Вивчено адсорбційна складова в процесах окислення і відновлення на різних типах електродах для антибіотика-макроліда азитроміцину дигідрату. Зроблені розрахунки параметрів адсорбції для процесів окислення азитроміцину на стеклоуглеродном електроді і відновлення на ртутно-плівковому електроді.

Анотація наукової статті з хімічних наук, автор наукової роботи - Карбаінов Ю. А., Пучківська Е. С., Карбаінова С. Н.


Adsorption of azithromycin dihydrate at stationary mercury and solid electrode

Adsorptive component in oxidation and renewal processes at different types of electrodes for antibiotic-macrolide azithromycin dihydrate has been studied. Adsorption parameters for azithromycin oxidation processes at glass-carbon electrode and for renewal processes at mercury-film electrode were calculated.


Область наук:
  • хімічні науки
  • Рік видавництва: 2007
    Журнал: Известия Томського політехнічного університету. Інжиніринг ГЕОРЕСУРСИ
    Наукова стаття на тему 'Адсорбція азитроміцину дигідрату на стаціонарних ртутному і твердому електродах'

    Текст наукової роботи на тему «Адсорбція азитроміцину дигідрату на стаціонарних ртутному і твердому електродах»

    ?ними властивостями. Спільне використання таких систем і нанодисперсних матеріалів, отриманих штучними методами, в технології

    будівельних матеріалів і виробів є досить актуальним завданням сучасного будівельного матеріалознавства.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Фролов Ю.Г. Курс колоїдної хімії. Поверхневі явища та дисперсні системи. - М .: Хімія, 1989. - 464 с.

    2. Морохов І.Д., Трусов Л.І., Чижик С.П. Ультрадисперсні металеві середовища. - М .: Атомиздат, 1977. - 264 с.

    3. Назаренко О.Б. Електропідривної нанопорошки: отримання, властивість, застосування. - Томськ: Изд-во ТГУ, 2005. - 148 с.

    4. Снітко Ю.П., Ілюхін С.Б. Павлов С.Ф, Степанов В.П., Сердюков С.П. Утилізація сухого пилу від виробництва феросиліцію // В сб .: Удосконалення виробництва феросиліцію. Матер, заводський науково-техн. конф. - Вип. 3. - Новокузнецьк, 1997. - С. 349.

    5. Пат. 2173674 РФ. МКІ С04В 28/26, 111/20. Склад і спосіб отримання спученого силікатної матеріалу / В.А. лотів,

    B.І. Верещагін, Ю.А. Стальмаков. Заявлено 13.08.1998; Опубл. 20.09.2001. Бюл. № 26. - 4 з.

    6. Пат. 2268248 РФ. МКІ С04В 28 / 26,111 / 40. Спінений матеріал і спосіб його виготовлення / В.А. Лотів, К.А. Рудик. Заявлено 06.07.2004; Опубл. 20.01.2006. Бюл. № 02. - 5 з.

    7. Горлов Ю.П. Технологія теплоізоляційних та акустичних матеріалів і виробів. - М .: Вища школа, 1989. -

    C. 177-180.

    8. Пат. 2133218 РФ. МКІ С01В 33/12. Спосіб отримання високодисперсних порошків / В.А. Лотів, Ю.В. Пасічників. Заявлено 17.02.1998; Опубл. 20.07.1999, Бюл. № 20. - 5 з.

    9. Глухівський В.Д., Пахомов В.А. Шлаколужні цементи та бетони. - Київ: Будівельник, 1978. - 184 с.

    10. Пат. 2173674 РФ. МКІ С04В 38/02. Склад суміші для виготовлення неавтоклавного газобетону / В.А. Лотів, НА. Мітіна. Заявлено 09.11.2004; Опубл. 10.05.2006, Бюл. № 02. - 5 з.

    11. Пат. 2268242 РФ. МКІ C01F11 / 18. Спосіб отримання ультра-дисперсного карбонату кальцію / А.П. Смирнов, В.А. Лотів. Заявлено 05.01.2004; Опубл. 20.01.2006, Бюл. № 02. - 4 з.

