Иониты

[править | править код]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Зёрна ионита (ионообменной смолы в данном случае)

Иониты — твердые нерастворимые вещества, способные обменивать свои ионы на ионы из окружающего их раствора. Обычно это синтетические органические смолы, имеющие кислотные или щелочные группы. Иониты разделяются на катиониты, поглощающие катионы, аниониты, поглощающие анионы и амфотерные иониты, обладающие обоими этими свойствами^[1]. Широко применяются иониты для опреснения вод, в аналитической химии для разделения веществ методом хроматографии, в химической технологии. Иониты распространены в природе, в частности, в почве содержатся катиониты, которые предохраняют катионы необходимых растениям элементов (например, калия) от вымывания водой и обменивают их на ионы водорода выделяемой растениями кислоты, таким образом способствуя питанию растений^[2]. В зависимости от природы матрицы различают неорганические и органические иониты.

Содержание

  [показать] 

История[править | править код]

В 1850 году Гарри Стивен Мейси Томпсон (англ. Harry Stephen Meysey Thompson) опубликовал статью в английском журнале^[3], в которой изложил результаты экспериментов, проведённых им летом 1845 года. Он пропускал дистиллированную воду c растворённым в ней сульфатом аммониячерез слой почвы. На выходе количество сульфата аммония в воде значительно уменьшилось, зато она стала содержать много гипса, что свидетельствовало о том, что ионы аммония задержались почвой, обменявшись на содержавшиеся в ней ионы кальция. В том же номере журнала опубликовал статью Джон Томас Уэй (англ. John Thomas Way)^[4], который провёл множество экспериментов, свидетельствующих об ионообмене в почве. Оба автора ссылаются также на фермера Хакстебла (англ. Huxtable), поставившего подобный эксперимент.

В статье, датируемой 26 июля 1905 года Р. Ганс (нем. Gans) описал методы технического получения искусственных неорганических ионитов —цеолитов^[5] и указал на возможность их применения для уменьшения жёсткости воды. Действие ионитов изучали российские и советские учёные К. К. Гедройц, Н. Д. Зелинский, М. С. Цвет^[1]. В 1935 году Б. А. Адамс (англ. Basil Albert Adams) и Э. Л. Холмс (англ. Eric Leighton Holmes) обнаружили свойство обменивать ионы у синтетических органических полимеров^[6], тем самым пополнив группу известных ионитов ионообменными смолами. В 1950 — 1960 гг. синтетические иониты исследовали М. М. Дубинин, Б. П. Никольский, Б. Н. Ласкорин^[1].

Принцип действия[править | править код]

Иониты обычно состоят из зёрен, хотя производятся и иониты в виде мембран, волокон и тканей^[1]. Возьмём для определённости катионит, содержащий катионы водорода. Если через такой катионит пропустить вещество без ионов, например, дистиллированную воду, то ни вещество, ни катионит никак не изменятся. Однако если пропустить раствор соли, то этот раствор превратится в кислоту, а катионит будет содержать уже не катионы водорода, а катионы соли — произойдёт ионообмен. Чтобы вернуть катионит в исходное состояние, через него нужно пропустить кислоту — катионы соли в катионите вновь заменятся на катионы водорода — а затем отмыть от остатков кислоты. Подобным же образом аниониты обменивают свои анионы на анионы среды, в которую их помещают^[2].

Иониты состоят из полимерной матрицы и связанных с ней ионогенных групп. При диссоциации каждая ионогенная группа разделяется на фиксированный ион, связанный с матрицей, и подвижный ион, который и обменивается на ионы раствора. Обычно чем больше заряд обмениваемого иона, тем лучше ионит обменивается им, а если заряды одинаковы, лучше обмениваются ионы радиус которых больше. Например, сильнокислотные катиониты с сульфогруппами ионы калия K⁺ обменивают лучше, чем ионы лития Li^+[1], поскольку литий и калий расположены в одной подгруппе таблицы Менделеева и атомный номер калия больше, чем у лития, поэтому и радиус иона у него больше. Другой пример: сильноосновные аниониты обменивают ионы иода I^- лучше, чем ионы хлора Cl^-[1], поскольку хлор и иод расположены в одной подгруппе и атомный номер иода больше, чем у хлора, поэтому и радиус иона у него больше.

