CC BY
90
Section 14. Chemistry
при относительно пониженных температурах устойчивостью к зауглероживанию поверхности реакции, способностью легко регенерироваться, и т.п.
Список литературы:
1. Дитенберг К.А. Исследование влияния различных способов интенсивность внешне воздействий на особенности формирование высокоэнергетических структурных состояний в сплаве системы V-45 Ti-4%Cr. /Томский Государственный университет. Сб. материалов. 2006.
2. Ахмедов О.И., Хузина А.Х. Получение, состав и свойства железованадийоксидных систем//Вестник Казанский Технологический университета . 2010, №8, с. 395-397
3. Слинкин А.А. Современные проблемы в области катализа на сплавах//Кин.и катализ, 1981, т.22, №1, с.71.
Aronbaev Sergey Dmitrievich, Samarkand State University, PhD student, Department of Chemistry Nasimov Abdullah Muradovich, Samarkand State University, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Chemistry, Aronbaev Dmitry Markielovich, Samarkand State University, Ph. D., Associate Professor, Department of Chemistry E-mail: [email protected]
Potentiometric determination of ionization constants of the functional active groups of biopolymers of cell walls brewing yeast
Abstract: We applied the method of potentiometric titration to determine the functional active groups of biopolymers of cell wall brewing yeast. These groups we identified as carboxyl, phosphoryl, and amino groups. We found their apparent ionization constants with pK = 5.52, pK = 6.70 and pK = 9.48, respectively. We compared the results of determining the ionization constants for each of these groups by graphical and computational methods with using the equation by Henderson-Gasselbah.
Keywords: cell walls of yeast; biopolymers; functional activity group; potentiometric titration; ionization constant; Henderson-Gasselbah equation.
Аронбаев Сергей Дмитриевич, Самаркандский Государственный Университет,
аспирант, химический факультет Насимов Абдулло Мурадович, Самаркандский Государственный Университет, доктор технических наук, профессор, химический факультет, Аронбаев Дмитрий Маркиэлович Самаркандский Государственный Университет, кандидат химических наук, доцент, химический факультет
E-mail: [email protected]
Потенциометрическое определение констант ионизации функциональных активных групп биополимеров клеточных стенок пивоваренных дрожжей
Аннотация: Методом потенциометрического титрования установлены функциональные активные группы биополимеров клеточных стенок дрожжей, идентифицированные как карбоксильные, фосфорильные и аминогруппы. Установлены их количественные соотношения и кажущиеся константы ионизации с рК=5,52, рК=6,70 и рК=9,48, соответственно. Проведено сравнение результатов определения констант ионизации для каждой из найденных функциональных активных групп, потенциально принимающих участие в биосорбционных процессах, полученных графическим и расчетным методами с использованием уравнения Гендерсона-Гассельбаха.
174
Potentiometrie determination of ionization constants of the functional active groups of biopolymers of cell walls brewing yeast
Ключевые слова: клеточные стенки дрожжей; биополимеры; функциональные активные группы; потенциометрическое титрование; константа ионизации; уравнение Гендерсона-Гассельбаха.
Введение
Потенциометрическое титрование широко используется для исследования равновесий в водных и безводных средах благодаря простоте исполнения и высокой точности результатов. Полученная в рамках метода информация о константах ионизации и концентрациях функциональных активных групп (ФАГ) объектов и их изменении в ходе физико-химических процессов позволяет в значительной степени углубить понимание механизмов комплексообразования, ионного обмена, селективной сорбции и химической модификации сорбентов и полиэлектролитов. Кроме этого потенциометрическое титрование позволяет определять не только общую концентрацию функциональных групп, но и концентрацию отдельных типов ФАГ [1, 2].
Целью настоящего исследования является определение ФАГ биополимеров клеточных стенок пивоваренных дрожжей Saccharomyces cerevisiae, участвующих в биосорбции ионов тяжелых металлов и установление их констант ионизации.
