CC BY
51
рН^ . S, м“/кг
Сс18е мол. % Zn^Q
Рис. 3. Концентрационные зависимости удельной геометрической поверхности 8 (1) и рНТНЗ (2) твёрдых растворов (ZnTe)X(CdSe)1_X
7пТе. Получен уточненный элементный состав синтезированных образцов.
Библиографический список
1. Электронно-зондовые исследования гетеропереходов ZnTe — CdSe / П. А. Гашин [и др.] // Поверхность. Физика, химия, механика. — 1983. — Т. 2. — № 1. — С. 90 — 94.
Введение. В последние десятилетия ученые и врачи отмечают рост числа патогенных новообразований в организме человека, в частности зубных камней. Зубные камни встречаются у 75 — 80% людей [1]. Причины и механизм их образования до на-
2. Кировская, И. А. Катализ. Полупроводниковые катализаторы / И. А. Кировская. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2004. — 272 с.
3. Федяева, О. А. Физико-химические свойства поверхности полупроводниковой системы CdXHg1-XTe : моногр. /
О. А. Федяева. — Омск : Изд-во ОмГТУ. 2013. — 172 с.
4. Горелик, С. С. Рентгенографический и электроннооптический анализ / С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев. - М. : МИСИС, 1994. - 328 с.
5. Fedyaeva, O. A. Systematic Features of the Variation in the Crystal-Chemical, Electrical, and Surface Physicochemisal Properties of AXB8-X Materials on the Energy of the Inverse Adsorption Piezoelektric Effect // Semiconductors. — 2012. — Vol. 46. — № 9. — P.p. 1097—1101.
ФЕДЯЕВА Оксана Анатольевна, кандидат химических наук, доцент кафедры химии.
ВАСИНА Марина Владимировна, ассистент кафедры «Промышленная экология и безопасность». ПОШЕЛЮЖНАЯ Елена Геннадьевна, учебный мастер кафедры химии.
Адрес для переписки: коБа1те@ mail.ru
Статья поступила в редакцию 25.09.2013 г.
© О. А. Федяева, М. В. Васина, Е. Г. Пошелюжная
Е. А. САРФ Л. В. БЕЛЬСКАЯ И. В МУРОМЦЕВ А. П. СОЛОНЕНКО
Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского Институт проблем переработки углеводородов СО РАН, г. Омск
стоящего времени изучены недостаточно. Однако существует предположение, что на процесс формирования зубного камня существенное влияние оказывает состав ротовой жидкости. Установлено, что изменения состава слюны неблагоприятно сказыва-
УДК 548.5.543.2
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ
ДОБАВОК МОЧЕВИНЫ
НА ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ
МИНЕРАЛЬНОЙ ФАЗЫ
ЗУБНЫХ КАМНЕЙ ЧЕЛОВЕКА_________________
Проведено экспериментальное моделирование процесса образования основных минеральных фаз из прототипа ротовой жидкости человека. Предложена модельная система для изучения процессов патогенной минерализации. Установлено, что качественный состав твердой фазы зависит от концентрации мочевины в растворе. Ключевые слова: моделирование, прототип ротовой жидкости, мочевина, зубной камень, кристаллизация. НИР выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 годы (ГК № 16.740.11.0602).
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
Состав модельного раствора, ммоль/л
Компонент Среднее Компонент Среднее
значение значение
концентрации концентрации
Натрий 13,9 Аммиак 3,60
Калий 26,2 Хлориды 12,7
Магний 0,65 Карбонаты 7,40
ются на состоянии полости рта и могут приводить к нарушению равновесия процессов минерализации и деминерализации, вследствие чего становится возможным формирование зубных отложений [2 — 4]. Важная роль при этом отводится органическому веществу. В слюне человека обнаружены моносахариды и продукты их превращения, а также белки и небелковые азотсодержащие компоненты, в небольшом количестве присутствует мочевина [5, 6]. Она выступает в качестве мягкого щелочного агента. Микроорганизмы зубного налета, образование которого предшествует формированию зубного камня, вырабатывают из мочевины слюны аммиак, в результате чего повышается рН и происходит накопление в зубном налете фосфата кальция.
Цель исследования — исследование влияния мочевины на процесс формирования гидроксилапатита (ГА) — основной минеральной составляющей зубного камня — в условиях, приближенных к физиологическим.
