Адсорбция увеличивается с увеличением заряда и радиуса иона, и уменьшается при увеличении гидратации.

Например адсорбционная способность уменьшается в рядах: Ti⁴⁺>Fe³⁺>Ca²⁺>K⁺ и Ba²⁺>Sr²⁺>Ca²⁺>Mg²⁺

7*. Понятие адсорбции тесно связано с понятиями когезии и адгезии. Когезия это сцепление однородных частиц вещества под действием сил притяжения. Это силы межмолекулярного взаимодействия или химической связи. Они определяют совокупность свойств вещества: агрегатное состояние, летучесть, растворимость, механические свойства и т. д. Интенсивность межмолекулярного и межатомного взаимодействия (а, следовательно, силы когезии) резко убывает с расстоянием. Наиболее сильна когезия в твердых телах и жидкостях, то есть в конденсированных фазах, где расстояние между частицами малы. В газах средние расстояния между молекулами велики по сравнению с их размерами, и поэтому когезия в них незначительна.

Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание) — сцепление поверхностей разнородных твёрдых или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием, иногда — образованием химических связей или взаимной диффузией в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия, то есть сцепление частиц внутри одной фазы. В таких случаях происходит когезионный разрыв, то есть разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов.

Адгезия существенно влияет на природу трения соприкасающихся поверхностей: так, при взаимодействии поверхностей с низкой адгезией трение минимально. В качестве примера можно привести тефлон, который в силу низкого значения адгезии обладает низким коэффициентом трения. Некоторые вещества со слоистой кристаллической решёткой (графит), характеризующиеся одновременно низкими значениями адгезии и когезии, применяются в качестве твёрдых смазок. Наиболее известные адгезионные эффекты: смачиваемость/несмачиваемость поверхности тела, поверхностное натяжение жидкости, форма мениска жидкости в узком капилляре, трение покоя двух абсолютно гладких поверхностей. Адгезия имеет место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий. Адгезия матрицы и наполнителя пластмасс и композитов является также одним из важнейших факторов, влияющих на их прочность. В биологии клеточная адгезия — не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определённых типов ткани. Специфичность клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток белков клеточной адгезии — интегринов, кадгеринов и др.

8*. Ионный обмен играет важную роль при переносе различных веществ через биологические мембраны,т.к. белки при определенных условиях проявляют различную селективность к ионам натрия, калия, кальция, хлора…Различные ткани живых организмов обладают катионообменными свойствами в физиологическом интервале рН. Переход к анионообменному механизму происходит в слабокислой среде. За катионообменные свойства биоструктур отвечает в основном карбоксильные и фосфатные группы белков, за анионообменные – аминогруппы белков. Например, известно, что ферменты работают при определенном значении рН. Это связано в частности и с тем, что содержащиеся в активном центре фермента катионы металлов могут обмениваться при определенных условиях на ионы водорода и фермент теряет свою биологическую активность.

В биологии, медицине, фармакологии часто применяются сорбционные процессы и различные адсорбенты. Например, ионную адсорбцию применяют для снижения жесткости и очистки питьевых, технических и сточных вод. В качестве адсорбента для этого можно использовать природные силикаты. Адсорбент поглощает из воды ионы кальция и магния и отдает в раствор эквивалентное количество ионов натрия или водорода. Или поглощает сульфат-ионы, нитраты и т.д. и выделяет ионы ОН^-. Например:

Катионообменные: (-СН₂-СН-)_п- полиакриловая кислота

СООН

Анионообменные: (-СН₂-СН-)_п-полиамин

NR₂

Общая схема очистки воды с помощью ионитов (ионообменных смол) можно представить так:

катионитН₂ + Са²⁺ катионитСа + 2Н⁺

анионит(ОН)₂ + SO₄^2- анионит SO₄ + 2ОН^-

Иониты, как и другие адсорбенты, могут подвергаться регенерации (при повышении температуры или использовании соответствующих растворов), поэтому их использование экономически выгодно. Широко используются катионообменные смолы для декальцинирования крови перед консервацией. Жидкие ионообменные смолы являются эффективными пролонгаторами некоторых лекарственных соединений (пролонгация – сохранение в течении длительного времени определенной концентрации веществ в жидких средах организма). В основе действия пролонгаторов лежит присоединение лекарственного вещества к матрице полимера по ионообменному механизму. Стеклянные электроды, которые широко используются для определения концентрации ионов, изготовлены из специального стекла, обладающего свойствами ионообменных смол. Их структуру составляет силикатный каркас и электростатически связанные с ним катионы, способные к обмену на ионы водорода из раствора (или других ионов и молекул). Итак, иониты находят широкое применение в фармацевтической и биохимической промышленности для получения и очистки лекарств и БАВ.