Материалы и методы
В своей работе мы использовали осадочные дрожжи Saccharomyces cerevisiae, штамм W-37, отобранные из ЦКТ (цилиндро-конического танка) после фильтрации основного продукта — пива. Осадочные дрожжи подвергали следующей обработке: биомассу центрифугировали с использованием центрифуги
РС-6 при 5000 об/мин (~3600 g), осадок дрожжей отмывали дистиллированной водой до получения прозрачного раствора, автоклавировали при 1300 С в течение 1,5 час и высушивали в вакуумном шкафу при 65 0 С.
Высушенную биомассу дрожжей размельчали в электромельнице и просеивали через сито с диаметром отверстий 0,3-0,5 мм.
Для установления статической емкости биосорбента и проведения последующего потенциометрического титрования использовали 0,1 М растворы соляной кислоты, хлористого натрия и едкого натрия, приготовленных из соответствующих фикса-налов.
Потенциометрическое титрование проводили на установке, включающей иономер И-130, работающего в режиме высокоомного потенциометра и электродной парой рН-электрод — хлорсеребряный электрод сравнения ЭВЛ-1 М3.
Математическую обработку полученных результатов проводили с использованием стандартных статистических программ и прикладного пакета Excel* for Chemists [3].
Результаты и их обсуждение
Метод потенциометрического титрования предусматривает предварительное вычисление статической емкости сорбента по однозарядному иону H+, или, что более употребимо, по Na+.
рН
Рис. 1. Интегральная (1) и дифференциальная (2) кривые потенциометрического титрования биомассы дрожжевых клеток.
175
Section 14. Chemistry
Для получения Н+ — формы биосорбента мы проводили протонирование биомассы дрожжевых клеток обработкой 1 г биомассы 50 мл 0,1 н. HCl в течении 3 часов при комнатной температуре и встряхивании колб с суспензией на шейкере с частотой 150 кача-ний/мин. Затем проводили потенциометрическое титрование содержимого колбы 0,1 н. NaOH с использованием стеклянного рН-электрода ЭСЛ-63-07 и насыщенного хлорсеребряного сравнительного электрода ЭВЛ-1 М3 в качестве индикаторной системы для определения конечной точки титрования. Регистрацию сигнала потенциометрической системы регистрировали с помощью универсального иономера И-130.
Из кривых титрования, выражающих зависимость величины рН от количества добавленной щелочи, можно сделать качественные заключения о значении рК и количестве активных групп. Кривая потенциометрического титрования приводится на рисунке 1.
Каждый перегиб на кривой титрования соответствует определенной функциональной группе биополимеров клеточных стенок дрожжей [4].
Таким образом, нами визуализировано, по крайней мере, три функциональные активные группы с общей концентрацией 2,9 ммоль/г, соответствующей статической емкости сорбента по Н+ — ионам. Первую из них мы идентифицировали как карбоксильную, вторую — фосфорильную и третью — аминогруппу.
По данным потенциометрического титрования были найдены условные константы ионизации функциональных групп графическим способом и произведены расчеты по уравнению Гендерсона — Гассель-баха [5,6].
Рка = РН - log
а
1 -а
>
где а — степень нейтрализации кислотных групп сорбента, рассчитанная по результатам потенциометрического титрования.
Расчет а проводили по каждой ступени, исходя из статической емкости каждой группы в фазе сорбента как отношение количества вещества, добавленного раствора едкого натра NaOH (моль) к общему числу количества вещества (моль) каждой активной группы в m граммах сорбента по формуле:
N-V
а =-------
m - CECH+
. где
N — концентрация раствора NaOH,
V- объем добавленного 0,1 М NaOH, мл, m — масса биосорбента, г;
СЕСН+ — статическая емкость каждой группы в фазе сорбента.
Используя найденные значения а и соответствующие им значения рН, строили графики зависимости
РН = f l°g
а л 1 -а у
Результаты представлены на рисунке 2.