    12. Ратинов В.Б., Розенберг Т.Н. Добавки в бетон. - М .: Стройіз-дат, 1989. - С. 29-36.

    13. Бутт Ю.М., Сичов М.М., Тімашов В.В. Хімічна технологія в'яжучих матеріалів. - М .: Вища школа, 1980. -

    С. 340-344.

    14. Гранковського І.Г. Структуроутворення в мінеральних в'яжучих системах. - Київ: Наукова думка, 1984. - С. 105-110.

    15. Мчедлов-Петросян О.П. Хімія неорганічних будівельних матеріалів. - М .: Стройиздат, 1988. - 304 с.

    надійшла 12.06.2007р.

    УДК 543.253

    АДСОРБЦІЯ азитроміцин дигідрат НА СТАЦІОНАРНИХ ртутних і твердому електродів

    Ю.А. Карбаінов ,! Е.С. Пучківська, С.Н. Карбаінова

    Томський політехнічний університет E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Вивчено адсорбційна складова в процесах окислення і відновлення на різних типах електродах для антибіотика-макроліда азитроміцину дигідрату. Зроблені розрахунки параметрів адсорбції для процесів окислення азитроміцину на стеклоуглеродном електроді і відновлення на ртутно-плівковому електроді.

    Вступ

    Вивчення вольтамперометрического поведінки антибіотика макролідного ряду азитроміцину дигідрату (азитроміцину) необхідно для створення нових, більш досконалих методик кількісного хімічного аналізу. Важливість створення даних методик обумовлена ​​тим, що даний антибіотик відноситься до другого покоління по-лусінтетіческіх антибіотиків ряду макролідів. Наявність в його структурній формулі атома азоту визначає азитроміцин в окремий клас Азалі-дов. Антибіотик має високу мікробіологічної та клінічної ефективністю в лікуванні ряду важких інфекцій дихальних шляхів, шкіри

    і м'яких тканин, деяких урогенітальних інфекцій. У зв'язку зі своєю високою терапевтичною ефективністю, препарати, що мають в якості діючої речовини азитроміцину дигідрат, самі фальсифікації на ринку фармацевтичних препаратів.

    В роботі [1] показано, що процес окислення азитроміцину на стеклоуглеродном (СУ) електроді і процес відновлення на ртутно-плівковому (РП) електроді представляються складними процесами за участю більше одного електрона, ускладненими не тільки додатковими проміжними стадіями, а й, імовірно, процесами адсорбції.

    Раніше, іншими авторами не проводилися дослідження з вивчення адсорбції азитроміцину. Результати такого дослідження необхідні для поліпшення метрологічних характеристик методики кількісного хімічного аналізу. Потрібно відзначити, що для вивчення процесу адсорбції органічних сполук і для його кількісної оцінки існує трохи методів. Всі ці способи мають істотні обмеження по вибору електродів, багато хто з них реалізуються виключно на «рідких» (РП) електродах.

    експериментальна частина

    техніка експерименту

    Для вибору робочих умов визначення азитроміцину використовували сучасний вольтампе-рометріческій аналізатор СТА.

    Кварцовий стаканчик з фоновим електролітом

    0,02 М №2НР04 обсягом 10,0 мл поміщали в електрохімічний осередок вольтамперометрического аналізатора і занурювали в розчин індикаторний стеклоуглеродний електрод, хлорідсеребряний електрод порівняння і ще один стеклоуглеродний електрод в якості індикаторного, встановлені у відповідні роз'єми електрохімічної комірки.

    За допомогою програми СТА або ВАМ [2] вибирали режим зйомки вольтамперограмм і реєстрували анодний вольтамперограмме фону. Додавали аліквоту робочого розчину азитроміцину дигідрату і знову реєстрували вольтамперограмме при тих же умовах.