Экспериментальная часть. Кристаллизацию изучали in vitro в среде, по электролитному составу приближенной к слюне человека (табл. 1, рН = 6,93± ±0,05). В качестве исходных реагентов использовали соли CaCl2 2Н2О, (NH4)2HPO4, K2HPO4 3Н2О, MgCl2 ■ 6Н2О, NaHCO3, NaCl марки ч.д.а. и х.ч. и дистиллированную воду. Пересыщение по ионам Са2+ и РО43- в растворе создавали равным пятидесяти относительно биологического (ССа = 4,78 ммоль/л, СрО4 = 23,7 ммоль/л). Концентрации основных исходных реагентов в растворе задавали максимально приближенными к значениям содержаний элементов в ротовой жидкости человека. Итоговый раствор (объемом 250 мл) готовили последовательным смешением солей, причем соединения кальция и фосфора вводили в последнюю очередь.
В отдельных опытах в модельные растворы вводили добавки мочевины. Концентрация карбамида в растворах соответствовала его нормальному содержанию в слюне здорового человека (5,89 ммоль/л) [3] либо была превышена относительно нормы в 5 или 10 раз (29,5 ммоль/л, 58,9 ммоль/л соответственно). Для сравнения был проведен опыт без органических добавок. В каждой серии экспериментов (контрольная и с добавками мочевины) выполняли по три параллельных эксперимента.
После приготовления раствора с заданными концентрациями компонентов проводили корректировку рН до физиологического значения (6,93±0,05) путем добавления 20 %-ного раствора NaOH или HCl (конц.). Готовые растворы переливали в конические колбы на 250 мл плотно закрывали и оставляли для кристаллизации при комнатной температуре (t-25 °С). Анализ осадков и надосадочных жидкостей проводили по истечении 30, 60, 90 и 120 суток кристаллизации. В надосадочных жидкостях устанавливали концентрации ионов кальция и магния методом ком-плексонометрического титрования с двумя индикато-
Таблица 2
Характеристики твердых фаз из модельных растворов
Добавка Время созревания осадка Соотношение Са/Р
Мочевина 30 1,70
60 1,93
120 1,95
Без добавок 30 1,70
60 1,78
120 1,82
рами ЭХЧТ и мурексид (РД 52.24.403-94). Концентрацию фосфат-ионов оценивали по методике спектрофотометрического определения по молибденовой сини [ГОСТ 18309-72]. Твердые фазы просушивали при 100 °С, взвешивали на аналитических весах, а затем анализировали методами рентгенофазового анализа (РФА, «ДРОН-3», Буревестник), ИК-спектро-скопии («SPECORD 75 IR», Perkin Elmer; таблетки с KBr) и оптической микроскопии (микроскоп «МБР-1», ЛОМО; 120-кратное увеличение).
Результаты и обсуждение. При сравнении масс осадков, полученных после одного месяца выдерживания из растворов без добавок и с мочевиной, было отмечено уменьшение количества твердой фазы, кристаллизующейся из раствора с добавкой карбамида (0,49-0,08 г соответственно). При дальнейшем выдерживании наблюдалось увеличение массы осадков из растворов без добавок, предположительно за счет дальнейшей кристаллизации, тогда как количество твердой фазы из модельных систем с мочевиной незначительно уменьшалось. Следует отметить, что при увеличении содержания мочевины в моделируемом растворе относительно нормы в 5 и 10 раз, массы полученных твердых фаз также возрастают (0,069, 0,077 и 0,121 г соответственно), что может быть результатом перехода мочевины в состав осадка.
При исследовании состава осадков методом атомноэмиссионного спектрального анализа с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП) показал, что основными составными элементами полученных твердых фаз являются кальций и фосфор, причем для образцов без добавок и с нормальным содержанием мочевины отношение атомных количеств Са/Р превышает значение 1,67 (табл. 2), характерное для стехиометрического гидроксилапатита с идеальной формулой Ca5(PO4)3OH. Это может свидетельствовать об образовании осадков, основным компонентом которых является гидроксилапатит с избытком атомов кальция.
Известно, что по величине Са/Р-коэффициента принято судить об окристаллизованности гидрокси-лапатита разного происхождения [7]. Чем в большей степени отличается данная характеристика от эта-
Рис. 1. ИК-спектры осадков из раствора с мочевиной
Рис. 2. ИК-спектры осадков из растворов с разной исходной концентрацией мочевины
лонного значения (Са/Р= 1,67), тем хуже кристалличность апатита. Следовательно, в изучаемых условиях происходит формирование твердой фазы, представленной преимущественно слабо окристал-лизованным гидроксилапатитом.
При увеличении содержания мочевины в модельном растворе улучшается окристаллизованность осадка, о чем свидетельствует изменение соотношения Са/Р (в норме — 1,95, 5-кратный избыток — 1,92, 10-кратный избыток — 1,67).
