Адсорбция

Адсорбция – самопроизвольное изменение концентрации вещества на границе раздела фаз.

Медико-биологическое значение темы:
1. Усвоение питательных и лекарственных веществ
2. Перенос О2 и СО2 из лёгких к тканям
3. Действие ферментов
4. Детоксикация организма:
а) Гемосорбция - очистка крови
б) Лимфосорбция - очистка лимфы.
5. Поглощение ядовитых веществ в желудочно-кишечном тракте.
6. Хроматография:
- разделение смесей аминокислот;
- очистка лекарственных препаратов;
- количественное определение витаминов, гормонов;
- диагностика заболеваний

Основные понятия
Сорбент – поглотитель
Сорбтив (сорбат) – поглощаемое вещество
Сорбция – процесс поглощения одного вещества другим
Адсорбция – поглощение поверхностью сорбента
Абсорбция – поглощение всем сорбентом

Поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение (σ) равно работе, которую нужно совершить для создания единицы поверхности [Дж/м2].
Поверхностное натяжение зависит от:
природы жидкости
σ(Н2О)=72,8 Дж/м2; σ(сыворотки крови)=45,4 Дж/м2).
температуры (↑t ↓σ , при tкип σ =0).
давления (↑p ↓σ ).
концентрации растворенного вещества.

Поверхностная активность
Способность растворенного вещества изменять
поверхностное натяжение – поверхностная
активность (g)
Мера поверхностной активности:

ПАВ, ПИВ, ПНВ
Поверхностно-активные вещества (ПАВ): уменьшают σ растворителя.
σ раствора < σ растворителя; g > О.
ПАВ: спирты, органические кислоты, сложные эфиры, белки, холестерин, жиры, липиды, мыла.
Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ): увеличивают σ растворителя.
σ раствора > σ растворителя; g < О.
ПИВ: неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, α - аминокислоты.
Поверхностно-неактивные вещества (ПНВ): не изменяют поверхностное натяжение растворителя.
σ раствора = σ растворителя; g = О.
ПНВ: сахароза.

Изотерма поверхностного
натяжения
Зависимость σ от концентрации
растворенного вещества при постоянной
температуре – изотерма поверхностного
натяжения.
ПИВ
ПНВ
ПАВ
σ
с

Строение молекулы ПАВ:
Молекула ПАВ состоит из:
неполярной гидрофобной углеводородной группы (“хвост”)
полярной гидрофильной группы (“голова”):
-ОН, -СООН, -С(О)-О,-NН2; -SО3H.
“хвост” “голова”

Правило Траубе-Дюкло:
При удлинении цепи на группу -СН2 - в гомологическом ряду способность к адсорбции возрастает в 3,2 раза.
НСООН
СН3СООН
СН3СН2СООН
СН3СН2СН2СООН
σ
с

Уравнение Гиббса
>0 Г < 0, т.е. ↑с ↑σ (ПИВ)
С вещества в поверхностном слое < С вещества в объёме фазы
<0 Г > 0, т.е. ↑с ↓σ (ПАВ)
С вещества в поверхностном слое > С вещества в объёме фазы
Г - количество адсорбированного вещества [моль/м2]
С - молярная концентрация раствора [моль/л]
R - универсальная газовая постоянная = 8,31 Дж/моль.град(К)
- поверхностная активность растворенного вещества.

Изотерма адсорбции Гиббса
1. Низкие С
1
2
Г
c
газ
вода
2. Высокие С
газ
вода
«частокол Лэнгмюра»
Г

Адсорбция твердыми телами
Величина адсорбции зависит от:
Размера поверхности адсорбента
чем > Sповерхности, тем > адсорбция.
2. Температуры (↑t ↓Г ).
3. Типа сорбента, его сродства к растворителю.
- гидрофильные сорбенты (силикагель SiO2, глина, пористое стекло) для адсорбции полярных веществ из неполярных (неводных) растворителей.
- гидрофобные сорбенты (активированный уголь, графит, тальк) для адсорбции неполярных веществ из полярных растворителей.
4. Заряда адсорбента и адсорбтива.
5. Концентрации адсорбтива.

Уравнение Фрейндлиха
Г = x/m = КФ · Cn
х – количество вещества адсорбтива (моль)
m – масса адсорбента
С – равновесная концентрация, при которой
v адсорбции = v десорбции
КФ – константа Фрейндлиха, КФ = Г при С = 1
n – эмпирическая константа, 0,1–0,6.

Уравнение Ленгмюра
Г = Г С для газов: Г = Г _Р_ К+С К+Р
С – концентрация
Р - давление газа
К - константа адсорбционного равновесия = Кдесорбции
Кадсорбции
при С << К Г = Г С, линейная зависимость Г от С
К
при С > К Г = Г , дальнейшее увеличение концентрации не влияет на величину адсорбции.
Изотерма адсорбции:
а) по Фрейндлиху (парабола)
б) по Ленгмюру.
Г
c

Правило Панета-Фаянса
Из раствора адсорбируются те ионы, которые входят в
состав кристаллической решетки сорбента или образуют
с ним малорастворимое соединение.
Определить знак заряда поверхности AgI(крист.) полученного по реакции:
АgNО3(р) + КI(р) = АgI(крист.) + KNO3(р)
а) nАgNО3 = nКI : поверхность осадка не заряжена;
б) nАgNO3 > nКI : в) nАgNО3 < nКI :
избыток АgNO3  Аg+ + NО3- избыток КI  К+ + I-
АgI + АgI -
+ -
+ -

Ионообменная адсорбция
Ионообменная адсорбция – процесс, в котором адсорбент и раствор обмениваются между собой в эквивалентных количествах одноименно заряженными ионами.
RM1 + М2+ → RM2 + M1+ обмен катионов
катионит
RА1 + А2- → RА2 + А1- обмен анионов
анионит

Хроматография
Хроматография - динамический метод анализа, основанный на многократно повторяющихся процессах сорбции и десорбции.

ВЭЖХ Agilent Technologies

ВЭЖХ Милихром

ВЭЖХ HP

ВЭЖХ Люмекс

ВЭЖХ Чешский прибор

ГЖХ

ГЖХ “Agilent Technologies”

ГЖХ “Кристалл”

ГЖХ “Хромос”

ХМС НР