1,00

0,500

0,740

0,500

0,676

1,000

1,45

0,725

1,040

0,699

0,697

1,037

1,56

0,780

1,109

0,746

0,702

1,045

1,80

0,900

1,259

0,846

0,714

1,060

 

Ср. = 0,689

Ср. = 1,022

p

Изотермы сорбции Рb2+ цитрусовым пектином

Полученные данные позволяют рекомендовать цитрусовые пектины в качестве энтеросорбентов для выведения ионов свинца из организма при свинцовой интоксикации.

Относительное сохранение сорбционных свойств пектина при консервировании холодом или термической обработке позволяет рекомендовать его в качестве пищевой добавки к продуктам лечебного и профилактического действия. При этом его преимущество по сравнению с неприродными сорбентами в отсутствии токсичности и хорошей эвакуации из кишечника.

Выводы:

  1. Установлен факт высокой комплексообразующей способности пектина из цитрусовых по отношению к катионам свинца. Максимальная степень извлечения 64% от исходной концентрации Pb2+ в течении времени сорбции 60 мин.
  2. Изучение кинетики образования пектата свинца показало, что реакция протекает по первому порядку с величиной константы скорости равной 1,325х10-3 мин-1
  3. Показано, что сорбционный процесс на поверхности энтеросорбента подчиняется уравнению Фрейндлиха.
  4. Установлено относительное сохранение сорбционной активности пектина при термической обработке и при замораживании.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Агоджанян Н.А.// Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека. М., 2001. - 250 с.
  2. Денисов Е.Т.// Кинетика гомогенных химических реакций. М.,1978. - 368 с.
  3. Нилина В.В.// Пектин. Методы контроля в пектиновом производстве. Киев.1992. - 180 c.
  4. Решетников В.И. // Химико-фармацевтический журнал. - 2003.- Т 37. № - 5. С. 28 - 32.
  5. Фролов Ю.Г.// Поверхностные явления и дисперсные системы. М., 1982. - 400 c.