Спосіб визначення поверхнево-активних компонентів у водних розчинах

Реферат: Спосіб визначення поверхнево-активних речовин (ПАР) у водних розчинах включає концентрування та видалення ПАР з розчину. При цьому застосовують адсорбент одночасно для концентрування ПАР та їх фотометричного визначення, заснованого на конкуренції між ПАР та барвником за сайти зв'язування на поверхні адсорбенту. UA 109916 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ КОМПОНЕНТІВ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ UA 109916 U UA 109916 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до галузі фізико-хімічних методів аналізу розчинів, конкретно до методів виявлення поверхнево-активних компонентів у водних розчинах. Поверхнево-активні речовини (ПАР), завдяки своїй здатності накопичуватися на поверхнях розділу фаз, утворювати змішані міцели з малорозчинними у воді речовинами і, як наслідок, зменшувати поверхневий натяг, викликати десорбцію та підвищувати розчинність речовин у водній фазі, широко використовуються у промисловості та побуті (миючі засоби, піноутворювачі), відіграють важливу роль у процесах травлення (жовчні кислоти, кормові емульгатори), процесах всмоктування і виведення отруйних речовин у живих організмах, розповсюдження токсикантів у навколишньому середовищі. Це обумовлює інтерес до методів оцінки властивостей водних розчинів, обумовлених наявністю у їхньому складі ПАР. Відомі численні методи виявлення ПАР у водних розчинах, але більшість з них призначені для аналізу окремих типів чи класів ПАР, наприклад, визначення жовчних кислот за Петенкофером [1], чи фосфоліпідів - за Фіске-Суббароу [2], або аніонних ПАР - за реакцією з метиленовим блакитним [3]. Але висока чутливість та специфічність цих та подібних їм методів у випадку, коли необхідно проаналізувати солюбілізуючу здатність розчину ПАР невідомого складу, може бути недоліком. Крім цього, більшість цих методів є складними і потребують спеціального обладнання та використання органічних розчинників. Також відомі методи виявлення ПАР, засновані безпосередньо на їх поверхневій активності, наприклад за методом Ребіндера (що полягає у вимірюванні тиску, необхідного для відриву бульбашки від капіляру, зануреного у розчин) [4], за методом "відриву пластинки" (що полягає у вимірюванні сили, необхідної для відриву скляної пластинки від поверхні розчину) [5], або ж за методом вимірюванні швидкості підняття повітряної бульбашки у розчині [6], або за рахунок вимірювання кута змочування [7], чи за допомогою вимірювання діаметра плями вуглеводнів на поверхні розчину ПАР [8]. Недоліками цих методів є складність у виконанні або потреба у спеціальному обладнанні. Найближчим аналогом запропонованої моделі та вибраним як прототип, є спосіб, викладений у патенті US 7888128 [9], що полягає у вимірюванні здатності водного розчину ПАР підвищувати розчинність барвника, але виконанню цього способу може перешкоджати забарвленість розчинів, які аналізують, їхня каламутність, розчинність барвника у воді, її залежність від температури. Задачею, яка вирішується за допомогою заявленої корисної моделі, є подолання вищевказаних недоліків прототипу і створення простого та доступного способу оцінки поверхневої активності компонентів водних розчинів, придатного, зокрема, для аналізу розчинів, що імітують хімус травного тракту. Вирішення поставленої задачі забезпечується за рахунок застосування адсорбенту концентруванні із розчину ПАР на його поверхні, з наступним видаленням адсорбенту (завдяки чому знижується інтерференція з боку забарвлених та суспендованих у розчині компонентів) та вимірюванням його адсорбційної активності відносно барвника (завдяки чому знижується інтерференція, обумовлена розчинністю барвника у воді). Спосіб може бути здійснений у такому порядку: 1) До наважки активованого вугілля марки КАД (40 мг) додають 4 мл розчину, що аналізують, та витримують 3 години при перемішуванні. 2) Отриману суміш центрифугують 3 хв. при 3000 об./хв. та відділяють осад. 3) До осаду додають 4 мл 0,03 % водного розчину "брильянтового зеленого", витримують за температури 25 °C протягом 1 години при перемішуванні. 