ispitivanje uticaja olova(ii) na primarni i sekundarni ...hem.petnica.rs/archive/pubs_2013.pdf ·...

Miloš Selakoviæ

Ispitivanje uticaja olova(II) naprimarni i sekundarni metabolizamkukuruza primenom HPLC/MS iGC/MS metode

Ispitivan je uticaj olova(II) na primarni i sekundarni metabolizam kukuruza

(Zea Mays) primenom HPLC/MS i GC/MS metode. Ispitivanje je raðeno

tako što su sadnice kukuruza tretirane rastvorima olovo(II)-nitrata kon-

centracija u opsegu 5-50 mg/L tokom 30 dana i praæen je sadr�aj fenolnih

jedinjenja i drugih biomolekula u biljnim ekstraktima nakon tretiranja.

Uoèeno je da se koncentracija fenolnih jedinjenja i aminokiselina poveæava

prilikom tretiranja biljaka rastvorom olova(II) koncentracije 5 mg/L u od-

nosu na kontrolnu grupu. Takoðe koncentracija ove dve klase jedinjenja

postepeno se smanjuje sa poveæanjem koncentracije rastvora olovo(II)-ni-

trata kojim su biljke tretirane.

Uvod

Jone teških metala, sa kojima doðe u kontakt, biljka najviše apsorbujekorenom, zajedno sa vodom, dok manji deo apsorbuje listovima kroz pore.Apsorbovani, ovi joni izazivaju štetne efekate po biljku, poput smanjenereprodukcije i smanjene sinteze hranljivih materija. Štetna dejstva teškihmetala mogu se podeliti na: (1) stvaranje reaktivnih kiseoniènih vrsta, (2)supstituciju esencijalnih metalnih jona jonima teških metala i (3) vezivanjeza funkcionalne grupe biomolekula kao što su proteini i nukleinske kise-line, èime se narušava njihova struktura i smanjuje ili u potpunosti zaus-tavlja njihiva aktivnost.

Objašnjeno je nekoliko mehanizama kojima se biljka brani od stresaizazvanog jonima teških metala. Na primer, poveæana sinteza fenolnih jedi-njenja u æelijskom zidu æelija korena èime se smanjuje apsorpcija teškihmetala zajedno sa vodom; zatim kompleksacija teških metala u æeliji (npr.pomoæu cisteina, raznih fenolnih jedinjenja) ili biosinteza enzima i antioksi-danasa koji smanjuju broj reaktivnih kiseoniènih vrsta (Michalak 2006).

ZBORNIK RADOVA 2013 HEMIJA • 1

Miloš Selakoviæ(1996), U�ice, DrVeselinaMarinkoviæa 4,uèenik 2. razredaU�ièke gimnazije

MENTOR: GordanaKrstiæ, masterhemièar,istra�ivaè-pripravnikIHTM

U ovom radu su ispitivani odbrambeni mehanizmi kukuruza (Zea

Mays) na prisustvo poveæane koncentracije olova(II) u zemljištu. Biljkekukuruza tretirane su rastvorom olovo(II)-nitrata, a potom je praæena kon-centracija fenolnih jedinjenja i drugih biomolekula u biljkama. Promenakoncentracije fenolnih jedinjenja praæena je Folin-Ciocalteu-ovom me-todom, dok je promena koncentracije ostalih metabolita praæena primenomHPLC/MS i GC/MS tehnika. Takoðe, u biljnom materijalu je odreðen isadr�aj olova atomskom apsorpcionom spektrometrijom.

Materijal i metode

Semena kukuruza postavljena su na vla�nu vatu u Petrijevim šoljama itokom 72 h puštena da klijaju u mraku. Isklijala semena preneta su u 18 po-suda za gajenje sa zemljom, tako da se u svakoj posudi nalazilo po sedamsemena. Biljke su zalivane svakog treæeg dana od dana presaðivanja (ukupnošest puta) sa po 200 mL Hoagland-ovog rastvora (Hoagland et al. 1950). Naovaj naèin biljkama su obezbeðeni svi potrebni nutritienti kako bi se elimi-nisao poremeæaj metabolizma usled nedostatka nekog osnovnog nutritienta.

Poèev od desetog do tridesetog dana od dana presaðivanja, sadnice suzalivane svakog treæeg dana sa po 200 mL rasvora olovo(II)-nitrata odre-ðene koncentracije, odnosno destilovanom vodom kod kontrolne probe.Jednu probu (uzorak) èinilo je 7 sadnica biljaka koje su se nalazile u istojposudi za gajenje. Uzorci su tretirani sa ukupno 5 razlièitih koncentracijarasvora olova(II) i to: 5, 10, 20, 30 i 50 mg/L. Nakon tridesetog dana oddana presaðivanja nadzemni deo biljnog materijala je uzorkovan i sušen navazduhu 14 dana. Potom je osušeni biljni materijal samleven.

Za odreðivanje sadr�aja olova(II) odmereno je 0.1 g suvog biljnoguzorka za mokru digestiju. Mokro spaljivanje je vršeno na sledeæi naèin:odmerenoj masi biljnog materijala dodato je 12 mL smeše koncentrovaneHNO3 i 71% HClO4 (u odnosu 2 : 1). Dobijena smeša je zagrevana na tem-peraturi ne veæoj od 210°C. Nakon zaostajanja belog peskovitog taloga,uzorci su ohlaðeni i profiltrirani. Filtrat je prenet u normalni sud od 50 mL isud je dopunjen do crte destilovanom vodom (Allan 1971). Na ovaj naèinpripremljeni su uzorci u kojima je odreðivana koncentracija olova pomoæuatomskog apsorbcionog spektrometra Thermo Electron corporation S Se-ries AA Spectrometar.

Za odreðivanje sadr�aja ukupnih fenola, kao i analizu ostalih metabo-lita odmereno je 0.1 g suvog biljnog materijala i iz njega su ekstrahovana je-dinjenja rastvorna u vodi i etanolu. Ekstrakcija je raðena 30%-nim vodenimrastvorom etanola (15 mL) uz refluktovanje od sat vremena. Dobijeni eks-trakt je proceðen, a rastvaraè uparen na rotacionom vakuum uparivaèu.

Deo suvog ekstrakta uzoraka rastvoren je u odgovarajuæoj zapreminimetanola tako da je koncentracija dobijenih rastvora bila 10 g/L. Dobijenirastvori razdvajani su na HPLC-u (Agilent Technologies 1260 Infinity).Korišæeni su detektori DAD (tok hromatografisanja je praæen na talasnimdu�inama od 210, 240, 254, 280 i 340 nm), kao i maseni spektrometar(Agilent Technologies 6130 Quadrupole). Kao mobilna faza korišæena je

2 • PETNIÈKE SVESKE 72 DEO II

smeša 0.2% rastvora siræetne kiseline u vodi (A) i acetonitrila (B) po sle-deæoj metodi: 0-5 min 90-70% A, 5-12 min 70-10% A, 12-14 min 10-0% A,14-15 min 0-90% A (post time 5 min). Temperatura kolone je 30°C, aprotok 1 mL/min. Razdvajanje je raðeno na koloni Zorbax Eclipse XDBC18 (50 � 4.6 mm, 1.8 μm).

Deo suvog ekstrakta uzorka koji su tretirani rastvorima olova(II) kon-centracije 5, 10, 20, 30 i 50 mg/L i kontrolne probe, rastvoren je u odgova-rajuæoj zapremini dihlormetana tako da je koncentracija rastvora iznosila 10g/L. Dobijeni rastvori su proceðeni kroz filtere (RC 0.45 μm, Agilent). U100 �L dobijenog filtrata dodato je 50 �L smeše za silanizovanje – BSTFA(N,O-Bis(trimetilsilil)trifluoroetanamid) i 0.1% TMCS (Trimetilsililhlorid).Rastvor je potom termostatiran 30 minuta na 60°C. Uzorak je ohlaðen dosobne temperature i analiziran gasnom hromatografijom spregnutom samasenom spektrometrijom. Razdvajanje je raðeno na ureðaju Agilent Tech-nologies 7890A GC system: inicijalna temperatura peænice bila je 60°C,zatim se temperatura poveæavala brzinom od 3°C/min do 315°C, i na tojtemperaturi je zadr�ana 10 min. Ukupno vreme analize iznosilo je 100 min.Razdvajanje je uraðeno na HP-5 koloni (du�ina kolone 30 m, preènik ko-lone 0.20 mm, debljina filma 0.10 μm). Maseni spektri razdvojenih jedi-njenja snimani su pomoæu ureðaja Agilent Technologies 7890A GC system7890A GC/240 MS ION TRAP system.

Sadr�aj ukupnih fenola u ekstraktima odreðivan je u uzorcima rastvo-renim u etanolu po proceduri Folin-Ciocalteu-a. Po 0.1 mL ekstrakta ilistandarda galne kiseline (koncentracije 50-500 μg/mL) dodato je 7.9 mLdestilovane vode. Slepa proba umesto ekstrakta sadr�ala je ukupno 8 mLdestilovane vode. U rastvor uzoraka dodat je Folin-Ciocalte-ov reagens zafenole (0.5mL), a zatim nakon 5 minuta i 1.5 mL 20 % Na2CO3 (Gorunoviæ1995). Smeša se energièno meša i nakon inkubacije (120 minuta) na sobnojtemperaturi izmerena je absorbanca na 750 nm pomoæu spektrofotometraIskra AM5923. Korišæena je staklena kiveta optièkog puta 1 cm. Ukupnifenoli se izra�avaju kao ekvivalent galne kiseline (GKE) po masi suvogekstrakta.

Za pripremu Hoagland-ovog rastvora korišæeni su kalcijum-nitrat, ka-lijum-nitrat, kalijum-dihidrogenfosfat, magnezijum-sulfat, borna kiselina,mangan(II)-hlorid tetrahidrat, cink-sulfat heptahidrat, bakar(II)-sulfatpentahidrat, natrijum-molibdat, natrijum-EDTA, gvo�ðe(II)-sulfat. Zatretiranje biljaka korišæen je rastvor olovo(II)-nitrata. Takoðe u eksperi-mentalnom radu korišæene su i sledeæe hemikalije i reagensi: Folin-Ciocal-teu-ov reagens, galna kiselina, natrijum-karbonat, etanol, azotna kiselina,perhlorna kiselina, dihlormetan, reagens za silanizaciju (BSTFA + 0.1%TMCS, GC èistoæe), metanol (HPLC èistoæe), acetonitril (HPLC èistoæe) ivoda (HPLC èistoæe). Sve navedene hemikalije su p.a. èistoæe, sa izuzet-kom reagenasa za HPLC i GC analize.


Rezultati i diskusija

Dobijeni rezultati za koncentracije olova u biljkama i za koncentracijuukupnih fenola predstavljaju proseènu vrednost uzoraka tretiranih na istinaèin. Vrednosti koncentracija olova u biljkama prikazane su na slici 1.

Iz dobijenih rezultata mo�e se videti da se koncentracija olova u biljkalinearno poveæava sa poveæanjem koncentracije rastvora olovo(II)-nitratakojim je biljka tretirana do koncentracije rastvora od 30 mg/L. Nakon ovevrednosti, zbog malog broja taèaka, ne mo�e se pratiti trend promenekoncentracije olova u biljkama u zavisnosti od koncentracije prisutnogolova u zemljištu. Ako se koncentracija usvojenog olova ustalila pri tre-tiranju biljaka rastvorima veæih koncentracija to bi se moglo objasnitiošteæenjem sprovodnih sudova koji transportuju jone iz korena u nadzemnedelove.


Slika 1. Zavisnost koncentracijeolova(II) u biljkama od koncentracijerastvora olova(II) kojom su biljketretirane

Figure 1. Concentration of lead(II) inplants dependence on concentration ofsolutions of lead(II) which was usedfor plants’ treatments

Slika 2. Zavisnost koncentracijafenolnih jedinjenja u biljkama odkoncentracije rastvora olova(II) kojimasu biljke tretirane

Figure 2. Concentration of phenoliccompounds in plants dependence onconcentration of solutions of lead(II)which was used for plants’ treatments

Ukupni fenoli u uzorcima raèunati su kao ekvivalent galne kiselineprema sledeæoj jednaèini:

A750 = 0.00093 � c(GK) – 0.02055

Data jednaèina dobijena je na osnovu kalibracione krive za galnu kise-linu kao standarda za fenolna jedinjenja.Vrednosti ukupnih fenola u bilj-kama prikazani su na slici 2.

Dobijeni rezultati pokazuju da se koncentracija fenolnih jedinjenja ubiljkama poveæala u odnosu na kontrolnu grupu pri tretiranju biljaka sa po-èetnom koncentracijom rastvora olovo(II)-nitrata. Meðutim ako se koncen-tracija rastvora olova(II) kojim su biljke tretirane poveæa iznad 5 mg/L,dolazi do pada koncentracije fenolnih jedinjenja u biljkama. Ovo se mo�eobjasniti time što pri veæim koncentracija dostupnog olova(II) u biljneæelije dolazi do degradacije ili blokiranja enzima koje katalizuju sintezufenolnih jedinjenja. Takoðe, smanjenje fenolnih komponenti mo�e znaèiti ito da ova jedinjenja reaguju sa nusproizvodima (kao što su slobodni radikalii sl.) koji nastaju prilikom dejstva olova(II) pa se koncentracija fenolnihjedinjenja smanjuje.

Za poreðenje profila ekstrahovanih jedinjenja rastvornih u vodenomrastvoru etanola korišæena je HPLC tehnika. Na osnovu izgleda hromato-grama dobijenog sa DAD detektora proizilazi da su uzorci tretirani naj-manjom koncentracijom rastvora olovo(II)-nitrata (kao i kontrolne grupe),veoma slo�ene smeše sa velikim brojem razlièitih klasa organskih jedi-njenja, a da se pri poveæanju koncentracije rastvora olovo(II)-nitrata kojimsu uzorci tretirani broj komponenata i razlièitih klasa jedinjenja smanjuje.

Na osnovu gasnih hromatograma identifikovan je veliki broj metabo-lita ekstrahovanih iz biljnog materijala. Preklapanjem hromatograma zarazlièite uzorke mo�e se uoèiti promena koncentracije metabolita u eks-traktu. Na slici 3 prikazani su delovi hromatograma (od 10. do 40. min) zauzorke tretirane koncentracijama 5 i 50 mg/L (slika 3a), uzorke tretiranekoncentracijama 10 i 20 mg/L (slika 3b) i uzorke tretirane koncentracijama20 i 30 mg/L (slika 3c).

Na osnovu dobijenih hromatograma mo�e se uoèiti da se koncentracijasvih ekstrahovanih aminokiselina poveæala u uzorku tretiranog sa naj-manjom koncentracijom rastvora olova(II) (5 mg/L) u odnosu na kontrolnugrupu. Ovo se mo�e objasniti èinjenicom da su za sintezu enzima i proteinapotrebne aminokiseline, i da se neki od enzima koriste za sintezu fenolnihjedinjenja koji su potrebni biljci za vezivanje nusprodukata nastalih dej-stvom jona olova u æeliji. Takoðe mo�emo primetiti i da se koncentracijaaminokiselina postepeno smanjuju pri poveæanju konentracije rastvoraolovo(II)-nitrata kojim su biljke tretirane. Na osnovu dobijenih rezultatamo�e se pretpostaviti da je uzrok smanjenja koncentracije aminokiselinapoveæana sinteza potrebnih enzima za sintezu fenolnih jedinjenja ili blo-kiranje odreðenih enzima koji su potrebni za sintezu aminokiselina.


Zakljuèak

Na osnovu dobijenih odnosa fenolnih komponenti i aminokiselinamo�e se zakljuèiti da se biljna vrsta Zea Mays pri manjim koncentracijamaolova koje apsorbuje brani poveæanom sintezom fenolnih jedinjenja ili ami-nokiselina. Pri koncetracijama rastvora olova(II) veæim od 5 mg/L biljkanije sposobna da se odbrani od štetnog dejstva olova, jer joni olova(II) naj-verovatnije denaturišu ili blokiraju enzime koji su potrebni za sintezu fe-nolnih jedinjenja i aminokiselina zamenom njihovog esencijalnog metalnogjona jonom olova(II) ili vezivanjem SH-grupa.

Praæenje promena koncentracija biljnih metabolita uzrokovanih dej-stvom zagaðivaèa primenom HPLC/MS i GC/MS metoda pokazalo se kaovrlo praktièano, jer se za relativno kratko vreme dobijaju koncentracije veli-kog broja jedinjenja prisutnih u biljnom materijalu. Klasiène i spektrofoto-metrijske u poreðenju sa HPLC/MS i GC/MS metodama ne daju dovoljnoselektivne rezultate i ne mogu se koristiti za odreðivanje veoma malihkoncentracija jedinjenja u uzorku.

Literatura

Allan J. E. 1971. The preparation of agricultural samples for analy-sis by atomic absorption spectroscopy. Hamilton: Varion Techton

Folin O., Ciocalteu V., 1927. On tyrosine and tryptophane determi-nations in proteins. The Journal of biological chemistry, 73: 627.

Gorunoviæ M. 1995. Praktikum iz farmakognozije (hemijskoispitivanje droga). Beograd: Jugohemija

Hoagland D. R., Arnon D. I. 1950. The water-culture method forgrowing plants without soil. California Agricultural Experimen-tal Station Circular, 347: 1.

Michalak A. 2006. Phenolic Compounds and Their Antioxidant Ac-tivity in Plants Growing under Heavy Metal Stress. Polish Jour-nal of Environmental Studes, 15 (4): 523.

Wojdy A., Oszmianski J., Czemerys R. 2007. Antioxidant activityand phenolic compounds in 32 selected herbs. Food Chemistry,105: 940.


Slika 3 (naspramna strana). Deo hromatograma za uzorke kukuruza tretiranihrastvorima olova(II) koncentracija: a) 5 mg/L (crna linija) i 50 mg/L (siva linija);b) 10 mg/L (crna linija) i 20 mg/L (siva linija); c) 20 mg/L (crna linija) i 30 mg/L(siva linija)

Figure 3 (opposite page). Part of chromatograms of corns’ samples which wastreated with solution of lead(II) of concentration: a) 5 mg/L (black) and 50 mg/L(gray); b) 10 mg/L (black) and 20 mg/L (gray); c) 20 mg/L (black) and 30 mg/L(gray)

Miloš Selakoviæ

Study of Influence Lead(II) on Primary and SecondaryMetabolism of Zea Mays Using HPLC/MS and GC/MSMethod

In this research corn’s defense mechanisms of presence of increaseconcentration of lead(II) in soil was studied. The research was cerried outthe plant treated with solutions of different concentration of lead(II)-nitrateand after that followed by absorption lead using method of atomic absorp-tion spectroscopy; concentration of all phenolic compounds by Fonic--Ciocalte method and concentration of other biomolecules in plant byHPLC/MS and GC/MS method.

Research has shown that plant species Zea Mays defend of lead’sharmful action increasing the synthesis of phenolic compounds and aminoacids. Phenolic compounds are probably used to eliminate by-products likereactive oxygen species which was generated by lead(II). Amino acids areprobably used to synthesis of enzymes which catalyze synthesis of phenoliccompounds. Also it shoud be noted that modern methods like HPLC andGC allow monitoring of changes in very small concentration of compoundswhich is included in primary and secondary metabolism, therefore there arevery selective.


Milorad Anðelkoviæ

Optimizacija uslova zabiosorpciju bakar(II) jonaiz otpadnih vodabiomasom šišarice crnogbora (Pinus nigra L.)

U ovom istra�ivanju odreðivani su optimalniuslovi za biosorpciju Cu(II) jona iz vodenog ra-stvora biomasom šišarica crnog bora (Pinus ni-gra L.). Efikasnost biosorpcije ispitivana je uzavisnosti od vremena kontakta, pH vrednostirastvora, temperature i koncetracije biosor-benta. Neadsorbovana koncentracija jona bakraodreðivana je atomskom apsorpcionom spektro-fotometrijom. Dobijeno je da adsorpcija Cu(II)jona raste s vremenom pri poveæanju pH vred-nosti rastvora, kao i da temperatura ne utièeznaèajno na efikasnost biosorpcije pa se biosor-bent mo�e koristiti u širem opsegu temperaturasa pribli�no istom efikasnošæu. Maksimumadsorpcije primeæen je na temperaturi 70°C i pripH 7.2, dok je najefikasnija regeneracija biosor-benta ostvarena na pH 3.0. Rezultati su pokazalida je biomasa šišarice crnog bora pogodan i efi-kasan biosorbent, sa visokim adsorpcionim ka-pacitetom (2.48 mg/g) za uklanjanje Cu(II) jonaiz otpadnih voda. Rezultati takoðe pokazuju daje najbolje poklapanje sa Langmirovim adsor-pcionim modelom izoterme.

Uvod

Zagaðenje voda jonima teških metala pred-stavlja problem globalnih razmera, a široka upo-treba materijala od bakra predstavlja rizik odzagaðenja (Ngah et al. 2002). Zbog toga se po-sebna pa�nja posveæuje metodama za preèišæa-vanje otpadnih voda. Neki od procesa uklanjanja

metala iz otpadnih voda su: hemijska preci-pitacija, koagulacija, flotacija, reverzna osmoza,elektrodijaliza i jonska izmena. Meðutim, mnogiod ovih procesa imaju znaèajne nedostatke: ne-potpuno uklanjanje jona metala, skupa oprema,velika kolièina otpada, pa je od suštinskog zna-èaja pronala�anje adekvatnijih metoda za preèi-šæavanje otpadnih voda.

Pod biosorpcijom se podrzumeva proces aku-muliranja zagaðivaèa biološkim materijalima(biosorbentima) metabolièkim ili fizièko-hemij-skim putem. Biosorpcija je reverzibilni hemijskiproces koji se javlja kao posledica razlièitih afi-niteta koji joni imaju prema sorbentu, pa joni saveæim afinitetom zamenjuju one jone sa manjimafinitetom. U poslednje vreme biosorpcija posta-je komercijalna alternativa postojeæim metoda-ma za preèišæavanje otpadnih voda (Stankoviæ etal. 2009). Pri preèišæavanju voda biosorpcija imaznaèajne prednosti: tretirana voda je dovoljnoèista da se mo�e reciklirati i ponovo koristiti, abiosorbent mo�e da se regeneriše (McKay 1995).Neki od bioloških materijala koji su ispitivanikao potencijalni biosorbenti jona metala su:piljevina, kora drveta, èekinje, šišarice (Nuhoglui Oguz 2003).

Ljuspe šišarica prete�no su izgraðene od ce-luloze, hemiceluloze, smole, lignina i tanina(Robbins et al. 1957; Sakagami et al. 1992). Ovekomponente sadr�e veliki broj funkcionalnihgrupa (karboksilnu, karbonilnu, hidroksilnu,fenolnu) od kojih se veæina u zavisnosti od pHvrednosti rastvora, temperature, koncentracijesorbenta, mo�e u veæoj ili manjoj meri depro-tonovati. Deprotonovanjem ovih grupa nastajuaktivni centri za koje se mogu vezati joni metala ina taj naèin eliminisati iz vodenog rastvora.


Milorad Anðelkoviæ (1996), Surdulica,Kapetana Radiše Lukiæa 62, uèenik 2. razredaGimnazije ,,Svetozar Markoviæ” u Surdulici

MENTOR: Dragana Markoviæ, diplomiranihemièar, Laboratorija za hemijsku dinamiku ipermanentno obrazovanje, Institut za nuklearnenauke ,,Vinèa”


Cilj ovog rada je ispitivanje uticaja tempera-ture, pH vrednosti rastvora i koncentracije sor-benta, kao i trajanja biosorpcije na efikasnostadsorpcije Cu2+ iz vodenog rastvora biomasomšišarica crnog bora, kao i odreðivanje optimalnepH za regeneraciju biosorbenta. Takoðe je ispi-tivana i veza izmeðu kapaciteta biosorbenta iravnote�ne koncentracije Cu(II) jona u rastvorukroz dva teorijska modela – Langmirov i Frojn-dlihov.

Materijal i metode

Ispitivan je uticaj pH vrednosti rastvora, tem-perature i koncentracije biosorbenta na adsor-pciju jonskih vrsta iz vodenog rastvora; preostalakoncentracija Cu2+ u rastvoru (koja potièe od ne-adsorbovanih bakar(II) jona odreðivana je a-tomskom apsorpcionom spektrofotometrijom.Ispitivane koncentracije biosorbenta su 400, 800,1600 i 4000 ppm; temperature 25, 40, 50 i 70 °C,dok su ispitivane pH vrednosti iznosile 3.0, 4.0,5.0, 6.0, 7.0 i 8.0. Pored toga, odreðena je opti-malna pH za najefikasniju regeneraciju biosor-benta.

Pripremanje biosorbenta. Opale šišarice crnogbora sakupljene su poèetkom avgusta 2013. go-dine na Vlasini. Šišarice su isprane destilovanomvodom, a potom sušene nedelju dana pri sobnojtemperaturi (25±1)°C. Ljuspe su potom odvo-jene od osovine šišarica, usitnjene, samlevene iprosejane kroz sito velièine pora 125 μm.

Sorpcija bakar(II) jona

Izvor Cu2+ jona predstavljao je standardnivodeni rastvor bakar(II)-sulfata (Fluka, CopperStandard for AAS 1001±4 mg/L), od kog jerazbla�ivanjem dobijen rastvor koncentracije10 mg/L, koji je dalje korišæen u eksperimentu.Preostala koncentracija Cu2+ u rastvoru (koja po-tièe od neadsorbovanih bakar(II) jona) odre-ðivana je atomskom apsorpcionomspektrofotometrijom (Thermo S-Series AA spec-trometer).

U èašu sa 500 mL rastvora Cu2+ koncentra-cije c0 = 10 mg/L uronjena je elektroda pH metra(Corning-Schott instruments) i elisa mehanièkemešalice (Heidolph laborota 4001). Mešalica jepodešena na 400 obrtaja u minuti, a zatim je uka-

pavan rastvor hlorovodoniène kiseline koncen-tracije 0.1 mol/L (Zorka Pharma Šabac),odnosno 0.1 mol/L NaOH (Centrohem), kako bise podesila pH vrednost. Potom je dodata izme-rena masa praha biosorbenta. Alikvoti od 15 mLuzimani na: 0, 2, 6, 10, 20, 30, 60, 80 minuta odpoèetka sorpcije su filtrirani (Filtrak Sorte 288)kako bi se rastvor odvojio od biosorbenta (uzetogpri uzimanju alikvota). Pri ispitivanju uticajatemperature na efikasnost biosorpcije, postupakje ponovljen, s tim što je sud u kome je raðenabiosorpcija postavljen u vodeno kupatilo (Gesel-lshaft für Labortechnik mbH D-30938) i termo-statiran.

Regeneracija je raðena tako što je sorbent,veæ korišæen za biosorpciju, izlo�en rastvorimarazlièitih pH vrednosti. Alikvoti rastvora kome jebiosorbent bio izlo�en uzimani su na 10, 30 i 60minuta, a potom je atomskom apsorpcionom spe-ktrofotometrijom odreðena koncentracija Cu2+.

Za procenu efikasnosti biosorpcije korišæenesu efikasnost biosorpcije i kapacitet biosorbenta.Efikasnost biosorpcije definiše se kao udeo ad-sorbovane koncentracije Cu2+ jona u odnosnu napoèetnu koncentraciju:

c cc

t0

0

100�

� %

gde je c0

koncentracija Cu2+ pre poèetka bio-sorpcije, a ct koncentracija Cu2+ u trenutku t.Kapacitet biosorbenta definisan je kao masaadsorbovanih bakar(II) jona po gramu sorbenta iraèuna se po formuli:

qc c

mVt

t��

�0

gde je V zapremina rastvora Cu2+, a m masabiosorbenta.


Zavisnost od vremena kontakta

Uticaj vremena na adsorpciju Cu2+ prikazanje na slici 1. Na grafiku se mogu uoèiti dva dela:prvi, u trajanju 2 minuta, tokom kojeg se adsor-buje najveæa kolièina bakra, i drugi, koji prethodiuspostavljanju ravnote�e, koji traje do 80 minuta.Daljim uzorkovanjem (du�e vreme kontakta bi-

osorbenta sa bakar(II) jonima) nije pokazano dadolazi do nastavka biosorpcije.

Uticaj koncentracije biosorbenta

Uticaj koncentracije biosorbenta na efika-snost adsorpcije bakar(II) jona prikazan je naslici 2. Pokazalo se da je za adsorpciju 5 mg Cu2+

jona iz 500 mL rastvora, minimalna dovoljnakoncentracija biosorbenta 800 ppm. Ravnote�nakoncentracija Cu2+ jona smanjuje kako se kon-centracija biosorbenta poveæava. Poveæanjemkoncentracije biosorbenta obezbeðuje se veæapovršina za adsorpciju. Pri koncentraciji biosor-benta od 400 ppm, adsorpciona površina (brojaktivnih centara) je ogranièena, pa stoga znatnakolièina ostaje neadsorbovana. Veæ pri koncent-raciji od 800 ppm obezbeðuje se dovoljna adsor-pciona površina, što za posledicu ima velikurazliku u maksimalnoj efikasnosti biosorpcije prikoncentracijama biosorbenta od 400 i 800 ppm.Bez obzira na veæi broj aktivnih centara i na veæuadsorpcionu površinu pri koncentraciji biosor-benta iznad 800 ppm, maksimalna efikasnostbiosorpcije se znatno ne menja, zbog ogranièenekoncentracije pre poèetka biosorpcije. Posledicaovoga je neznatna razlika u maksimalnoj efika-snosti biosorpcije pri koncentracijama biosor-benta od 800, 1600, 4000 ppm (slika 2).

Kapacitet biosorbenta na pH 7.2, temperaturi70°C i brzini mešanja 400 min–1, iznosio je 2.48mg/g.

Uticaj pH vrednosti rastvora

Poznato je da pri pH vrednostima od 3.0 do8.0 u rastvoru bakar(II)-sulfata figurišu tri vrste


Slika 1. Uticaj razlièitih koncentracija biosorbenta naefikasnost biosorpcije (T = 25°C, c0 10 mg/L, pH7.2, brzina mešanja 400 min–1)

Figure 1. Effect of different biosorbentconcentrations on biosorption efficiency (T = 25°C,c0 10 mg/L, pH 7.2, agitation speed 400 min–1)

Slika 2. Uticaj razlièitih koncentracija biosorbenta namaksimalnu efikasnost biosorpcije (T = 25°C, 80min, c0 10 mg/L, pH 7.2, brzina mešanja 400 min–1)

Figure 2. Effect of different biosorbentconcentrations on maximum biosorption efficiency(T = 25°C, 80 min, c0 10 mg/L, pH 7.2, agitationspeed 400 min–1)

Slika 3. Udeo vrsta koje sadr�e bakar(II) u zavisnostiod pH vrednosti rastvora (adaptirano prema Astimalet al. 1998)

Figure 3. Specifications of copper (II) as a functionof pH (Adapted from Astimal et al. 1998)


koje se adsorbuju na površini biosorbenta: Cu2+,CuOH+ i Cu(OH)2. Zastupljenost ovih vrsta u ra-stvoru u zavisnosti od pH vrednosti prikazana jena slici 3 (Astimal et al. 1998). Pri biosorpciji nani�im pH vrednostima, hidronijum joni iz vode-nog rastvora pokretljiviji su od katjona bakra,lakše dolaze do funkcionalnih grupa i spreèavajunjihovo deprotonovanje, što za posledicu imasmanjenu adsorpciju Cu2+. Kako pH rastvoraraste, površina biosorbenta postaje sve nega-tivnija, zbog èega je adsorpcija pozitivno naelek-trisanih èestica Cu2+ i CuOH+ favorizovana.

Uticaj pH vrednosti rastvora na efikasnostbiosorpcije Cu2+ u našem istra�ivanju prikazanje na slici 4. Efikasnost uklanjanja Cu2+ bio-masom šišarice crnog bora poveæava se sa pove-æanjem pH od 3.0 do 8.0; najveæa efikasnostbiosorpcije bakar(II) jona primeæena je na pH 7.2(slika 5). Rezultati ukazuju da se sa promenompH od 5 do 8 efikasnost biosorpcije nalazi u op-segu 80-99.4%.

Uticaj pH vrednosti rastvora na efikasnostbiosorpcije objašnjava se da se sa porastom pHvrednosti favorizuje deprotonovanje funkcio-nalnih grupa, što direktno znaèi više jonizovanihgrupa za vezivanje Cu2+. Ipak, sa slike 3 jasno sevidi da je preko pH 7.2 bakar u rastvoru uglav-nom u obliku bakar(II)-hidroksida, a buduæi da jestabilnost Cu2+ u hidroksidu je veæa nego u kom-

pleksu sa biosorbentom, to za posledicu ima ni�uefikasnost adsorpcije bakra na pH višim od 7.2(slika 5).

Uticaj temperature

Uticaj temperature na efikasnost biosorpcijeCu2+ predstavljen je na slikama 6 i 7. Sa slike 7mo�e se videti da poveæanje temperature nemaveliki uticaj na maksimalnu efikasnost biosor-

Slika 4. Uticaj pH vrednosti rastvora na efikasnostbiosorpcije (T = 25°C, koncentracija biosorbenta4000 ppm, c0 = 10 ppm, brzina mešanja 400 min–1)

Figure 4. Effect of pH on biosorption efficiency(T = 25°C, biosorbent concentration 4000 ppm,c0 = 10 ppm, agitation speed 400 min–1)

Slika 5. Uticaj pH vrednosti rastvora na maksimalnuefikasnost biosorpcije (T = 25°C, koncentracijabiosorbenta 4000 ppm, 80 min, c0 10 ppm, brzinamešanja 400 min–1)

Figure 5. Effect of pH on maximum biosorptionefficiency (T = 25°C, biosorbent concentration 4000ppm, 80 min, co 10 ppm, agitation speed 400 min–1)

Slika 6. Uticaj temperature na efikasnost biosorpcije(pH 7.2, c0 10 ppm, brzina mešanja 400 min–1)

Figure 6. Effect of temperature on biosorptionefficiency (pH 7.2, c0 10 ppm, agitation speed 400min–1)

pcije, odnosno da se dodatnim zagrevanjem ra-stvora maksimalna efikasnost biosorpcijeneznatno poveæava. Sa promenom temperatureod 25°C do 70°C efikasnost biosorpcije nalazi uopsegu 98-99.3%. Ovo se objašnjava èinjenicomda se energija bakar(II) jona poveæava se sa po-veæanjem temperature rastvora, što za posledicuima veæu uèestalost sudara izmeðu èestica bio-sorbenta i bakar(II) jona, pa æe biti veæa mo-guænost za efikasnije vezivanje bakar(II) jona.Neznatan uticaj temperature na efikasnost bio-sorpcije u ispitivanom sistemu ima velike pre-dnosti jer se biosorbent mo�e koristiti u širemrasponu temperatura sa pribli�no istom efika-snošæu.

Regereneracija biosorbenta

Pod regeneracijom se podrazumeva obnav-ljanje biosorbenta, protonovanje funkcionalnihgrupa i desorpcija bakra. U tabeli 1 prikazani surezultati efikasnosti regeneracije biosorbenta uzavisnosti od pH vrednosti sredine. Iz tabele sevidi da su kiseliji uslovi efikasniji za regeneracijuod baznih. Pri ni�im pH vrednostima, H+ joni izrastvora protonuju grupe koje su adsorbovalebakar(II) jone, a oni prelaze u rastvor.

Adsorpcione izoterme

Adsorpcione izoterme dobijene su vari-ranjem pH od 3.0 do 8.0 na konstantnoj tempe-raturi. U cilju ispitivanja veze izmeðu kapacitetabiosorbenta (qe) i ravnote�ne koncentracije Cu(II) jona (Ce) u rastvoru korišæeni su Langmirov iFrojndlihov model.

Langmirov model izoterme idealizuje da sevezivanje metalnih jona dešava na homogenojpovršini jednoslojnom adsorpcijom, bez in-terakcije izmeðu adsorbovanih jona (Langmuir1918). Langmirovi parametri odreðeni su zavis-nošæu Ce/qe od Ce:

Cq K q q

Ce

e L max maxe� � �

1 1

gde je Ce ravnote�na koncentracija Cu (II) jona urastvoru, qe kolièina vezanih metalnih jona ad-sorbovanih jediniènom masom sorbenta celommonoslojnom površinom, qmax je Langmirovaravnote�na konstanta koja se odnosi na maksi-malni adsorpcioni kapacitet (afinitet aktivnihcentara) i KL je Langmirova konstanta koja seodnosi na entalpiju adsorpcije (mg/L). Iako jenajèešæe korišæen model izoterme Langmirovaizoterma ne nudi mehanièke aspekte u biosor-pcije.

Sa druge strane, Frojndlihov model izotermeidealizuje da se vezivanje metalnih jona dešavana heterogenoj površini višeslojnom adsorp-


Slika 7. Uticaj temperature na maksimalnu efikasnostbiosorpcije (pH 7.2, 80 min, c0 10 ppm, brzinamešanja 400 min–1)

Figure 7. Effect of temperature on maximumbiosorption efficiency (pH 7.2, 80 min, c0 10 ppm,agitation speed 400 min–1)

Tabela 1. Efikasnost regeneracije biosorbenta u zavisnosti od pH vrednosti sredine

Efikasnost (%) pH=3.0 pH=4.0 pH=6.0 pH=7.0

Posle 10 min 95.790±0.002 0.00 0.61±0.65 0.00

Posle 30 min 95.940±0.002 0.35±1.14 2.09±0.19 9.85±0.04Posle 60 min 99.990±0.002 3.65±0.11 3.10±0.13 24.00±0.01


cijom, pri èemu se prvo ostvaruju jaèe veze, oba-vezujuæa snaga opada kako stepen okupiranostideprotonovanih centara raste, zbog toga je bli�ifizièkom objašnjenju adsorpcije. Frojndlihovaempirijska adsorpciona izoterma predstavlja selogaritamski, po jednaèini:

log log logq Kn

Ce F e� �1

gde je Ce ravnote�ne koncentracije Cu(II) jona urastvoru, qe kolièina vezanih metalnih jonaadsorbovanih jediniènom masom sorbenta, KF seraèuna iz odseèka, a n iz nagiba prave (Fre-undlich 1906).

Kako rezultati, prikazani u tabeli 2, pokazujuda je najbolje poklapanje sa Langmirovim ad-sorpcionim modelom izoterme (r = 0.999), sledida se radi o tipiènoj hemijskoj monoslojnoj ad-sorpciji na homogenoj površini èestica biosor-benta, bez interakcija izmeðu adsorbovanih jonai bez striktnog redosleda vezivanja.

Tabela 2. Langmirovi i Frojndlihovi parametriadsorpcionih izotermi

Izoterma Parametar Vrednost r

Langmir qmax

2.185(4)0.999

KL

-32.275(3)

Frojndlih n -17.902(5)0.942

KF

2.261(4)

Zakljuèak

Rezultati ispitivanja biosorpcije bakar(II)jona pokazali su da je biomasa šišarice crnogbora efikasan biosorbent za uklanjanje Cu2+ izotpadnih voda sa velikim adsorpcionim kapa-citetom (2.48 mg/g). Najveæa efikasnost bio-sorpcije od 99.3%, za adsorpciju 5 mg Cu2+ iz500 mL rastvora, primeæena je na pH 7.2, priteperturi od T = 70°C i pri koncentraciji biosor-benta od 4 000 ppm. Pokazalo se da temperaturane utièe znaèajno na efikasnost biosorpcije, od-nosno da se sa promenom temperature od 25°Cdo 70°C efikasnost biosorpcije nalazi u opsegu98-99.3%, pa se biosorbent mo�e koristiti u ši-

rokom rasponu temperatura sa pribli�no istomefikasnošæu. Maksimum adsorpcije dostignut jeu 80 minutu, ali je oko 90% bakra adsorbovanodo drugog minuta. Rezultati istra�ivanja poka-zali da su kiseli uslovi pogodniji za regeneracijubiosorbenta od baznih. Najbolje poklapanje po-kazalo se sa Langmirovim adsorpcionim mo-delom izoterme.

U ovom radu biosorpcija je ispitivana namodel-sistemu, stoga se ostavlja mesta za daljaispitivanja efikasnosti biosorbenta na realnomuzorku.

Zahvalnost. Iskreno se zahvaljujem svommentoru, dipl. hemièaru Dragani Markoviæ (In-stitut za nuklearne nauke „Vinèa”) na nesebiènojpomoæi, sugestijama, strpljenju i podršci. �elimda se zahvalim i Ljubici Periæ, rukovodiocu pro-grama hemije, na po�rtvovanosti oko obraderezultata. Posebnu zahvalnost dugujem ocu, Mi-odragu Anðelkoviæu, na velikoj pomoæi pri pri-premi biosorbenta.

Literatura

Astimal M., Khan Ah., Ahmad S., Ahmad A.1998. Cole of sawdust in the removal of copper(II) from industrial wastes. Water Research, 32(10): 3085.

Freundlich H. 1906. Über die adsorption inlösungen. Journal of Physical Chemistry, 57(98): 385.

Langmuir I. 1918. The adsorption of gases onplane surfaces of glass, mica and platinum.Journal of the American Chemical Society, 40(9): 1361.

McKay G. 1995. Use of adsorbents for theremoval of pollutants from wastewaters. BocaRaton: CRC Press

Ngah W. W., Endud C. S., Mayanar R. 2002.Removal of copper(II) from aqueous solutiononto chitosan and cross-linked chitosan beads.Reactive and Functional Polymers, 9 (50): 181.

Nuhoglu Y., Oguz E. 2003. Removal ofcopper(II) from aqueous solutions bybiosorption on the cone biomass of Thujaorientalis. Process Biochemistry, 5 (38): 1627.

Robbins W. W., Weier T. E., Stocking C. R.1957. Botany – an introduction to plant science.Wiley

Stankoviæ V., Bo�iæ D., Gorgievski M.,Bogdanoviæ G. 2009. Heavy metal ionsadsorption from mine waters by sawdust.Chemical Industry & Chemical EngineeringQuarterly, 15 (4): 237.

Sakagami H., Takeda M., Kawazoe Y., NagataK., Ishihama A., Ueda M., Yamazaki S. 1992.Anti-influenza virus activity of alignin fractionfrom cone of Pinus parviflora Sieb. et Zucc. InVivo, 6 (5): 491.

Milorad Anðelkoviæ

Optimization of Biosorption ofCopper (II) Ions from Wastewaterson the Cone Biomass of Black Pine(Pinus Nigra L.)

Biosorption is a physiochemical process thatoccurs naturally in certain biomass (biosorbent)which allows it to bind contaminants, in this casemetal ions from salt dissolved in water. It is a re-versible chemical process which is the result ofvaried affinity of ions for deprotonated biosor-bent. The advantage of biosorption is that a bio-sorbent can often be regenerated. The subject ofthis experimental study is the optimization of ad-sorption of Cu2+ from aqueous solutions on the

cone biomass of Pinus Nigra L. (black pine) andregeneration of biosorbent. Sieved powder ofground mature scales of cones black pine (parti-cles size � 125 μm) was used as biosorbent. Thebiosorption equilibrium level was determined asa function of contact time, pH, temperature andbiosorbent concentrations. The amount of Cu2+

ions adsorbend by biosorbent was defined as dif-ference in concentration of Cu2+ in solutionbefore and during biosorption. The remaining(nonadsorbed) concentration of Cu2+ was deter-mined by using atomic adsorption spectroscopy.

The entire set of measurements that havebeen performed showed that the adsorption ofCu2+ from aqueous solutions increased as pH andtemperature of the solution were increased. Themaximum copper biosorption of 99.27% oc-curred at 70°C (Figure 7) and pH 7.2 (Figure 5).However, results also indicated that temperaturedoes not significantly affect biosorption effi-ciency, so biosorbent can be used in wide tem-perature range with approximately the sameefficiency. Biosorption equilibrium was reachedin 80 minutes, but nearly 90% of copper was ad-sorbed within 2 minutes (Figure 2). The mini-mum concentration of biosorbent for adsorptionof 10 mg/L Cu2+ from 0.5 L solution was800 ppm (Figure 2). Results showed that com-pared to basic solutions acid conditions proved tobe better for the regeneration of biosorbent. Itturned out that the results best fit with theLangmuir adsorption isotherm model. The re-sults indicated that the cone biomass of blackpine is a suitable biosorbent for the removal ofCu2+ from wastewaters with high adsorption ca-pacity (2.48 mg/g).



Olivera �ivojinoviæ i Dragana Sretenoviæ

Optimizacija sinteze ikarakterizacija polianilinadopiranogpoli(4-stirensulfonskomkiselinom) i njegovaprimena u odreðivanjujona olova

Polianilin dopiran poli(4-stirensulfonskom kise-linom), PANI-PSSA, sintetisan je pri razlièitimuslovima hemijskim i elektrohemijskim putem. Usvrhu dokazivanja prisustva poli(4-stirensulfonskekiseline) (PSSA) u matrici polianilina (PANI) iz-vršena je karakterizacija proizvoda hemijskih ielektrohemijskih polimerizacija. Cikliènom vol-tametrijom, merenjem provodljivosti, Raman-,infracrvenom, ultraljubièastom i vidljivom spe-ktroskopijom, kao i skenirajuæom elektronskommikroskopijom ispitana su elektrohemijska svoj-stva, morfologija i hemijska struktura polimera.Elektrohemijskim putem sintetisan je tanak slojpolimera na elektrodi od staklastog ugljenika.Tako modifikovana elektroda upotrebljena je zadetekciju jona olova pri èemu je izmerena donjagranica detekcije od 5.0�10–6 mol/L Pb2+. Pro-izvod hemijske polimerizacije upotrebljen je zadobijanje više podataka o hemijskim i elektro-hemijskim svojstvima PANI-PSSA. Izvršena jeoptimizacija uslova hemijske sinteze da bi sedobio polimer veæe elektroprovodljivosti. Naj-viša izmerena provodljivost iznosi 0.064 S/cm.

Uvod

Polianilin (PANI) pokazuje osobine pro-vodnika u obliku emeraldin soli koja predstavljapoluoksidovani, protonovani (dopirani) oblikformule (B–NH�+–B–NH–)n(A–)n, gde A–

oznaèava dopant anjon, a B – benzenov prsten.

Prednosti polianilina u odnosu na ostale provo-dne polimere su znatno ni�a cena, jednostavannaèin sinteze, stabilnost u atmosferskim uslovi-ma, visoka elektrièna provodljivost (koja dosti�evrednosti u rangu metala, 103 S/cm), redoks-ak-tivnost i elektrohromizam (Æiriæ-Marjanoviæ2013). Pored toga, moguænost pretvaranja poli-anilina iz jednog oblika u drugi i kombinovanjerazlièitih osobina tih oblika još je jedna od pred-nosti ovog polimera (Rakiæ et al. 2011).

Najèešæe korišæena metoda sinteze PANI jehemijska oksidaciona polimerizacija (slika 1).Anilin se korišæenjem amonijum-peroksidi-sulfata (APS) oksiduje u kiseloj sredini pri èemuse kao talog formira PANI. Plavo obojeni perni-granilinski oblik u krajnjoj fazi reakcije prelazi uzelenu emeraldin so. Reakcija je egzotermna ipored nastalog PANI nastaje i sumporna kiselinakao sporedni proizvod.

U našem istra�ivanju PANI je dopiran poli(4--stirensulfonskom kiselinom), PSSA (slika 2),tako što je polimerizacija anilina vršena u prisu-stvu ove polimerne kiseline. Osobine dopantanjona utièu na stabilnost i elektroprovodljivostPANI (Vivekanandan et al. 2011). U nedavnimistra�ivanjima primeæeno je stvaranje nanoèe-stica polianilina, npr. nanocevi, u prisustvu or-ganskih sulfonskih kiselina (Yang et al. 2007).Disocijacijom PSSA nastaje polistirensulfonatnianjon (PSS–), koji tokom sinteze biva upletenmeðu lance PANI i time imobilisan u njegovojmatrici. Pozitivno naelektrisanje PANI lanca uformi emeraldin soli kompenzovano je ne-gativnim naelektrisanjem PSS-anjona (slika 3).

Olivera �ivojinoviæ (1995), Velika Ivanèa,Majdanska 4, uèenica 3. razreda Gimnazije uMladenovcu

Dragana Sretenoviæ (1995), Luèani, IveAndriæa 5, uèenica 3. razreda Gimnazije „SvetiSava” u Po�egi

MENTOR: dr Gordana Æiriæ-Marjanoviæ,vanredni profesor, Fakultet za fizièku hemiju,Univerzitet u Beogradu

Elektrohemijski sintetisan oksidovani oblikPANI-PSSA tokom procesa redukcije na ele-ktrodi (prelaz PANI u leukoemeraldinski oblik)privlaèiæe pozitivno naelektrisane jone M+ iz ra-stvora da bi se kompenzovalo negativno naelek-trisanje PSS– anjona koji, zbog svojih dimenzija,meðusobne upletenosti sa PANI i meðumo-lekulskih interakcija izmeðu njih, neæe moæi dase udaljavaju od PANI lanaca. U obrnutom pro-cesu oksidacije nastaje PANI emeraldin so, po-likatjonski oblik, odbijaæe katjone M+, usledèega æe oni odlaziti u rastvor. PSS– anjoni ostajuimobilisani i u toku procesa oksidacije iz istihrazloga kao i tokom redukcije.

Princip detekcije jona metala elektrohe-mijskom metodom anodne stripping voltametrije(ASV) pomoæu PANI-PSSA je sledeæi. Tokomredukcije, u PANI-PSSA film mogu ulaziti razli-èiti katjoni iz rastvora u koji je polimer uronjen,

kao npr. Pb2+ katjoni. Paralelno sa redukcijomPANI komponente polimera, mo�e se istovre-meno odvijati i redukcija prisutnog katjona doelementarnog oblika, metala (Pb2+ +2e– Pb),ukoliko se primeni odgovarajuæi, dovoljno ne-gativni potencijal. Kada se potom elektrodapostepeno dovodi na pozitivniji napon, dolazi dooksidacije PANI i njegovog prelaska u formuemeraldin soli, pri èemu se dešava oksidacijametala do katjona koji napušta elektrodu. Otpu-


Slika 1. Jednaèina hemijskepolimerizacijeanilinijum-sulfata sa APSkao oksidacionim sredstvomi dobijanje PANI u oblikuemeraldin soli

Figure 1. Equation ofchemical polymerization ofanilinium sulfate with APSas an oxidant and PANIemeraldine salt formation

Slika 2. Struktura poli(4-stirensulfonske kiseline),PSSA

Figure 2. Structure of poly(4-styrenesulfonic acid),PSSA

Slika 3. Jednaèina reakcije redukcije/oksidacijePANI u PANI-PSSA praæena ulaskom/izlaskomkatjona (M+) u/iz polimera. Anjoni PSS– ostajuimobilisani u matrici PANI

I

Figure 3. Equation of reduction/oxidation of PANI inPANI-PSSA followed by entrance/release of cations(M+) into/from the polymer. PSS– anions remainimmobilized in PANI matrix


šteni Pb2+ katjoni mogu se detektovati anodnomstriping voltametrijom.

Cilj ovog rada je: potvrda ugradnje PSSA upolianilin, ispitivanje elektrohemijskih svojstavai detekcija jona olova elektrohemijski sinteti-sanim PANI-PSSA, i sinteza PANI-PSSA sa štoveæom elektroprovodljivošæu.

Eksperiment

Skica eksperimenta

PANI-PSSA je sintetisan dvema metodama:hemijskom i elektrohemijskom. Elektrohe-mijskim putem sintetisan je tanak sloj polimerana elektrodi. Tako modifikovana elektroda jeupotrebljena za detekciju jona olova. Pored toga,izvršena je karakterizacija tankih filmova raman-skom spektroskopijom, cikliènom voltametrijomi elektronskom mikroskopijom s ciljem odre-ðivanja njihovih elektrohemijskih svojstava.Proizvod hemijske polimerizacije upotrebljen jeza dobijanje više podataka o hemijskim i ele-ktrohemijskim svojstvima PANI-PSSA, presvega o elektroprovodljivosti. Karakterizacionemetode kojima je ovaj proizvod podvrgnut su:FTIR i UV-Vis spektroskopije, skenirajuæa ele-ktronska mikroskopija, kao i ispitivanje elek-triène provodljivosti.

Elektrohemijska sintezaPANI-PSSA

Za elektrohemijsku sintezu 25.0 mL reak-cione smeše pripremljeno je tako da je molskiodnos anilina i monomernih jedinica PSSA iz-nosio 1:1. Koncentracije sastojaka smeše suiznosile: 0.08 mol/L anilina, 0.08 mol/L PSSAmonomernih jedinica i 0.1 mol/L HCl.

U elektrohemijsku æeliju ureðaja za cikliènuvoltametriju Princeton Applied Research Poten-tiostat/Galvanostat Model 273 preneto je 10 mLreakcionog rastvora. Kao radne elektrode zasintezu PANI-PSSA filma korišæene su platinskaploèica i elektroda od staklastog ugljenika (GC).Elektroda od platine (15×9 mm2) pre upotrebe�arena je do crvenog usijanja i ohlaðena na sobnutemperaturu. Elektrode od staklastog ugljenika(15×3 mm2) pre upotrebe su polirane šmirglpapirom finoæe P1000A. Ostatak površine ele-ktrode koja nije potrebna za sintezu prekriven jeslojem bezbojnog laka za nokte, da bi bilo spre-èeno ne�eljeno stvaranje filma PANI na strani-cama koje nisu okrenute direktno ka pomoænoj ireferentnoj elektrodi. Pomoæna elektroda bila jeplatinska ploèica, a kao referentna korišæena jezasiæena kalomelska elektroda (SCE).

Elektrohemijska sinteza izvedena je pri-menom cikliène voltametrije, sa promenom po-tencijala u opsegu od 0 do 1 volta. Nakon sinteze,PANI-PSSA filmovi su èuvani u rastvoru HClkoncentracije 0.1 mol/L. Sintetisano je pet tankihfilmova, jedan na platinskoj i èetiri na GC ele-ktrodi, prema uslovima datim u tabeli 1.

Karakterizacija elektrohemijskisintetisanog PANI-PSSA

Tabela 1. Uslovi elektrohemijske sinteze PANI-PSSA filmova na GC i Pt elektrodama

Naziv elektrodemodifikovanePANI-PSSAfilmom:

Dimenzije (mm2) broj ciklusa brzina promenepotencijala (mV/s)

priprema elektrode

Pt1 15×9 15 50 �arena

GC2 15×3 30 50 Polirana

GC3 15×3 15 50 Polirana

GC4 15×3 15 50 Nova, nepoliranaGC5 15×3 15 100 Polirana

Cikliènom voltametrijom ispitana su redokssvojstva sintetisanog filma PANI-PSSA u ras-tvoru HCl 0.1 mol/L, u opsegu potencijala 0-1 V,pri brzini promene potencijala 50 mV/s.

DXR Raman spektrometrom (Thermo Scien-tific, USA) snimljeni su ramanski spektri osu-šenih elektroda Pt1, GC2 i GC3 u opsegu talasnihbrojeva 1800 do 400 cm–1, na po tri razlièitetaèke površine. Korišæen je monohromatski laser( = 780 nm, snage 0.3 mW).

Površina elektrode sa slojem PANI-PSSAsnimljena je skenirajuæim elektronskim mikro-skopom (JEOL JSM-6610LV) pri uveæanju do50 hiljada puta i naponu 30 kV.

Detekcija jona olova elektrodamamodifikovanim PANI-PSSA slojem

Film PANI-PSSA deponovan na elektrodi odstaklastog ugljenika (GC) korišæen je kao radnaelektroda troelektrodnog voltametrijskog sis-tema (Metrohm 797 VA Computrace) za od-reðivanje Pb2+ jona u rastvoru. Korišæena jetehnika anodne striping voltametrije, sa kon-stantnim vremenom depozicije od 300 s, depo-zicionim potencijalom od –0.95 V i merenjemjaèine struje u elektrolitu pri vrednostima naponau opsegu od –0.7 do –0.2 V. Kao elektrolitkorišæen je acetatni pufer, pH 4.5. Koncentracijeolovo-acetata u probama iznosile su: 1�10–7,5�10–7, 1�10–6, 3�10–6, 5�10–6, 9�10–6 i1�10–5 mol/L. Merenja su za svaku od sedamproba vršena po tri puta.

Hemijska sinteza PANI-PSSA

Kod hemijske oksidativne polimerizacije ani-lina potreban je inicijator reakcije, koji omogu-æava stvaranje elektrofilnog nitrenijum-katjona uinicijalnoj fazi reakcije (Æiriæ-Marjanoviæ et al.2008). Kao inicijator reakcije korišæen je amo-nijum-peroksidisulfat, APS. Optimalan molskiodnos APS i monomera (anilina) za dobijanjeemeraldin soli iznosi 1.25:1 (Rakiæ et al. 2011).Molski odnos anilina i monomernih jedinicaPSSA iznosio je 1:1. Na osnovu toga, u prviodmerni sud od 25.0 mL odmereno je 5.56 g 18%rastvora PSSA i 0.49 mL anilina. Sud je dopu-njen do odgovarajuæe oznake rastvorom HClkoncentracije 0.1 mol/L. U drugom odmernomsudu (25.0 mL) rastvoreno je 1.54 g APS u 0.1

mol/L HCl. U èaši od 100 mL pomešani susadr�aji iz prvog i drugog normalnog suda.Rastvor je mešan na 1000 obrtaja po minutu.Nakon isticanja potrebnog vremenskog intervalaodvijanja reakcije smeša je proceðena, kako bi sereakcija zaustavila stvaranjem taloga. Talog jeispiran vodom i 96% etanolom. Uzorci su sušenina vazduhu, a zatim u sušnici 3 h na 40°C. Sinte-tisani polimeri sprašeni su u avanu i èuvani ueksikatoru. Pre merenja elektriène provodljivostii pripreme kalijum-bromidnih tableta za sni-manje IR spektara, uzorci su sušeni 3 h na 60°C usušnici pod sni�enim pritiskom.

Uslovi odvijanja hemijske reakcije su va-rirani. Menjani su trajanje polimerizacije, tempe-ratura i pH vrednost reakcione smeše. U tabeli 2navedeni su podaci o eksperimentalnim uslo-vima sinteza.

Tabela 2. Eksperimentalni uslovi hemijskesinteze uzoraka PANI-PSSA

Sinteza Trajanje(min)

Temperatura(°C)

Koncen-tracija dodateHCl (mol/L)

1 30 25 0.1

2 30 25 0.1

3 30 4 0.1

4 30 4 0.1

5 30 4 0.1

6 120 3 0.0

7 180 5 1.0

8 180 26 1.0

10 180 -10 1.0

11 180 -10 0.112 180 25 1.0

Karakterizacija PANI-PSSAdobijenog hemijskompolimerizacijom

Na spektrofotometru Thermo Scientific Evo-lution 60 S UV-Vis snimljeni su spektri PANI--PSSA u razlièitim rastvaraèima. Spektarprotonovane forme polianilina snimljen je udisperziji PANI-PSSA u destilovanoj vodi.Deprotonovana forma polianilina, emeraldin



baza, dobijena je rastvaranjem sprašenog uzorkau zasiæenom vodenom rastvoru natrijum-hi-droksida, pri èemu je koncentracija podešenatako da se apsorbancija rastvora na talasnoj du-�ini 530 nm kretala izmeðu 0.5 i 1. Bazni rastvorPANI-PSSA pripremljen je 24 h pre snimanjaUV-Vis spektara. Zbog male rastvorljivosti uvodi, kao rastvaraè upotrebljen je i N-metil--2-pirolidon, u kome se rastvara deprotonovanaforma PANI, pri èemu se provodna, emeraldinso, samo delimièno rastvara. S obzirom dapolianilin u PANI-PSSA ima dopant-surfaktantsa –SO3H grupama, rastvorljivost polimera uN-metil-2-pirolidonu biva poboljšana.

Elektrièna provodljivost PANI-PSSA uzo-raka merena je mostom naizmeniène struje(Wayne Kerr B224), pri konstantnoj frekvencijistruje 1 kHz, na sobnoj temperaturi. Uzorci supripremani u vidu tablete, koja se koristi kaograna mosta nepoznate otpornosti. Za sve vrememerenja elektroprovodljivosti odr�avan je pri-tisak na tabletu uzorka od ~125 MPa, postignutkorišæenjem hidrauliène prese. Uzorci (svakimase 120 mg) presovani izmeðu klipova od ne-rðajuæeg èelika, u cilindriènom kalupu izolo-vanom sa unutrašnje strane tvrdom plastikom.Specifièna provodljivost k izraèunata je pomoæuizraza:

kl

RS� [S/cm]

gde je l – debljina tablete, S – površina popreè-nog preseka tablete, a R – otpor koji je izmeren.

Površina uzoraka snimljena je skenirajuæimelektronskim mikroskopom (JEOL JSM--6610LV) pri uveæanju do 50 000 puta i naponu30 kV. Praškasti uzorci naneseni su na alumini-jumski nosaè preènika 1 cm preko koga je zalep-ljena dvostruko lepljiva traka od ugljenika kaoprovodni materijal. Uzorcima je pre snimanjaprekrivena površina tankim slojem zlata debljine15 do 25 nm.

IR spektri polimernih uzoraka PANI-PSSAsnimani su pomoæu FTIR spektrometra Nicolet6700 (Termo Scientific, USA), sa 64 skeniranjapo spektru i rezolucijom 2 cm–1. Svi spektri susnimljeni tehnikom kalijum-bromidne tablete uoblasti 4000–400 cm–1. Tableta je pripremljenamešanjem 149.8 mg KBr i 0.2 mg uzorka u ava-nu. Dobijena smeša je stavljena u poseban kalup

od nerðajuæeg èelika, izmeðu optièki poliranihpovršina i presovana pomoæu hidrauliène presepod pritiskom od nekoliko tona po cm2. Da bi seizbegla inkluzija vazduha, tableta je presovana uvakuumu. KBr se pod ovim uslovima sinteruje, auzorak ostaje fino dispergovan u pastili.


Tok elektrohemijske sinteze

Ciklovoltamogram radne GC elektrode uro-njene u rastvor anilina i PSSA menja se svakimnarednim ciklusom sinteze (slika 4). Najveæa jerazlika izmeðu prvog i drugog, kao i drugog itreæeg potenciodinamièkog odgovora, što je po-sledica brzog nastanka dimera, trimera i oligo-mera anilina. Sa poveæanjem broja ciklusa,razlika izmeðu susednih ciklusa postaje svemanja, što govori o praktiènom zaustavljanjusinteze filma PANI-PSSA. U toku prvog ciklusazapa�a se oksidacioni pik velikog intenziteta napotencijalu ~0.85 V koji odgovara oksidacijimonomera anilina (slika 4a). Ovaj pik je znatnoslabiji u drugom ciklusu i postepeno se smanjujeu svakom sledeæem usled potrošnje monomera inastanka produkata (oligomera i kasnije PANI) uvidu filma na elektrodi. Nastanak redoks-ak-tivnih oligomera/polimera na elektrodi trebalo bida bude propraæen pojavom dva nova redokspara: prvi par (0.35 V/0.45 V) odgovara transfor-maciji leukoemeraldina u emeraldin so, a drugi(0.50 V/ 0.60V) transformaciji emeraldin soli upotpuno oksidovanu pernigranilin formu (da Si-lva et al. 2000). Ova dva redoks para u našemeksperimentu slabo su uoèljiva, a kod kasnijihciklusa postepeno se spajaju u jedan sa oksidaci-onim pikom na potencijalu 0.44 V i redukcionimpikom na 0.32 V u 15. ciklusu (isprekidana kriva,slika 4). Spajanje dva redoks para u jedan po-sledica je inkorporiranja PSSA lanaca u PANIfilm koji nastaje na elektrodi.

Ciklièna voltametrija –GC/PANI-PSSA

Na slici 5 prikazan je potenciodinamièkiodgovor PANI-PSSA filma u 0.1 M HClelektrolitu, bez anilina i PSSA u rastvoru. Naispitanom intervalu potencijala primeæena jepromena boje filma na elektrodi od svetlo zelene


0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

-4x10-4

-3x10-4

-2x10-4

-1x10-4

0

1x10-4

2x10-4

3x10-4

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0.0

4.0x10-4

8.0x10-4

1.2x10-3

1.6x10-3

1. ciklus

2. ciklus

E vs. SCE [V]

I[A

]

2. ciklus

15. ciklus

E vs. SCE [V]

I[A

]

Slika 4. Tok elektrohemijskesinteze PANI-PSSA na GCelektrodi, I-E krive: GC3

Figure 4. Course ofelectrochemical synthesis ofPANI-PSSA on GC electrodes,I-E curves: GC3

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-6x10-4

-5x10-4

-4x10-4

-3x10-4

-2x10-4

-1x10-4

0

1x10-4

2x10-4

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

E vs. SCE [V]

I[A

]

E vs. SCE [V] E vs. SCE [V]

glatka GC elektrodapolirani GC

15 ciklusa (50 mV s15 ciklusa (100 mV s-1-1))

snimak sa 50 mV ssnimak sa 50 mV s-1-1

polirani GC

15 ciklusa (50 mV s-1)

snimak sa 50 mV s-1

Slika 5. Potenciodinamièki odgovor PANI-PSSA filma u 0.1 mol/L HCl: a) GC3, b) GC4, c) GC5

Figure 5. Potentiodynamic response of PANI-PSSA film in 0.1 mol/L HCl, a) GC3, b) GC4, c) GC5


na oko 0 V do tamno plave na oko 1 V. Procesoksidacije i redukcije filma je reverzibilan, sarelativno brzom promenom boje. Mogu se uoèititri oksidaciona strujna maksimuma na 0.19, 0.57i 0.90 V. Jedan jasno izra�en redukcioni pik na0.46 V, koji nije karakteristièan za ciklovolta-mogram polianilina, pokazuje meðudejstvo la-naca dvaju razlièitih polimera, PANI i PSSA.

Detekcija olova pomoæu elektrodamodifikovanih sa PANI-PSSA

Najni�a koncentracija olova detektovanaGC3 elektrodom metodom anodne striping vo-ltametrije iznosi 5.0�10–6 mol/L. Oksidacijaolova dešava se na –0.54 V pri skeniranju odnegativnijeg ka pozitivnijem potencijalu (slika6). Kriva bazne linije ima na èitavom intervalupotencijala veæe vrednosti struje, što, pod pretpo-

-0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2

0.00008

0.00010

0.00012

0.00014

0.00016

0.00018

0.00020

E [V]

I[A

]

bazna

5 10

9 10

1 10

-6

-6

-5

×××

Slika 6. Detekcija olovapomoæu GC3 elektrode:voltamogrami zadetekciju olovakoncentracije: 5�10–6

mol/L, 9�10–6 mol/L,1�10–5 mol/L

Figure 6. Detection oflead ions via GC3electrode:voltammograms fordetection of lead ions inconcentrations: 5�10–6

mol/L, 9�10–6 mol/L,1�10–5 mol/L

2000 1500 1000 500

29

7

41

6

51

6

59

06

36

71

781

4

88

0

1034

998

979

1172

1227

1267

13

35

14

09

1451

15

051

58

8

16

21

Talasni broj [cm ]-1

Pt1

GC3

12

27

10

22

51

5

55

6

63

0 59

0

70

6

81

3

84

78

80

91

6

97

1

11

72

1266

13

34

13

57

14

09

14

47

15

02

15

53

15

93

16

18

,sh

ou

lde

r

GC2

53

0

1533

51

5

554

60

3

63

5

71

7

843

81

3

88

6919

98

0

99

610211

07

0

11

71

1226

1270

13

39

14

08

1445

15

10

1557

16

20

15

93

Slika 7. Raman spektriPANI-PSSA filmova(modifikovane elektrodePt1, GC2 i GC3)

Figure 7. Raman spectraof PANI-PSSA films(modified electrodes Pt1,GC2 and GC3)

stavkom da nije u pitanju greška prilikom me-renja, mo�e da bude posledica jednog od sledeæadva procesa: ili prisustvo jona olova ima zna-èajan uticaj na promenu elektrohemijskih svoj-stava polimera, ili je kvalitet filma opao poduticajem elektriène struje nakon prvog snimanja(snimanja bazne linije), pa se ne mo�e višekratnoupotrebljavati. Zavisnost jaèine struje od kon-centracije olova nije linearna, ali ostaje moguæ-nost za poboljšanje kvaliteta elektrode u svrhupreciznijeg merenja.

Raman spektroskopija

Ramanski spektri elektrohemijski sintetisa-nih PANI-PSSA filmova na GC elektrodi sadr�ekarakteristiène jake trake polianilina u oblasti1600-1100 cm–1 koje prekrivaju trake PSSA(slika 7). Meðutim, neke trake karakteristiène zaPSSA mogu se uoèiti na talasnim brojevima~635 cm–1, kao i 1070, 1034 i ~1020 cm–1 i ug-lavnom predstavljaju istezanje –SO3

– i –SO3Hsulfonatnih grupa PSSA (Edwards et al. 2001).Jaka traka na 1172 cm–1, koja potièe od C–Hdeformacije semihinoidnog prstena PANI, tj.polaronske strukturne jedinice, ukazuje na vi-soku elektriènu provodljivost filmova.

Skenirajuæa elektronskamikroskopija GC/PANI-PSSA

PANI-PSSA film sintetisan elektrohemijskina GC elektrodi je kompaktan i granularne mo-rfologije (slika 8). Ova èinjenica se mo�e sma-trati indirektnim dokazom inkorporiranja PSSA,s obzirom da PSSA izaziva stvaranje nanostruk-tura polianilina (Yang et al. 2007).

Tok hemijske sinteze PANI-PSSA

Vremenski intervali od poèetka reakcije donaglog temperaturnog skoka (indukcioni pe-riodi) su razlièitog trajanja, èak i kod sintezaizvedenih pri jednakim uslovima, pa tako za sin-teze 3, 4 i 5 oni redom iznose 3, 22 i 15 minuta(slika 9). Energije aktivacije ove tri reakcije seprema tome oèigledno razlikuju. Pretpostavlja seda je zbog razlièite brzine dodavanja iste kolièineinicijatora reakcije svaka rekacija pokretana nadrugaèiji naèin, stvaranjem razlièite kolièinenitrenijum katjona anilina.

Proizvodi sinteze nakon sušenja su u oblikuljuspi velièine oko 1 cm, glatke i sjajne površine,intenzivne tamnozelene boje. Teško se sprašujujer su izuzetno tvrdi, što bi bilo povoljno za nekeod primena provodnih polimera za koje su bitnamehanièka svojstva.


Slika 8. SEM fotografija: GC3 elektroda(uveæanje: 50 000)

Figure 8. SEM micrograph of GC3 electrode(magnification: 50 000)

5 10 15 20 25 300

20

40

Vreme [min]

Te

mpera

tura

[°C

]

DO1

DO2

DO3

DO4

DO5

Slika 9. Temperature reakcionih smeša tokomsinteze uzoraka 3, 4 i 5

Figure 9. Temperatures of reaction mixture ofsamples 3, 4 i 5


Elektrièna provodljivost

Prema podacima datim u tabeli 3, provod-ljivost svih ispitivanih uzoraka je istog reda veli-èine, ali je maksimalna vrednost provodljivosti,uzorka 12 preko 2 puta veæa od provodljivostiuzorka 5, i iznosi 0.064 S/cm. S obzirom nauslove sinteze svakog uzorka, mo�e se zakljuèitida znaèajan uticaj na provodljivost imaju trajanjesinteze i pH vrednost reakcione smeše.

Uticaj pH vrednosti reakcione smeše je bitan,s obzirom da su tri uzorka najveæe provodljivostisintetisana u 1 mol/L rastvoru HCl. Ni�a pHvrednost tokom polimerizacije uslovljava veæi

stepen protonovanja polianilina, što je preduslovza visoku elektroprovodljivost.

Uzorci 2 i 5, sintetisani tokom 30 min, imajunajmanju provodljivost. Pretpostavlja se da su,zbog kraæeg vremena sinteze PANI lanci kraæi,usled èega je i njihova elektrièna provodljivostmanja. U toku sinteze uzorka 5 nije uoèen veæitemperaturni skok, pa je moguæe da je reakcijazaustavljena pre nego što su formirani du�i lanciPANI. Upravo je provodljivost ovog uzorka naj-manja meðu ispitanima.

Pored toga, razlika u provodljivosti polimerasintetisanih na razlièitim temperaturama je mala.Na primer, temperaturna razlika izmeðu sinteza

Tabela 3. Provodljivosti uzoraka sintetisanih hemijskom oksidativnom polimerizacijom prirazlièitim uslovima

Uzorak Trajanje sinteze(min)

Temperatura (°C) Koncentacija dodateHCl (mol/L)

Provodljivost(S/cm)

2 30 25 0.1 0.045

5 30 4 0.1 0.028

7 180 5 1.0 0.056

10 180 -10 1.0 0.058

11 180 -10 0.1 0.04912 180 25 1.0 0.064

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

-1Talasni broj [cm ]

Tra

nsp

are

ncija

PANI-PSSA-2

PANI-PSSA-5

PANI-PSSA-11

PANI-PSSA-12

PANI-PSSA-7

PANI-PSSA-10

Slika 10. IR spektrinavedenih uzorakasintetisanih hemijskomoksidacionompolimerizacijom.

Figure 10. IR spectra ofsamples synthesized bychemical oxidativepolymerization

broj 2 i 11 je 35°C, a razlika u provodljivosti jeminimalna, iako je sinteza 11 trajala šest putadu�e. Sinteza polianilina na ni�oj temperaturidovodi do poveæane stope linearnosti molekulapolimera i geometrijske ureðenosti kristalapolianilina, dok viša temperatura najverovatnijedovodi do višeg stepena dopovanja, bilo da je upitanju bolje „usaðivanje” PSSA lanaca u PANImatricu ili dopovanje malim, pokretnim jonimapoput Cl– i SO4

2–.

Infracrvena spektroskopija

U opsegu talasnih brojeva 3400-3300 cm–1

pojavljuje se apsorpciona traka koja je posledicaistezanja N-H veza. Trake na 1580 i 1480 cm–1

su karakteristiène trake PANI koje redom potièuod C–C iste�uæih vibracija hinonoidnih i benze-novih prstenova. Isto tako, izra�ena oštra trakana 1402 cm–1 koja se pripisuje fenazinskim stru-kturama, uoèena je kod manje provodljivih uzo-raka 2, 5 i 11 (slika 10).

Trake na 2920 cm–1 i 2830 cm–1 potièu re-dom od asimetriène i simetriène C–H vibracijeCH2 grupe iz PSS– anjona. Traka na oko 1640--1630 cm–1 najverovatnije predstavlja C=C iste-zanje prstena fenazinskog tipa. Traka na1130-1140 cm–1 pokazuje prisustvo sulfonskegrupe iz PSS– anjona (asimetrièno istezanje S=Oveze u SO3

– grupi) (Socrates 2001). Apsorbancana tom talasnom broju direktno je proporcio-

nalna koncentraciji PSSA dopanta u polianilinu(Neetika et al 2012). Traka na oko 1300 cm–1

potièe od C–N+� istezanja u polaronskim seg-mentima i C–N istezanja sekundarnog aroma-tiènog amina u PANI lancima.

UV-Vis spektroskopija

Spektri protonovanog oblika uzoraka PANI--PSSA (emeraldin soli) na slici 11 pokazuju ap-sorpcioni pik na 780 nm, isto kao i spektar poli-anilina koji nije dopiran PSSA (Pruneanu et al.1999). To ukazuje da dopant-jon ovog komple-ksa ne utièe na elektronsku strukturu emeraldinsoli.

Kod vodenih rastvora veæine PANI-PSSAuzoraka apsorpcioni maksimumi su u istom deluspektra, 750-800 nm (slika 11), dok kod de-protovanih formi (slika 12) to nije uvek sluèaj.Kod veæina deprotonovanih uzoraka maksimumapsorpcije nalazi se na ~530 nm, što ukazuje nanjihovu deprotonaciju i kraæu du�inu i/ili konju-gaciju PANI lanaca. Meðutim, kod uzoraka 1, 2 i4 maksimum se nalazi na 660 nm, najverovatnijezbog preklapanja polianilinskog pika provod-ljive (standardna emeraldin so ima apsorpcionimaksimum na oko 750 nm) i neprovodljive(bazne) forme (standardna emeraldin baza imatraku na oko 630 nm), odnosno zbog delimiènedeprotonacije/otpora prema deprotonaciji PANIu ovim uzorcima usled prisustva lanaca PSSA.


400 500 600 700 800 900

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

400 500 600 700 800 900

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Talasna du�ina [nm]

Ap

so

rba

nca

5

3

27 4

1

8

10

11

12

6

7

8

Slika 11. Vis SpektriPANI-PSSA uzoraka-vodena disperzija

Figure 11. Vis spectra ofPANI-PSSA samples –aqueous dispersion


Deprotonacija PANI podrazumeva i istovremeniodlazak anjona (kontra-jona), ali pošto su poli-anjoni PSS– upleteni u matriks PANI, depro-tonacija PANI mo�e biti ote�ana.

U N-metil-2-pirolidonu, apsorpcioni ma-ksimumi PANI-PSSA nalaze se na 340 i 630 nm(slika 13). Maksimumi se nalaze na manjimtalasnim du�inama nego u spektru vodene dis-perzije PANI-PSSA i na sliènim su pozicijamakao maksimumi deprotonovanih proizvoda 1, 2 i4 u zasiæenom vodenom rastvoru NaOH. Pret-postavlja se da je u N-metil-2-pirolidonu došlodo deprotonovanja PANI-PSSA, na šta je ukazi-vala i plava boja rastvora PANI-PSSA. Traka na~340 nm nastaje usled � �* elektronskog pre-

laza u okviru benzenovog prstena. Traka na ~630nm se pripisuje intramolekulskom transferunaelektrisanja sa najviše popunjene orbitale(HOMO) na benzenovom prstenu na najni�unepopunjenu orbitalu (LUMO) na hinonoidnomprstenu (BQ exciton traka) i karakteristièna jeza emeraldin bazu PANI.

Morfologija PANI-PSSA uzoraka

SEM fotografije uzoraka pokazuju njihovuiregularnu i globularnu površinsku strukturu(slika 14), što se takoðe mo�e smatrati indi-rektnim dokazom inkorporiranja PSSA, poštoPSSA izaziva stvaranje nanostruktura polianilina(Yang et al. 2007).


Ap

so

rba

nca

400 500 600 700 800 900

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

400 500 600 700 800 900

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

10

11

12

8

7

6 54

3

2

1

Slika 12. Vis spektrideprotonovanih formiPANI-PSSA u zasiæenomvodenom rastvoru NaOH

Figure 12. Vis spectra ofPANI-PSSA deprotonatedforms in aqueous saturatedsolution of NaOH


Ap

so

rba

nca

200 300 400 500 600 700 800 900

0.0

0.5

1.0

200 300 400 500 600 700 800 900

0.0

0.5

1.0

10

11

12

8

76

54

3

2

1

Slika 13. UV-Vis spektriPANI-PSSA uN-metil-2-pirolidonu

Figure 13. UV-Vis spectraof PANI-PSSA inN-methyl-2-pyrolidone

Zakljuèak

Sintetisan je i okarakterisan proizvod oksi-dativne elektrohemijske i hemijske polimeri-zacije anilina u prisustvu poli(4-stirensulfonskekiseline), PSSA. Rezultati karakterizacije uka-zuju na postojanje PSSA lanaca ugraðenih umatricu polianilina. IR, Raman i UV/Vis spektripotvrðuju visoku elektroprovodljivost, koja iz-nosi 0.028 do 0.064 S/cm. Pored provodljivosti,ovi spektri, kao i ciklovoltamogrami, potvrðujuprisustvo PSSA u matrici PANI, sa primetnim

uticajem na elektrohemijska svojstva polianilina.SEM fotografije PANI-PSSA u obliku praha ifilma na elektrodi pokazuju iregularno-globula-rnu strukturu. PANI-PSSA kompleks sintetisanelektrohemijskim putem, deponovan na GCelektrodi, upotrebljen je za detekciju jona olova uvodenom rastvoru, pri èemu je izmerena donjagranica detekcije od 5.0�10–6 mol/L.

Zahvalnost

Ovo istra�ivanje delom je realizovano zah-valjujuæi pomoæi Fakulteta za fizièku hemijuUniverziteta u Beogradu, kao i katedre za analiti-èku hemiju Hemijskog fakulteta Univerziteta uBeogradu. Zahvaljujemo dr Gordani Æiriæ-Ma-rjanoviæ, vanrednom profesoru Fakulteta zafizièku hemiju Univerziteta u Beogradu, na po-moæi u teorijskom delu rada i na laboratorijskimuslovima koje nam je obezbedila za ovo istra�i-vanje.

Zahvaljujemo se i:dr Daliboru Stankoviæu, asistentu Hemijskog

fakulteta Univerziteta u Beogradu, na pomoæi pridetekciji jona olova elektrodama modifikovanimPANI-PSSA slojem i obezbeðenim laborato-rijskim uslovima;

dr Aleksandri Janoševiæ, asistentu Farma-ceutskog fakulteta Univerziteta u Beogradu, naizmerenoj elektriènoj provodljivosti i FTIR spe-ktrima uzoraka PANI-PSSA;

dr Danici Bajuk-Bogdanoviæ, istra�ivaèu-sa-radniku Fakulteta za fizièku hemiju Univerzitetau Beogradu, na snimanju FTIR spektara uzoraka;

dr Igoru Paštiju, docentu Fakulteta za fizièkuhemiju Univerziteta u Beogradu, na snimanjuciklovoltamograma elektroda modifikovanihPANI-PSSA slojem;

Nikoli Vukoviæu, istra�ivaèu-pripravnikuHemijskog fakulteta Univerziteta u Beogradu, nasnimanju uzoraka skenirajuæim elektronskim mi-kroskopom;

dr Draganu Manojloviæu, vanrednom profe-soru Hemijskog fakulteta Univerziteta u Beo-gradu, na korisnim savetima.

Takoðe, zahvalnost dugujemo firmi Centro-hem, Stara Pazova, na doniranim hemikalijamapotrebnim za ovo istra�ivanje.


Slika 14. SEM fotografije PANI-PSSA uzorka br. 12sa odgovarajuæim uvelièanjem: gore 10 000,dole 50 000

Figure 14. SEM micrograpfhs of the PANI-PSSA-12(with appropriate magnification): above 10 000,below 50 000


Literatura

Æiriæ-Marjanoviæ G., Konyushenko E. N.,Trchová M., and Stejskal J. 2008. ChemicalOxidative Polymerization of Anilinium Sulfateversus Aniline: Theory and Experiment.Synthetic Metals, 158: 200.

Æiriæ-Marjanoviæ G., Trchová M., Stejskal J.2008. The chemical oxidative polymerization ofaniline in water: Raman Spectroscopy. Journalof Raman Spectroscopy, 39: 1375.

Æiriæ-Marjanoviæ G. 2013. Recent advances inpolyaniline research: Polymerisationmechanisms, structural aspects, properties andapplications. Synthetic Metals, 177: 1.

Da Silva J. E. P., de Torresi S. I. C., TemperiniM. L. A. 2000. Redox behaviour of crosslinkedpolyaniline films. Journal of the BrazilianChemical Society, 11: 91.

Edwards H. G. M., Brown D. R., Dale J. R.2001. Raman spectroscopic studies of aciddissociation in sulfonated polystyrene resins.Journal of molecular structure, 595: 111.

Pruneanu S., Veress E., Marian I., Oniciu L.1999. Characterization of polyaniline by cyclicvoltammetry and UV-Vis spectroscopy. Journalof materials science, 34: 2733.

Rakiæ A., Bajuk-Bogdanoviæ D., Mojoviæ M.,Æiriæ-Marjanoviæ G., Milojeviæ M., Mentus S.,Marjanoviæ B., Trchová M., Stejskal J. 2011.Oxidation of aniline in dopant-freetemplate-free dilute reaction media. MaterialsChemistry and Physics, 127: 501.

Socrates G. 2001. Infrared and RamanCharacteristic Group Frequencies. Wiley

Trchová M., Šedenekova I., Konyushenko E.N., Stejskal J., Holler P., Æiriæ-Marjanoviæ G.2006. Evolution of Polyaniline Nanotubes: TheOxidation of Aniline in Water. Journal ofPhysical Chemistry B, 110: 9461.

Vivekanandan J., V., Mahudeswaran A.,Vijayanand P. S. 2011. Synthesis,

characterization and conductivity study ofpolyaniline prepared by chemical oxidative andelectrochemical methods. Archives of AppliedScience Research, 3 (6): 147.

Yang J., Ding Y., Chen G., Li C. 2007.Synthesis of conducting polyaniline using novelanionic Gemini surfactant as micellar stabilizer.European polymer journal, 43 (8): 3337.

Olivera �ivojinoviæ and DraganaSretenoviæ

Optimization of Synthesis ofPoly(4-styrenesulfonic acid) DopedPolyaniline and its use for Lead IonsDetermination

In order to synthesize polymers with variousproperties, PANI-PSSA was synthesized in dif-ferent conditions. The two main synthetic direc-tions were electrochemical polymerization andchemical oxidative polymerization.

The presence of PSSA in synthesized poly-mers was proven by FTIR and Raman spectros-copy. Cyclovoltamograms of GC/PANI-PSSAshow modified redox activity of polyaniline.SEM micrographs of PANI-PSSA powders andfilms on electrodes show their irregularly-globu-lar morphology.

Electrochemically synthesized PANI-PSSAon glassy carbon electrodes was tested for the de-termination of concentration of lead ions, Pb2+,and the lowest concentration detected by anodicstripping voltammetry on GC/PANI-PSSA elec-trode was 5.0�10–6 mol/L.

Different conditions of chemical oxidativeaniline polymerization in the presence of poly(4--styrenesulfonic) acid were examined in order toobtain the product with the maximum electricalconductivity. The highest values of conductivityfor PANI-PSSA amounted to 0.064 S/cm.

Milica Puða

Elektrohemijska ibio-degradacija bojemetilensko plavo

Procesima elektrohemijske i hemijske razgrad-nje moguæe je ukloniti boju metilensko plavo izotpadnih voda iz tekstilne industrije. Ova boja,kada dospe u �ivotnu sredinu, inhibira procesfotosinteze i dovodi do smrti bakterija. U ovomradu ispitivan je tok elektrohemijske i bio-degra-dacije ove boje. Za elektrohemijsku degradacijukao anodni materijal korišæen je Pb/PbO2, a kaokatodni gvozdena ploèica. Poèetna koncentra-cija boje odr�avana je konstantnom i iznosila je100 mg/L. Varirani paramentri bili su gustinaelektriène struje (25 i 35 mA/cm2) i pH vrednostrastvora boje (2.5, 5.0 i 6.9). Za biodegradacijuje korišæen bakterijski soj Pseudomonas sp. C2.Procesi biodegradacije odvijani su u minimal-nom medijumu (medijum bez izvora ugljenika).Varirani su poèetna koncentracija boje (5, 10 i20 mg/L) i pH vrednost rastvora boje (5.0, 7.0 i8.0). Koncentracija boje zaostale nakon de-gradacije odreðivana je spektrofotometrijski.Najviši stepen elektrohemijske degradacije(98.7%) postignut je pri pH vrednosti 5.0 igustini elektriène struje od 35 mA/cm2, dok jenajviši stepen biodegradacije boje postignut pripH vrednosti 7.0 (91.0 %) i poèetnoj koncentra-ciji boje 20 mg/L.

Uvod

Metilensko plavo, tiazinska boja, je hetero-ciklièno aromatièno jedinjenje molekulskeformule C16H18N3SCl (slika 1). Na sobnojtemperaturi se javlja u obliku èvrstog, tamno--zelenog praha bez mirisa, koji se rastvara u vodi.Metilensko plavo se koristi u hemiji kao indika-

tor, za dokazivanje sulfida, u biologiji kao mar-ker za razlièite postupke bojenja tkiva (Steffen etal. 2014), a u medicini se koristi u terapiji kan-cera (Davis et al. 2013), malarije (Meissner et al.2006), methemoglobinemije (Skold et al. 2011),kod trovanja cijanidima i ugljenik(II)–oksidom(Brooks 1933). Toksiènost afektuje inhibicijuprocesa fotosinteze i dovodi do smrti bakterija,jer ima baktericidno dejstvo (Tabbaral i Jamal2012). Procesima elektrohemijske i biodegra-dacije moguæe je ukloniti ovu boju iz otpadnihvoda (Cibuliæ et al. 2013).

Elektroliza je proces razlaganja supstancipod dejstvom jednosmerne struje. Elektrohe-mijska æelija je sistem koji pretvara hemijskuenergiju redoks reakcije u elektriènu energiju.Elektrohemijska æelija ima dve elektrode, anodui katodu koje mogu biti metalne, staklene, gra-fitne ili druge. Elektrodne reakcije su oksido-re-dukcione reakcije na faznim granicama izmeðuelektrodnog materijala i elektrolita. Zbog proti-canja struje kroz elektrolit, anjoni se kreæu kapozitivnoj elektrodi (anodi), a katjoni se kreæu kanegativno naelektrisanoj elektrodi (katodi). Naelektrodama se joni izdvajaju u obliku atoma ilimolekula. Pri tome, anjoni predaju anodi višakelektrona (oksidacija), dok istovremeno na ka-todi katjoni primaju jednaku kolièinu elektrona(redukcija). Na ovaj naèin se kretanjem jona nae-lektrisanje prenosi sa jedne elektrode na drugu,èime se zatvara strujno kolo. Dimenziono sta-bilne anode (DSA) su elektrode kod kojih se


Milica Puða (1996), Beograd,Borisavljeviæeva 1, uèenica 3. razredaFarmaceutsko-fizioterapeutske škole uBeogradu

MENTOR: Miljan Æoroviæ, student I godineHemijskog fakulteta Univerziteta u Beogradu


matriks, koji se najèešæe sastoji od grafita, titana,cirkonijuma ili talijuma, termièki obla�e tankimslojem plemenitog metala, kao što je rutenijum,ili oksidom metala kao što je olovo(IV)-oksid,kalaj(IV)-oksid, titanijum(IV)-oksid ili iridi-jum(IV)-oksid (Sujitha et al. 2009). Korišæenjemovih anoda posti�u se visoki procenti degradacijesupstanci iz otpadnih voda uz manju vrednostgustine elektriène struje (20–40 mA/cm2) (Cheni Huang 2012).

Pseudomonas je rod Gram-negativnih aerob-nih bakterija. Neke bakterije iz roda Pseudomo-nas imaju sposobnost konzumacije aromatiènihjedinjenja kao jedinog izvora ugljenika i ener-gije. One se koriste za biodegradaciju organskihsupstanci rastvorenih u otpadnim vodama, kao iza bioremedijaciju zagaðenog zemljišta (Chen etal. 2007). U ovom radu su korišæene bakterijePseudomonas sp. C2.

Biodegradacija boje predstavlja hemijskurazgradnju supstanci bakterijama ili drugim bio-loškim materijalima. Ovom metodom je moguæeizvršiti razgradnju poèetne komponente do je-dnostavnijih, kao što su CO2, H2O, NH3 ili dru-gih mineralnih supstanci. Bakterije koje moguvršiti biodegradaciju su sposobne da koriste ispi-tivanu boju kao osnovni izvor ugljenika. To subakterije iz rodova Bacillus sp (Zhang et al.2013), Pseudomonas sp, Acinetobacter sp(Wang et al. 2007), Achromobacter sp. Ovi mi-kroorganizmi su osetljivi na povišene koncentra-cije boja, u èijem prisustvu dolazi do inhibicijeporasta mikroorganizama (Chen et al. 2007).Enzim azo-reduktaza, koji sintetišu bakterije, jeodgovoran za bio-degradaciju boja. Ovaj enzimkatalizuje kidanje azo-veze prisutne u struktu-rama mnogih tekstilnih boja. Njegova aktivnostzavisi od pH vrednosti sredine, on je najaktivnijiu slabo baznoj i neutralnjoj sredini (pH 7–8)(Jadhav et al. 2013).

Cilj ovog rada je utvrðivanje efikasnosti imeðusobno poreðenje elektrohemijske i bio--degradacije boje metilensko plavo u razlièitimuslovima sredine i koncentracijama boje ko-rišæenjem elektriène struje razlièite gustine.

Materijal i metode

U radu su za elektrohemisjku degradacijuboje metilensko plavo korišæene, kao anoda DSAPb/PbO2 elektroda, a kao katoda gvozdena plo-èica. Ispitivan je uticaj vrednosti gustine elektri-ène struje (25 i 35 mA/cm2) i pH vrednostisredine (2.5, 5.0 i 6.9). Za bio-degradaciju bojekorišæen je soj bakterija Pseudomonas sp. C2.Biodegradacija je odvijana u minimalnom medi-jumu. Ispitivan je uticaj pH vrednosti sredine(5.0, 7.0 i 8.0) i poèetne koncentracije boje (5, 10i 20 mg/L). Tokovi elektrohemijske i bio-degra-dacije su praæeni spektrofotometrijski, na 662nm (max metilenskog plavog). Svi eksperimentisu ponovljeni tri puta, izraèunati su standardnadevijacija i koeficijenti varijacije.

Priprema Pb/PbO2 elektrode. Elektrode-pozicijom (postupak talo�enja èvrstog materijalana elektrodnu površinu procesom elektrolize) jeizvršeno talo�enje sloja PbO2 na olovnoj ploèici.Ploèica je mehanièki oèišæena abrazivnim papi-rom od sukcesivnih neravnina i onda isprana udva petnaestominutna koraka u ultazvuènom ku-patilu acetonom i destilovanom vodom. Zatim jeisprana rastvorom sumporne kiseline (25%) ucilju otklanjanja površinskih neèistoæa. Elektro-depozicioni eksperimenti su sprovedeni pomoæudve elektrode, gde je Pb ploèica korišæena kaoanoda a gvozdena ploèica kao katoda. Razmakizmeðu katode i anode je podešen na 2 cm. Kaoelektrolit korišæen je rastvor Pb(NO3)2 (16.7 g u1 L rastvora 0.1 mol/L HNO3). Elektrodepozicijasloja PbO2 se odvijala po reakcijama:

A+: Pb2+ + 2H2O – 2e– PbO2 + 4H+

2H2O – 4e– O2 + 4H+

K–: 3Pb2+ + 6e– 3Pb0

Sloj PbO2 je generisan nakon 2 h, pri 20mA/cm2, na 25°C, uz konstantno mešanje mag-netnom mešalicom.

Elektroliza boje metilensko plavo. Elek-troliza boje metilensko plavo, koncentracije

Slika 1. Strukturna formula boje metilensko plavo

Figure 1. Methylene blue structure

100 mg/L, odvijana je u 30 mL rastvora Na2SO4koncentracije 0.1 mg/L. Temperatura i poèetnakoncentracija boje su odr�avane konstantnim i to25°C, odnosno 100 mg/L. Elektrohemijska de-gradacija je trajala 2 sata. Uzimani su alikvotielektrolitièkog rastvora zapremine 100 μL u pr-vih 30 minuta na svakih 5 minuta, a kasnije nasvakih 15 minuta, radi praæenja stepena degra-dacije, odnosno smanjenja koncentracije boje.Promena apsorbance boje je praæena spektro-fotometrijski. Uzorci su pre analize razbla�eni do1 mL rastvorom Na2SO4 koncentracije 0.1 mol/L.Procenat degradacije boje, odnosno efikasnostelektrolize raèunat je po formuli:

Efikasnost obezbojavanja (%) =100 0

0

( )A AA

�.

Spektrofotometrijska analiza. Apsorbanca jemerena na spektrofotometru ISKRA AM 5923,osim snimanja celog spektra koji je snimljen naspektrofotometru Thermo Scientific 60 S UV--Visible. Snimanjem spektra boje metilenskoplavo odreðen je maksimum apsorbcije na ta-lasnoj du�ini 662 nm.

Biodegradacija boje metilensko plavo. Bio-degradacija boje metilensko plavo vršena je takošto je suspenzija bakterija zapremine 1 mL uLysogeny broth (LB) medijumu centrifugirana iresuspendovana u minimalnom medijumu. U mi-nimalnom medijumu, varirana je koncentracijarastvorene boje (5, 10 i 20 mg/L). 1 L minimal-nog medijuma sadr�i 4.36 g K2HPO4, 3.45 gNaH2PO4, 1.00 g NH4Cl, 0.91 g MgSO4×6H2O.pH ovog rastvora je podešen na 7.0 pomoæu ras-tvora NaOH koncentracije 2 mol/L. U litar ovogmedijuma je dodat 1 mL bazalnog rastvora soli.Kolièina od 100 mL bazalnog rastvora soli sa-dr�i: 4.77 g CaCl2×2H2O, 0.37 g FeSO4×�7H2O, 0.37 g CoCl2×6H2O, 0.10g MnCl2×�4H2O, 0.02 g Na2MoO4×2H2O. Biodegradacijaje praæena na pH vrednostima 3.0, 7.0 i 8.0 kojesu podešavane pomoæu rastvora HCl i NaOHkoncentracija 0.1 mol/L. U procesu biodegra-dacije za kultivisanje bakterija korišæen je mini-malni medijum da bi molekuli boje bili jediniizvor ugljenika za bakterijsku æeliju. Biodegra-dacija je praæena 8 èasova, tako što je na svakihsat vremena alikvotirana zapremina od 1 mL.

Rezlutati i diskusijaProcesom elektrodepozicije generisan je sloj

PbO2.Rezultati elektrohemijske degradacije boje

pri gustini struje od 25 mA/cm2 i razlièitim pHvrednostima prikazani su na slici 2, a stepen de-gradacije boje za poslednji alikvot, izra�en u pro-centima, u tabeli 1.

Tabela 1. Stepen elektrohemisjke degradacijeboje pri razlièitim pH vrednostima i gustinistruje od 25 mA/cm2

pH vrednostelektrolitièkograstvora

Stepen degradacijeboje (%)

2.5 97.4

5.0 92.26.9 93.4

Stepen degradacije boje na sve tri pH vred-nosti, pri gustini struje od 25 mA/cm2 je preko90%. Najviši stepen degradacije se javlja pri ele-ktrolizi u veoma kiseloj sredini, pH 2.5 (97.4%),zatim pri elektrlolizi na pH 6.9 (93.4%), dok naj-ni�i stepen degradacije boje se javlja pri elektro-lizi na pH 5.0 (92.2%). Razlika izmeðu procenatadegradacije iz poslednjih alikvota na sve tri pH


0 20 40 60 80 100 120

0

20

40

60

80

100

120

Ko

nc

en

tra

cij

a(m

g/L

)

Vreme (min)

pH 2.5

pH 5.0

pH 6.9

Slika 2. Elektrohemijska degradacija boje pri gustinistruje od 25 mA/cm2

Figure 2. Electrochemical degradation of dye atcurrent intensity of 25 mA/cm2


vrednosti je minimalna, iz èega sledi da variranjepH vrednosti nema veliki uticaj na elektrohe-mijsku degradaciju boje, što nije u skladu sa do-sadašnjim ispitivanjima. Sa slike 2 se mo�eprimetiti da se brzina elektrohemisjke degrada-cije boje menja u zavisnosti od vremena. De-gradacija je najbr�a u prvih 30 minuta, i u tomperiodu se koncentracija boje smanjila sa 100 na40 mg/L što je u skladu sa dosadašnjim istra�i-vanjima iz ove oblasti (Awad i Galwa 2005).

Rezultati elektrohemijske degradacije bojepri razlièitim pH vrednostima i gustini struje od35 mA/cm2 prikazani su na slici 3, a stepen de-gradacije boje za poslednji alikvot u tabeli 2.

Tabela 2. Stepen degradacije boje prirazlièitim pH vrednostima i jaèini struje od 35mA/cm2

pH vrednostelektrolitièkograstvora

Stepen degradacije(%)

2.5 97.2

5.0 98.76.9 96.6

Stepen degradacije boje na sve tri pH vred-nosti, pri jaèini struje od 35 mA/cm2 je, takoðeveoma visok, preko 90%. Najviši stepen degra-dacije se javlja pri elektrolizi u umereno kiseloj

sredini, pH 5.0 (98.7%), zatim pri elektrlolizi napH 2.5 (97.2 %), dok se najni�i stepen degrada-cije boje javlja pri elektrolizi na pH 6.9 (96.9%).Razlika izmeðu procenata degradacije iz posle-dnjih alikvota na sve tri pH vrednosti je mini-malna, iz èega ponovo proizilazi da variranje pHvrednosti nema veliki uticaj na stepen degra-dacije boje. Obezbojavanje rastvora, odnosnodegradcija boje, najbr�a je u prvih 20 minuta odpoèetka elektrolize, kada se koncentracija bojesmanjila sa 100 na 30 mg/L. Stepen degradacijeboje je viši pri višoj gustini elektriène struje, jerse sa poveæanjem gustine struje poveæava i pro-dukcija kiseoniènih radikala. Usled poveæaneprodukcije kiseoniènih radikala dolazi do br�e ipotpunije degradacije boje.

Vrednosti koeficijenata varijacije rezultataelektroliza pri razlièitim pH vrednostima i gusti-nama elektriène struje prikazane su u tabeli 3.

Tabela 3. Srednje vrednosti koeficijenatavarijacije rezultata elektrohemijske degradacijeboje pri razlièitim pH vrednostima i jaèinamaelektriène struje

Gustinaelektriène struje(mA/cm2)

pH=2.5 pH=5.0 pH=6.9

25 7.29 5.40 4.8235 6.12 6.66 8.34

Rezultati biodegradacije boje razlièitih kon-centracija pri pH 5.0 prikazani su na slici 4, astepen degradacije boje za poslednji alikvot utabeli 4.

Tabela 4. Stepeni degradacije boje pri pH 5

Koncentracija boje(mg/L)


5 21.5

10 54.820 37.1

Rezultati biodegradacije razlièitih koncentra-cija boje pri pH 7.0 prikazani su na slici 5, astepen degradacije boje za poslednji alikvot utabeli 5.

0 20 40 60 80 100 120

0

20

40

60

80

100

pH 2.5

pH 5.0

pH 6.9

Ko

nc

en

tra

cij

a(m

g/L

)

Vreme (min)

Slika 3. Elektrohemijska degradacija boje pri gustinistruje od 35 mA/cm2

Figure 3. Electrochemical degradation of dye atcurrent intensity of 35 mA/cm2

Tabela 5. Stepeni degradacije boje pri pH 7.0



5 21.4

10 57.820 91.0

Rezultati biodegradacije razlièitih koncen-tracija boje pri pH 8.0 prikazani su na slici 6, astepen degradacije boje za poslednji alikvot utabeli 6.

Tabela 6. Stepeni degradacije boje pri pH 8.0



5 58.8

10 75.020 78.0

Bio-degradacija boje metilensko plavo po-moæu bakterijskog soja Pseudomonas sp. jenajefikasnija pri pH 7.0, pri koncentraciji boje od20 mg/L (91.0%). Pri neutralnoj pH vrednostiefikasnost enzima azo-reduktaze je veæa u od-nosu na kiselu i baznu sredinu, pa je i stepen de-gradacije boje viši. Pri pH vrednostima 5.0 i 8.0stepen degradacije boje je ni�i pri svim koncen-tracijama boje, jer dolazi do inhibicije kapacitetabio-degradacije metilenskog plavog u kiseloj ibaznoj sredini. Razlog inhibicije kapaciteta bio-degradacije jeste smanjena efikasnost enzimaazo–reduktaze u kiseloj (pH 5.0) i baznoj sredini(pH 8.0). Takoðe, pri pH vrednostima 7.0 i 8.0, uprvih sat vremena degradacije dolazi do najinte-zivnijeg obezbojavanja rastvora pri višim poèet-nim koncentracijama boje. Tako je pri pH 7.0 od10, odnosno 20 mg/L degradaralo 58 %, odnosno64.5 % boje, dok je pri pH 8.0 od 10, odnosno 20mg/L degradiralo 62 %, odnosno 65 % boje.


-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Ko

nc

en

tra

cij

a(m

g/L

)

Vreme

5 mg/L

10 mg/L

20 mg/L

Slika 4. Biodegradacija boje pri pH 5.0

Figure 4. Biodegradation of dye at pH 5.0

0 2 4 6 8

4

6

8

10

12

14

16

18

20

5 mg/L

10 mg/L

20 mg/L

Ko

nc

en

tra

cij

a(m

g/L

)

Vreme (h)



-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Ko

nc

en

tra

cij

a(m

g/L

)

Vreme (h)

5 mg/L

10 mg/L

20 mg/L




Tako pri pH 7.0 ostaje 4.2 od 10 mg/L, od-nosno 7.1 od 20 mg/L, dok pri pH 8.0 ostaje 3.8od 10 mg/L, odnosno 7.0 od 20 mg/L.

Vrednosti koeficijenata varijacije rezultatabiodegradacija pri razlièitim pH vrednostima ikoncentracijama boje za poslednji alikvot prika-zane su u tabeli 7.

Tabela 7. Srednje vrednosti koeficijenatavarijacije pri razlièitim pH vrednostima ikoncentracijama boje

Koncentracijaboje (mg/L)

pH=5.0 pH=7.0 pH=8.0

5 4.85 6.30 3.37

10 3.48 4.09 4.2720 2.08 3.99 2.87

ZakljuèakPostupci elektrohemijske i bio-degradacije

mogu se uspešno primenjivati za sni�avanjekoncentracije metilenskog plavog u otpadnimvodama koje potièu iz tekstilne i drugih indu-strija.

Rezultati istra�ivanja pokazuju da pH vred-nost ne utièe znaèajno na tok elektrohemijskedegradacije, što ukazuje da se ovaj vid razgra-dnje boje mo�e primeniti u tretmanu otpadnihvoda, nezavisno od njihove pH vrednosti u kise-loj sredini. Primenom veæih gustina elektriènestruje (35 mA/cm2) došlo je do potpunije elektro-hemisjke degradacije (98.7%), u poreðenju sagustinom struje od 25 mA/cm2 (92.2 %). Brzinadegradacije boje u poèetnoj fazi se poveæava saporastom gustine struje sa 25 na 35 mA/cm2 sa60 mg/L razgraðene boje u 30 minuta na 70 mg/Lu toku 20 minuta.

Ustanovljeno je da pH vrednost sredine ve-oma utièe na stepen bio-degradacije boje. Privisokoj poèetnoj koncentraciji boje (20 mg/L)najveæi stepen degradacije javlja pri pH 7.0(91.0%), dok je pri niskoj poèetnoj koncentracijiboje (5 mg/L) najveæe obezbojavanje rastvoraustanovljeno pri pH 8.0 (58.8%). Niska pH vred-nost (5.0) nepovoljno utièe na tok bio-degrada-cije i rezultira degradiranjem 21 do 55% boje pri

variranju poèetne koncentracije boje od 5 do 20mg/L. Brzina degradacije boje u prvih sat vre-mena procesa je najveæa pri pH 8.0 gde je od 10,odnosno 20 mg/L degradiralo 62%, odnosno65% boje.

Kada govorimo o ekonomiènosti metoda de-gradacije boje iz otpadnih voda, metoda izbora jeelektrohemisjka metoda, jer kraæe traje i stependegradacije boje je viši. S druge, ekološke strane,metoda izbora je bio-degradacija boje, prven-stveno zato što se vrši pomoæu bakterijskog sojakoji se mo�e izolovati iz prirode, kao i moguæ-nosti primene ove metode u radu sa realnim uzor-cima u prirodi.

Zahvalnost. Ovom prilikom �elim da se zah-valim svom mentoru Miljanu Æoroviæu, struènimsaradnicima Ivanu Mrkiæu i Aleksandri Mar-getiæ, studentima saradnicima Stevanu Vlajinu,Marinu Kuntiæu, Zlatku Jonèevu i Filipu Iliæu napomoæi oko eksperimentalnog rada i profesorkiVeri Raièeviæ i saradniku Daliboru Stankoviæukoji su obezbedili potreban material za realiza-ciju eksperimenata.

Literatura

Awad H. S., Galwa A. N. 2005.Electrochemical degradation of acid blue andbasic brown dyes on Pb/PbO2 electrode in thepresence of different conductive electrolyte andeffect of various operating factors.Chemosphere, 61 (9): 1327.

Brooks M. M. 1933. Methylene blue as antidotefor cyanide and carbon monoxide poisoning.Journal of the American Medical Association,100 (1): 59.

Cibuliæ V. V., Stamenkoviæ J. L., Veljkoviæ D.N., Staletoviæ M. N. 2013. Dynamics of theprocess of colour adsorption from waste watersafter dyeing textile fibres on natural zeolites.Chemical Industry, 67 (1): 41.

Chen C. C., Liao H. J., Cheng C. Y. Yen C. Y.,Chung Y. C. 2007. Biodegraation of crystalviolet by Pseudoonasputida. BiotechologyLetters, 29: 391.

Chen T. S., Huang K. L. 2012. Electrochemicaldetection and degradation of acetaminophen inaqueous solution. International Journal ofElectrochemical Science, 7: 6877.

Davis A. L., Cabello C. M., Qiao S., WondrakA., Wondrak G. T. 2013. PhenotypicIdentification of the redox dye methylene blueas an antagonist of heat shock response geneexpression in metastatic melanoma cells.International Journal of Molecular Sciences, 14(2), 185.

Jadhav S. B., Surwase S. N., Phugare S. S.,Jadhav J. P. 2013. Response surfacemethodology mediatedoptimization of Remazol Orange decolorizationin plain distilledwater by Pseudomonas aeruginosa BCH.International Journal of Environmental Scienceand Technology, 10 (1): 181.

Meissner E. P., Mandi G., Coulibaly B., WitteS., Tapsoba T., Mansmamm U., RengelshausenJ., Schiek W., Jahn A., Walter-Sack I., MikusG., Burhenne J., Riedel K. D., Schirmer H.,Kouyate B., Muller O. 2006. Methylene bluefor malaria in Africa: results from adose-findingstudy in combination withchloroquine. Malaria Journal, 5 (1): 84.

Skold A., Cosco D., Klein R. 2011.Methemoglobinemia: pathogenesis, diagnosis,and managemeny. Southern medical journal,104 (11): 757.

Steffen J., Rice J., Lecuona K., Carrara H.2014. Identification of ocular surface squamousneoplasia by in vivo staining with methyleneblue. British Journal of Ophthalmology, 98: 13.

Sujitha S., Jeevitha R. R., Palanivelu K. 2009.A Study on the degradation of 2,4-dichlor-phenol by electrochemical oxidation using TiO2

modified graphite electrode. Science ofAdvances Materials, 1 (2): 186.

Tabbaral M. A., Jamal E. M. M. 2012.A kineticstudy of the discoloration of methylene blue byNa2SO3, comparation with NaOH. Journal ofUniversity of Chemical Techonology andMetallurgy, 43 (7): 275.

Wang Y., Tian Y., Han B., Zhao H., Bi J., CaiB. 2007. Biodegradation of phenol by free and

immobilized Acinetobacter sp. strain PD12.Journal of Environmental Science, 19 (2): 222.

Zhang Y., Lu D., Ju T., Wang L., Lin S., ZhaoY., Wang C., He H., Dui Y. 2013.Biodegradation of phenol using Bacillus cereusWJ1 and evaluation of degradation efficiencybased on a grapheme-modified electrode.International Journal of ElectrochemicalScience, 8 (1): 504.

Milica Puða

Electrochemical andBio-Degradation of the DyeMethylene Blue

Methylene blue, thiazine dye, is a hetero-cyclic aromatic compound with the molecularformula C16H18N3SCl. It is toxic for living orga-nisms. It prevents photosynthesis and leads to thedeath of bacterial cells. By application of electro-chemical and bio-degradation this dye can be re-moved from waste water originating from textileindustry. For electrochemical degradation, aPb/PbO2 plate was used as an anode, while aniron plate was used as a cathode. The initial dyeconcentration was 100 mg/L, the variation of theelectric current intensity was (25 and35 mA/cm2) and the pH of the dye electrolyte so-lution was (2.5, 5.0 and 6.9). For bio-degrada-tion, the bacterial strain Pseudomonas sp. C2was used. Each biodegradation process was per-formed in a minimal medium. The initial dyeconcentration was varied over 5, 10 and 20 mg/L,while the pH value of the dye solutions forbiodegradation was varied over 5.0, 7.0 and 8.0.All samples were analyzed spectrophotometri-cally at 662 nm (max methylene blue) and theconcentration of residual color after degradationwas determined using the calibration curve. Thehighest level of electrochemical degradation(98.74%) was found at pH 5.0 and the intensityof electric current of 35 mA/cm2, while the high-est degree of biodegradation of color achieved atpH 7.0 (91.00%) and the initial dye concentra-tion of 20 mg/L.



Ana Uroševiæ

Odreðivanjenajpovoljnijeg sastavaniozoma kao transportnogsistema za flurbiprofen

Vezikule koje sadr�e nejonske surfaktante pred-stavljaju savremeni transportni sistem za lekove(niozomi), kao nosaèi kako hidrofilnih tako ilipofilnih medikamenata. U ovom radu odreði-van je najpovoljniji sastav niozoma u cilju dizaj-niranja što efikasnijeg transportnog sistema zaflurbiprofen. Niozomi su sintetisani modifi-kovanim metodama hidratacije tankog filma iubrizgavanja etra. Metoda hidratacije tankogfilma se pokazala kao efikasnija u odnosu nametodu ubrizgavanja etra. Ispitivan je i uticajultrazvuka na velièinu, oblik i efikasnost inka-psulacije niozoma. Velièina i oblik niozomaodreðivani su optièkom mikroskopijom. Najveæuefikasnost inkapsulacije leka (53%) pokazali suniozomi dobijeni mešanjem surfaktanta i hole-sterola u odnosu Span 40 : holesterol 1 : 1. Po-kazan je negativan uticaj ultrazvuka na velièinuniozoma i efikasnost inkapsulacije.

Uvod

Niozomi su vezikule mikroskopskih dimen-zija koji predstavljaju savremene sisteme zatransport medikamenata ili drugih malih mole-kula. Niozomi su unilamelarne ili multilamelarnevezikule kod kojih jedna lamela predstavljajedan lipidni dvosloj. Sastoje se od nejonskogsurfaktanta i mogu biti stabilizovani holeste-rolom ili anjonskim surfaktantom, kao što jedicetil fosfat. Hidratacijom u vodi surfaktant ob-razuje lipidni dvosloj, pa se u niozomima moguprenositi kako hidrosolubilni, u vodenom delu

unutar vezikule okru�enom membranom, tako iliposolubilni lekovi, inkapsulirani u samu mem-branu (Akhilesh et al. 2012). Preènici vezikulakreæu se od 20 nm do 50 μm (Kumar et al. 2011),i u zavisnosti od velièine pokazuju veæi, odnosnomanji udeo inkapsulacije leka. Osnovna prednostovakvog sistema u odnosu na uobièajen unosmedikamenta je kontrolisano i ciljano osloba-ðanje medikamenta, poveæanje biodostupnosti ikonkretno za transdermalni unos medikamenta,dublje prodiranje leka kroz ko�u. Niozomi moguprolongirati dejstvo leka što smanjuje uèestalostunošenja leka u organizam. U poreðenju sa lipo-zomima niozomi imaju odreðene prednosti kojese ogledaju u veæoj stabilnosti, netoksiènosti,biorazgradivosti i veæoj dostupnosti kada sekoriste za komercijalne svrhe (Madhav i Saini2011).

Flurbiprofen, odnosno 2-(3-fluoro-4-fenil--fenil) propionska kiselina (slika 2) je nesteroidniantiinflamatorni lek (NSAIL) koji se koristiprotiv bolova i zapaljenja kao i oboljenja poputreumatoidnog artritisa i osteoartritisa. Ima anal-getsko, antipiretièko i antiinflamatorno dejstvo.Flurbiprofen inhibira enzim ciklooksigenazukoji katalizuje sintezu prostaglandina i trom-boksana. Ima kratko poluvreme eliminacije pa sestoga daje u èešæim intervalima. Flurbiprofennema veliku transdermalnu propustljivost pa jezbog toga smanjena i biodostupnost leka. Po-kazuje ne�eljena dejstva kao što su ulceracije ikrvarenje u �elucu. Svoðenje rizika od ne�eljenihdejstava na minimum, poveæana propustljivostkroz ko�u i biodostupnost mogu se postiæi for-mulacijom odgovarajuæeg prenosnog sistema zamedikamenat – niozoma (Prajapati et al. 2012).

Ana Uroševiæ (1995), Valjevo, Dr Pantiæa124/1, uèenica 3. razreda Valjevske gimnazije

MENTOR: dr Nenad Milosaviæ, Hemijskifakultet Univerziteta u Beogradu, Katedra zabiohemiju

Cilj ovog rada je optimizacija sastava niozo-ma kako bi se sintetisao najpovoljniji transportnisistem za flurbiprofen, pogodan za transdermalniunos, kao i ispitivanje uticaja ultrazvuka na veli-èinu i efikasnost inkapsulacije niozoma.

Materijali i metode

Uporeðene su dve modifikovane metode sasintezu niozoma, metoda hidratacije tankogfilma i metoda ubrizgavanja etra. Pri poreðenjuje korišæen isti odnos surfaktanta (Span 60) iholesterola. Metoda koja je pokazala veæu efi-kasnost inkapsulacije korišæena je za sintezuniozoma u daljem istra�ivanju, pri èemu su od-

nosi surfaktanta (Span 60 i Span 40) i holesterolau sastavu niozoma varirani, a kolièina flurbi-profena bila nepromenjena. Velièina i efikasnostinkapsulacije odreðivani su i pre i nakon izla-ganja suspenzija niozoma ultrazvuku. Oblik ivelièina vezikula ispitivani su optièkom mikro-skopijom, a velièina odreðivana merenjempreènika tri puta i uzimanjem srednje vrednostiza velièinu vezikule.

Span 60 (slika 3) i Span 40 (slika 4) su bilidonacija Crode GmbH (Nemaèka). Flurbiprofenje bio donacija Galenike a. d. (Beograd, Srbija).

Kalibraciona kriva za flurbiprofen u PBS-u

Za pripremu pufera (pH 7.4) (Jugoslovenskafarmakopeja (2000)) 2.38 g dinatrijum-hidrogenfosfata, 0.19 g kalijum-hidrogen fosfata i 8 gnatrijum hlorida su rastvoreni u 1 L vode. Zaodreðivanje apsorpcionog maksimuma spektarrastvora flurbiprofena u PBS-u koncentracije 10μg/mL je sniman na talasnim du�inama od 200


Slika 1. Struktura niozoma (Lembo 2010)

Figure 1. Structure of niosome (Lembo 2010)

Slika 3. Span 60, sorbitan monostearat

Figure 3. Span 60, sorbitan monostearate

Slika 2. 2-(3-fluoro-4-fenil-fenil) propionska kiselina

Figure 2. 2-(3-fluoro-4-phenylphenyl)propanoic acid

Slika 4. Span 40, sorbitan monopalmitat

Figure 4. Span 40, sorbitan monopalmitate


do 400 nm. Iz poèetnog rastvora flurbiprofena uPBS-u (100 μg/mL) napravljena su razbla�enjaod 1, 2, 5, 10, 15 i 20 μg/mL i snimana su na 248nm, sa PBS-om kao slepom probom na osnovuèega je dobijena kalibraciona kriva

y = 0.07563x + 0.02726 (R2 = 0.99861).

Kalibraciona kriva za flurbiprofen uizopropanolu

Iz poèetnog rastvora flurbiprofena u izopro-panolu (100 μg/mL) napravljena su razbla�enjaod 1-10 μg/mL i snimana su na talasnoj du�ini210 nm sa izopropanolom kao slepom probom.Dobijena je kalibraciona kriva

y = 0.06965x + 0.0598, R2 = 0.97367.

Sinteza niozoma

U cilju biranja najpovoljnije metode upo-reðene su metode ubrizgavanja etra i hidratacijetankog filma kao dve od najèešæe korišæenih me-toda za sintezu niozoma:

Ubrizgavanje etra. Niozomi su sintetisaniputem izmenjene Ether Injection metode. Surfak-tant, holesterol (Merck) i flurbiprofen su rastvo-reni u 8 mL dietil etra i metanola (2 : 1). Rastvorje ubrizgavan mikrošpricem u 5 mL PBS-a natemperaturi od 60°C. Brzo isparavanje etra do-vodi do stvaranja niozoma. Fosfatni pufer 7.4(PBS; phosphate buffer saline) je napravljenprema Jugoslovenskoj farmakopeji (2000).

Hidratacija tankog filma. Surfaktant i hole-sterol su rastvoreni u 10 mL hloroforma i meta-nola (4:1) u balonu od 100 mL. Rastvor jeuparavan na vakuum uparivaèu (IKA RV 10 con-trol) na 100 rpm, i postepeno smanjivanompritisku od 650 mbar do 450 mbar na temperaturiod 25 od 40°C do pojave tankog providnog filma(Singh 2011). Film je hidratisan na vodenomkupatilu (IKA HB 10 control) jedan sat na 60°Cbez vakuuma sa 10 mL rastvora flurbiprofena uPBS-u (100 μg/mL). Šest uzoraka je stavljeno naultrazvuèno kupatilo na 2 minuta. Svi uzorci sustavljeni u fri�ider preko noæi da se dalje hidra-tišu i èuvani su u fri�ideru za dalju analizu.

Odreðivanje zarobljenog flurbiprofena uniozmima

Alikvoti od svih proba su centrifugirani na14 000 rpm 30 min. Supernatant je odvojen i nio-

zomi su isprani 2 puta PBS-om i recentrifugirani.Da bi se odredio procenat leka u niozomimavezikule su razbijane izopropanolom i koncen-tracija leka je odreðivana spektrofotometrijski(Thermo Scientific Evolution 605) u UV-Vis ob-lasti na 210 nm.

Efikasnost inkapsulacije je odreðivana poformuli:

efikasnost inkapsulacije =CC

Z

U

�100%

gde je CZ – koncentracija zarobljenog leka, a CU– ukupna koncentracija leka

Izabrana je metoda hidratacije tankog filmazato što je pokazala veæu efikasnost u odnosu nametodu ubrizgavanja etra za 12% (poreðene suprobe Span 60 : Holesterol – 1.5 : 1 za obe me-tode) i ona je korišæena u daljem radu.

Odreðivanje velièine i oblika niozoma

Velièina i oblik niozoma odreðivani su putemoptièke mikroskopije (Zeiss Axio Lab.A1) Foto-mikrografije su analizirane u ImageJ-u. Preènicipojedinaènih vezikula mereni su tri puta. Ukup-no je izmereno 100 niozoma za svaku probu (ta-bela 1).

Tabela 1. Formula, kolièina leka i sastavniozoma (surfaktant i holesterol 150 μmol)

Surfaktant Kodformule

Flur-biprofen[μg/mL]

Surfaktant:Holesterol

Span 60 H1 100 1 : 1

H2 100 1.5 : 1H3 100 3 : 1

Span 40 H4 100 1 : 1

H5 100 1.5 : 1H6 100 3 : 1

Span 60 H1 u* 100 1 : 1

H2 u 100 1.5 : 1H3 u 100 3 : 1

Span 40 H4 u 100 1 : 1

H5 u 100 1.5 : 1H6 u 100 3 : 1

*suspenzije niozoma izlo�ene ultrazvuku


Efikasnost inkapsulacije pokazuje da je Span40 efikasniji u odnosu na Span 60 (slika 5). Efi-kasnost inkapsulacije niozoma koji u sastavuimaju Span 40 pokazuje zavisnost od kolièineholesterola tako da je ona srazmerna kolièiniholesterola. Ova zavisnost kod niozoma koji usastavu imaju Span 60 nije pokazana. U obasluèaja pokazan je negativan uticaj ultrazvuka naefikasnost inkapsulacije i velièinu niozoma.Vezikule sa odnosom holesterol : surfaktant 1 : 1u sastavu poseduju najveæu efikasnost inkapsu-lacije. Metodom hidratacije tankog filma do-bijene su multilamelarne vezikule sa širokomdistribucijom velièina. Vezikule izlo�ene ultra-zvuku su bile unilamelarne.

Uticaj surfaktanta na formiranje niozoma

Moguæe je da je Span 60 efikasniji od Span-a40 zbog temperature na kojoj surfaktanti menjajufazu. Span 60 ima višu temperaturu topljenja (50- 60°C) u odnosu na Span 40 (44 - 51°C). Visokatemperatura topljenja prouzrokuje brzo ispu-

štanje leka iz vezikula (Srnivas et al. 2010).Velièina niozoma se poveæeva sa smanjenjemHLB vrednosti (vrednost koja pokazuje koliko jesurfaktant liposolubilan odnosno hidrosolu-bilan). Pretpostavlja se da je velièina niozomaodreðena du�inom lanca surfaktanta. Span 60(C16) ima veæi alkil lanac u odnosu na Span 40(C14), pa su i preènici niozoma sa Span-om 60veæi (Singh 2011) (tabela 3).

Uticaj holesterola na formiranje niozoma

Efikasnost inkapsulacije flurbiprofena u nio-zomima dobijenim korišæenjem Span-a 60 iholesterola nije pokazala zavisnost od sastava ni-ozoma, ali je u ovom sluèaju pokazan negativanuticaj ultrazvuka, pa je procenat efikasnosti lekasa oko 40% pao na oko 23%. Rezultati dobijenikorišæenjem Span-a 40 i holesterola za dobijanjeniozoma pokazali su da efikasnost inkapsulacijeraste sa poveæanjem udela holesterola u veziku-lama. Takoðe je pokazano da veæa koncentracijalipida obezbeðuje veæu efikasnost inkapsulacije,kao što se navodi i u literaturi (Jadon et al. 2009),kao i da holesterol poveæava stabilnost niozoma i


Slika 5. Efikasnost inkapsulacije niozoma sintetisanih putem metoda hidratacije tankog filma (slovom u suoznaèene vezikule izlagane ultrazvuku)

Figure 5. Entrapment efficiency of niosomes prepared by Thin Film Hydration Method (the letter u denotessonicated vesicles)


omoguæava veæi procenat inkapsulacije spreèa-vajuæi gubitak leka iz niozoma, što takoðe odgo-vara podatku iz literature (Akhilesh et al. 2012).U ovom istra�ivanju pokazano je da odnos hole-sterol : surfaktant 1:1 poseduje najveæu efika-snost inkapsulacije, koja je pokazana i u literaturi(Jadon et al. 2009) (slika 5). Niozomi sa najve-æom efikasnošæu (53%) inkapsulacije flurbipro-fena bili su oni dobijeni mešanjem Span-a 40 iholesterola u odnosu 1 : 1.

Velièina i oblik niozoma

Metodom hidratacije tankog filma dobijenisu sferni niozomi sa širokom distribucijom veli-

èina (tabela 3). Ovi niozomi imaju multilame-larnu strukturu. Niozomi podvrgnuti ultrazvukusu unilamelarni, uniformniji i manji od niozomakoji nisu tretirani ultrazvukom, što se navodi i uliteraturi (Nasir et al. 2012), kako je prikazano naslici 7 (b) i (d). Najveæi broj vezikula pre izla-ganja ultrazvuku imao je preènike izmeðu 2 i4 μm, a nakon izlaganja ultrazvuku duplo manje(slike 6 a i b). Shodno tome imaju i manju efikas-nost inkapsulacije (slika 5).

Tabela 3. Velièina vezikula

Surfaktant Kôd formule Velièina vezikule(M±SD)* [μm]

Span 60 H1 6±2

H2 7±4H3 3.4±1.6

Span 40 H4 3.2±1.4

H5 2.7±1.5H6 2.3±1.4

Span 60 H1 u 5.1±1.7

H2 u 1.4±0.6H3 u 1.9±0.9

Span 40 H4 u 1.8±0.8

H5 u 1.7±0.7H6 u 2±1

* Srednja vrednost ± standardna devijacija

Zakljuèak

Dobijeni rezultati pokazuju da je modifiko-vana metoda hidratacije tankog filma pogodna zasintetisanje sfernih niozoma sa velikom distri-bucijom velièina. Razbijanjem multilamelarnihdo unilamelarnih vezikula na ultrazvuènom ku-patilu smanjuje se velièina niozoma i dobijaju seuniformne vezikule pribli�ne velièine. Najveæiprocenat inkapsulacije (53%) postignut je sa nio-zomima sintetisanim sa Span-om 40 (Span 40 :Holesterol 1 : 1). Veæa kolièina lipida poveæavaefikasnost inkapsulacije, a holesterol poveæavalipofilnost niozoma i samim tim poveæava i

Slika 6a. Raspodela velièina Span 40 niozoma umolarnom odnosu 1 : 1 pre izlaganja ultrazvuku

Figure 6a. Size distribution of Span 40 niosomes inmolar ratio 1 : 1 pre sonication

Slika 6b. Raspodela velièina Span 40 niozoma umolarnom odnosu 1 : 1 nakon izlaganja ultrazvuku

Figure 6b. Size distribution of Span 40 niosomes inmolar ratio 1 : 1 after sonication

efikasnost inkapsulacije spreèavajuæi gubitakleka iz niozoma. Imajuæi u vidu dobijene rezul-tate otvaraju se moguænosti za dalje istra�ivanjekoje se tièe karakterizacije niozoma, njihovestabilnosti i in vitro oslobaðanja leka iz niozoma.

Zahvalnost. Posebnu zahvalnost dugujemmom mentoru dr Nenadu Milosaviæu na nese-biènoj pomoæi i podršci. Takoðe se zahvaljujemIvanu Mrkiæu, doktorantu Hemijskog fakultetaUniverziteta u Beogradu, na pomoæi u izvoðenjueksperimenta.


Slika 7.

(a) H3 (Span 60: Holesterol 3 : 1);

(b) H3 u (Span 60: Holesterol 3 : 1);

(c) H4 (Span 40: Holesterol 1 : 1);

(d) H4 u (Span 40 : Holesterol 1 : 1).

Strelice ukazuju na neke od vezikula. Na slikama (a) i (c) su niozomi koji nisu izlo�eni ultrazvuku, a na (b) i(d) se nalaze niozomi nakon izlaganja ultrazvuku. Preènici niozoma su manji nakon izlaganja ultrazvuku.

Figure 7.

(a) H3 (Span 60: Cholesterol 3 : 1);

(b) H3 u (Span 60: Cholesterol 3 : 1);

(c) H4 (Span 40: Cholesterol 1 : 1);

(d) H4 u (Span 40 : Cholesterol 1 : 1).

Arrows indicate some of the vesicles. Pictures (a) and (c) show niosomes which were not sonicated whereaspictures (b) and (d) show sonicated niosomes. Vesicle diameters are smaller after sonication.


Literatura

Akhilesh D., Bini K. B., Kamath J. V. 2012.Review on Span-60 Based Non-Ionic Surfactantvesicles (Niosomes) as Novel Drug DeliverySystem. International Journal of Research inPharmaceutical and Biomedical Sciences,3 (1): 7.

Das M. K., Palei N. N. 2011. Sorbitian Estersniosomes for topical niosomal delivery ofrofecoxib. Indian Journal of ExperimentalBiology, 49: 438.

Jadon P. S., Gajbhiye V., Jadon R. S., GajbhiyeK. R., Ganesh N. 2009. Enhanced OralBioavailability of Griseofulvin via Niosomes.AAPS PharmSciTech, 10 (4): 1186.

Jigar V., Puja V., Krutika S. 2011. Formulationand evaluation of topical niosomal gel oferythromycin. International Journal ofPharmacy and Pharmaceutical Sciences,3 (1): 123.

Kumar A., Pal J. L., Jaiswal A., Singh V. 2011.Review on niosomes as novel drug deliverysystem. International Research Journal ofPharmacy, 2 (5): 61.

Lembo D. I., Cavalli R. 2010. Nanoparticulatedelivery systems for antiviral drugs, Review.Antiviral Chemistry & Chemotherapy, 21: 53.

Lingan M. A., Sathali A. H., Kumar V. M. R.,Gokila A. 2011. Formulation and evaluation oftopical drug delivery containing clobetasolpropionate niosomes. Scientific Reviews andChemical Communications, 1 (1): 7.

