проэкт. Проект_Жилякова_А.А._Жанарбек_кызы_А._МГОК. Гбпоу мгок исследовательский проект
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
Департамент образования и науки города Москвы Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение города Москвы «Московский Государственный Образовательный Комплекс» (ГБПОУ МГОК) Исследовательский проект «Изучение адсорбционных свойств белого угля и активированного угля» Направление: Генетика, персонализированная и прогностическая медицина, секция: "Общебиологическая (в т.ч., популяционная биология)" Авторы проекта: ученицы 10 класса Жилякова Анастасия Алексеевна Жанарбек кызы Акбермет Руководители проекта: Лобанова Ольга Васильевна Горбатюк Татьяна Владимировна Ходаковская Светлана Николаевна Адрес ОУ: г. Москва, пр. Стратонавтов,15 2 1. КОМАНДА ПРОЕКТА ФИО ОУ и класс / организация и должность Функция в проекте Задачи в проекте Лобанова Ольга Васильевна Преподаватель МГОК Научный руководитель Организация работы проектной команды. Горбатюк Татьяна Владимировна Преподаватель МГОК Научный консультант Научное сопровождение лабораторных исследований. Ходаковская Светлана Николаевна Заведующая кафедрой фармации МГОК Научный консультант Научное сопровождение проекта. Жилякова Анастасия Алексеевна МГОК, 10 «В» Химик- технолог Контроль и проведение лабораторных исследований. Жанарбек кызы Акбермет МГОК, 10 «В» Химик- технолог Проведение лабораторных исследований. 3 2. ОРГАНИЗАЦИЯ, НА БАЗЕ КОТОРОЙ ШЛА РАБОТА НАД ПРОЕКТОМ Московский государственный образовательный комплекс, Москва, ул. Лодочная 7 1. Научное и организационное руководство. 2. Чтение лекций, проведение консультаций. 3. Предоставление технической базы (лабораторного оборудования, посуды и химических реактивов) для проведения эксперимента. 4 3.ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ ПРОЕКТА Исследования адсорбционных взаимодействий лекарственных препаратов представляют большой интерес не только для развития теории адсорбции, но и для решения важнейших прикладных проблем. Возрастающая химизация всех отраслей сельского хозяйства, увеличение массовости выброса вредных веществ в окружающую среду от антропогенных источников и отсутствие, в некоторых случаях, должного контроля создают опасность для здоровья человека. Выбор данной темы обусловлен тем, что последние годы значительную проблему представляют соединения тяжелых металлов, которые могут легко проникать в организм человека через слизистые оболочки, кожу, вдыхание отравленного воздуха, с продуктами питания. Тяжелые металлы распределяются и депонируются в органах и тканях человека и сохраняются в них в течение нескольких месяцев, а иногда и нескольких лет. Первая помощь при отравлении ядами тяжёлых металлов заключается в очищении организма от токсинов. Энтеросорбция является составной частью эфферентной терапии, конечной целью которой является прекращение действия токсинов различного происхождения и их выведение из организма. В настоящее время активно проходят экспериментальные исследования лекарственных средств с энтеросорбционными свойствами, анализ их физико-химических характеристик и технологических процессов выделения, очистки и химической модификации. Все эти процессы находятся на стадии разработки и регистрации, подготавливается нормативная документация на их производство и реализацию, и позволяет рассматривать эти вещества как «перспективные препараты» для профилактики и лечения хронических отравлений тяжелыми металлами.[1,10] Изучение адсорбционной активности активированного угля и белого угля по отношению к катионам кобальта и меди позволит расширить имеющиеся знания о свойствах этих товаров аптечного ассортимента и даст 5 возможность использовать эту информацию в качестве рекомендации рядовым гражданам. Целью данного проекта являетсяизучение адсорбционных свойств белого угля и активированного угля на примере адсорбции из раствора катионов меди и кобальта и разработка буклет. Задачи, поставленные для достижения цели: - изучить имеющуюся информацию в литературе и интернет- источниках о явлении адсорбции и охарактеризовать товары аптечного ассортимента группы энтеросорбентов на примере белого угля и активированного угля; - дать характеристику катионов меди и кобальта и влияние их повышенного содержания в организме на жизнедеятельность человека; - изучить адсорбционные свойства белого угля и активированного угля и рассчитать сорбционную емкость на примере адсорбции из раствора катионов меди и кобальта; - на основании проведенных исследований сделать выводы об адсорбционных свойствах белого угля и активированного угля. Продукт – буклет, в которой отражены все полученные нами результаты и сформулировали предложения. Объект исследования: товары аптечного ассортимента группы энтеросорбентов: «Активированный уголь» и «Белый уголь». Исходная гипотеза, в основе которой предположение, что сорбционная емкость белого угля, как препарата нового поколения должна быть больше. Это было решено выявить экспериментально. 6 4. ДОРОЖНАЯ КАРТА ПРОЕКТА № направление работы, ключевые задачи промежуточные результаты сроки выполнения 1. Введение в тематику проекта. Теория адсорбции. Посещение лекций сентябрь, 2019 2. Изучение литературных и интернет-источников Подготовлен анализ адсорбционной способности энетеросорбентов 1-15 октября, 2019 3. Освоение методологической базы Апробированы фотометрический и титриметрический методы анализа 16-31 октября, 2019 4. Изучение адсорбционной способности белого угля и активированного угля Получены первые результаты фотометрического и титриметрического методов анализа 1-20 ноября, 2019 5. Анализ полученных результатов Рассчитана адсорбционная емкость белого угля и активированного угля. Проведен сравнительный анализ. 21-30 ноября, 2019 6. Подготовка доклада и презентации Подготовлен доклад и презентация декабрь, 2019 7. Подготовка буклета Анализ и синтез полученных выводов январь - март, 2020 8. Участие в конференции 7 5.