По данным ИК-спектроскопии (рис. 1) с увеличением времени выдерживания модельных растворов с добавками мочевины наблюдается уменьшение интенсивности полос поглощения, соответствующих колебаниям связей О — Н (широкая полоса валентных колебаний при 3440 см-1 и полоса деформационных колебаний при 1650 см-1, указывающие на присутствие ее молекул в каналах структуры апатита) и С = О (дублет 1460 и 1420, 876 см-1). Согласно спектру, карбонат-ионы замещают в решетке гид-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
роксилапатита фосфатные тетраэдры (Б-тип замещения), таким образом, снижение интенсивности полос поглощения СО32— может свидетельствовать о понижении количества карбонатов относительно фосфат-ионов в структуре апатита. Известно, что при таких закономерностях наблюдается увеличение размеров кристаллов и степени кристалличности осадка.
Кроме того, спектры инфракрасного поглощения синтезированных образцов (рис. 1, 2) содержат полосы поглощения связей Ы —Н (3300 — 3100 см-1, перекрывающиеся частично с колебаниями молекул воды) и С —Н (дублет — 2940 см-1, 2860 см-1). Следовательно, происходит адсорбция молекул мочевины на поверхности минеральной фазы.
Сравнение ИК-спектров осадков, полученных из растворов с разными начальными концентрациями мочевины, показывает, что с увеличением содержания карбамида в модельном растворе происходит рост интенсивности полос поглощения, характерных для связей С — О, О —Н и Ы —Н. Вероятно, это связано с увеличением их содержания в составе осадка (рис. 2), что подтверждается увеличением масс полученных твердых фаз.
Данные рентгенофазового анализа показывают, что окристаллизованность полученных соединений различна (в зависимости от количества добавки мочевины). Пики гидроксилапатита (на рисунках помечены звездочкой) для осадков из раствора с физиологической концентрацией карбамида (Смочев —5,89 ммоль/л) четкие, острые, не накладываются на другие сигналы (рис. 3 а). Осадок из раствора, в котором нормальное содержание мочевины превышено в 10 раз, дает более пологие, сглаженные рефлексы (рис. 3б), что свидетельствует о присутствии большего количества органических веществ в сравнении с фазой, полученной в присутствии меньшего количества мочевины.
Таким образом, добавка мочевины в физиологических концентрациях замедляет процесс образования гидроксилапатита зубных камней человека, тогда как 10-кратное увеличение содержания мочевины
в модельном растворе способствует формированию стехиометрического гидроксилапатита с молярным соотношением Са/Р равным 1,67.
Библиографический список
1. Пихур, О. Л. Особенности химического состава денто-литов / О. Л. Пихур // Институт стоматологии. — 2001. — № 4. - С. 18-19.
2. Боровский, Е. В. Биология полости рта / В. К. Леонтьев,
Е. В. Боровский. — М. : Медицина, 1991. — 271 с.
3. Денисов, А. Б. Слюна и слюнные железы / А. Б. Денисов. — М. : Изд-во РАМН, 2006. — 370 с.
4. Бельская, Л. В. Зубные и слюнные камни / Л. В. Бельская, О. А. Голованова. — Омск : Изд-во ОмГУ, 2010. — 132 с.
5. Куцарев, И. П. Справочник для врачей и клинических лаборантов. Показатели жидкостных систем человека в норме / И. П. Куцарев. — Ростов н/Д: Феникс, 2003. — С. 59 — 62.
6. Вавилова, Т. П. Избранные лекции по стоматологической биохимии / Т. П. Вавилова. — М., 1994. — 28 с.
7. Данильченко, С. Н. Структура и свойства апатитов кальция с точки зрения биоминералогии и биоматериаловедения (обзор) / С. Н. Данильченко // Вестник СумДУ. Серия Физика, математика, механика. — 2007. — № 2. — С. 33 — 59.
САРФ Елена Александровна, инженер-исследователь межвузовского инновационного бизнес-инкубатора Омского государственного университета им. Ф. М. Достоевского (ОмГУ).
БЕЛЬСКАЯ Людмила Владимировна, кандидат химических наук, доцент кафедры химической технологии ОмГУ.
МУРОМЦЕВ Иван Владимирович, инженер Института проблем переработки углеводородов СО РАН, г. Омск.
СОЛОНЕНКО Анна Петровна, инженер-исследователь межвузовского инновационного бизнес-инкубатора ОмГУ.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 20.06.2013 г.
© Е. А. Сарф, Л. В. Бельская, И. В Муромцев, А. П. Солоненко