    1, мкА

    Мал. 1. Залежність величини струму окислення (1 ^) азитроміцину від часу витримки електроду в розчині (?) Na2HP01 ^ з додаванням 0,1% етанолу, pH 8,2; швидкість зміни потенціалу 30 мВ / с, концентрація азитроміцину в розчині СК1 = Ш8 моль / л

    Про наявність адсорбційних процесів свідчить характер залежності величини струму електроокислення азитроміцину на СУ електроді від часу витримки електроду в розчині (рис. 1). Якщо електрод після витримки протягом деякого часу (15 ... 30 хв) в розчині азитроміцину без накладення поляризующего напруги переносили в електролізер з розчином фону і про-

    водили електроокислення осаду, то спостерігали пік електроокислення цього осаду, величина струму при цьому дорівнювала приблизно 1/3 величини струму, зареєстрованого до цього на електроді в розчині, що містить азитроміцин, що підтверджують літературні дані [3].

    У цьому випадку вплив органічного розчинника етилового спирту адсорбовані на електроді частинки було повністю виключено [4, 5]. На жаль, дана залежність не дає можливості оцінити кількісні параметри процесу адсорбції, а також внесок адсорбційної складової в загальну частку електрохімічної реакції.

    Для такої оцінки були застосовані: метод, заснований на подвійному зворотному інтегруванні [6], метод, запропонований С.Г. Майрановський [7]; а також вперше для цих цілей нами був використаний метод інверсійної вольтамперометрії (ІВА).

    Для вивчення процесів адсорбції на ртутнопленочном електроді використовували полярограф ПУ-1.

    З метою обчислення заряду поверхні електрода, потенціалу нульового заряду і поверхневого натягу на межі метал-розчин нами використаний метод зворотного інтегрування ємнісних струмів, який можна застосувати для стаціонарних ртутних електродів (в даному випадку використовується ртутно-плівковий електрод) і розчинів органічних речовин у випадках, коли адсорбційна рівновага встановлюється досить швидко [6].

    Суть даного методу полягає в допущенні, що в області збігу кривих залежності величини ємнісного струму від потенціалу відповідні криві залежності щільності заряду і поверхневого натягу від потенціалу електрода також будуть збігатися. Область збігу визначається значенням потенціалу Еср.

    Дослідження проводили за допомогою переменнотоковой вольтамперометрии з синусоїдальною формою поляризующего напруги з амплітудою близько 10 мВ на фонах 0,1 М: №28 04,1ЧН4С1, №ОН. На всіх фонових електролітах отримані ємнісні струми, однак, найбільш відтворювані і задовольняють всім вимогам струми були отримані на тлі 0,1 М №ОН (на цьому тлі реєструються досить чіткі сигнали азитроміцину при обраних робочих умовах).

    Реєстрацію залежності ємнісного струму азитроміцину дигідрату від потенціалу електрода проводили в діапазоні потенціалів від 0,2 до -1,8 В для концентрацій антибіотика в діапазоні (0,01 ... 0,5) -10 ~ 6 моль / л.

    Залежності щільності заряду і зміни поверхневого натягу від потенціалу РП електрода при різній концентрації азитроміцину (рис. 2) визначалися за рівняннями:

    q ^ - Ак | 1С 6.Е, р

    ср

    Е1

    Дет = - | q? dE,

    де q? - щільність заряду в подвійному електричному шарі (ДЕС) при концентрації азитроміцину З ;, Кл / см2; 1С. - величина ємнісного струму, А; Д- і ЕС1-задає потенціал електрода і потенціал порівняння, В; Ак - коефіцієнт пропорційності, який встановлюється вимірюванням ємнісного струму на конденсаторі відомої ємності, Ф / А; ДСТ; - зміна поверхневого натягу, Дж / см2.

    q|107, Кл / см2

    Так-107, Дж / см2

    Е, В

    Мал. 2. Залежність: а) щільності заряду і б) зміни величини поверхневого натягу від потенціалу ртутно-плівкового електроду при різних концентраціях азитроміцину дигідрату на тлі 0,1 М А / а-ОН: 1) 0; 2) 0,1-10-7; 3) 0,3-1Сг7; 4) 0,5-1 Сг7; 5) 0,8-1Сг7; 6) 1,0-Ю-7; 7) 5,0-Ю-7моль / л

    Підставляючи в рівняння Гіббса значення

    5С,.