ОПИСАНИЕ РЕШЕНИЯ 5.1.Обзор литературы 5.1.1. Основные понятия процесса адсорбции. Общие сведения об адсорбентах. Адсорбция (от лат. «ad» — на и «sorbeo» — поглощаю) - поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела. Десорбция – обратный процесс выделения поглощенных газообразных или жидких веществ. Вещество, которое удерживает на своей поверхности частицы, называется адсорбентом. Вещества, которые адсорбируются, являются адсорбатами [1]. Адсорбция играет важную роль во многих природных процессах, таких, как обогащение почв и образование вторичных рудных месторождений. Именно благодаря адсорбции осуществляется первая стадия поглощения различных веществ из окружающей среды клетками и тканями биологических систем, функционирование биологических мембран, первые этапы взаимодействия ферментов с субстратом, защитные реакции против токсичных веществ. Многие адсорбенты (активный уголь, каолин, иониты) служат противоядиями, поглощая и удаляя из организма вредные вещества. Адсорбенты обычно имеют большую удельную поверхность - до нескольких сотен м 2 /г. В промышленности адсорбцию осуществляют в специальных аппаратах – адсорберах; применяют для осушки газов, очистки органических жидкостей и воды, улавливания ценных или вредных отходов производства [1]. Адсорбирующие вещества – это тончайшие измельченные нерастворимые индифферентные порошки с большой адсорбционной способностью, связывающие на своей поверхности различные вещества, уменьшая всасывание последних, механически защищая слизистую оболочку и находящиеся в ней окончания чувствительных нервов. Адсорбенты применяются для очистки природных и сточных вод, газов и воздуха. А также они нашли большое применение в строительстве для изготовления стен с высокой степенью тепло и звукоизоляции. В бытовых холодильниках 8 для очистки рабочей среды от влаги и кислот применяют адсорбент, встраиваемый в фильты-осушители. Но все же одной из основных областей применения адсорбентов является медицина. Группа адсорбентов, применяемых в медицине, называется энтеросорбентами. Энтеросорбенты — препараты медицинского назначения, обладающие высокой сорбционной емкостью, не разрушающиеся в ЖКТ и способные связывать экзо- и эндогенные вещества путем адсорбции, ионообмена или комплексообразования. Энтеросорбция — это метод лечения, основанный на способности энтеросорбентов связывать и выводить из организма различные экзогенные вещества, микроорганизмы и их токсины, промежуточные и конечные продукты обмена веществ [2]. Обычно такие препараты представляют собой пористые вещества, получаемые из углеродосодержащих материалов, которые могут иметь как органическое происхождение, так и синтетическое происхождение. Перед приобретением энтеросорбента обязательно должен учитываться объем сорбционной емкости препарата. Именно этот параметр подскажет, в пользу какого лекарственного средства сделать выбор. Под данной величиной подразумевают количество токсинов, которые будут поглощены активным веществом [3,4]. Различают два основных типа сорбционных процессов: абсорбцию и адсорбцию. При абсорбции поглощаемое вещество улавливается всем объемом поглотителя, при адсорбции – только поверхностью. Процесс адсорбции протекает тем интенсивнее, чем больше поверхность адсорбента. Поэтому обычно адсорбенты используют в виде порошков. У классических адсорбентов – активированного угля, силикагеля (пористая белая масса, по составу диоксид кремния SiO 2 ), цеолитов (минералов, близких к полевым шпатам) - поверхность порошка массой 1 г (удельная поверхность) составляет 500-1000 м 2 [1]. Частный случай адсорбции – хемосорбция, когда одновременно протекают физический процесс сорбции и химическая реакция между 9 молекулами сорбируемого вещества и сорбента (сорбирующего вещества). Процессы хемосорбции отличаются от остальных сорбционных процессов тем, что из-за одновременного протекания реакций сорбируемое вещество претерпевает химическое изменение и его уже нельзя десорбировать [1]. 5.1.2. Энтеросорбенты: характеристика, классификация. В клинической практике давно известны и все большее распространение получают препараты, обладающие сорбционно-детоксикационными свойствами — энтеросорбенты. Слово "энтеросорбция" означает внутреннее очищение или поглощение внутри кишечника. В основном энтеросорбция используется в тех случаях, когда в организме накапливается избыточное количество метаболитов, характеризующихся токсическим воздействием на органы и системы. В силу своих физико-химических свойств энтеросорбенты не только имеют способность связывать различные токсические метаболиты, тяжелые металлы, бактериальные токсины, но и могут служить матрицей для изготовления комплексных, иммобилизованных лекарственных средств, включающих антибиотики, цитостатические препараты, ферменты, витамины, минералы [4,5,8]. Неотъемлемым свойством истинных энтеросорбентов является отсутствие избирательности по отношению к различным токсическим метаболитам, точнее, индивидуальная избирательность выражается в возможности связывать такие метаболиты эндо- и экзогенного происхождения лишь определенной молекулярной массы, что зависит от размера пор или длины волокон энтеросорбента. Структура и происхождение токсических метаболитов на эффективность истинного энтеросорбента практически не влияют. Энтеросорбция — это один из методов эфферентной терапии — терапии выведения. Метод энтеросорбции, основанный на пероральном приеме медикаментозных средств, способных адсорбировать в пищеварительном канале различные токсические вещества эндо- и 10 экзогенного происхождения, не вступая с ними в химическую реакцию, является одним из самых безопасных, практически не имеющим противопоказаний и при этом высокоэффективным [6]. Четкой классификации энтеросорбентов не существует, но