Классификация[править | править код]

По заряду обмениваемых ионов иониты делятся на следующие типы^[1]:

• Катиониты. Являясь кислотами, они поглощают положительные ионы и обменивают их на другие положительные ионы. Для регенерации катионита нужно подвергнуть его действию раствора кислоты. В свою очередь, подразделяются на следующие подтипы^[1]:
  • Сильнокислотные. Содержат сильно диссоциированные кислотные группы, например, сульфокислотные. Могут обменивать ионы в средах с кислой, нейтральной и щелочной реакцией.
  • Слабокислотные. Содержат слабодиссоциированные кислотные группы, например, карбоксильные. Обменивают ионы только в средах с нейтральной и щелочной реакцией.
• Аниониты. Являясь основаниями, поглощают отрицательные ионы и обменивают их на другие отрицательные ионы. Для регенерации анионита его подвергают действию щёлочи. Подразделяются на следующие подтипы^[1]:
  • Сильноосновные. Могут обменивать ионы в средах с кислой, нейтральной и щелочной реакцией.
  • Слабоосновные. Могут обменивать ионы только в средах с кислой и нейтральной реакцией.
  • Среднеосновные. Содержат и группы, характерные для сильноосновных анионитов, и группы, характерные для слабоосновных анионитов.
• Амфотерные иониты или полиамфолиты. В разных ситуациях они могут вести себя или как катиониты, или как аниониты. Для регенерации амфотерных ионитов их промывают водой.

В зависимости от природы матрицы иониты делятся на неорганические и органические.

Органические иониты[править | править код]

Органические иониты — это в основном синтетические ионообменные смолы. Органическая матрица изготавливается путём поликонденсации мономерных органических молекул, таких как стирол, дивинилбензол, акриламид и т. д. В эту матрицу химическим путём вводятся ионогенные группы (фиксированные ионы) кислотного или основного типа. Традиционно вводимыми группами кислотного типа являются -СООН; -SО₃Н; -РО₄Н₂и т. п., а основного типа: ≡N; =NH; -NH₂; -NR³⁺ и т. п. Современные ионообменные смолы, как правило, обладают высокой обменной ёмкостью и стабильностью в работе.

Иониты способны к набуханию в воде, что обусловлено присутствием гидрофильных фиксированных групп, способных к гидратации. Однако беспредельному набуханию, то есть растворению, препятствуют поперечные связи. Степень поперечной связанности задается при синтезе ионитов через количество вводимого сшивающего агента — дивинилбензола (ДВБ). Стандартные смолы, используемые для умягчения, содержат 8 % ДВБ. Доступные в настоящее время смолы могут содержать от 2 до 20 %. В целом степень набухания ионитов определяется количеством сшивки ДВБ, концентрацией гидрофильных ионогенных групп в объёме зерна ионита и тем, какие противоионы находятся в ионите. Обычно однозарядные ионы, особенно ионы водорода и гидроксила, приводят к наибольшему набуханию; многозарядные противоионы приводят к некоторому сжатию и уменьшению объёма зерен.

Неорганические иониты[править | править код]

Неорганические иониты — это в основном иониты природного происхождения, к которым относятся алюмосиликаты, гидроксиды и солиполивалентных металлов. Наиболее распространенными и применяемыми для очистки воды неорганическими природными ионитами являютсяцеолиты.

Цеолиты — это минералы из группы водных алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных элементов, которые характеризуются наличием трехмерного алюмокремнекислородного каркаса, образующего системы полостей и каналов, в которых расположены щелочные, щелочноземельные катионы и молекулы воды. Общий объём системы полостей и каналов цеолита составляет до 50 % объёма каркаса цеолита. Катионы и молекулы воды слабо связаны с каркасом и могут быть частично или полностью замещены путём ионного обмена и дегидрации. Ионообменные свойства цеолитов определяются особенностями химического сродства ионов и кристаллической структуры цеолита. При этом необходимо соответствие размеров входных отверстий в цеолитовый каркас и замещающих ионов, так как каркас цеолита имеет жесткую кристаллическую структуру и, в отличие от органических смол, не может набухать с изменением объёма.

Ионным обменом на цеолитах удается выделять ионы, извлечение которых другим методом часто представляет большую сложность. Установлена способность цеолитов адсорбировать радиоактивные ионы цезия из растворов, удалять NH₄⁺, извлекать ионы Cu, Pb, Zn, Cd, Ba, Co, Ag и других металлов, очищать природные газы. Ионоситовый эффект позволяет адсорбировать из газовых и жидких систем пары азота, CO₂, SO₂, H₂S, Cl₂, NH₃. Кроме этого, цеолиты могут быть использованы для удаления растворенного железа, марганца и жесткости.

В отличие от органических смол, существует ряд особенностей цеолитов. Так, общая минерализация обрабатываемой воды должна быть не менее 80 мг/л, так как при меньшем содержании солей происходит растворение алюмосиликатного каркаса цеолита. При рН обрабатываемой воды ниже 6 также возрастает вероятность разрушения кристаллической решетки.