4) Отриману суміш центрифугують 3 хв. при 3000 об./хв. 5) Отриману рідину розбавляють дистильованою водою у 7,5 разів. 6) Вимірюють оптичну щільність розчину (планшетний аналізатор "StatFax 2100", основний світофільтр - 630 нм, проміжний - 450 нм). 7) Розраховують вміст ПАР за калібрувальним графіком. Приклад 1 На фіг. 1 наведено графік залежності між оптичною щільністю розчинів барвника "брильянтового зеленого" після внесення у них зразків активованого вугілля та концентрацією ПАР (твін 20) у розчинах, де ці зразки активованого вугілля були попередньо проінкубовані. Як можна побачити з діаграми, отримана залежність з високим коефіцієнтом апроксимації (>0,9) описується рівнянням: 0,033x С=0,144×е , де: С - концентрація твіну у розчині, г/л; e - константа Неп'єра (2,718281828…); х - відносна оптична щільність розчину барвника, %, 1 UA 109916 U 5 10 15 20 25 30 35 40 що дозволяє використати цю залежність як калібрувальний графік для розрахунку вмісту даної ПАР у водних розчинах, наприклад, з метою порівняння здатності різних типів ґрунту зв'язувати її. Приклад 2 На фіг. 2 наведено графік залежності між оптичною щільністю розчинів барвника "брильянтового зеленого" після внесення у них зразків активованого вугілля та вмістом натуральної жовчі у розчинах, де ці зразки активованого вугілля були попередньо проінкубовані. Як можна побачити з діаграми, отримана залежність з суттєвим (>0,8) рівнем апроксимації описується рівнянням: 0,035х С=3,530×е , де: С - вміст жовчі у розчині, г/л; e - константа Неп'єра; х - відносна оптична щільність розчину барвника, %, що дозволяє використати дану залежність, наприклад, для скринінгу здатності різних типів харчових волокон зв'язувати поверхнево-активні компоненти жовчі. Таким чином, розроблений спосіб дозволяє вимірювати активність широкого спектру ПАР у водних розчинах і відрізняється можливістю застосування для аналізу каламутних розчинів. Джерела інформації: 1. Шарпенак А.Э, Конышев В.А. Практикум по биологической химии. Учеб. пособие для мед. ин-тов. М, "Высш. школа", 1969. - С. 143. 2. Северин С.Е., Соловьева Г.А. Практикум по биохимии. Из-во Московского ун-та, 1989. С.34. 3. ДСТУ ISO 7875-1:2012. Якість води. Визначення поверхнево-активних речовин. Частина 1. Метод визначення вмісту аніонних поверхнево-активних речовин вимірюванням індексу метиленового блакитного (МБАР) (ISO 7875-1:1996, IDT+ISO 7875-1:1996/Cor. 1:2003, IDT). 4. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия. М.: Высшая школа. - 2001. 5. Ганиткевич Я.В. Исследование желчи. Биохимические и биофизические методы / Я.В. Ганиткевич, Я.И. Карбач- Киев: Вища школа, 1985. - 136 с. 6. Патент US 5547566 A; G01N33/18. Device for detecting and measuring continuously surfactant substances in water (Устройство для обнаружения и непрерывного измерения поверхностно-активных веществ в воде). Опубл. 20.08.1996. 7. Патент ЕР1729109 Al; G01N 21/01. Method and equipment for the determination of surfactant concentrations in aqueous solutions by determining contact angle (Метод и оборудование для определения концентрации поверхностно-активных веществ в водных растворах путем определения краевого угла смачивания). Опубл. 06.12.2006. 8. Авторское свидетельство SU 1712863 Al; G01N31/00, 30/00. Способ определения поверхностно-активных веществ. Опубл. 15.02.1992, бюл. № 6. 9. Патент US 7888128 В2; G01N21/59, G01N21/82, G01N33/00. Method for determining surfactant concentration in aqueous solutions (Способ определения концентрации поверхностноактивного вещества в водных растворах). Опубл. 15.02.2011. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб визначення поверхнево-активних речовин (ПАР) у водних розчинах, що включає концентрування та видалення ПАР з розчину, який відрізняється, що застосовують адсорбент одночасно для концентрування ПАР та їх фотометричного визначення, заснованого на конкуренції між ПАР та барвником за сайти зв'язування на поверхні адсорбенту. 2 UA 109916 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3