в ее основу могут быть положены следующие признаки [13]: I. По структурно-сорбционным характеристикам: 1) высокодисперсные порошки, в том числе порошки микроволокон с высокоразвитой (до 1000—2500 м 2 /г) площадью поверхности; 2) пористые сорбенты, которые характеризуются наличием петли гистерезиса на кривой сорбция-десорбция и, в свою очередь, подразделяются на сорбенты, содержащие поверхностные поры (угольные), и сорбенты со структурой пористо-глобулярной матрицы. II. По консистенции: 1) твердые порошкообразные сорбенты — ксерогели; 2) субстанции, набухающие в воде; 3) гидрогели и лиогели; 4) взвеси — суспензии в растворах. III. По химической природе поверхности: 1) с гидрофильной сорбционной поверхностью частиц, имеющие высокое сродство к органическим соединениям за счет расположения на поверхности кислородсодержащих групп (=С=0; =С-ОН; =СНО); 2) с гидрофобной сорбционной поверхностью частиц, имеющие высокое сродство к органическим соединениям за счет расположенных на поверхности органических радикалов (-СН 3 , -С 2 Н 5 ); 3) имеющие смешанную гидрофильно-гидрофобную поверхность, которая сформирована кислородсодержащими группами и органическими радикалами. Существуют и другие классификации энтеросорбентов. Идеальный энтеросорбент должен быть нетоксичным, нетравматичным для слизистых оболочек, с хорошей эвакуацией из кишечника, с высокой 11 сорбционной емкостью по отношению к удаляемым компонентам. По мере прохождения по кишечнику связанные компоненты не должны подвергаться десорбции, не должны изменять рН среды, благоприятно влиять или не воздействовать на процессы секреции и биоценоз микрофлоры кишечника. Сорбционная ёмкость - это количество вещества, которое может поглотить сорбент на единицу своей массы. Сорбционная емкостьопределяется способностью поглощать максимальное количество токсинов, бактерий, тяжелых металлов, а также других веществ. Чем выше сорбционная емкость, тем большие количества веществ способен поглотить и прочно удержать конкретный сорбент [7]. 5.1.3. Краткая характеристика энтеросорбентов, использованных для проведения сравнительного анализа адсорбционных свойств. «Активированный уголь» (Carbo activates). Действующее вещество: Активированный уголь (Activated charcoal). Фармакологическая группа: Энтеросорбирующее средство. Описание лекарственной формы; таблетки черного цвета, плоскоцилиндрические с фаской или фаской и риской. Фармакологическое действие: антидиарейное, дезинтоксикационное, энтеросорбирующее средство. Это вещество с развитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения. Наиболее качественными, из доступных сорбентов являются уголь из кокосовой скорлупы и березовый (БАУ-А) уголь. С точки зрения химии активированный уголь – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей. Активированный уголь на 87- 97 % по массе состоит из углерода, также может содержать водород, кислород, азот, серу и другие вещества. Активированный (черный) уголь имеет большую активность (поверхностную) и высокие сорбционные свойства. Он снижает абсорбцию из ЖКТ солей тяжелых металлов, токсических веществ, гликозидов и 12 алкалоидов, а также лекарственных ингредиентов, способствуя их выведению из организма. Кроме того, на своей поверхности он может адсорбировать и газы. Показания к применению «Активированного угля»: - при поносах, метеоризме; - пищевых и лекарственных отравлениях, отравлениях солями тяжелых металлов, наркотиками и снотворными, алкоголем; - при процессах гниения, брожения, повышении содержания HCl желудочного сока, диарее, дизентерии, сальмонеллезе, циррозе печени; - атопическом дерматите, отравлениях химическими соединениями и, при аллергических заболеваниях; - интоксикации у онкологических больных на фоне лучевой и химиотерапии. Противопоказания: - гиперчувствительность; - язвенные поражения ЖКТ (язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, язвенный колит), кровотечения из ЖКТ; - одновременное назначение антитоксического ЛС, эффект которого развивается после всасывания; - детский возраст (до 3 лет). Побочные действия: желудочно-кишечные расстройства (запоры или диарея, при длительном применении - гиповитаминоз, снижение всасывания из ЖКТ питательных веществ и лекарственных средств. Взаимодействие: снижает эффективность одновременно принимаемых лекарственных средств, уменьшает эффективность лекарственных средств, действующих на слизистую оболочку ЖКТ. Способы и дозы применения:внутрь за 1-2 часа до или после еды и приема других лекарственных средств. Средняя доза 0,1–0,2 г/кг/сут (в 3 приема). Длительность лечения 3-14 дней, при необходимости возможен повторный курс через 2 недели. 13 При диспепсии, метеоризме по 1-2 г 3-4 раза в сутки. Курс лечения 3-7 дней. При заболеваниях, сопровождающихся процессами брожения и гниения в кишечнике, повышенной секрецией желудочного сока Взрослым по 10 г 3 раза в сутки. Длительность курса 1–2 недели. Детям от 3 до 7 лет по 5 г 3 раза в сутки, 7-14 лет по 7 г 3 раза в сутки на прием. Длительность курса 3-15 дней. При отравлении его назначают внутрь в виде взвеси 20-30 грамм порошка в воде. Такой же взвесью можно проводить промывание желудка. Для развития максимального эффекта активированный уголь рекомендуется вводить сразу после отравления или в течение первых часов. Полностью выводится с каловыми массами через 7-10 часов, окрашивая их в черный цвет. Кроме этого уголь можно применять и наружно: при местном применении в пластыре увеличивает скорость заживления язв и гнойных ран. Форма выпуска: таблетки по 10 табл. в контурной безъячейковой упаковке из бумаги упаковочной, по 10 табл. в контурной ячейковой упаковке из ПВХ-пленки и фольги алюминиевой печатной лакированной или бумаги упаковочной. По 2, 3, 5 контурных ячейковых упаковок помещают в пачку картонную. По 20 контурных безъячейковых или контурных ячейковых упаковок помещают в пачку картонную. Условия отпуска из аптек: без рецепта. Условия хранения препарата: «Уголь активированный» хранят в сухом месте, при температуре не выше 25 °C, в недоступном для детей месте. Срок годности препарата: срок годности «Угля активированного» 3 года. Не применять по истечении срока годности, указанного на упаковке. Как видно из всего сказанного, активированный уголь прекрасный препарат, но злоупотреблять им и пользоваться ежедневно в течение длительного времени - значит нарушать протекающие в организме процессы, так как 14 «Активированный уголь» способен лишить нас необходимых гормонов и ферментов, а также получаемых с пищей питательных веществ и витаминов. БАД «Белый уголь» (White Carbo). Действующее вещество: Диоксид кремния (Silicon dioxide), Микрокристаллическая целлюлоза (Cellulose microcristallic) Фармакологическая группа: Энтеросорбирующее средство Описание лекарственной формы: Белый уголь представляет собой белые таблетки круглой, слегка двояковыпуклой формы с разделительной полоской на одной из сторон Фармакологическое действие: диоксид кремния обладает высокой сорбционной емкостью. Связывает путём адсорбции и выводит из организма: токсины, поступающие извне, включая продукты жизнедеятельности патогенных микроорганизмов, пищевые и бактериальные аллергены, микробные токсины, химические вещества, токсичные продукты, которые образуются в организме, в процессе распада белков в кишечнике, избыток желудочного сока и соляной кислоты, образующихся в желудке, и газов в кишечнике. Содействует транспорту из внутренней среды организма в желудочно- кишечный тракт и выведению разнообразных токсичных продуктов, в том числе: алкалоидов, гликозидов, солей тяжелых металлов, фосфорорганических и хлорорганических соединений, барбитуратов, этилового спирта и продуктов его обмена, биологически активных веществ, связанных с процессами аллергии и воспаления, продуктов обмена белков, липидов. Диоксид кремния содействует снижению метаболической нагрузки на органы детоксикации (в первую очередь - печень и почки), устранению дисбаланса биологически активных веществ в организме, коррекции обменных процессов и иммунного статуса, улучшению показателей липидного обмена. 15 Микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ) - это пищевые волокна, выделенные из растительной клетчатки, по своим свойствам близка к натуральной целлюлозе, находящейся в виде естественного компонента в пищевых продуктах. МКЦ, как и другие пищевые волокна, действует на организм человека двумя путями: сорбционным и механическим. МКЦ нерастворима в воде и не подвергается расщеплению в пищеварительном тракте человека. МКЦ сорбирует на своей поверхности и выводит из организма тяжелые металлы, свободные радикалы, микробные токсины, продукты распада, а также связывает в желудке излишек желудочного сока и соляной кислоты, в кишечнике - желчные кислоты, билирубин, холестерин. В тонком кишечнике МКЦ очищает механическим путем его слизистую оболочку, что ведет к улучшению пристеночного пищеварения и всасывающей функции кишечника. После приема МКЦ всасывание и усвоение пищи, лекарств, овощей и фруктов становится более полным. Раздражая рецепторы кишечника, МКЦ усиливает его перистальтику, за счет чего ликвидируется застой пищевого комка. Показания к применению: - пищевые отравления любого происхождения; - заражения гельминтами; - воспаление печени; - различные аллергические заболевания; - дисбактериоз кишечника; - кишечные инфекционные заболевания в острой форме; - расстройство процессов пищеварения; - функциональная недостаточность деятельности почек; - различные дерматиты; - функциональная недостаточность деятельности печени. Противопоказания: - язвенные заболевания кишечника; 16 - повышенная чувствительность к «Белому углю» или его компонентам; - применение «Белого угля» на любом сроке беременности; - язвенная болезнь желудка; - наличие непроходимости кишечника любого происхождения; - индивидуальная непереносимость «Белого угля»; - применение «Белого угля» в период кормления грудью; - язвенная болезнь двенадцатиперстной кишки; - эрозивные заболевания кишечника; - наличие кровотечений из органов пищеварительной системы. Способ применения и дозировка: «Белый уголь» рекомендуется принимать между приемами пищи, однако предпочтительным является прием средства не ранее, чем за 1 час до еды и спустя 30 минут после еды. Запивать таблетки рекомендуется обычной чистой водой без примесей. Взрослым пациентам рекомендуется принимать от 3 до 4 таблеток «Белого угля» 3–4 раза в сутки. Максимальная дозировка не определена по причине отсутствия токсического влияния средства на организм пациента. Длительность приема определяется выраженностью симптомов патологии, подвергающейся терапии. Детям до 7 лет рекомендуется принимать «Белый уголь» в дозировке 2 таблетки (от 3 до 4 лет) и 3 таблетки (от 5 до 7 лет) 3 раза в сутки. Детям старше 7 лет разрешается принимать средство в дозировках, соответствующих дозировкам для взрослых пациентов. Детям до 3 лет прием «Белого угля» противопоказан. Форма выпуска: таблетки массой 700мг. Условия отпуска из аптеки: без рецепта. Условия хранения: хранить «Белый уголь» следует в сухом месте, без доступа света и детей при температуре не выше 25˚C. Срок годности: 2 года. Не применять по истечении срока годности, указанного на упаковке. [9] 17 5.1.4 .