176
Рис. 2. Графическое определение констант ионизации нативного сорбента из клеточных стенок дрожжей.
Potentiometrie determination of ionization constants of the functional active groups of biopolymers of cell walls brewing yeast
Согласно уравнению Гендерсона — Гассельбаха, рН внешнего раствора должно являться линейной
f а
функцией log------
V 1 -aJ
\
, а tg угла наклона прямой (m)
должен быть равен 1. Однако, при графическом изображении результатов потенциометрического титрования наблюдаются отклонения от этого значения,
и поэтому с учетом параметра m уравнение Гендер-сона-Гассельбаха принимает вид:
а
1 -а
Используя модифицированное уравнение Гендерсона — Гассельбаха нами рассчитаны константы ионизации найденных функциональных групп. (Табл. 1).
pK = рН - m log
Таблица 1. - Расчет рКион функциональных активных групп (ФАГ) биосорбента
Ступень ионизации ФАГ Химическая формула Содержание активных групп, ммоль/г рН а а logn 1 -а рКграф. рК расч.
x X
1 Карбок- сильная группа R-/ "ОН 1,67 5,47 0,2 -0,602 5,56 m=0,172 5,44 5,52±0,06 Sr=0,07
5,49 0,3 -0,375 5,46
5,51 0,4 -0,168 5,50
5,52 0,5 0 5,52
5,58 0,6 0,172 5,57
5,68 0,7 0,388 5,60
5,72 0,8 0,623 5,62
2 Фосфорильная группа о II R-O-P-OH ОН 0,27 6,62 0,2 -0,602 3 II On -Р 'Ч! ь- н- ОО 6,64 6,70±0,02 Sr=0,04
6,64 0,3 -0,375 6,64
6,68 0,4 -0,168 6,68
6,72 0,5 0 6,70
6,77 0,6 0,172 6,72
6,75 0,7 0,388 6,74
6,79 0,8 0,623 6,78
3 Амино-груп- па Н 1 R-C-NIH, 1 Н 0,96 9,33 0,2 -0,602 9,52 m=0,176 9,36 9,48±0,05 Sr=0,07
9,41 0,3 -0,375 9,40
9,49 0,4 -0,168 9,44
9,52 0,5 0 9,48
9,60 0,6 0,172 9,52
9,64 0,7 0,388 9,56
9,68 0,8 0,623 9,60
Выводы
Проведенные исследования позволили сделать следующие заключения:
1. Потенциометрическое титрование протонированной биомассы клеточных стенок дрожжей
фосфорильные и аминогруппы.
2. Установлены следующие значения рКион для этих групп: рК = 5,52; рК=6,70 и рК=9,48, соответственно.
3. Определены поправочные коэффициенты для
позволяет идентифицировать, по крайней мере, три расчета констант ионизации по уравнению Гендерсо-
функциональные активные группы: карбоксильные, на-Гассельбаха.
Список литературы:
1. Альберт А., Сержент Е. Константы ионизации кислот и оснований. - М.: Химия, 1964. - 179 с.
2. Полянский Н. Г., Горбунов Г. В., Полянская П. Л. Методы исследования ионитов. - М.: Химия. 1976. -С. 163-166.
3. Billo E. J. Excel” for Chemists: A Comprehensive Guide. N-Y. - 2001 by John Wiley & Sons, Inc.
4. Crini G. Recent developments in polysaccharide - based materials used as adsorbents in wastewater treat-ment//Prog. Polym. Sci.-2005.-Vol. 30.-P. 38-70.
5. Григорьев А. П., Федотова О. Я. Лабораторный практикум по технологии пластических масс. - М.: Высш. шк., 1986. - С. 48.
6. Практикум по высокомолекулярным соединениям/Под ред. В. А. Кабанова. - М.: Химия, 1985. - С. 117.
177
