Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Фізико-хімічні особливості взаємодії неорганічних речовин у леофільних гелях
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний юридичний університет ім Я Мудрого
Інститут:
Інститут права психології та інноваційної освіти
Факультет:
Правознавства
Кафедра:
Кафедра правознавства
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Доповідь
Предмет:
хімія і технологія харчових добавок
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Шановний голово, шановні члени комісії та усі присутні!
Слайд 1
До Вашої уваги – результати випускної кваліфікаційної роботи «Фізико-хімічні особливості взаємодії неорганічних речовин у леофільних гелях».
Слайд 2
Метою дипломної роботи є розгляд фізико-хімічних особливостей взаємодії неорганічних речовин у леофільних гелях з урахуванням їхнього потенціалу для використання у різних сферах.
Об’єктом дослідження є фізико-хімічні особливості взаємодії неорганічних речовин у леофільних гелях.
Предметом дослідження є механізми взаємодії між неорганічними речовинами у леофільних гелях та їхні властивості.
Слайд 3
Леофільні гелі - це системи, які складаються з тривимірної мережі полімерних ланцюгів, які зв'язані між собою та зберігають у своїй структурі велику кількість розчинника. Основними компонентами леофільних гелів є полімери та розчинники. Ці гелі можуть мати різну природу та склад. Наприклад, деякі можуть бути основані на натуральних полімерах, таких як агароза, альгінати чи гелан, тоді як інші можуть використовувати синтетичні полімери, такі як поліакриламід. Розчинники також можуть бути різними, включаючи воду, органічні розчинники або рідкі кристали.
Слайд 4
Механічні властивості леофільних гелів, такі як їхня пружність та міцність, можуть бути важливими для їхнього застосування. Деякі гелі можуть мати геліофільну або геліофобну поведінку, що впливає на їхню здатність притягувати воду або розчини. Здатність до зберігання води - ще один важливий аспект властивостей леофільних гелів. Вони можуть використовуватися як матеріали для зберігання вологи в різних застосуваннях, таких як гідрогелі для зволоження ґрунту або як компоненти у косметичних або медичних засобах.
Деякі дослідники досліджують взаємодію леофільних гелів з оточуючим середовищем, зокрема їхню реакцію на зміни pH, температури та інших факторів. Це може бути важливим для розуміння та контролю їхнього поведінки у конкретних умовах застосування.
Слайд 5
Хімічний склад леофільних гелів може значно варіюватися в залежності від типу леофільної речовини, яка використовується для їхньої формування. Гелі можуть бути утворені з різних гідрофільних полімерів, кожен з яких має свої унікальні хімічні і фізико-хімічні властивості, що впливають на фінальні характеристики гелю. Наприклад, агароза, яка є полісахаридом, відомим своєю здатністю утворювати стійкі гелі, широко використовується в біологічних дослідженнях та аналізах. Пектин, який зазвичай отримують з фруктових овочів, таких як яблука або цитрусові, часто використовується у харчовій промисловості для загущування й консервування. Альгінати, які здебільшого отримують із бурацьких водоростей, також мають широкий спектр застосувань, включаючи використання в косметичних і фармацевтичних продуктах. Кожен полімер має свої особливості, які визначаються його хімічною структурою та властивостями. Ці характеристики можуть включати здатність до згущення, структурну стійкість, в'язкість, ступінь гідратації та інші параметри, які впливають на якість та властивості гелю.
Слайд 6
Характеристики розчинника або диспергенту, що використовується при формуванні гелю, мають великий вплив на фізико-хімічні властивості остаточного продукту. Наприклад, pH розчину може значно впливати на заряд частинок полімеру. Це, у свою чергу, може впливати на їхню здатність утворювати гельову структуру. Деякі полімери можуть мати заряди, які реагують на зміни pH, що може впливати на їхню розчинність та здатність до гелеутворення. Наприклад, полімери з карбоксильними групами можуть бути чутливі до змін pH, оскільки ці групи можуть де-протонуватися або протонуватися в залежності від pH середовища.
Слайд 7
Практичні заняття проводяться в умовах, максимально наближених до аптечного середовища, за індивідуальними завданнями - рецептами. Обираючи методики проведення дослідження, важливо враховувати конкретні особливості взаємодії речовин у леофільних гелях та постановку конкретних дослідницьких завдань. Комбінування декількох методик може надати більш повну картину процесів, що відбуваються у таких системах.
Спектроскопія ЯМР (ядерного магнітного резонансу) - це потужний метод аналізу хімічної структури органічних та неорганічних сполук. У гелях, спектроскопія ЯМР може бути використана для визначення структурних змін у складі геля, а також для вивчення взаємодії між компонентами геля.