Общая характеристика тяжелых металлов. Медь и кобальт в организме человека. Тяжёлые металлы - это элементы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с относительной молекулярной массой больше 40. Одним из сильнейших по действию и наиболее распространенным химическим загрязнением является загрязнение тяжелыми металлами. Отсюда свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, хром, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, ванадий являются тяжелыми металлами. Источники поступления тяжелых металлов делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозийные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, движение транспорта, деятельность сельского хозяйства). Эта группа элементов активно участвует в биологических процессах, входя в состав многих ферментов. Группа "тяжелых металлов" во многом совпадает с понятием "микроэлементы". Медь в организме человека. Нормой содержания меди в человеческом организме считается 70-120 мг, а ежедневная потребность составляет примерно 1,5-3 мг. Примерно по 30% содержат в себе печень и мозг, а остальная масса распределена в мышцах, костях, крови и почках. Основную часть суточной потребности меди человек получает из пищи, остальное из воды или через кожу. Существует достаточно много продуктов, содержащих медь, поэтому нехватка обычно обусловлена неправильным обменом веществ. Большое значение медь имеет для кроветворения, она является одним из элементов, которые синтезируют эритроциты и лейкоциты. Также она занимается транспортировкой железа, и если меди не хватает, то железо будет накапливаться там, где не надо. Медь играет очень важную роль для кровеносных сосудов. Она придает им правильную форму, эластичность и 18 прочность. Недостаток меди может быть причиной частых переломов, так как она является важной составляющей белкового каркаса костей. Также медь усиливает синтез коллагена, а этот белок делает кожу красивой и упругой. Передозировка чаще всего связана с долгосрочным применением медьсодержащих препаратов, бесконтрольное их использование в качестве внутренних и наружных средств, реже – в связи с нарушениями обмена веществ, приводящими к накоплению микроэлемента в организме. К отравлению может привести нарушение норм безопасности при работе с компонентами меди в условиях сельского хозяйства и промышленных предприятий. Повысить концентрацию микроэлемента в организме до токсичных пределов может также использование в быту медной посуды и кухонной утвари. Признаки медной интоксикации: повышенная возбудимость, нарушения сна и памяти, жалобы на головные боли на фоне безразличного, угнетенного настроения, анемия, прогрессирующий атеросклероз сосудов (на фоне дефицита селена), следы клеток крови в моче, боли в мышцах, хронические аллергические дерматозы. Одним из последствий передозировки препаратами меди у женщин является нарушение менструального цикла, проявляющееся во временной аменорее. С отравлением медью связано также развитие болезни Вильсона- Коновалова и, так называемой, медной лихорадки. Это тяжелое генетическое заболевание, проявляющееся в нарушении метаболизма меди и накоплении ее в печени. Со временем приводит к циррозу печени, органическому и функциональному поражению головного мозга. Это заболевание, которое характеризуется комплексной симптоматикой: повышение температуры тела, обильное потоотделение, общая слабость, судороги икроножных мышц и общая дрожь.[2] 19 Кобальт в организме человека. Кобальт относится к жизненно необходимым микроэлементам. В организме взрослого человека содержится примерно 1,5 мг кобальта: 36% сконцентрирована в жировой ткани, 30% - в волосах, 28% - в костях, 6% - в крови, печени, лимфатических узлах, в костных тканях, поджелудочной железе, почках. Несмотря на небольшое количество, кобальт играет важную роль в работе организма. В первую очередь, его роль связана с содержанием в молекуле В12, которой он обеспечивает активность. Кобальт участвует в обменных процессах организма, синтезе некоторых белков и ферментов, в работе желез внутренней секреции (в синтезе гормонов щитовидной железы). Он необходим для процессов кроветворения, так как способствует синтезу эритроцитов и гемоглобина. Кроме этого, кобальт способствует снижению уровня холестерина в крови, тем самым предотвращая образование атеросклеротических бляшек. Кобальт необходим для образования и регенерации костной ткани, он является активатором многих пищевых ферментов, повышает активность лейкоцитов, тем самым способствуя укреплению иммунитета, усиливает действие антибиотиков. Этот элемент стимулирует образование в костном мозге и селезенке гемоглобина и эритроцитов, угнетает жизнедеятельность и деление раковых клеток, влияет на работу печени и помогает ей обезвреживать и выводить токсичные элементы, положительно влияет на нервную систему – улучшает память, общее самочувствие и настроение, препятствует развитию утомления и появлению раздражительности. Повышенное содержание кобальта в организме человека встречается очень редко. Избыточное поступление может наблюдаться у людей, работающих в металлургической, стекольной и цементной промышленности. Попадание в легкие пыли, содержащей кобальт, может вызвать легочные кровотечения и оттек легких. Также повышенное количество кобальта в организме может быть обусловлено избыточным приемом витамина В12. 20 Токсическая доза для человека варьируется в пределах от 0,25 до 0,35 мг/кг, ПДК пыли кобальта в воздухе – 0,5мг/м 3 , ПДК солей кобальта в питьевой воде – 0,01 мг/л. Симптомы передозировки кобальта: пневмосклероз («кобальтовая» пневмония); поражение сердечной мышцы («кобальтовая» кардиомиопатия); контактный дерматит и другие поражения кожи; увеличение щитовидной железы; поражение слухового нерва; повышение артериального давления и уровня липидов, эритроцитов и жиров в крови. [11] 21 5.2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 5.1.Определение содержания адсорбированных катионов меди. Соли меди образуют с водой комплексные катионы состава [Cu(H 2 O)] 2+ , окрашенные в светло-голубой цвет, а в присутствии аммиака медно-аммиачные комплексные катионы состава [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ , окрашенные в темно-синий цвет, интенсивность окраски которых находится в прямой зависимости от концентрации Cu 2+ : Cu 2+ + 4NН 3 = [Cu(NН 3 ) 4 ] 2+ Максимум светопоглощения этого соединения соответствует длине волны λ = 590 нм (l=1см). Определение неизвестной концентрации катионов Cu 2+ проводилось методом градуировочного графика. Метод обладает сравнительно высокой чувствительностью и хорошей воспроизводимостью, селективностью, прост по выполнению измерений оптической плотности или пропускания, использует относительно несложную аппаратуру. Приготовление стандартных растворов Cu 2+ для построения градуировочного графика. В шесть мерных колб вместимостью 50,00 мл добавляли соответственно: 0,50, 1,00; 3,00; 5,00; 10,00 и 25,00 мл стандартного раствора меди (Т(Сu 2+ ) =2,0·10 -3 г/мл), затем в каждую колбу прибавляли раствор аммиака(1:4) до появления синей окраски и еще 5,0 мл избыточного количества этого раствора. Объемы растворов доводили строго до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивали. После выдерживания в течении 5 минут приступали к фотометрированию растворов. Результаты измерения оптической плотности свели в таблицу 1. Таблица 1. Оптические плотности серии стандартных растворов Cu 2+ (λ = 590 нм, l = 1 cм) Объём стандартного раствора, мл 0,5 1,0 3,0 5,0 10,0 25,0 Концентрация Cu 2+ , мг/50мл 1,0 2,0 6,0 10,0 20,0 50,0 Оптическая плотность 0,015 0,030 0,086 0,150 0,296 0,726 22 По полученным данным был построен градуировочный график (рис.1). Рис.1. Градуировочный график для определения катионов меди в воде. Определение содержания катионов Cu 2+ в исследуемых растворах. Следующим этапом работы было определение концентрации катионов Cu 2+ в растворах, полученных после пребывания в них адсорбентов в течении 15, 25, 35 и 45 минут. Растворы были приготовлены по той же схеме, что и стандартные растворы. В таблице 2 представлены результаты измерения оптической плотности в исследуемых растворах. Таблица 2. Результаты измерения оптической плотности (λ = 590 нм, l = 1 cм) в исследуемых растворах Время выдерживания адсорбента, мин 15 25 35 45 № образца №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 Белый уголь 0,443 0,444 0,432 0,432 0,433 0,432 0,434 0,435 Активированный уголь 0,399 0,401 0,389 0,387 0,382 0,383 0,383 0,383 Без адсорбента 0,576 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 - 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 Опт ичес кая пл о тн о сть Концинтрация ионов меди, мг /50мл Гадуировочный график для определения ионов меди в воде 23 Результаты вычисления доли адсорбированных катионов Cu 2+ в фильтрате после использования адсорбентов (табл.3) показывают, что максимум поглощения катионов Cu 2+ достигается через 25 минут для белого угля и через 35 минут для активированного угля. Таблица 3. Среднее содержание катионов Cu 2+ в фильтрате, мг/50мл Содержание Cu 2 Адсорбент Время выдерживания в адсорбенте, мин Без адсорбента 15 25 35 45 Концентрация Cu 2+ , мг/50мл Белый уголь 39,55 30,42 29,63 29,67 29,80 Активированный уголь 39,55 27,43 26,60 26,22 26,26 Доля адсорбированных катионов Cu 2+ ,% Белый уголь - 23,1 25,1 25,0 24,6 Активированный уголь - 30,7 32,7 33,7 33,6 На рисунке 2 представлены диаграммы адсорбции катионов меди белым углем и активированным углем. Активированный уголь поглощает большую долю, находящихся в растворе катионов меди - 33,7%, в отличии от белого, максимальная доля поглощения катионов меди которого составляет 25,1%. Рис.2 Адсорбция катионов меди белым углем и активированным углем. Белый уголь Доля адсорбированных катионов меди,% Доля катионов меди, оставшихся в растворе,% Активированный уголь Доля адсорбированных катионов меди,% Доля катионов меди, оставшихся в растворе, % 24 Сорбционную емкость использованных нами энтеросорбентов рассчитывали как массу адсорбированных катионов меди в пересчете на 1г адсорбента. Эти результаты представлены в таблице 4. Таблица 4. Сорбционная емкость белого и активированного угля в пересчете на 1 г адсорбента Адсорбент Время выдерживания в адсорбенте, мин 15 25 35 45 Масса адсорбированных катионов Cu 2+ , мг/г адсорбента Белый уголь 18,17 19,82 19,69 19,44 Активированный уголь 24,17 25,85 26,64 26,45 Полученные нами результаты указывают на большую сорбционную емкость активированного угля, которым поглощается 26,64 мг катионов Cu 2+ в пересчете на 1 г адсорбента, что в 1,3 раза больше аналогичного показателя для белого угля. 5.2.Определение содержания адсорбированных катионов кобальта. Содержание катионов кобальта определяли комплексонометрическим методом. Аква-ионы кобальта (II) [Со(Н 2 О) 6 ] 2+ окрашены в розовый цвет, поэтому разбавленные водные растворы солей кобальта (II) также имеют розовую окраску. Комплексонометрическое определение катионов кобальта, основано на прямом методе титрования его ионов стандартным раствором ЭДТА в присутствии мурексида. Индикатор образует с ионами кобальта комплексное соединение желтого цвета (в присутствии аммиака). При титровании раствором ЭДТА в точке эквивалентности желтая окраска переходит в фиолетовую окраску, характерную для свободного индикатора. В результате титрования солей кобальта ЭДТА происходит образование комплекса CоY 2- Со 2+ + Y 4- ⇄CоY 2 - В таблицах 5 и 6 приведены результаты титрования исследуемого раствора Cо 2+ с использованием адсорбентов. 25 Таблица 5. Объем ЭДТА, пошедший на титрование растворов с использованием адсорбентов,мл Объем ЭДТА, пошедший на титрование, мл 15 25 35 45 № образца №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 Белый уголь 22,0 22,1 21,8 21,8 21,6 21,8 21,7 21,3 Активированный уголь 19,4 19,4 17,0 17,9 17,4 17,3 17,2 17,0 Без адсорбента 38,0 Таблица 6.