СОРБЕНТ ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ Российский патент 1997 года по МПК B01J20/24 

Изобретение относится к сорбентам на основе белковых веществ и может быть использовано в коллоидной химии, биотехнологии, медицине, а также для решения экологических задач.

Уровень техники
Решение проблемы отбора вододисперсных проб является очень сложной задачей особенно при малой концентрации дисперсных частиц, когда кроме отбора пробы требуется ее концентрирование с сохранением достоверности пробы по дисперсному составу.

Известно использование природных высокомолекулярных веществ - органических коллоидов, имеющих характер протеинов, в том числе желатина, альбумина и др. в качестве добавок, ускоряющих процесс осаждения [см. С.Ф.Кузькин "Синтетические флокулянты в процессах обезвоживания М. 1963, с. 43]
Известен сорбент для очистки лектинов, содержащий гликопротеид овомуцин, который путем сшивки глутаровым альдегидом, превращен в гель [см. Авт. свид. СССР N 1554961, B 01 J 20/22]
К достоинствам приведенных выше флокулянтов (целлюлозы, желатины, альбумина, казеина и др.) можно отнести тот факт, что благодаря своей сорбционной способности они могут быть использованы в качестве сорбентов для отбора проб.

К числу недостатков сорбентов, сделанных на их основе, необходимо выделить прежде всего их узкую, а в некоторых случаях селективную избирательность.

Другим недостатком сорбентов, основанных на флокуляции является агрегатирование частиц в пробе, что ограничивает возможность проведения структурного анализа (определение размеров, формы и числа частиц) исходной дисперсной системы.

Известен сорбент для афинной хроматографии, содержащий желатину, химически связанную с целлюлозным материалом, содержащим альдегидные группы [см. Авт. свид. СССР N 1578138 B 01 J 20/24, 1990]
Это изобретение является наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбрано автором в качестве прототипа.

Достоинством прототипа как природного флокулянта используемого в качестве сорбента является отсутствие агрегатирования частиц в пробе, что позволяет проводить структурный анализ, поскольку в данном случае желатина находится не в растворе, а в химически связанном состоянии, на поверхности которой могут адсорбироваться частицы исходной дисперсной системы.

К числу недостатков прототипа относится узкая избирательность сорбента.

Другим недостатком прототипа является, что недостаточная эффективность иммобилизации желатины (в данном случае 17%) соответственно ограничивает сорбционную емкость сорбента.

Сущность изобретения
При отборе проб для проведения полного элементного анализа исследуемой дисперсной системы сорбент должен обладать широкой избирательностью.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи связанной с повышением активности поглощения сорбентом вододисперсных частиц и расширение избирательности сорбента к различным веществам и микроорганизмам.

Достигаемый изобретением необходимый технический результат обеспечивается тем, что в "сорбент для афинной хроматографии", содержащий желатину и альдегидные группы дополнительно введены альбумин, поливиниловый спирт и вода при следующем соотношении компонентов, мас.

альбумин 1,5 2,0
желатина 4,0 6,0
поливиниловый спирт 2,0 3,0
формальдегид 0,06 0,08
вода остальное.

В основе предлагаемого технического решения лежит использование желатины, структурная формула макромолекулы которой представляется в следующем виде:

Благодаря разнополярности активных групп макромолекулы, находясь в водном растворе прочно сцепляются с дисперсными частицами различного состава, что приводит к интенсивному флокулляционному агрегатированию и выпадению агрегатов в осадок. Однако анализ такого осадка ввиду агрегации частиц не позволяет установить исходную структуру дисперсной среды. Для этого необходимо, что дисперсные частицы взаимодействовали не с отдельными макромолекулами, а с образованными на их основе монолитным комплексом с общей сорбционной поверхностью, адсорбирующей отдельные частицы в исходном состоянии. Создание такого комплекса возможно путем образования между макромолекулами мостичных связей при введении дубящих веществ, в данном случае органических, например, формальдегида (HCHO) прочно связывающего полипептидные цепи макромолекул посредством метиленовых групп CH₂ по следующей схеме

Таким образом для достижения максимальной сорбционной активности необходимо применение сильнодубящего вещества, чем и был обусловлен выбор формальдегида. При этом степень дубления должны быть оптимальной исходя не только из достижения необходимой прочности сорбента и его сорбционной активности, но и с учетом температуры плавления сорбента, который без дубления плавится при температуре 18^oC.

Введение в состав сорбента формальдегида благодаря которому осуществляется мостичная связь между макромолекулами желатины, а также альбумина позволяет в процессе использования сорбента адсорбировать на его поверхности исходные частицы при температурах 50 60^o и сохранении сорбционной емкости в пределах 80 90%
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Один из возможных способов получения заявленного сорбента может быть следующим. Все компоненты указанные в рецептуре сорбента и в той же пропорции, погружаются на 3 часа в воду при температуре 10 18^oC для набухания желатины. После чего температура сорбентного состава повышается до 35^oC и производится нанесения тонкого слоя раствора на поверхность оптически прозрачной основы (например, триацетатной пленки) методом окунания в раствор.

Заявленный сорбент прошел успешную апробацию при отборе вододисперсных проб в ходе контроля радиационной обстановки в акватории Норвежского моря.

Применение в составе сорбента композиции из трех высокомолекулярных соединений альбумина, желатины и поливинилового спирта обеспечивает широкую избирательность его адсорбции относительно разнообразных веществ как органических, включая микроорганизмы, так и неорганических.

В результате проведенных испытаний разработанного сорбента выявлены следующие важные его свойства:
процесс адсорбции сорбента является необратимым;
адсорбционные частицы прочно сцепляются с поверхностью сорбента и не отделяются от нее механическим путем;
скорость адсорбции частиц не зависит от положения сорбента в пространстве и солености воды, слабо зависит от скорости течения воды и ее температуры;
порог чувствительности по предварительным данным соответствует 10^-5г/дм³.

В целом можно утверждать, что заявляемое техническое решение открывает новые возможности в исследованиях вододосперсных систем:
1) достигнута возможность отбора вододисперсных проб сорбционным способом, что упростило, а в некоторых случаях (в труднодоступных местах) сделало возможным отбор вододисперсных проб с высокой достоверностью;
2) достигнуто существенное повышение прочности сцепления частиц пробы с сорбентом, что упростило отбор и транспортирование проб при больших глубинах и различных узкостях (медицине);
3) достигнута возможность концентрирования дисперсных проб при сокращении высокой их достоверности по дисперсному составу частиц, что позволило осуществлять отбор вододисперсионных проб при малых концентрациях.

Сущность изобретения: предложен сорбент для отбора вододисперсных проб, который может быть использован для экологических целей, а также для научно-исследовательских работ в области коллоидной химии, биотехнологии и медицины. Сорбент содержит альбумин, желатину, поливиниловый спирт, формальдегид и воду.

Сорбент для отбора проб, содержащий желатину и альдегидные группы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит альбумин, поливиниловый спирт и воду при следующем соотношении компонентов, мас.

Альбумин 1,5 2,0
Желатина 4 6
Поливиниловый спирт 2 3
Фольмальдегид 0,06 0,08
Вода Остальноея