Динамическая обменная ёмкость цеолитов ниже динамической обменной ёмкости органических смол в тех же условиях, что связано с более медленной кинетикой обмена на цеолитах. Остаточная жесткость воды после цеолитов составляет около 0,3 мг-экв/л, тогда как после органических смол — не более 0,1 мг-экв/л.

Применение[править | править код]

Иониты применяются для уменьшения жёсткости воды путём замены обусловливающих её ионов кальция и магния на другие, например, натрия. Применяются они и для обессоливания воды, при этом удаляются и катионы, и анионы путём последовательного прохождения воды через катионит и анионит. В пищевой промышленности иониты применяются для очистки сока сахарной свеклы от примесей при производстве сахара, используются в производстве дрожжей, глюкозы, желатина. Катиониты применяются в медицине для увеличения времени хранения крови путём замены в ней ионов кальция на ионы натрия. Широко используются иониты для выделения из растворов антибиотиков при их производстве. С помощью ионитов извлекаются редкие и рассеянные элементы из полиметаллических руд. В сельском хозяйстве иониты используются для доставки растениям необходимых им элементов^[1].

Примечания[править | править код]

1. ↑ Перейти к:^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10} Цейтлин Г.М. Иониты // Книга для чтения по неорганической химии. Пособие для учащихся. Ч. II. — М.: Просвещение, 1975. — С. 34—41.
2. ↑ Перейти к:^1 2 Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. § 15. Иониты // Неорганическая химия. Учебник для 9 класса. — 7-е изд. — М.: Просвещение, 1976. — С. 33—35. — 2 350 000 экз.
3. ↑ Thompson H.S. (1850). «On the Absorbent Power of Soils». The Journal of the Royal Agricultural Society of England 11: 68-75.
4. ↑ Way J.T. (1850). «On the Power of Soils to Absorb Manure». The Journal of the Royal Agricultural Society of England 11: 313-379.
5. ↑ Gans R. (1905). «Zeolithe und ähnliche Verbindungen, ihre Konstitution und Bedeutung für Technik und Landwirtschaft». Jahrbuch der Königlich Preußischen Geologischen Landesanstalt 26: 179-211.
6. ↑ Adams B.A., Holmes E.L. (1935). «Adsorptive properties of synthetic resins». Journal of the Society of Chemical Industry 54 (2): T1-T6.

ИОНИТЫ (син. ионообменники) — вещества, способные вступать в реакции обмена ионов при контакте с растворами электролитов. Находят широкое применение в биохим, исследованиях при фракционировании путем хроматографии различных низкомолекулярных метаболитов и биополимеров. Используются для удаления ионов кальция из плазмы крови перед ее консервацией. В клин, практике применяются для нормализации электролитного баланса и удаления из организма некоторых вредных продуктов обмена или токсических экзогенных веществ. С помощью И. успешно выделяют ценные лекарственные вещества и антибиотики, в частности стрептомицин. Важной областью применения И. является получение деминерализованной воды как в лабораторных, так и в промышленных масштабах, а также очистка сточных вод.

Хотя подавляющее большинство И. представляет собой твердые вещества, практически нерастворимые в воде и органических растворителях, имеются также и жидкие иониты, являющиеся р-ром низкомолекулярных ионообменивающих веществ в органических жидкостях. Особой областью химии И. является создание мембранных И.

Нерастворимые И. состоят из молекулярного каркаса (матрицы), на к-ром находятся ионогенные группы. В результате диссоциации такой ионогенной группы образуется ионная пара; при этом один из ионов (см.) оказывается неподвижным, поскольку он ковалентно связан с матрицей (фиксированный ион), а другой ион (противоион) подвижен. Противоион компенсирует заряд неподвижного иона; он может легко обмениваться на одноименные по заряду ионы электролита (см. Ионообменные реакции). В отличие от адсорбции (см.), при к-рой поглощение одних веществ не вызывает выделения других, обмен ионов на И. осуществляется стехиометрически, т. е. связывание ионов одного вида вызывает освобождение соответствующего количества ионов другого вида.

Природные И. в виде силикатов были обнаружены впервые в почве в 1850 г. Синтетические ионообменные смолы впервые были получены в 1935 г. путем поликонденсации формальдегида с фенолом, а также ароматическими аминами. Ионообменные смолы обладали значительными преимуществами перед известными ранее природными И., это явилось причиной их широкого теоретического и практического изучения. Большой успех в получении ионообменных смол был достигнут в 1942 г., когда было показано, что можно вводить хим. группировки, обладающие ионогенными группами, в полученную ранее смолу. В 1956 г. в биохим, практику вошли И. на целлюлозной основе.