Среднее содержание в фильтрате катионов Cо 2+ , мг/100мл Содержание Cо 2 Адсорбент Время выдерживания в адсорбенте, мин Без адсорбента 15 25 35 45 Концентрация Cо 2+ , мг/100мл Белый уголь 22,38 12,99 12,84 12,78 12,69 Активированный уголь 22,38 11,43 10,28 10,22 10,07 Доля адсорбированных катионов Cо 2+ ,% Белый уголь - 42,0 42,6 42,9 43,3 Активированный уголь - 48,9 54,1 54,3 55,0 На рисунке 3 представлены диаграммы адсорбции катионов кобальта белым углем и активированным углем. Рис.3 Адсорбция катионов кобальта белым углем и активированным углем. Белый уголь Доля адсорбированных катионов кобальта,% Доля катионов кобальта, оставшихся в растворе,% Активированный уголь Доля адсорбированных катионов кобальта,% Доля катионов кобальта, оставшихся в растворе,% 26 Анализ полученных результатов показывает, что максимум поглощения катионов Cо 2+ достигается для обоих адсорбентов через 45 минут. Активированный уголь поглощает и в этом случае большую долю, находящихся в растворе катионов кобальта – 55,0%, в отличии от белого, максимальная доля поглощения катионов Cо 2+ которого составляет 43,3 %. Обращает на себя внимание тот факт, что оба адсорбента уже в первые 15 минут эффективно проявляют свои сорбционные свойства и поглощают 42% (для белого угля) и почти 50% (для активированного угля) от всех катионов кобальта находящихся в растворе. Результаты расчета сорбционной емкости белого и активированного углей по массе адсорбированных катионов кобальта в пересчете на 1г адсорбента представлены в таблице 7. Таблица 7. Сорбционная емкость белого и активированного угля в пересчете на 1 г адсорбента Адсорбент Время выдерживания в адсорбенте, мин 15 25 35 45 Масса адсорбированных катионов Cо 2+ , мг/г адсорбента Белый уголь 18,73 19,03 19,02 19,32 Активированный уголь 21,87 24,17 24,27 24,47 Полученные нами результаты указывают на большую сорбционную емкость активированного угля, которым поглощается на 5,15 мг катионов Cо 2+ больше в пересчете на 1 г адсорбента. 5.3. Сравнительная характеристика адсорбционных свойств белого угля и активированного угля. По полученным результатам был проведен сравнительный анализ сорбционной емкости белого угля и активированного угля. (табл. 8). Таблица 8. Сравнение сорбционной емкости белого и активированного угля Адсорбент Время выдерживания в адсорбенте, мин 15 25 35 45 Масса адсорбированных катионов Cu 2+ , мг/г адсорбента Белый уголь 18,17 19,82 19,69 19,44 Активированный уголь 24,17 25,85 26,64 26,45 Масса адсорбированных катионов Cо 2+ , мг/г адсорбента Белый уголь 18,73 19,03 19,02 19,32 Активированный уголь 21,87 24,17 24,27 24,47 27 Способность белого угля адсорбировать катионы меди и кобальта примерно одинакова. Сорбционная емкость белого угля – препарата нового поколения, меньше сорбционной емкости активированного угля по отношению к катионам обоих металлов. На рисунке 4 представлены сравнительные результаты определения сорбционной емкости белого угля и активированного угля, на примере адсорбции ими катионов меди и кобальта из раствора. Рис.4. Сравнение сорбционной емкости (мг /1г адсорбента) белого и активированного углей. Анализ литературных источников показывает, что катионы тяжелых металлов по способности адсорбироваться активированным углем из раствора расположены в следующей последовательности в ряду селективности: Au > Ag > Fe > Cu > Ni > Co > Zn Это означает, что из раствора лучше будет адсорбироваться золото, по сравнению с металлами, стоящими правее в ряду селективности[12]. Результаты проведенных нами исследований согласуются с этими данными: 1) адсорбционная способность активированного угля проявляется 0 5 10 15 20 25 30 15мин 25мин 35мин 45мин белый уголь (Cu) акт.уголь (Cu) белый уголь (Co) акт.уголь (Co) 28 селективно по отношению к катионам тяжелых металлов; 2) катионы меди лучше адсорбируются активированным углем по сравнению с катионами кобальта, который стоит правее в ряду селективности. Выдвинутая ранее гипотеза о большей сорбционной емкости белого угля не подтвердилась. Таким образом, активированный уголь по сравнению с белым углем помимо своей доступности по цене имеет существенное преимущество: он активнее адсорбирует катионы меди и кобальта, поэтому может быть рекомендован рядовым гражданам как более эффективное средство для выведения из организма солей тяжелых металлов. 29 5.СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДЛАГАЕМЫХ В ПРОЕКТЕ ПРЕПАРАТОВ АПТЕЧНОГО АССОРТИМЕНТА Характеристика препарата Белый уголь Активированный уголь Сорбционные свойства: концентрации препарата 3-4 таблетки 4-8 таблеток Избирательность действия Способствует устранению лишь шлаков и токсинов Выводит из организма человека и вредные, и полезные вещества Растворимость в воде Растворяется в жидкости намного быстрее Не растворим в воде Побочное действие Практически никогда не вызывает запоров и прочих диспепсических расстройств Вызывает диспепсические растройства Удобство применения Необходимо просто запить водой Перед приемом желательно измельчить или разжевать Стоимость лекарства 10 таблеток – около 80-100 рублей 10 таблеток – около 15-20 рублей Происхождение Полностью синтетический препарат. Представляет собой одну из форм углерода, полученную путем переработки натурального сырья без добавления каких-либо примесей. Большинство людей отдает свое предпочтение именно проверенному натуральному препарату. Отзывы Дорогой препарат Такое сорбирующее средство должно обязательно присутствовать в каждой аптечке. Препарат эффективно устраняет неприятные ощущения, связанные с интоксикацией. 30 7.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ПОСУДЫ И РЕАКТИВОВ Название Назначение Кем предоставляет- ся Условия предоставле- ния Спектрофотометр ПЭ-5300ВИ Для определения оптической плотности окрашенных растворов Химическая лаборатория кафедры фармации Использование в учебном процессе Набор кювет Для определения оптической плотности окрашенных растворов Химическая лаборатория кафедры фармации Использование в учебном процессе Лабораторная посуда (набор) Для проведения лабораторных исследований и испытаний Химическая лаборатория кафедры фармации Использование в учебном процессе Химические реактивы (набор) Для проведения лабораторных исследований и испытаний Химическая лаборатория кафедры фармации Использование в учебном процессе Дистиллятор Для проведения лабораторных исследований и испытаний Химическая лаборатория кафедры фармации Использование в учебном процессе 31 8. ОЦЕНКА ПОЛУЧЕННЫХ В ХОДЕ РАБОТЫ НАД ПРОЕКТОМ РЕЗУЛЬТАТОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАБОТЫ НАД ПРОЕКТОМ По результатам проведенного исследования были сделаны следующие выводы: 1. Изучение источников литературы по данной теме позволяет сделать следующие обобщения: - белый уголь и активированный (черный) уголь обладают одинаковыми свойствами: оба проявляют высокую адсорбционную активность по сравнению с другими энтеросорбентами; - выявлено, что использование энтеросорбентов в лечении и профилактике многих заболеваний очень актуально в настоящее время, когда загрязнение окружающей среды токсическими веществами постоянно растет. 2. Экспериментально показано, что способность адсорбировать катионы меди и кобальта у белого угля – препарата нового поколения, меньше, по сравнению с активированным углем. Таким образом, можно сделать вывод о том, что использование белого угля позволяет свести к минимуму потери организмом полезных компонентов. 3. В результате проведенных исследований установлено, что оба адсорбента активно проявляют свои адсорбирующие свойства уже в первые 15 минут. При этом максимум поглощения катионов Cu 2+ достигается через 25 минут для белого угля и через 35 минут для активированного угля; максимум поглощения катионов Cо 2+ достигается для обоих адсорбентов через 45 минут. 4. Установлено, что адсорбционная способность активированного угля проявляется селективно по отношению к катионам тяжелых металлов: катионы меди по сравнению с катионами кобальта адсорбируются из раствора лучше. При назначении энтеросорбентов необходимо учитывать этот факт: для выведения тяжелых металлов из организма предпочтительнее использовать активированный уголь, в других случаях – при выведении 32 токсинов из организма, в целях сохранения жизненно необходимого биогенного элемента меди, лучше назначать белый уголь. 5. Мы разработали, подготовили и распечатали буклет, в которой отразили все полученные нами результаты и сформулировали предложения. Задачи работы решены, цель достигнута. Изучение адсорбционной активности активированного угля и белого угля позволило расширить имеющиеся знания о свойствах этих препаратов и дало возможность использовать эту информацию в качестве рекомендации обучающимся при чтении курса лекций и проведении лабораторных работ по программам дополнительного профессионального образования в рамках проекта «Профессиональное обучение без границ», рядовым гражданам. Перспективные исследования способности адсорбировать катионы тяжелых металлов препаратами группы энтеросорбентов, дадут возможность более персонифицировано подходить к назначению лекарственных препаратов в каждом конкретном случае заболевания. Проведенное исследование помогло нам, как учащимся медицинского класса, более глубоко сориентироваться в отдельных разделах фармакологии, познакомиться с современными физико-химическими методами контроля качества лекарств и определиться с направлением своего дальнейшего самоопределения в будущей профессии. 33 9. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Физическая и коллоидная химия: учеб. Для фарм. Вузов/ Беляев А.П., Кучук В.И., Евстратова К.И. [и др.]- изд. ГЭОТОАР- Медицина», 2010. - 704с. 2. Грибкова Е.И. Из истории энтеросорбентов. Новая аптека, 2016, №7, стр. 48-56 [Электронный ресурс] – Электрон. дан. – Режим доступа: https://e.novapteca.ru/article.aspx?aid=478496. 3. Роль кобальта в жизни человека и методы его определения [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://topuch.ru/id86581.pdf. 4. Об отравлении. [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Режим доступа:https://obotravlenii.ru/lekarstva/enterosorbenty-spisok-preparatov.html. 5. Сравнительная характеристика энтеросорбентов [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.pomochnik- vsem.ru/load/publikacii_uchashhikhsja/vozrast_14_17_let. 6. Большая медицинская энциклопедия [Электронный ресурс]/ А.Г. Елисеев [и др.]. - Электрон. текстовые данные. — Саратов: Научная книга, 2019. — 849 c.- Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/80210.html. — ЭБС «IPRbooks» 7. Бондарев Е. В., Штрыголь С. Ю., Дырявый С. Б. Применение энтеросорбентов в медицинской практике. Провизор. [Электронный ресурс] - 2008; 13. URL: - Режим доступа: http://www.provisor.com.ua/archive/2008/N13. 8.Урсова Н. И., Горелов А. В. Современный взгляд на проблему энтеросорбции. Оптимальный подход к выбору препарата. РМЖ. 2006; 19: с.1391–1396. 9.Регистр лекарственных средств России РЛС энциклопедия лекарств [Электронный ресурс]. - Электрон.дан. – Режим доступа: http://www.rlsnet.ru. 10.Хотимченко, М. Ю. Сорбционные свойства и фармакологическая активность некрахмальных полисахаридов: дис.....докт. мед. наук: 14.03.06: 34 защищена 29.04.11/ Хотимченко Максим Юрьевич. – Владивосток – 2011, 327 с. 11. Отравления солями тяжелых металлов [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://semtrav.ru/zabolevaniya/otravleniya/otravlenie- solyami-tyazhelih-metallov.html. 12. Активированные угли [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Режим доступа:http://xn--80aadc3b1ava.xn--p1ai/poleznye-stati/aktivirovannye-ugli.html 13. Николаев В. Г., Гурина Н. М. Энтеросорбция сегодня: сорбционные материалы и механизм действия. [Электронный ресурс]. – Электрон.дан. – Режим доступа: http;//kiulong.cjm.ua/content/view/66/58/ 14. Белый уголь и черный уголь: разница, свойства, показания и противопоказания [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Режим доступа:https://fb.ru/article/229233/belyiy-ugol-i-chernyiy-ugol-raznitsa- svoystva-pokazaniya-i-protivopokazaniya |