В медицинской практике широко используются методы лечения, в основе которых лежат сорбционные процессы. Например,одним из наиболее широко встречающихся методов лекарственной терапии является аппликационное применение лекарственных препаратов, что обусловлено простотой и безболезненностью процедур (примочки, компрессы, тампоны, повязки и т.д. с лекарственными веществами, антисептиками и обезболивающими). При аппликационном применении предполагается создание терапевтической концентрации препарата в тканях в месте нанесения, при этом в общий кровоток поступает лишь незначительное количество вещества, что позволяет практически избежать системных побочных эффектов. Лекарственный препарат сорбируется в мягкие ткани сквозь выводные протоки потовых и сальных желез, волосяные фолликулы, межклеточные пространства. Степень проникновения препарата зависит от его липофильности, правильного увлажнения рогового слоя эпидермиса.Затруднением к проникновению лекарства в глубь тканей являются барьерные функции кожных покровов, в том числе перепад градиентов рН .

 

Среди современных методов лечения видно место занимает эфферентная терапия (от латинского efferens — выводить), направленная на выведение из организма токсических и метаболитов. Она осуществляется главным образом с помощью медико-технических систем. С этой целью через слой адсорбента пропускают кровь, плазму или другую жидкость. Чаще всего это кровь, т.е. гемосорбция – важнейший метод очистки крови от токсических веществ и продуктов метаболизма. Для гемосорбции наиболее часто применяются активированные угли и ионнообменные смолы. Основные показания для проведения гемосорбции — тяжелые генерализованные формы инфекционных заболеваний; тяжелые токсикозы хирургического и терапевтического генеза. Недостаток гемосорбции – непосредственный контакт клеток крови с адсорбентом, в результате которого эти клетки могут травмироваться. Поэтому адсорбент заключают в полупроницаемую мембрану (сочетание гемодиализа и гемосорбции).

Иммуносорбция - это метод очистки крови, при котором определяют, связывают и извлекают из крови определенные антитела или антигены с помощью иммуносорбентов. Этот метод является одним из наиболее современных и перспективных вариантов удаления из крови патологических молекул. Сорбент в этом случае представляет собой связанные с носителем антитела (антигены), способные связываться с антигенами (антителами), циркулирующими в крови.

Лимфосорбция — метод гемокоррекции, основаный на дренировании грудного лимфатического протока, и фракционной сорбции лимфы с последующим ее введением в сосудистое русло. Удаление значительного количества лимфы для достижения детоксикационного эффекта оказывается нередко неблагоприятным для больного в силу невозможности полной компенсации составных частей удаляемой лимфы и клеток, что нарушает белковый и иммунный гомеостаз таких больных. Поэтому такая процедура назначается только при угрозе жизни.

К неинвазивным сорбционным методам относят методы детоксикации и метаболической и иммунологической коррекции, в процессе проведения которых не осуществляется прямой контакт сорбента с кровью.Большое практическое применение нашла энтеросорбция, колоносорбция и вульвосорбция.

Энтеросорбция чаще реализуется путем приема препаратов per os, реже — через зонды. Первый путь приема препарата предпочтителен при большинстве заболеваний, когда больной в состоянии осуществлять глотательный акт и нет опасности длительной задержки сорбента из-за динамической или механической непроходимости желудочно-кишечного тракта. Второй способ предусматривает введение зонда в желудок или тонкую кишку с фракционным введением и выведением сорбента. Т.е. энтеросорбция основана на связывании и выведении из организма через ЖКТ с лечебной или профилактической целью эндогенных или экзогенных веществ, надмолекулярных веществ и клеток.
В качестве энтеросорбентов используют активированные угли медицинского назначения (карболен, карбактин и т.д.), пористые полимеры растительного и природного происхождения (полисорб, полифепан, лигносорб, пектины и др.), ионообменные материалы (холестирамин, вазозан), синтетические полимеры (энтеродез, энтеросорб). Выбор сорбентов зависит от конкретных задач терапии, способа введения, переносимости. При инфекционной патологии наиболее эффективны сорбенты, способные связывать не только токсины, но и бактериальные клетки (активированные угли и препараты на основе лигнина). Энтеросорбция может назначаться до установления диагноза. При острых инфекционных заболеваниях эффективность энтеросорбции существенно повышается в случае применения ее в первые часы (дни) болезни. По степени детоксикации энтеросорбция в течение 1—2 дней сопоставима с однократной экстракорпоральной геморрекцией.

Колоносорбция осуществляется через ректальные или толстокишечные зонды, введенные во время операции или через колонострому. Вульнеросорбция – метод выведения токсичных компонентов через раневую поверхность или очаг воспаления при перевязках.

9*. Явление адсорбции лежит в основе хроматографического метода разделения, очистки и анализа веществ, который широко применяются в медицине и фармакологии. Основоположником хроматографического анализа является русский ботаник Н.С. Цвет. В 1903 году он разделил раствор хлорофилла на отдельные компоненты, пропуская его через стеклянную трубку, заполненную мелом. При этом пигменты расположились в трубке с мелом отдельными зонами в зависимости от своей адсорбционной способности. С развитием теории адсорбции и ионного обмена, а также синтеза новых адсорбентов совершенствуется техника анализа, разрабатываются и создаются различные хроматографы, но общий принцип сохраняется.

Все хроматографические системы состоят из двух фаз. Одна из них – неподвижная, она может быть твёрдой или жидкой. Вторая фаза подвижная. Она обычно пропускается через неподвижную, она может быть жидкой или газообразной.

 

В зависимости от метода, которым проводится разделение веществ, различают колоночную, капиллярную, тонкослойную и бумажную хроматографии.

Рассмотрим самый простой колоночный вариант адсорбционной хроматографии. На адсорбент, заполняющий колону, наносят небольшой объём исследуемой жидкой смеси, которая проникает в поверхностный слой адсорбента. Затем колонку промывают соответствующим растворителем. При продвижении растворителя происходит разделение смеси на индивидуальные соединения, занимающие в колонке строго определённое положение. При дальнейшем пропускании растворителя индивидуальные соединения в виде раствора одно за другим выходят из колонки. Эту жидкость собирают отдельными порциями и определяют в них содержание анализируемых веществ.

В биохимии и фармакологии часто применяют бумажную и тонкослойную хроматографию. В бумажной хроматографии неподвижной фазы служит фильтровальная бумага. В качестве подвижной фазы применяются различные органические растворители. Раствор исследуемой смеси наносят в виде капли на бумажную полоску. При этом на хроматограмме образуется целый ряд цветных пятен, расположенных в определённом порядке. В клинической практике метод хроматографии нашёл применение для быстрого анализа мочи и крови на содержание лекарств, продуктов метаболизма, различных белков, ферментов и гормонов. С помощью этого метода удаётся быстро и чётко разделять и идентифицировать очень малые количества веществ (10^-6граммов). Особо следует выделить метод газовой хроматографии, который отличается быстротой проведения анализа и чёткостью разделения компонентов. Он используется для определения микро количеств органических веществ по продуктам их пиролиза. Сочетая метод газовой хроматографии с другими методами исследования можно определять и исследовать продукты метаболизма, изучать химический состав ткани, проводить контроль загрязненности окружающей среды. В фармацевтической промышленности хроматография помогает контролировать ход синтеза лекарственных препаратов, оценивать их чистоту, определять стабильность.

 

Упражнения.

№1 Почему на поверхности раздела фаз молекулы обладают дополнительной поверхностной энергией? От чего зависит величина этой энергии? Как можно ее уменьшить?

№2 Какую форму имеет жидкое тело, если на него не действует сила тяжести? Почему? А если действует?

№3 Что такое ПАВ? В чем особенность строения молекул ПАВ? Как их изображают на рисунке? Какие вещества к ним относятся и почему?

№4. Что такое адсорбция? В чем причина явления адсорбции? От чего зависит величина адсорбции (уравнение Гиббса)?

№5 Что такое «поверхностная активность вещества»? От чего она зависит (правило Дюкло-Траубе)?

№6 Где и для чего применяются ПАВ в мед практике?

 

№7 В чем суть принципа независимости поверхностного действия Ленгмюра? Как проявляется этот принцип в биосистемах?

№8 Как можно увеличить поверхностную энергию твердого тела? Для чего это делают?

№9 В чем особенность адсорбции из растворов? Какие два вида адсорбции тут надо различать?

№10 Как читается «правило выравнивания полярности фаз»? Что такое гидрофильные и гидрофобные адсорбенты? Приведите примеры.

№11 В чем проявляется обменный характер ионной адсорбции? Что такое «иониты»?

№12 В чем проявляется избирательный характер ионной адсорбции? Какие правила избирательной адсорбции вам известны?

№13 Какие адсорбенты применяются в мед практике? Для чего они применяются?

№14 Перечислите методы лечения в которых используются адсорбционные процессы. Расскажите об одном из них.

№15 Что такое хроматография? Для чего в медицине используют хроматографию?