Одной из наиболее важных характеристик И. является их ионообменная способность, к-рая характеризуется обменной емкостью (о. е.), т. е. количеством обменивающихся ионов в единице массы сухого или единице объема набухшего ионита; о. е. выражают в мг-экв/г или мг-экв/см3. При определении статической о. е. навеску И. помещают в р-р исследуемого электролита и после установления равновесия регистрируют количество поглощенных из р-ра ионов; динамическую о. е. определяют по объему электролита, который необходимо пропустить через колонку с ионитом до его насыщения, т. е. до появления поглощаемых ионов в фильтрате. Значения статической и динамической о. е. зависят от величины pH среды, концентрации электролита и других факторов. Полная о. е. ионита определяется по кривым потенциометрического титрования (см.); она соответствует суммарному количеству ионогенных групп ионита, эта величина является постоянной для данного образца И.

И. классифицируют по различным признакам; один из наиболее важных — знак заряда противоиона; по этому признаку И. делят на катиониты (катионообменники) и аниониты (анионообменники).

Катиониты можно рассматривать как поликислоты, способные к обмену катионов, напр, ионов натрия и калия:

R—SO3-Na+ + KCl —> R—SO3-K+ + NaCl,

где R — матрица И.

Аниониты являются полиоснованиями, способными к обмену анионов, напр, ионов хлора и нитрата:

R—N+H3Cl- + NaNO3 -> R—N+H3NO3- + NaCl.

Многие свойства И. связаны с хим. природой их матрицы; по этому признаку И. делят на неорганические и органические. По происхождению И. разделяют на природные и синтетические. По величине диссоциации ионогенных групп среди И. выделяют сильные и слабые (сильнокислотные и слабокислотные катиониты, сильноосновные и слабоосновные аниониты). По признаку однородности или неоднородности ионогенных групп различают монофункциональные и полифункциональные И. Природными минеральными катионитами являются многие алюмосиликаты (цеолиты, глины, глаукониты); к природным минеральным анионитам относятся апатиты. Алюмосиликат (пермутит) является примером синтетического минерального катионита. Природными органическими катионитами являются гуминовые к-ты почв и углей.

Среди И. наиболее важное значение имеют синтетические ионообменные смолы, представляющие собой полимеры с сетчатой углеводородной матрицей, на к-рой находятся ионогенные группы; цепочки углеводородных макромолекул «сшиты» между собой поперечными связями. Благодаря наличию ионогенных групп такой полимер, сохраняя в основном гидрофобную природу, обладает определенной гидрофильностью, поэтому при контакте с р-ром электролита он набухает. Величина набухания определяется структурой ионообменной смолы и, в первую очередь, степенью ее «сшитости», характером и количеством ионогенных групп, составом р-ра электролита.

Ионообменные смолы получают в основном поликонденсацией соединений, содержащих ионогенные группы (этот процесс протекает с выделением молекул воды), сополимеризацией виниловых мономеров, содержащих ионогенные группы (мономеры соединяются в соответствии с механизмом свободнорадикальных реакций) и, наконец, введением ионогенных групп в полимерные молекулы (так наз. полимераналогичные превращения). В последнем случае в качестве матрицы обычно используют структурированные полимеры, получаемые сополимеризацией стирола и дивинилбензола. Полимераналогичные превращения являются главным способом получения ионообменных смол в промышленности. Ионообменные смолы используются либо в виде мелких частиц, получаемых в результате дробления крупных кусков смолы, либо в виде шариков (гранул), получаемых при проведении реакции полимеризации в водном р-ре в присутствии эмульгаторов и при высокой температуре. Средний размер зерен ионообменных смол от 0,25 до 1,5 мм. Величина о. е. колеблется для различных ионообменных смол в пределах 2 —10 мг-экв/г.

В табл. 1 перечислены некоторые отечественные и выпускаемые за рубежом ионообменные смолы, нашедшие широкое применение в практике.

Особо чистые ионообменные смолы выпускают за рубежом под марками био-рад А (аналоги смол дауэкс), био-рекс, амберлит CG.

В биохимии широко используются ионообменники на целлюлозной основе (ЦИ). ЦИ получают путем обработки порошкообразной или волокнистой целлюлозы в щелочной среде галоидпроизводными соединений, в состав которых входят ионогенные группы. Напр., при действии на целлюлозу (Ц — ОН) монохлоруксусной к-ты образуется карбоксиметилцеллюлоза: Ц-OH + ClCH2COOH —> Ц—О—CH2COOH + НHCl, а при действии диэтиламиноэтилхлорида — диэтиламиноэтилцеллюлоза (ДЭАЭ-целлюлоза): Ц—ОН + CClC2H4N(C9H5)2 -> Ц—О—C2H4—N(C2H5)2 + HCl. Величина о. е. для ЦИ равна 0,5—1 мг-экв/ г.

Сходные препараты И. получают также на основе сефадекса, который представляет собой гель, образующийся в результате сшивания с помощью эпихлоргидрина цепей природного полимера — декстрана (см. Молекулярные сита). О. е. этих препаратов составляет 3—4 мг-экв/г.

В табл. 2 приведены ЦИ, получившие широкое применение в биохимии.

Для анализа аминокислотного состава белков и для фракционирования пептидов особенно успешно применяют ионообменные смолы. На основе И. созданы приборы для автоматического анализа белковых гидролизатов (аминокислотные анализаторы); полный анализ смеси аминокислот осуществляется за 60— 90 мин., для анализа достаточно 10-3 мкмоля (1 нмоля) каждой из аминокислот. Разделение аминокислот и олигопептидов эффективно осуществляется на сильно сшитых ионообменных смолах, величина пор зерен которых достаточна для проникновения небольших молекул, которые могут, следовательно, взаимодействовать с ионогенными группами внутри зерен. Для фракционирования более крупных пептидов используют менее сшитые ионообменные смолы.

Ионообменные смолы чаще всего оказываются непригодными для фракционирования таких макромолекул, как белки, нуклеиновые к-ты и полисахариды. Прежде всего их о. е. в отношении макромолекул оказывается крайне низкой, поскольку ионообменная реакция в этом случае ограничивается поверхностью зерен ионообменной смолы. Макромолекулы из-за своих больших размеров не могут проникнуть в сильно «сшитые» зерна ионообменной смолы, и функциональные группы, расположенные внутри зерен, оказываются недоступными для ионного обмена. Кроме того, матрица ионообменной смолы, как правило, сильно гидрофобна, что может вызывать денатурацию лабильных белков, особенно ферментов. Наконец, линейные полимеры типа РНК и ДНК с большим количеством диссоциирующих групп связываются с ионообменными смолами, особенно сильного и среднего типа, настолько прочно, что элюируются лишь при крайних значениях pH в денатурирующих условиях. Белки, нуклеиновые к-ты и даже вирусы успешно разделяются и очищаются на ЦИ, которые лишены указанных недостатков. Матрица ЦИ имеет такую структуру (большая поверхность и крупные поры), благодаря к-рой большая часть ионогенных групп участвует в ионном обмене с макромолекулами.

Кроме того, матрица ЦИ весьма гидрофильна, это значительно уменьшает вероятность денатурации белков и нуклеиновых к-т. С помощью хроматографии (см.) на ЦИ выделено большое число различных индивидуальных белков, в первую очередь ферментов.

При деминерализации воды ее пропускают через катионитовые фильтры, в результате чего ионы кальция и магния замещаются на ионы натрия. При последовательном пропускании воды через систему катионитовых и анионитовых фильтров либо через фильтр, содержащий смесь катионита и анионита, происходит практически полная еедеминерализация (см.).

В лабораторной практике при подготовке сред для клеточных культур и микроорганизмов, а также в фарм. промышленности вода, очищенная с помощью коммерческих деионизаторов разной производительности, с успехом заменяет дист. воду.

И. используют также в фарм. промышленности для удаления солей из р-ров лекарственных веществ и в пищевой промышленности, напр, для освобождения сахарного сиропа от нежелательных ионов. Кроме того, И. применяют для очистки сточных вод, для концентрирования ценных ионов, напр, ионов серебра, золота и т. п., присутствующих в сливных водах гальванических цехов, для улавливания и концентрирования радиоактивных ионов. В хим. промышленности И. используют в качестве катализаторов.

Применение в медицине ионообменных смол

Как органические, так и неорганические ионообменные смолы (катиониты и аниониты) находят применение в экспериментальных исследованиях и в клин, практике. Для мед. целей используют высокоочищенные препараты И., освобожденные от токсических примесей.

При работе с различными формами И. необходимо учитывать неодинаковую степень их сродства к тем или иным ионам, а также возможность нарушения ионного баланса организма за счет освобождающихся ионов.

Существует два основных метода использования ионообменных смол: введение per os или с клизмой и применение в системах экстракорпоральной циркуляции крови (гемоперфузии, гемадсорбции, гемосорбции), в которых колонка, заполненная гранулированной смолой, включена п экстракорпоральный контур. Помимо этого, К. П. Крыловым (1972) предложено также использование мембранных ионитов.

Одним из наиболее существенных показаний к применению катионитов является гиперкалиемия. В зависимости от особенностей клин, картины в этом случае могут быть применены оба упомянутых метода использования ионообменных смол.

Как правило, введение катионитов per os или с клизмой, предложенное впервые в 1950 г. Элкинтоном (J. R. Elkinton) и соавт., показано в условиях относительно медленно развивающейся гиперкалиемии, напр, при хрон, почечной недостаточности. Первоначально катиониты применяли в натриевой форме. Однако наряду с выраженным снижением содержания калия в крови при этом наблюдалась нежелательная для больных гипернатриемия за счет освобождающегося в ходе ионного обмена натрия. Попытки применить кальциевую форму катионита приводили соответственно к гиперкальциемии. Исследуется возможность применения алюминиевой формы катионита.