    отримане з графіка (рис. 2, б), будують графік

    З

    в координатах ^ = / (С ,.) для розрахунку величини

    максимальної адсорбції (Г ", моль / м2) і константи адсорбційного рівноваги (до, дм3 / моль)

    З..

    Г = -

    до-КТ 1 <5С.

    Нами показано, показано, що процес адсорбції описується ізотермою Ленгмюра на підставі малих концентрацій антибіотика, що дозволяє не враховувати електростатичне взаємодія між частинками поверхнево-активного органічної речовини (ПАОВ).

    Величину вільної енергії адсорбції (Д0А,

    кДж / моль) оцінювали з рівняння к =

    1

    55,5

    -А Ол

    ят

    Дані кількісної оцінки величини адсорбції азитроміцину дигідрату на РП електроді наведені в таблиці.

    Таблиця. Параметри процесу адсорбції азитроміцину дигідрату на РП електроді, (метод подвійного зворотного інтегрування)

    Фон Потенціал, В до, дм3 / моль Г., моль / м2 кДж / моль

    0,1 М N304 -0,3 2,39-ТО7 1,10-10 ~ 6 12,0

    0,1 М №2504 -0,2 0,20-ТО7 6,25-10 ~ 6 46,0

    0,1 М NН4С1 -о, з 6,53-10 "3,93-10 ~ 8 60,2

    Для вивчення процесу адсорбції азитроміцину на РП електроді при досить великих значеннях концентрації антибіотика був застосований спосіб, запропонований С.Г. Майрановський [7]. Зміст азитроміцину в розчині становив (0,5 ... 2,0) -10 ~ 3 моль / л.

    Показано, що при великих концентраціях азитроміцину як поверхнево-активного органічної речовини процес описується ізотермою Фрумкіна. Ця обставина узгоджується з теоретичними даними про наявність специфічної адсорбції при великих концентраціях ПАОВ.

    Вище викладені методики кількісного визначення параметрів адсорбції досить інформативні і точні, але, в той же час, у них є істотний недолік, - вони практично не можуть використовуватися на твердих електродах.

    Для вивчення адсорбційних процесів, що протікають на СУ електроді, був запропонований метод ІВА, теоретичне обгрунтування якого викладено в роботі [8].

    Сутність запропонованої моделі для вольтам-перометріческого дослідження адсорбції ПАОВ

    (На прикладі азитроміцину дигідрату) зводиться до вирішення крайової задачі для швидкості утворення адсорбційного шару, коли лимитирующей стадією процесу освіти є дифузія ПАОВ в поверхневий шар електрода (5):

    ДС, (х, 1) "д2С, (х, /) / ГЧ

    -п ^ у, 0 < х< оо. (5)

    5 / дх

    При / = 0; Сд; (^, 0) = Сд ;, ГО, х->зі, СА / с, () ->З | ;. Крім того,

    де х = 1 - поверхня електрода; З |; - задана концентрація адсорбируемого речовини, моль / см3; З |; - концентрація сполуки, до моменту часу /, моль / см3; / - час електролізу, с; ЛА - коефіцієнт дифузії, см2 / с; до * - коефіцієнт пропорційності між потоком дифузії і рівноважної концентрацією адсорбованого речовини.

    Отримані дані по кількісної оцінки параметрів адсорбції методів ІВА на стеклоуглеродном електроді: _? = 4,79-106 дм3 / моль; Г "= 6,47-10 ~ 8 моль / см2; А0Л = 2, А кДж / моль.

    Обговорення результатів

    Нами, для оцінки адсорбційної активності азитроміцину на РП електроді були розглянуті: метод подвійного зворотного інтегрування ємнісних струмів і метод, запропонований С. Г. Майранов-ським. Застосування цих двох методів дозволили зробити оцінку адсорбційної здатності азитроміцину в широкому інтервалі концентрації антибіотика в розчині. Так, для великих змістів ПАОВ (0,5 ... 2,0) -10 ~ 3 моль / л застосовувався метод, запропонований С. Г. Майрановський, за результатами якого зроблено висновок, що процес відновлення азитроміцину описується ізотермою Фрумкіна.