Принцип дії спектроскопії ЯМР полягає у взаємодії магнітного поля з ядрами атомів, що мають магнітний момент. У різних хімічних сполуках, ядра атомів мають різну хімічну оболонку, що призводить до різної хімічної зміни залежно від їхнього оточення.
У випадку гелів, можна використовувати спектроскопію ЯМР для визначення структури полімерних матеріалів, які утворюють матрицю геля, а також для вивчення взаємодії між полімером та іншими компонентами, такими як наповнювачі, катіони тощо.
В спектрах ЯМР можна виявити різні сигнали, які відповідають різним групам атомів у зразку. Аналізуючи інтенсивності, положення та форму цих сигналів, можна отримати інформацію про структурні зміни у гелі та його компонентах.
Слайд 8
Інфрачервона (ІЧ) спектроскопія - це метод аналізу, який використовується для виявлення функціональних груп і змін у молекулярній структурі речовин. Цей метод базується на поглинанні інфрачервоного випромінювання матеріалами, що мають дипольні моменти. У гелях, ІЧ спектроскопія може бути використана для вивчення структурних змін у полімерних матеріалах, а також для визначення взаємодії між компонентами геля.
Принцип роботи ІЧ спектроскопії базується на взаємодії інфрачервоного світла з зразком. Функціональні групи у зразку можуть поглинати інфрачервоне випромінювання на певних частотах, що відповідають характерним вібраційним рухам атомів у молекулі. Такі поглинання залежать від хімічних зв'язків та конформації молекул.
Аналізуючи ІЧ спектри зразків, можна визначити наявність і типи функціональних груп у речовині, а також виявити зміни в її молекулярній структурі, що може бути корисним при вивченні взаємодії неорганічних речовин у леофільних гелях.
Слайд 9
Термічний аналіз - це група методів, які використовуються для вивчення температурних змін, що відбуваються у речовинах під впливом фізико-хімічних процесів, таких як розклад, плавлення, дегідратація тощо. Серед найпоширеніших термічних методів є термогравіметричний аналіз (ТГА), диференційна термоаналіз (ДТА) і диференційна скануюча калориметрія (ДСК).
Термогравіметричний аналіз (ТГА): У цьому методі вимірюється масова зміна зразка як функція температури. Під час проведення ТГА, зразок піддається поступовому нагріванню, а маса зразка вимірюється на протязі всього експерименту. Зміни маси дозволяють визначити температурні зміни, такі як втрати води, дегідратація, розклад матеріалу тощо.
Диференційна термоаналіз (ДТА): У цьому методі вимірюється теплова потужність або тепловий потік, що поглинається або виділяється зразком, як функція температури. ДТА дозволяє виявити ендотермічні та екзотермічні події, такі як плавлення, кристалізація, хімічні реакції тощо.
Диференційна скануюча калориметрія (ДСК): Цей метод вимірює теплообмін між зразком і довкіллям як функція температури. ДСК дозволяє виявити зміни у теплоємності, пов'язані з фазовими переходами, хімічними реакціями та іншими тепловими процесами.
Функція термічного аналізу полягає у виявленні температурних змін у зразку та ідентифікації фізико-хімічних процесів, що відбуваються. Це може бути корисним при дослідженні властивостей неорганічних речовин у гелях, оскільки ці процеси можуть впливати на їхню структуру, стабільність та взаємодію з іншими компонентами геля.
Слайд 10
На сьогодні важливе значення має дослідження структури та властивостей гідрофільних гелів, які синтезовані за допомогою природних полімерів, таких як гуар. Гуар, або гуарова камедь, це змішані природні полісахариди, що отримуються з подрібнених внутрішніх частин бобової рослини Гуар. У взаємодії з водою або органічними розчинниками у будь-яких концентраціях вона збільшує свій об'єм і утворює в'язкі розчини без смаку та запаху.
Леофільні гелі на основі поліакриламіду - це полімерні матеріали, які здатні набухати у воді, мають велику афінність до води, але завдяки зшитій структурі не розчиняються у ній. Для створення таких гелів застосовують декілька методів зшивання. Найпоширенішим є використання спеціальних зшиваючих речовин, таких як метилендіакриламід (МДАА). Крім цього, відомо, що утворення тривимірної мережі на основі акриламіду можливе за дії перекисного ініціатора, наприклад, пероксодисульфату амонію, який використовується як ініціатор процесу полімеризації.