Дозировка ионообменной смолы колеблется в зависимости от состояния больного, использования других леч. средств и т. п. Чаще всего она составляет от 8 до 60 г катионита в день. Продолжительность лечения — от нескольких дней до нескольких месяцев.

Более быстрая элиминация калия, необходимость в к-рой возникает при повышении его концентрации в крови до опасных пределов (при быстром темпе нарастания содержания калия в крови, появлении клин, признаков калиевой интоксикации), может быть достигнута с помощью гемоперфузии через колонку, заполненную ионообменной смолой (с использованием, напр., отечественных ионообменных смол КУ-2 или КУ-3). Для предотвращения свертывания крови в экстракорпоральном контуре гемоперфузия проводится в условиях гепаринизации. Объем колонки обычно составляет 100—200 мл, продолжительность гемоперфузии — от 30 мин. до 2—4 час. Как правило, за это время удается существенно (иногда до нормы) снизить содержание калия в плазме крови.

Способность катионитов активно удалять аммиак, накапливающийся в крови при печеночной недостаточности, была установлена в эксперименте и подтверждена при клин, применении метода. В некоторых случаях при этом отмечалось временное улучшение состояния больных. Однако наблюдения в этой области весьма ограничены.

В экспериментальных исследованиях была показана возможность использования гемоперфузии и для удаления радиоактивных веществ (напр., радиоактивного стронция). Эффективность метода при этом приближалась к таковой при гемодиализе (см.).

Гемоперфузия с применением ионообменных смол не лишена и ряда недостатков, наиболее существенными из которых являются развитие тромбоцитопении и нарушение электролитного баланса плазмы крови. Для предотвращения последнего было предложено использовать смесь различных форм катионитов, подобранных в соответствующей пропорции. Для предотвращения или уменьшения падения числа тромбоцитов сделаны попытки использования инкапсулированных частиц И.

Так же, как и катиониты, аниониты используются и при приеме per os и при гемоперфузии. Одним из показаний к применению анионитов является гиперхолестеринемия и гиперлипемия. Действие ионообменных смол в этом случае обусловлено нарушением кругооборота желчных к-т за счет их поглощения И. В результате происходит снижение всасывания холестерина в кишечнике и стимуляция превращения холестерина в желчные к-ты. Следствием этого является снижение концентрации холестерина в плазме крови. Снижение концентрации холестерина под действием анионитов колеблется в зависимости от ряда факторов, составляя, по данным различных авторов, 14—20%. Препараты такого рода эффективны у больных, страдающих гиперлипопротеинемией II типа. Одновременно нарушается обмен липопротеидов со снижением их концентрации в крови. Обычно аниониты используются per os в дозе 15—30 г в день. Длительность применения — до двух лет. Каких-либо значительных побочных эффектов при длительном применении анионитов отмечено не было (иногда наблюдаются запоры). При некоторых заболеваниях печени введение анионитов приводило к исчезновению характерного для этого заболевания кожного зуда.

Имеющиеся данные указывают и на возможность снижения концентрации билирубина в сыворотке крови при введении анионитов. Однако удалять билирубин из крови в значительных количествах оказалось возможным лишь при гемо-перфузии с использованием специально модифицированных ионитов.

Рядом исследований была установлена возможность применения гемоперфузии с использованием анионитов для удаления некоторых токсических агентов, и в первую очередь барбитуратов. Эффективность элиминации барбитуратов может быть существенно повышена при сравнительно небольшом увеличении значения pH перфузируемой крови. Более эффективными в этом отношении оказались макроретикулярные незаряженные И., используемые для лечения некоторых отравлений (напр., отравлений секобарбиталом, барбамилом и др.).

Сделаны попытки включения устройств с И. в контур экстракорпоральной циркуляции при гемодиализе и перитонеальном диализе для повышения их эффективности. Для приготовления декальцинированной крови И. применяют редко.

Наряду с применением органических ионитов в мед. практике находят применение и неорганические И. Так, широкое распространение получил катионит, содержащий смесь гидроокиси алюминия и гидроокиси магния (фирменное название «Альмагель», НРБ). Назначается этот препарат per os в качестве антацидного средства (см.) и для связывания в жел.-киш. тракте фосфатов, что обычно требуется для предотвращения избыточного их всасывания и накопления в плазме крови у больных с хрон, почечной недостаточностью. В последнем случае этот препарат может назначаться в течение многих месяцев. К числу побочных явлений при приеме альмагеля относятся запоры, бесконтрольный прием препарата может привести к гипофосфатемии.

Неорганические И. (гидроокись циркония и фосфат циркония) используются также в системах гемодиализа и перитонеального диализа для регенерации диализирующего р-ра.

Однако применение И. связано с необходимостью тщательного врачебного контроля и использования сложного лабораторного оборудования (контроль за концентрацией электролитов и величиной pH крови и т. д.), возможностью побочных эффектов, наличием специальной аппаратуры. Все это затрудняет их более широкое и разностороннее применение в терапевтической практике.

Таблица 1. ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ И ЗАРУБЕЖНЫЕ ИОНИТЫ, НАИБОЛЕЕ ШИРОКО ПРИМЕНЯЮЩИЕСЯ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Тип и наименование  ионита	Ионогенные группы
Сильнокислотные катионообменники
КУ-2, КУ-3, КУ-4	-SO3H
Дауэкс-50 (50W)
Амберлит IR-120 (122, 124)
Среднекислотные катионообменники
КФ-1, КФ-3, СФ	-PO3H2
Дуолит С-60
Слабокислотные катионообменники
КБ-4, КМ, КР	-COOH
Амберлит IRC-50
Зеокарб-226
Сильноосновные анионообменники
АВ-15, АВ-17	-N(CH3)3
Дауэкс-1 (21 К)
Амберлит А-26 (27)
АВ-27	-N(CH3)2C2H4OH
Дауэкс-2
Слабоосновные анионообменники
ЭДЭ-10-П	Амины различной степени замещения
Дауэкс-3
Амберлит IR-4B

Таблица 2. НАЗВАНИЕ И КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАИБОЛЕЕ УПОТРЕБИМЫХ ИОНООБМЕННИКОВ НА ЦЕЛЛЮЛОЗНОЙ ОСНОВЕ

Наименование ионообменника	Ионогенные группы	Краткая характеристика
Диэтиламиноэтилцеллюлоза (ДЭАЭ-целлюлоза)	-N(C2H5)2	Наиболее часто применяется при хроматографии кислых и нейтральных белков
Триэтиламиноэтилцеллюлоза (ТЭАЭ-целлюлоза)	-N(C2H5)3	Более сильный анионообменник, чем ДЭАЭ-целлюлоза
Аминоэтилцеллюлоза (АЭ-целлюлоза)	—NH2	Более слабый анионообменник, чем ДЭАЭ-целлюлоза
Карбоксиметилцеллюлоза (КМ-целлюлоза)	-COOH	Применяется при хроматографии нейтральных и основных белков
Сульфоэтилцеллюлоза (СЭ-целлюлоза)	-SO3H	Сильнокислотный катионообменник

Библиография: Амфлетт К. Б. Неорганические иониты, пер. с англ., М., 1966; Осборн Д. Г. Синтетические ионообменники, пер. с англ., М., 1964; Риман В. и Уолтон Г. Ионообменная хроматография в аналитической химии, пер. с англ., М., 1973; СалдадзеК. М., Пашков А. Б. и Титов В. С. Ионообменные высокомолекулярные соединения, М., 1960; Тихоненко Т. И. Методические основы биохимии вирусов, М., 1973; Тремийон Б. Разделение на ионообменных смолах, пер. с франц., М., 1967; Шиманко И. И. и др. О применении ионообменных смол при нарушениях электролитного состава крови, Хирургия, № 11, с. 92, 1971; Lopukhin U. М. а. о. Bilirubin removal by anion-exchange resin, Lancet, v. 2, p. 461, 1975; Sachs B. A. a. Wolfman L. Colestipol therapy of hyperlipidemia in man, Proc. Soc. exp. Biol. (N. Y.), v. 147, p. 694, 1974.

Л. М. Гинодман; Э. P. Левицкий, E. Б. Гор-бовицкий (вн. бол.).

ИОНИТЫ (ионообменники, ионообменные сорбенты), полимерные в-ва и материалы, содержащие ионогенные и (или) комплексообразующие группы, способные к обмену ионов при контакте с р-рамиэлектролитов. Большинство ионитов - твердые нерастворимые полиэлектролиты аморфной или кристаллич. структуры. Ионогенные группы закреплены на мол. каркасе (матрице) и диссоциируют, давая полиионы (фиксир. ионы) и подвижные противоионы, компенсирующие заряды полиионов. Напр. (для одной ионогенной группы): 
 
