Иммобилизованные соединения (165809)

Посмотреть архив целиком

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «Кемеровский Государственный Университет»

Химический факультет

Кафедра химии твёрдого тела









Реферат

ИММОБИЛИЗОВАННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ



Выполнил: студентка 4 курса

группы Х-051(3)

Тарасова К. В.


Проверил: к.х.н., доцент

Якубик Д. Г.







Кемерово 2008


Иммобилизация – это закрепление вещества на поверхности носителя (матрицы).

Методы иммобилизации:

- Физическая мобилизация представляет собой включение вещества в такую среду, в которой для него доступной является лишь ограниченная часть общего объёма. При физической иммобилизации вещество не связано с носителем ковалентными связями. Существует 4 типа связывания:

1. Адсорбция на нерастворимых носителях

2. Включение в поры геля

3. Пространственное отделение вещества от остального объёма реакционной системы с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны)

4. Включение в двухфазную среду, где вещество растворимо и может находиться только в одной из фаз

Адсорбционная иммобилизация является наиболее старым из существующих способов иммобилизации. Этот способ достаточно прост и достигается при контакте водного раствора фермента с носителем. После отмывки неадсорбированного вещества иммобилизованное соединение готово к использованию. Удерживание адсорбированной молекулы на поверхности носителя может обеспечиваться за счет неспецифических Ван-дер-ваальсовых взаимодействий, водородных связей, электростатических и гидрофобных взаимодействий между носителем и поверхностными группами вещества. Вклад каждого из типов связывания зависит от природы носителя и функциональных групп на поверхности. Взаимодействия с носителем могут быть настолько сильными, что адсорбция может сопровождаться разрушением структуры. Преимуществом метода адсорбционной иммобилизации является доступность и дешевизна сорбентов, выступающих в качестве носителей.

Суть метода гелевой иммобилизации состоит в том, что молекулы включаются в трёхмерную сетку из тесно переплетённых полимерных цепей, образующих гель. Среднее расстояние между соседними цепями в геле меньше размера молекулы включенного соединения, поэтому оно не может покинуть полимерную матрицу и выйти в окружающий раствор, т. е. находится в иммобилизованном состоянии. Дополнительный вклад в удерживание соединения в сетке геля могут вносить также ионные и водородные связи между молекулами вещества и полимерными цепями. Пространство между полимерными цепями в геле заполнено водой, на долю которой приходится значительная часть всего объёма геля. Для иммобилизации соединений в геле существует два основных способа. При одном из них вещество помещают в водный раствор мономера, затем проводят полимеризацию, в результате чего образуется полимерный гель с включенными в него молекулами соединения. В реакционную смесь также добавляют сшивающие агенты, которые придают полимеру структуру трёхмерной сетки. В другом случае вещество вносят в раствор готового полимера, который переводят в гелевое состояние. Способ иммобилизации путем включения в полимерный гель обеспечивает равномерное распределение вещества в объёме носителя.

Общий принцип иммобилизации с использованием мембран заключается в том, что водный раствор соединения отделяется от водного раствора субстрата полупроницаемой перегородкой. Такая мембрана легко пропускает небольшие молекулы субстрата, но непреодолима для больших молекул вещества. Модификации этого метода различаются лишь способами получения полупроницаемой мембраны и её природой.

При иммобилизации соединений с использованием систем двухфазного типа ограничение свободы перемещения вещества в объёме системы достигается благодаря его способности растворяться только в одной из фаз.

- Отличительным признаком химических методов иммобилизации является то, что путем химического взаимодействия на структуру вещества в его молекуле создаются новые ковалентные связи между веществом и носителем. Это обеспечивает высокую прочность образующегося конгъюгата. Хотя этот процесс оказывается на практике достаточно сложным. Поэтому чаще всего применяются методы физической иммобилизации.

Хорошо известно, что в целом ряде производственных процессов -- в электронной и полупроводниковой технике, металлургии, при изготовлении ион-селективных электродов, легировании полупроводников и др., весьма важную роль играют ионообменные процессы с участием ионов различных металлов, протекающие при контакте между твердой фазой и жидким раствором. Характерны они и для ряда природных процессов, в частности при изоморфном замещении ионов в кристаллической структуре минералов, метаморфических их превращениях, миграции радиоактивных и токсичных химических элементов в земной коре. Будучи частным случаем сорбции, ионный обмен, в сущности, является решающим в процессах извлечения тех же ионов металлов из сточных вод и отработанных технологических растворов с использованием самых разнообразных сорбционных систем -- как неорганических, так и органических.

В большинстве случаев ионообменная сорбционная система олицетворяет собой как бы симбиоз двух начал - вещества, непосредственно участвующего в процессе ионного обмена (сорбента), и вещества, выполняющего либо функцию среды, в которой с той или иной степенью равномерности распределен сорбент (наполнитель), либо поверхности, на которой нанесен слой этого сорбента (подложка). (Нередко, впрочем, термин "сорбент" применяют для обозначения сорбционной системы в целом, а не только вещества, непосредственно участвующего в ионном обмене.) Системы второй из указанных разновидностей в химии весьма часто называют имплантатами.

К числу подобных объектов, представляющих значительный теоретический и практический интерес, принадлежат сорбционные системы с иммобилизацией сорбента, где он с той или иной степенью жесткости зафиксирован в каком-либо полимерном массиве. Изучение физико-химических процессов в этих системах относится к числу сравнительно молодых разделов химической науки, и хотя становление и развитие данного научного направления произошло лишь в последние два -три десятилетия XX в., тем не менее уже сейчас как развитые в его рамках методы, так и сами иммобилизованные химические соединения наряду с чисто химическими аспектами их использования уже получили весьма значительное и успешное приложение в решении ряда задач в самых разнообразных отраслях науки и техники - электронике, энергетике, экологии, медицине, регистрации информации и др. Весьма перспективными среди таких сорбционных систем представляются полимер-иммобилизованные имплантаты на базе сульфидов металлов, проявляющие высокую селективность по отношению к ионам токсичных и благородных металлов; это обстоятельство делает их весьма удобными коллекторами при удалении токсичных металлов и концентрировании в химической технологии, а также для аналогичных целей и в аналитической химии. Кроме того, они позволяют концентрировать ионы металлов из растворов с очень малой их концентрацией и в присутствии различных органических соединений, образующих весьма прочные комплексы с этими ионами металлов. Их можно подразделить на две категории - собственно полимер-иммобилизованные и полимер-иммобилизованные, зафиксированные в виде тонких пленок на какой-либо подложке. В научной литературе XX и первого десятилетия XXI вв. можно найти достаточно большое количество весьма разнообразных сведений о подобных сорбционных системах, но данные эти весьма разрозненны, подчас противоречивы и, главное, практически не систематизированы.

Физико-химические процессы с участием иммобилизованных в неорганических или органических полимерных носителях химических соединений p-, d- и f-элементов вообще и металлосульфидов в частности - явление не менее распространенное и значимое, нежели физико-химические процессы в жидкофазных системах. Как методы иммобилизации, так и сами иммобилизованные химические соединения уже нашли применение для решения целого ряда проблем в области микроэлектроники, медицине и фармакологии; очень широко применяются полимер-иммобилизованные соединения в каталитических процессах, поскольку сочетают в себе полезные свойства как гомогенных, так и гетерогенных катализаторов. Весьма многообещающим видится будущее использования полимер-иммобилизованных систем и в качестве неподвижных фаз в самых разнообразных вариантах хроматографии, в частности ионообменной, эксклюзионной и аффинной.

Перечислять все достоинства и возможности полимер-иммобилизованных систем можно было бы еще достаточно долго. Нельзя не отметить, что процессы сорбции ионов металлов неорганическими природными сорбентами, оказывающие весьма существенное влияние на процессы перераспределения металлов в минералах и почвах, также напрямую связаны с явлением иммобилизации. Иммобилизованные сорбенты оказались весьма полезным подспорьем в процессах извлечения, концентрирования и разделения ионов металлов, в частности для извлечения следовых количеств редких и благородных металлов из морской воды, из сточных вод и отработанных технологических растворов. И хотя в настоящее время с помощью таких сорбентов еще не представляется возможным селективно адсорбировать конкретно выбранный ион металла из смеси с другими ионами металлов, однако прогресс на пути решения указанной задачи уже налицо. В этой связи следует отметить, что полимер-иммобилизованные металлосульфиды представляются одними из наиболее перспективных средств для обезвреживания сточных вод различных химических производств, и, следовательно, для решения такой важной в наше время социальной проблемы, как охрана окружающей среды.


Случайные файлы

Файл
36793.rtf
113904.rtf
73272-1.rtf
118361.rtf
104795.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.