    Методом подвійного зворотного інтегрування для різних фонових електролітів в широкому

    діапазоні визначених змістів азитроміцину розраховані параметри процесу адсорбції: величина максимальної адсорбції, константа адсорбційної рівноваги і величину вільної енергії. Як правило, для аналітичних цілей в методі ІВА для визначення органічних речовин, в тому числі і для азитроміцину, використовуються тверді - стеклоуглеродние електроди. Нами вперше запропонований метод ІВА для кількісної оцінки параметрів процесу адсорбції.

    Результати, отримані з використанням методу інверсійної вольтамперометрії, показують можливість застосування, в першому наближенні, даного методу для кількісної оцінки адсорбційних процесів, що протікають не тільки на ртутно-плівкових, а й на стеклоуглеродних електродах. Таке укладання можна зробити, зіставивши значення за основними критеріями адсорбції, отриманих класичним методом подвійного зворотного інтегрування і методом інверсійної вольтамперометрії, які досить точно можуть характеризувати протікає процес. Отримані дані дозволили в значній мірі поліпшити відтворюваність сигналу за рахунок усунення впливу адсорбції речовин на фарадеевского струми, які проявляються в характерному зміну форми вольтамперограмм.

    висновки

    1. Для антибіотика макролідного ряду проведені дослідження адсорбції на стаціонарних ртутному і твердому електродах методом подвійного зворотного інтегрування і методом С.Г. Майра-ського. Вперше для цих цілей був використаний метод інверсійної вольтамперометрії.

    2. Вперше проведена оцінка основних параметрів процесу адсорбції азитроміцину: величини максимальної адсорбції, константи адсорбційної рівноваги і величини вільної енергії в широкому діапазоні концентрації поверх-ностно-активних органічних речовин.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Слепченко Е.С., Карбаінов Ю.А., Слепченко Г.Б., Анісімова JI.C. Вольтаміерометріческое дослідження електрохімічної активності азитроміцину дигідрату // Известия вузів. Хімія і хімічна технологія. - 2004. - Т. 47. - № 9. - С. 6-9.

    2. ІТМ - Інновації, технології, матеріали. Хімічний аналіз: комплекс вольтамперометрических «СТА», [електронний ресурс]: - Режим доступу: http://itm.tomsk.ru. - Загл. з екрану.

    3. Nigovic Biljana. Adsorptive stripping voltammetric determination of azithromycin at a glassy carbon electrode modified by electrochemical oxidation // Analytical Sciences. - 2004. - V. 20. - № 4. -P. 639-643.

    4. Майрановський С.Г. Каталітичні та кінетичні хвилі в полярографії. - М .: Наука, 1966. - 288 с.

    5. Успіхи електрохімії органічних сполук [Збірник статей] / Под ред. С.Г Майрановський. - М .: Наука, 1966. - 115 с.

    6. Карбаінов Ю.А., Карбаінова С.Н., Мамаєва В.А., Бірюков М.С., Іванівська Е.А., Боблева Ю.В. Адсорбція гумату натрію, корданума, верапоміла на ртутно-плівковому електроді // Електрохімія. - 2002. - Т. 38. - № 12. - С. 1438-1500.

    7. Майрановський С.Г., Філонова-Краснова А.Д. Полярографические кінетичні струми, обмежені швидкістю взаємодії сг-бромзамещенних карбонових кислот зі ртуттю електрода // Известия АН СРСР. Сер. Хімічна. - 1967. -№ 8. - С. 1973-1679.

    8. Карбаінов Ю.А., Пучківська Е.С., Карбаінова С.Н., Слепченко Г.Б. Теоретичне обґрунтування можливості методу вольтамперометрии для вивчення адсорбції поверхнево-ак-тивних органічних речовин // Известия Томського політехнічного університету. - 2006. - Т. 309. - № 3. - С. 118-119.

    Надійшла 18.12.2006 р.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити