Ион алмасу.

Культуралды сұйықтықтан биологиялық активті затты бөліп алудың тиімді әдісінің бірі ол ион алмасу әдісі болып табылады. Бұл әдістің басқа әдіске қарағанда артықшылығы: аппаратуралық өрнектеуде қарапайымдылығы, ион алмасуда шайырдың көп рет қолданылуы, технологиялық процесті толығымен механизациялауға және автоматтандыруға процестің мүмкіншілігі, сулы ерітіндімен зиянды органикалық еріткішті қолданбай-ақ жұмыс жүргізіледі.

Ион алмасу әдісі биологиялық активті затты сорбирлеп, шайырдың ион алмасу қабілеттілігіне негізделген, ерітіндіде және сорбент ионында болатын заттың ионымен эквиваленттің алмасуының арқасында жүреді.

Ион алмасу шайырлар немесе иониттер жасанды жоғары молекулалы органикалық зат, суда ерімейтін және органикалық еріткіштер болып келеді. Иониттер ион алмасуды құрайды, жылжымалы немесе ионға қарсы деп аталатын, қарама-қарсы ионмен зарядталуына байланысты, фиксирленген немесе анкерлі деп аталады.

Оң зарядталған қарама-қарсы ионмен иониттер катиониттер деп аталады. Теріс зарядталған қарама-қарсы ион мен ионидтер аниониттер деп аталады. Одан басқа да амфотерлі иониттер, ол катион және анион алмасу топтарын құрайды.

Бейорганикалық және органикалық сұйықтыққа ионитті енгізгенде көп немесе аз мәнді қарама-қарсы ион солватация және бір уақытта көлемінің ұлғаюы мен фиксирленген ион, демек полимердің ісінуі. Иониттің үш еселенген құрылысы өзінің ісінуін шектейді ісінген иониттің қоюлануын сипаттап салыстыруға болады. Осындай құрылысын кеңістік торы деп атайды, ауыстырылатын ионның қозғалуымен іске асырылады. Сорбирленуші десорбирленуші ион үшін енгіш болып келеді.

Ионитті алу әдісіне сәйкес полимеризацияға немесе поликонденсацияға бөлінеді. Басқа матрицаға ұзынша боймен тізбек бір-бірімен көлденең көпір арқылы қосылған, химиялық тізбек деп аталады. Тізбек бойымен механикалық өрілумен физикалық тізбек пайда болады. Химиялық және физикалық тізбекте мәнінің азаюы немесе көбеюі микропор иониттің көлеміне әсер етеді, және оның енуіне де әсер етеді.

Иониттің ауысу қабілеттілігінің сипаттамасы болып толығымен ауысатын сиымдылық саналады, ауыспалы топтың санын көрсететін 1 г ионитке тең келетін миллиграм – эквивалент (мг/экв).

Экстракциялау әдісінің айырмашылығы дайын компонент бір сұйықтықтан басқа сұйықтыққа ауысуы сорбциялық әдіс сұйық пен қатты фазаның бір-бірімен масса алмасуына негізделген.

Ион алмасумен затты бөліп алу үш әдіспен іске асырылады: статикалық, динамикалық, хромотографиялық.

Статикалық әдіс ерітінді өңдегенде ионитті бөлу және жылжыту болып табылады. Процесс көлемді аппаратта жүргізіледі, ерітіндіде ионитті суспензирлеуге арналған булағыш араластырғыш орнатылған. Ионит сорбциясы соңында дайын компонентті құрайтын. Мысалы, антибиотикті фильтрде аналық ерітіндіден бөледі, сумен жуылады және аппаратқа қайтарылады. Аппаратта осылайша антибиотикті (эюция) бөліп алады, статикалық әдіс негізінде лабораториялық практикада қолданылады.

Ион алмасу әдісінде антибиотикті бөліп алуда кеңінен қолданылатын әдістің бірі динамикалық әдіс. Ионит қабат арқылы ерітіндіні бір бағытқа қарай болып жіберу болып саналады. Ерітінді жылжуымен сорбирленетін ионмен қосылады, иониттің активті қабатымен байланысады (ион алмасу қабілетімен). Мұндай кезде жүретін ерітінді өзімен бірге ион алмасу реакциясының өнімін әкетеді, демек ионды ығыстырады. Осының арқасында іс жүзінде ертінідіден антибиотикті толығымен бөліп алуға және ионит қабаттың жаймен қанығуына жетеді. Сорбенттен (элюциядан) антибиотикті динамикалық жағдайда бөліп алуда антибиотиктің толық десорбцияға жетуіне мүмкіндік жасайды және фильтрде активтігі жоғарғы (концентрленген) және тазалығы жоғары элюаты ала алады.

Ион алмасудың хроматографиялық зерттеу жұмысындағы артықшылығы ионитпен сорбирленген басқа қоспаны жоғары дәлдіктегі антибиотикті бөліп алуда қолданылады.

Ион алмасуға арналған аппараттар. Динамикалық ион алмасуды іске асыруда негізгі аппарат ионитті фильтр саналады. Ионит толтырылған, тігінен орналасқан цилиндрлі ыдыс сол арқылы өңделген сұйықтық өтеді, фильтр көміртекті болаттан дайындалған, сондай-ақ винипастан, шыныдан, плексигластан дайындалған. Демек, фильтрдің биіктігі диамтерінен екі есе үлкен болып дайындалған, ион алмасу колоннасы деп атайды.

Антибиотик өндірісндегі ион алмасу фильтрдің екі түрі кездеседі: жабық (напормен) және ашық (напорсыз).

Жабық фильтр құрылысы герметикалық нығыздалып жабылатын болып жасалған, напор арқылы сұйықтық өтеді, демек көлемді ішкі қысымның әсерінен. Фильтрдің ішіндегі түбіне диск саңылауымен орнатылған, қалпағы бұрандалы. Дискіге ион алмасу шайырды салады. Қалпағында ойылған ені 0,2-0,3 мм саңылау бар. Сұйықтық колоннадан жоғарыдан төмен қарай өтеді, ал ионит дәндерінің көлемі саңылаудың енінен үлкен колоннада ұсталады. Фильтрдің жоғарғы бөлігінде жоғарыдан жылжитын сұйықтықты бөлуге арналған қондырғы бар және сұйықтық жууға шығарылады, жуылатын сұйықтық төменнен беріледі. Тарататын қондырғы крестовина болып саналады, саңылауы бар құбыр винипластан тұрады, сұйықтықтың біркелкі келуін немесе шығарылуын қамтамасыз етеді. Напорлы филтрді іс жүзінде қолданғанда ерітіндіні жоғарыдан бергенде біраз кемшілігі бар, ионит қабат мұндай фильтрде қозғалмайды, және сығылған қысыммен сұйықтық айдалады. Бұл ионит бөлшектерден үгіліп түсіп канал пайда болады, сол арқылы сұйықтықтың біраз бөлігі өтеді, демек дәнің барлығы ион алмасу процесіне қатыспайды, бағананың өнімділігі азаяды.

Бағананың өнімділігі тұрып қалған аумақты және шығарылуда азаяды, одан басқа да тұрып қалған аумақтың қабатында, микрофлорамен фильтр инфицирлеу қаупі бар.

Ашық фильтрде мұндай кемшіліктер жоқ. Нативті ерітінді бұл фильтрге төменнен жылдамдықпен беріледі, ионит дәні сұйықтықта ұсталады. Бұл кезе иониттің әрбір дәні барлық жағынан ерітіндімен жуылады және ионит тиімді қолданылады. Төменнен берілген сұйықтық бағанадан патрубка арқылы шығарылады. Жоғарғы кеңейтілген бөлігі бағанадағы иониттің майда бөлшектерін ауыр күштің әсерімен тұндыру үшін қолданылады, тұндырғыш функциясын атқарады. Тұнбаның тұнуы ағымның жылдамдығын азайтады, конусты бөлігі жылжыған кезде тұнған және сұйықтықты құйғанда басқа жаққа ағып кетеді, жоғары ернеуінен сақиналы қалтаға тұнған ионит бөлігі құюға арналған патрубка арқылы бағанаға қайтарылады.

Ашық фильтрдегі сияқты, сол жабық фильтрде ион алмасу бағанада антибиотик өнідірісінде сорбция процесі жүзеге асырылады., ал содан соң антибиотик десорбцияланады. Бағанаға толтырып салынған ионит арқылы үздіксіз белгілі жылдамдықпен натрий ерітіндісін өткізеді. Антибиотик ионидте біртіндеп қаныға бастайды. Қолданылған ерітінді тазартылғаннан кейін канализацияға жіберіледі. Бағанадан шыққан ерітінді антибиотик концентрациясы ионит мүмкіншілігінше қаныққанша, қалған активтілігі қажетті мәннен жоғары болғанша басқа бағанаға қайта сорбциялауға жіберіледі.олай болса, антибиотик сорбциясы батареямен тобымен ион алмасу фильтрмен тізбектеліп қосылған. Жұмысқа қосылмаған фильтрде келесідей технологиялық ион алмасу циклінің операциясы жүргізіледі. Натрий ерітіндісін ығыстыру, бағананы толтыру, тұзсыз су, ионитті дезинфицирлеу формалинмен, элюция және содан соң иониттің регенерациясы жүргізіледі.

Антибиотик құрайтын элюат одан ары қарай концентрлеу операциясына және антибиотикті тазартуға жіберіледі.

Ашық фильтрдегі сияқты және жабық фильтрде бір ғана бір-бірімен байланысқан фаза, сұйық фаза, аппарат арқылы үздіксіз өткізіледі, ал периодты процесте қатты ионит – басқа фазада өзгереді. Маңызды технологиялық тиімділік ион алмасу процесін жүргізуге мүмкіндік береді, үздіксіз принциппен бөлгіш аппаратта собция зонасында жуу, элюция, сұйықтыққа қарсы жылжу регенерациясы және әрбір зонада ионит береді.

Қазіргі кезде жаңа ион алмасу аппаратының үздіксіз жұмыс жасауын құруға жұмыс жаслуда, ал автоматтандыруға интенсифицирлеуге мүмкіндік жасайды, бұл антибиотикті бөліп алу және тазартудағы болашағы мол процесс.