По знаку противоиона различают соотв. катиониты (поликислоты), аниониты (полиоснования) иполиамфолиты (амфотерные иониты, способные осуществлять как катионный, так и анионный обмен), постепени диссоциации ионогенных групп - слабо-, средне- и сильнокислотные (соотв. основные) катиониты(аниониты). При ионном обмене противоионы стехиометрически обмениваются на ионы электролита того же знака. Однако обменный процесс может сопровождаться побочными р-циями и адсорбцией молекулэлектролита (без расщепления на ионы). По хим. природе матрицы ионитов делят на орг., неорг. и минерально-орг., по происхождению - на природные и синтетические. Самый многочисл. класс - орг. иониты, из к-рых наиб. практич. применение получили синтетич. иониты благодаря сочетанию высоких эксплуатационно-техн. характеристик с разнообразием способов получения и физ.-хим. св-в (см.Ионообменные смолы). К орг. ионитам относятся также химически активированные угли, древесина, торф,целлюлоза. Неорг. иониты имеют матрицу, состоящую из атомов элемента, связанных оксидными, фосфатными, цианидными фрагментами. Из неорг. ионитов наиб. значение имеют алюмосиликаты(пермутиты, мол. сита), в кристаллич. решетке к-рых имеются сравнительно большие пустоты. Чаще всего такие иониты применяют для необратимого поглощения ионов; их недостаток - низкая устойчивость в кислой среде. Высокой селективностью обладают И, на основе гидратир. оксидов или гидроксидов нек-рых элементов IV-VI гр. периодич. системы, напр. SnO₂.nН₂О селективно сорбирует ионы Li⁺ и F^-, Sb₂О₅.nН₂О -ионы Na⁺. Фосфат Zr обладает св-вом селективно сорбировать ионы Рb²⁺, Sr²⁺, Cs⁺, Ba²⁺; его применяют для удаления ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs из радиоактивных вод. Минерально-орг. иониты состоят из орг. ионитов на минер. носителе или из неорг. ионита, диспергированного в полимерном связующем. Сочетают полезные св-ва обоих видов ионитов. Выпускают иониты в виде гранул, порошков, волокон, нитей, нетканых ионообменных материалов, тканей, мембран ионообменных, р-ров ионообменных полимеров(водорастворимые иониты) и др. Характеризуют иониты спец. параметрами, количественно описывающими способность к обмену и селективность при обмене в многокомпонентном р-ре. Важнейшей количеств. характеристикой ионитов является обменная емкость - суммарное кол-во противоионов, приходящихся на единицу массы или объема ионита, в мг-экв/г(мл) или ммоль/г(мл). В зависимости от условий определения различают статич. и динамич. емкость. Коэф. распределения Р характеризует способность ионита концентрировать извлекаемый компонент А; Р - отношение концентрации этого компонента в ионите  к его равновесному содержанию в р-ре (c_А): . Для характеристики сродства (избирательности) ионитов к определенному иону или компоненту р-ра используют предельный коэф. распределения Р_: при c_А : 0. См. также Ионный обмен. Избирательность зависит от структуры ионитов, хим. строения ионогенных групп и от того, в какой форме извлекаемый ион находится в р-ре (напр., от степени его гидратации, размера, степени сольватации ионогенными и функц. группами). Макс. сольватация сорбируемого иона в фазе ионита обеспечивает высокое сродство ионита к этому иону. При сорбции крупных и сильно гидратир.ионов избирательность может определяться кол-вом и размером пор ионитов, к-рые для синтетич. орг. ионитов зависят от типа и кол-ва сшивающего агента и инертного р-рителя, использованных при синтезе (см., напр., Макропористые ионообменные смолы). Устойчивость ионитов к мех., термич. и радиац. воздействиям определяют как потерю основных физ.-хим. св-в (в % или долях) по отношению к исходным, осмотич. стабильность - по кол-ву (в %) нерастрескавшихся гранул ионита после многократного воздействия на них циклов кислота - вода -щелочь (т.е. перехода из Н⁺-формы в форму М⁺ ). Применяют иониты для водоподготовки, выделения и концентрирования ценных и рассеянных элементов вгидрометаллургии, а также в-в из многокомпонентного орг. и биоорг. сырья, для очистки сточных вод и газовых выбросов от токсичных в-в, в произ-ве особо чистых в-в, для аналитич. и препаративных разделений биологически активных в-в, белков, вирусов, ДНК и РНК, в качестве носителей для гетерог. катализаторовхим. процессов. Тромборезистентные иониты (гемосорбенты) используют для очистки крови, лимфы, ликвора от токсичных в-в. 
===
Исп. литература для статьи «ИОНИТЫ»: Гельферих Ф., Иониты, пер. с нем., М., 1962; Энциклопедияполимеров, М., т. 1-3, 1972-77; Иониты в цветной металлургии, М., 1975; Иониты в химической технологии, Л., 1982; Аширов А. А., Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов, Л., 1983. См. также лит. при ст. Ионообменные смолы. Ю. А. Лейкин.

Страница «ИОНИТЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.