Слайд 11
Для синтезу леофільних гелів відома методика, що базується на радикальній полімеризації в присутності сшиваючого агента та ініціатора полімеризації. Одним із широко використовуваних сшиваючих агентів є персульфат амонію (ПСА), який реагує з акриламідом у водному розчині для утворення гелю. Зазвичай для регулювання степеня зшивання (крос-линкінгу) використовують різні концентрації ПСА. Наприклад, можна використовувати різні концентрації ПСА від 10 до 30 ммоль/л, щоб отримати гелі з різними ступенями крос-линкінгу. Збільшення концентрації ПСА може призвести до збільшення кількості сшиваючих зв'язків у гелі, що зазвичай призводить до збільшення механічної міцності та стабільності гелю. Однак важливо враховувати, що занадто висока концентрація ПСА може також призвести до високого ступеня крос-линкінгу, що може змінити властивості гелю, наприклад, його пористість та спроможність зберігати воду.
Слайд 12
Для виготовлення леофільних гелів застосовувалася складна методика, що включала кілька етапів. Початково, в якості сшиваючого агента використовувався метилдіакрілатамід (МДАА), доданий у різних пропорціях до мономеру акриламіду. Це дозволяло регулювати ступінь крос-посилання в гелі, що мало велике значення для його механічних властивостей та пористості. Далі, для введення гуарової камеді в гель, використовувався базовий 2% водний розчин гуару. Кількість гуару розраховувалася та додавалася до реакційної суміші перед початком полімеризації. Гуарова камедь, яка має властивості утримувати воду та покращувати текучість гелю, сприяла формуванню більш стабільних та устійких гелів.
Слайд 13
Дослідження показало, що зі збільшенням концентрації гуарової камеді в гелі спостерігалося збільшення його ступеня набухання. Це означало, що гелі з вищою концентрацією гуару могли поглинати більше води, що було важливим для їхньої ефективності та застосування у різних областях, таких як біомедичні, косметичні або сільськогосподарські.
Для розуміння термодинамічних причин впливу гуару на гідрофільність гелів використовували метод ізотермічної мікрокалориметрії. Цей метод дозволяє виміряти теплоту набухання висушених гелів у воді. Для висушення гідрогелів використовували два методи: повітряна сушка при температурі 80-90 °C та лиофільна сушка за допомогою лиофілізатора Labronco, яка дозволяє зберігати структуру гелю.
Слайд 14
Полімеризацію проводили під контрольованою температурою 70 °C протягом години, щоб забезпечити оптимальні умови для реакції та формування гелю. Нарешті, синтезовані гелі піддавалися промиванню дистильованою водою протягом двох тижнів. Цей процес був необхідний для досягнення рівноважної ступені набухання гелю, що визначала його властивості, такі як пористість та спроможність утримувати воду. Такий підхід дозволяв отримати леофільні гелі з оптимальними характеристиками для різноманітних застосувань, включаючи біомедичні, косметичні та сільськогосподарські.
Слайд 15
Концентрація мономеру: це кількість мономеру, яка використовується для синтезу гелю. Наприклад, може бути вказано, що для отримання гелю необхідно розчинити 10 грамів мономеру в 100 мл реакційної суміші.
Температура полімеризації: це температура, при якій відбувається реакція полімеризації мономеру. У вказаному випадку це 70 °C.
Час полімеризації: це час, протягом якого триває реакція полімеризації. Тут зазначено, що полімеризацію проводили протягом години.
Час промивання: це час, протягом якого гелі піддаються промиванню дистильованою водою. У вказаному випадку це два тижні.
Слайд 16
Отримані результати характеризують гелі як потенційно корисні матеріали з різноманітними застосуваннями:
1. Ступінь набухання гелів збільшувався зі зростанням концентрації гуару, що свідчить про підвищену гідрофільність та здатність утримувати воду.
2. Механічні властивості гелів покращувалися зі збільшенням кількості крос-посилань, що може бути корисним для їхнього використання у сферах, де потрібна висока стійкість та еластичність.
3. Пористість гелів дозволяла регулювати їхню текучість та спроможність поглинати або вивільняти речовини, що може бути корисним для контрольованої доставки лікарських препаратів або фільтраційних процесів.
4. Здатність гелів утримувати вологу свідчить про їхню можливість використання в галузях, де потрібна стійкість до вологи, таких як косметика або сільське господарство.
5. Термічна стабільність гелів вказує на їхню відмінну здатність працювати в широкому діапазоні температурних умов.
Отримані результати свідчать про потенційну використовуваність отриманих гелів у різних сферах, таких як медицина, косметика, фармація, харчова промисловість та інші галузі.
Слайд 17
Дякую за увагу!
01.10.2024 14:10-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора