CC BY
105
УДК 541.183
ИК-СПЕКТРОСКОПИЯ В ИЗУЧЕНИИ СОСТАВА КОМПОЗИТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ 1
Н.Г. Габрук И.И. Олейникова А.В. Метелев А.В. Давиденко Хуинь Тхи Тхуи Чанг
Белгородский государственный национальный исследовательский университет,
Россия, 308015 Белгород ул. Победы, 85 E-mail: [email protected]; [email protected]_________
В работе исследован состав различных композитов методом ИК-спектроскопии. Объектами исследования выбраны хитин-меланиновый комплекс (ХМК), хитинглюкановый комплекс (ХГК), меланинсодержащий фитосорбент (МСФ), полученные из кутикулы пчелы Apis mellifera, шелухи подсолнечника Helianthus annuus L., ги-менофора гриба рода Fomes.
Ключевые слова: ИК-спектроскопия, состав, хитин-
меланиновый комплекс, хитинглюкановый комплекс, меланинсодержащий фитосорбент.
Введение
Растительные и животные объекты являются доступным и экономичным сырьем для получения композитов, обладающих сорбционными свойствами, и могут быть использованы в качестве основы для получения модифицированных энтеросорбентов с заданными биологическими свойствами. Такие композиты отвечают основным требованиям, предъявляемым к энтеросорбентам: полная безвредность и нетоксичность; высокая биосовместимость; неповреждающее действие на слизистые оболочки; избирательная сорбция низкомолекулярных и среднемолекулярных токсичных метаболитов; высокая адсорбционная емкость; отсутствие побочных эффектов [1].
Экспериментальная часть
Для получения биосорбентов были использованы объекты органического происхождения: кутикула пчелы Apis mellifera L., гименофор трутового гриба рода Fomes и шелуха подсолнечника Helianthus annuus L. Нами были получены композиты: хи-тин-меланиновый комплекс (ХМК), хитинглюкановый комплекс (ХГК), меланинсодержащий фитосорбент (МСФ) [2-5].
Для оценки степени однородности состава полученных образцов использовали метод инфракрасной спектроскопии, основанный на избирательном поглощении инфракрасного излучения веществом.
При идентификации молекул органических веществ особое внимание уделяют области спектра 1300-600 см-1. В эту область попадают полосы, отвечающие колебаниям одинарных связей C-C, C-N, C-O, а также многие деформационные колебания. В результате сильного взаимодействия этих колебаний отнесение полос к отдельным связям невозможно, однако весь набор полос в этой области спектра является характеристикой ядерного остова (скелета) молекул в целом (область «отпечатков пальцев») [6].
На рис. 1-3 представлены ИК-спектры полученных композитов (NICOLET 6700
FT-IR)
В спектре ХМК, представленном на рис. 1, большинство пиков качественно совпадает с известной информацией [7]. Отсутствие пиков в области 3300-3400 см-1, ха-
1 Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно- инновационные кадры России» на 2009-2013 годы (П-996 «Использование инструментальных методов анализа в оценке структурных особенностей и физико-химических свойств наноразмерных энтеросорбентов»)
рактерных для ОН-групп, можно объяснить тем, что подавляющее количество гидроксильных групп связано межмолекулярными или внутримолекулярными связями, как между собой, так и с пигментом и белками. Имеются некоторые свободные Ы-И-группы (3300см-1), другие Ы-И-группы связаны водородными связями, (пик размыт).
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
Волновое число (см-1)
Рис. 1. Спектр ХМК из кутикулы пчелы
В области 3000 - 2800 см-1 имеются два пика, характерных для метиленовых групп пиранозного кольца. Отсутствие каких либо других пиков в области 4000 -1700 см-1 указывает на отсутствие иных функциональных групп.
В области 1700-800 см-1, также называемой областью «отпечатков пальцев», имеются все пики, характерные для мономера хитина. А именно: 1655см-1 - Ы-И-связь; 1554 см-1 - С=0-связь; в области 900-1100см-1 находятся два пика поглощения, которые соответствуют эфирной связи в кольце и ^-глюкозидной, соединяющей пира-нозные кольца, то есть изменение этих пиков можно интерпретировать как уменьшение длины полимерной цепочки, и следовательно, уменьшение молекулярной массы полимера. Возможной причиной разрушения мономера могут быть слишком жесткие условия его получения.
Спектральные данные, полученные при исследовании сорбента из гименофора трутового гриба, позволяют сделать вывод о наличии следующих функциональных групп (рис. 2): полоса1б00 см-1, отвечает валентным колебаниям связи С=О карбонильной группы в амидах кислот, а полоса в области 1350 см-1 соответствует сумме колебаний связей Ы-И и С-Ы в амидах. В области 3500-3100 см-1 ИК-спектра проявляются валентные колебания гидроксильных групп. Полоса 1075 см-1, характеризует колебание моста С-О-С глюкопиранозного кольца, ее интенсивность связана с числом связей. Полоса 1035 см-1, соотносится с валентными колебаниями С-О-связи в первичной спиртовой группе в различных конформациях. Полоса 890 см-1 в спектре характеризует асимметричное колебание кольца в противофазе и колебание атома углерода и четырех окружающих его атомов в спектрах ^-гликозидных структур [6].
При изучении состава отдельных меланинов разных групп организмов выявилась определенная закономерность: меланины животных всегда азотсодержащие соединения, а растительные меланины, или фитомеланины либо полностью лишены азота, либо содержат его в незначительных количествах [8]. Поскольку в образовании меланинов участвуют разнородные по строению исходные мономеры без строгой закономерности в их чередовании, строение меланинов весьма сложно и разнообразно.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
Рис. 2. ХГК из гименофора трутового гриба
ИК-спектр МСФ, полученного из шелухи подсолнечника (рис. 3), показывает, что данный композит является полимером хиноидных соединений. Присутствие ароматических колец обнаруживается по полосе в области 1600-1650 см-1. Пики при 894 и 824 см-1 выражают высокоплоскостные деформационные колебания в ароматическом кольце. Интенсивная полоса с пиками 1027, 1049, 1102 см-1 обусловлена валентными колебаниями - С=0. Полоса при 1718 см-1 относится к группам - СООИ. Пики 1335, 1313 соответствуют колебаниям групп СИ3-СИ2-.
Рис 3. ИК-спектр МСФ из шелухи подсолнечника
Выводы
С помощью метода ИК-спектроскопии произведена идентификация продуктов, полученных из органического материала: подтверждено, что наноразмерные композиты, выделенные из кутикулы пчелиного помора, гименофора трутового гриба и шелухи подсолнечника представляют собой ХМК, ХГК и МСФ соответственно. Обнаруженные в их составе функциональные группы позволяют прогнозировать высокую сорбционную активность композитов, что определяет возможность их использования в качестве эффективных энтеросорбентов.
1. The development and research of sorbents for nanobiotehnology / A.V. Brykalov, E.V. Belik, E.M. Golovkina, F.A. Bostanova // Nanobio 6: International workshop on nanobiotehnolo-gies. - Saint-Petersburg, 2006. - P. 68.
2. Патент № 2060818, РФ Способ получения меланинсодержащего фитосорбента и меланинсодержащий фитосорбент / А.Е. Донцов, М.А. Островский Опубл. 27.05.1996. Бюл. № 19.
3. Габрук Н.Г., Олейникова И.И. Давиденко А.В., Хуинь Тхи Тхуи Чанг Нетрадиционное растительное сырье - источник биосорбентов. Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья // Материалы IV Всероссийск. конф., Барнаул, 2009. - C. 295.
4. Габрук Н.Г., Олейникова И.И., Метелев А. В., Давиденко А.В. Физико-химические методы в исследовании полученных энтеросорбентов» // Фундаментальные исследования. Медико-биологические науки. - 2009. - № 9. - С.21-22.
5. Патент №2404996 РФ. Габрук Н.Г., Давиденко А.В., Олейникова И.И. Способ получения хитинсодержащих композитов из биомассы трутовых грибов для сорбционной очистки. Опубл. 27.11.2011.
6. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии. - М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1979. - 240 с.
7. Скрябин К.Г. Хитин и хитозан: Получение, свойства и применение. - М: Наука, 2002. - 368 с.
8. Лях С.П. Микробный меланиногенез и его функция. - М.: Наука, 1981. - 247 с.
Список литературы
IR-SPECTROSCOPY IN STUDYING OF STRUCTURE ENTEROSORBENTOV, THE RECEIVED FROM PLANT AND ANIMAL RAW MATERIALS
N.G. Gabruk I.I. Oleynikova A.V. Metelev A.V. Davidenko
In this article the structure of various sorbents is investigated by the IK-spectroscopy method. A chitin-melanin complex, a chitin-glucan complex, a melaniferous phytosorbent, obtained from the cuticle of bees Apis Mellifera, husks of sunflower Helianthus annuus L., a hyne-nophore of mushroom Fomes were chosen as the object of research.
Huin ThiThuiChang
Belgorod StateNational Research University
Pobedy St., 85, Belgorod, 308015, Russia E-mail: [email protected]; [email protected]
Key words: sorbents, IK-spectroscopy, a chitin-melanin complex, a chitin-glucan complex, a melaniferous phytosorbent.