Madhav N., Saini A. 2013. Niosomes, A noveldrug delivery system. International Journal ofResearch in Pharmacy and Chemistry, 1: 498.

Nasir A., Harikumar S. L., Amanpreet K. 2012.Niosomes: An Excellent tool for drug delivery.International Journal of Research in Pharmacyand Chemistry, 2 (2): 479-487

Prajapati S. K., Kumar S., Sahu V. K., PrakashG. 2012. Proniosomal gel of flurbiprofen:formulation and evaluation. Journal of DrugDelivery and Therapeutics, 2 (1): 105

Singh C. H., Jain C. P., Kumar B. N. 2011.Formulation, characterization, stability and

invitro evaluation of nimesulide niosomes.Pharmacophore, 2 (3): 168.

Srnivas S., Anand Kumar Y., Hemanth A.,Anitha M. 2010. Preparation and evaluation ofniosomes containing Aceclofenac. DigestJournal of Nanomaterials and Biostructures,5 (1): 249.

Yasin M. N., Hussain S., Malik F., Hameed A.,Sultan T., Qureshi F., Riaz H., Parveen G.,Wajid A. 2012. Preparation andcharacterization of chloramphenicol niosomesand comparison with chloramphenicol eyedrops (0.5% w/v) in experimental conjunctivitisin albino rabbits. Pakistan journal ofpharmaceutical sciences, 25 (1): 117.

Ana Uroševiæ

Determination of the Most SuitableFormula of Niosomes as a DrugDelivery System for Flurbiprofen

Niosomes are non-ionic surfactant vesiclesthat are microscopic in size. They can have eitherunilamellar or multilamellar structure. Non-ionicsurfactant vesicles represent a novel drug deliv-ery system as carriers for both hydrophilic andlipophilic drugs. The objective of this study wasto optimize the niosomal formula as a carrier forthe nonsteroidal anti-inflammatory drug(NSAID) Flurbiprofen. Niosomes were preparedby the modified Thin Film Hydration method interms of temperature and pressure. Different mo-lar ratios of non-ionic surfactants (Span 40 andSpan 60) and cholesterol were used in niosomalpreparation. The effect of sonication on vesiclesize, shape and entrapment efficiency was alsostudied. Vesicle shape and size were determinedby means of optical microscopy. Furthermore,Entrapment Efficiency was investigated for dif-ferent niosomal formulations. The highest en-trapment efficiency (52.58%) was obtained withSpan 40 niosomes (molar ratio of surfactant :cholesterol – 1 : 1). Sonication reduces the size ofvesicles thus lowering the entrapment efficiency.

Vojislav Gligorovski

Poreðenje analitièkihmetoda za odreðivanjevitamina C ufarmaceutskimpreparatima

Razvijena je kinetièka metoda za odreðivanjevitamina C èija je taènost i preciznost upore-ðena sa pet analitièkih metoda, odreðivanjemkolièina vitamina C u realnim uzorcima. Metodase zasniva na praæenju inhibirane reakcijemetilenskog plavog sa vitaminom C. Procenjenioptimalni uslovi su sledeæi: pH = 3.0, kon-centracija metilenskog plavog: 9.6 mg/L, kon-centracija jona vanadata: 21.2 mg/L. Vitamin Cse ovom metodom mo�e odrediti i u prisustvuvitamina B1 i B9, glukoze, fruktoze, saharoze irastvorljivog skroba. Metoda je uporeðena sajodimetrijom, dve kiselinsko-bazne titracije,spektrofotometrijom i HPLC-MS metodom. Svihšest metoda ispitane su na tri tipa uzorka:tablete vitamina C Galenika i Ekofarm i prašakza razmuæivanje Cedevita. Poreðenjem dekla-risanih i odreðenih vrednosti mase zakljuèuje seda je HPLC-MS metoda najpogodnija zaodreðivanje vitamina C u sva tri uzorka. PoredHPLC-MS metode za odreðivanje veæe kolièinevitamina C (prva dva uzorka) pogodna je i jo-dimetrija dok su za manje kolièine (uzorakCedevite) pogodnije kinetièka metoda i spektro-fotometrija.

Uvod

Vitamin C je naziv za L-aksorbinsku kiselinui njene soli. Spada u grupu hidrosolubilnih vita-mina i predstavlja jak antioksidant koji redukujeslobodne radikale nastale pri metabolièkim pro-cesima. Askorbinska kiselina je prisutna u voæu i

povræu, gde se nalazi u svim zelenim delovimabiljke (Brody 1994). Preporuèena dnevna dozaza odrasle ljude je 90 mg na dan, a ne savetuje seuzimanje dnevne doze veæe od 2000 mg jer u timkolièinama vitamin C ošteæuje bubrege (US Rec-ommended Dietary Allowance, RDA). Najèešæese ishranom posti�e dovoljan unos ovog vita-mina. U sluèajevima hipovitaminoze (uglavnomizazvane stresom) vitamin C se uzima u vidu tab-leta za oralnu upotrebu. Bolest koja nastaje kaoposledica dugotrajnog nedostatka vitamina C uorganizmu se naziva skorbut. Karakteristiènisimptomi skorbuta su promene na ko�i i veziv-nom tkivu usled poremeæaja u sintezi kolagena.

Usled apsorpcije u ultraljubièastoj (UV) ob-lasti i kiselih i redukcionih svojstava, brojni sunaèini njegove kvantifikacije: jodimetrijski, aci-dimetrijski, hromatografski, spektrofotomet-rijski i elektrohemijski (Cvetkoviæ et al. 2012).Zbog nestabilnosti vitamina C na vazduhu i sve-tlosti potrebna je njegova èesta kontrola u farma-ceutskim preparatima metodom koja je brza iprimenljiva na takvu vrstu uzoraka, ali koja ima iopravdanje sa komercijalnog stanovišta (Miluti-noviæ i Vuloviæ 2002).

Spektrofotometrijske metode se zasnivaju napraæenju kolièine svetlosti koju apsorbuje rastvorodreðene supstance date koncentracije. Posebnavrsta spektrofotometrijskih metoda su kinetièkemetode kod kojih se koncentracija ispitvanoganalita odreðuje merenjem brzine reakcije ukojoj on uèestvuje (Perez-Bendito i Silva 1988).

U ovom radu ispitivane su dve spektrofoto-metrijske metode za odreðivanje koncentracijevitamina C. Jedna je spektrofotometrijsko odre-ðivanje vitamina C merenjem apsorbance u UVdelu spektra koja se javlja usled prisustva askor-binske kiseline (Selimoviæ et al. 2011). Druga


Vojislav Gligorovski (1995), Beograd,Skadarska 17, uèenik 3. razreda Matematièkegimnazije u Beogradu


pripada kinetièkim metodama i zasnovana je napraæenju zavisnosti brzine reakcije boje meti-lensko plavo sa askorbinskom kiselinom od kon-centracije askorbinske kiseline. Na brzinu overeakcije utièe prisustvo jona prelaznih metala kaošto su bakar(II), vanadijum(V), gvo�ðe(III) imangan(II) (Khan i Sarwar 2001). Reakcija izme-ðu askorbinske kiseline i metilenskog plavog dataje na slici 1.

Hromatografske metode podrazumevaju raz-dvajanje komponenti smeše koja se ispituje prekvalitativne ili kvantitativne analize njenih sas-tojaka. Za kvantitativno odreðivanje vitamina Cod hromatografskih metoda najèešæe se koristikuplovana HPLC-MS tehnika (High PerformaceLiquid Chromatography-Mass Spectrometry).

Pet najkorišæenijih metoda za odreðivanjeaskorbinske kiseline su spektrofotometrija, titra-cija uz bromtimol-plavo kao indikator, titracijauz fenolftalein kao indikator, jodimetrija, HPLC--MS. Ni za jednu od njih se ne mo�e reæi da jenajpogodnija jer one preciznije zahtevaju skupeaparate ili reagense dok one jeftinije imaju manjupreciznost ili su potpuno neprimenljive na realneuzorke vitamina C. Uprkos dostupnosti i efikas-nosti kinetièih metoda, postoji relativno malibroj koje se koriste za odreðivanje vitamina C.

Cilj ovog rada je razvijanje nove kinetièkemetode za odreðivanje askorbinske kiseline injeno poreðenje sa do sada korišæenim meto-dama za odreðivanje vitamina C uz ispitivanjeprimenljivosti na realnim uzorcima.

Materijal i metode

Eksperiment se sastojao od šest etapa tokomkojih je pri svakoj korišæena druga metoda zaodreðivanje vitamina C. Prvi korak se razlikovaood ostalih po tome što je u njemu razvijena novametoda za kvantifikaciju vitamina C, dok sutokom ostalih pet korišæene do sada poznate me-tode: spektrofotometrija, dve kiselinsko-baznetitracije, jodimetrijska titracija i HPLC-MS.Kinetièka metoda je zahtevala dodatan rad uodnosu na ostale korišæene metode jer za nju nisubili poznati optimalni uslovi, te su tako odreðeneoptimalne koncentracije reaktanata i ispitanjanjena selektivnost prema supstancama koje senajèešæe nalaze zajedno sa vitaminom C u ko-mercijalno dostupnim proizvodima.

Kinetièka metoda

Kinetièka metoda je razvijena praæenjem br-zine reakcije boje metilensko plavo sa askor-binskom kiselinom (Ascorbic acid, AA) pritalasnoj du�ini na kojoj se javlja maksimumapsorpcije boje metilensko plavo (MethyleneBlue, MB), koja iznosi 665 nm. Izraz za brzinu tereakcije je (Khan i Sarwar 2001):

v = k � [MB] � [AA] � [H+]

Apsorbance pripremljenih rastvora merenesu ureðajem Thermo Scientific Evolution 60SUV-Visible Spectrophotometer u kvarcnim kive-tama optièkog puta a =1.0 cm, pri temperaturiokoline t = (25.0±0.5)°C. Kao slepa proba ko-rišæen je rastvor u kome su koncentracije pufera,

Slika 1. Jednaèina reakcijemetilenskog plavog saaskorbinskom kiselinom

Figure 1. Equation ofreaction of methylene bluewith ascorbic acid

vode i vitamina C jednake kao i u ispitivanojsmeši. Merenja apsorbance su zapoèinjana 12 snakon dodavanja poslednjeg reaktanta. pH vred-nost smeše je iznosila (3.0±0.2), merena jepH-metrom i odr�avana je konstantom pomoæupufera koji se sastojao od limunske kiseline kon-centracije 0.1000 mol/L i natrijum-hidrogen-fosfata koncentracije 0.2000 mol/L. Ispitivanasmeša je pripremana dodavanjem rastvora rea-ktanata u kivetu, sledeæim redosledom: 0.5 mLpufera, 0.5 mL rastvora metilenskog plavog, 0.5mL destilovane vode, 0.5 mL rastvora amo-nijum-vanadata i na kraju 0.5 mL rastvora askor-binske kiseline.

Svako odreðivanje brzine reakcije askorbin-ske kiseline sa MB je ponavljano tri puta, pri-premanjem tri rastvora istih koncentracijareaktanata. Vrednost brzine koja je unošena nakalibracionu krivu je medijana te tri vrednosti,vrednost apsolutne greške vrednosti brzine nakalibracionoj krivi raèunata je kao polovina raz-like maksimalne i minimalne odreðene brzine uokviru tri merenja.

U cilju konstruisanja kalibracione krive po-godne za precizno odreðivanje što veæeg opsegakoncetracija askorbinske kiseline ispitane su iodreðene optimalne koncentracije jona vanadi-juma(V) i MB.

Odreðivanje optimalne koncentracijeamonijum-vanadata. U ovom eksperimentu jekorišæen amonijum-vanadat i ispitan je njegovuticaj na brzinu oksidacije MB. Korišæenirastvori amonijum-vanadata su prethodno stan-dardizovani kompleksometrijski. Najpre su jonivanadata redukovani pomoæu sumpor(IV)-oksida(dobijenog u reakciji 32.0 mg kalijum-meta-bisulfita i 2.0 mL koncentrovane hlorovodoniènekiseline) do vanadil-jona koji se vezuju za etilen-diamintetrasiræetnu kiselinu (EDTA). EDTA jedodavana u rastvor vanadil-jona u višku i višakEDTA retitrovan standardnim rastvorom cink-(II)-hlorida koncentracije 0.0109 mol/L (pripre-mljenog rastvaranjem 0.7134 g granula cinka ukoncentrovanoj hlorovodoniènoj kiselini). Zakonstruisanje grafika zavisnosti brzine reakcijeod koncentracije jona vanadata su korišæeni ras-tvori amonijum-vanadata u sledeæim koncen-tracijama 1.0, 2.1, 3.7, 5.2, 6.5, 9.4 mg/L.

Odreðivanje optimalne koncentracijemetilenskog plavog. Za konstruisanje zavisnosti

brzine reakcije od koncentracije metilenskogplavog su korišæeni rastvori metilenskog-plavogu koncentracijama od 0.8, 1.6, 3.4, 6.4, 9.6 i12.8 mg/mL.

Konstruisana je kalibraciona kriva koja pred-stavlja zavisnost brzine reakcije askorbinskekiseline sa MB od koncentracije askorbinskekiseline. Brzina reakcije je odreðivana kao koefi-cijent pravca linearnog dela grafika zavisnostiapsorbance rastvora od vremena na talasnojdu�ini od 665 nm. Za konstrukciju kalibracionekrive korišæeni su rastvori askorbinske kiseline usledeæim koncentracijama: 2.6, 3.9, 5.9, 8.9,13.3, 17.3, 20.8 i 25.0 g/L.

Pri odreðivanju koncentracija askorbinskekiseline u tabletama proizvoðaèa Ekofarm iGalenika ovom metodom, suspenzija tablete jefiltrirana. Filtriranje je raðeno kako bi se elimi-nisala potencijalna greška merenja apsorbancekoja bi nastala usled zamuæenja koje potièe odpunioca (mikrokristalna celuloza, natrijum-kro-skarmeloza, magnezijum-stearat, laktoza, kuku-ruzni skrob).

Za ispitivanje selektivnosti kinetièke metodekorišæena su jedinjenja koja se najèešæe nalazezajedno sa askorbinskom kiselinom u komerci-jalno dostupnim proizvodima i koja bi potenci-jalno mogla da ometaju odreðivanje vitamin Cmenjajuæi brzinu reakcije sa metilenskim pla-vim: fruktoza, glukoza, saharoza, tiamin (vita-min B1), folna kiselina (vitamin B9) i rastvorljiviskrob. Koncentracija vitamina C u smešamakorišæenim za ispitivanje selektivnosti iznosila je13.3 g/L. Rastvori korišèeni za ispitivanje sele-ktivnosti dobijeni su rastvaranjem sledeæih masisupstanci u po 25 mL vode: 0.0633 g tiamin--dihlorida, 0.0832 g folne kiseline, 0.3398 gfruktoze, 0.3398 g glukoze, 0.6468 g saharoze i0.0332 g skroba. Kao slepa proba pri ispitivanjuselektivnosti korišèen je rastvor u kome su kon-centracije pufera, vode, vitamina C i ispitivanoginterferirajuæeg agensa iste kao i u ispitivanojsmeši.

Ostale metode

Spektrofotometrijsko odreðivanje askor-binske kiseline. UV spektri askorbinske kiselinerazlièitih koncentracija su snimani u opsegutalasnih du�ina od 250 nm do 350 nm. Za kon-strukciju kalibracione krive odnosno zavisnosti



apsorbance od koncentracije korišæeni su ras-tvori vitamina C sledeæih masenih koncentracija:4.2, 7.0, 9.8, 14.1, 18.3, 21.1, 23.9, 28.1 g/L.

Volumetrijske metode. U ovom radu kon-centracija askorbinske kiseline odreðivana je ipomoæu tri volumetrijske metode: jodimetrijskatitracija uz skrob kao indikator, kiselinsko-baznatitracija uz bromtimol-plavo (Bromthymol blue,BTB) kao indikator i kiselinsko-bazna titracijauz fenolftalein (Phenolphtalein, PHPH) kao in-dikator.

Jodimetrijska metoda zasniva se oksido--redukciji askorbinske kiseline (slika 2).

Askorbinska kiselina je odreðena uz pomoæstandardnog rastvora joda. U smeši joda i vode senalazio i kalijum-jodid koji reaguje sa jodom igradi stabilan trijodidni kompleks i time pobolj-šava rastvaranje joda u vodi (Jeffery et al. 1989).Indikator koji je korišæen za ovu titraciju je skrobkoji sa jodom gradi inkluziono jedinjenje in-tenzivno plave boje. Koloidni rastvor joda jepripremljen rastvaranjem 1 g skroba sa 3 g kali-jum-jodida u 100 mL vode. Rastvor joda jeprethodno standardizovan rastvorom natrijum--tiosulfata koncentracije 0.1000 mol/L. Probe zatitraciju su se sastojale od jedne tablete vitaminaC sa deklarisanom masom od 500 mg koja jerastvorena u vodi i titrovana, dok su probe praškaCedevite pripremljene rastvaranjem 1.0000 gpraha u vodi i titrovane. Svaka titracija za odre-ðeni uzorak je ponavljana po pet puta.

Kiselinsko-bazna titracija uz bromtimol--plavo kao indikator. Rastvor askorbinskekiseline je titrovan standardnim rastvorom na-trijum-hidroksida koncentracije 0.1000 M. Za-vršna taèka titracije je detektovana promenomboje rastvora iz �uto-narand�aste u plavu. Uzorciza ovu titraciju su pripremani kao i pri jodimetrij-skoj titraciji. Svaka titracija za odreðeni uzorakje ponavljana po pet puta. Jednaèina neutraliza-cije aksorbinske kiseline data je na slici 3.

Kiselinsko-bazna titracija uz fenolftaleinkao indikator. Rastvor askorbinske kiseline jetitrovan standardnim rastvorom natrijum-hi-droksida koncentracije 0.1000 M i završna taèkatitracije je detektovana promenom boje rastvoraiz bezbojne u roze. Uzorci za ovu titraciju su pri-premani kao i pri jodimetrijskoj titraciji. Svakatitracija za odreðeni uzorak je ponavljana petputa.

Odreðivanje askorbinske kiseline pomocuHPLC-MS. Za hromatografsko razdvajanje imerenja apsorbance korišæen je aparat tipaAgilent Technologies 12000 Infinity Series. Zarazdvajanje je korišæena kolona tipa ZORBAXEcliptic XDB-C18 dimenzija 4.6 � 50 mm po-moæu mobilne faze koja se sastojala od smeše2% vodenog rastvora siræetne kiseline i ace-tonitrila. Uzorci propuštani kroz kolonu su do-bijeni pomoæu rastvora askorbinske kiseline uvodi HPLC èistoæe koncentracije 30.8 g/L.Kalibraciona kriva je konstruisana u opsegu kon-

Slika 2. Jednaèinapolureakcije oksidacijeL-askorbinske kiseline doL-dehidroaskorbinskekiseline

Figure 2. Equation ofoxidation of L-ascorbic acidto L-dehydroascorbic acid

Slika 3. Jednaèinaneutralizacije askorbinskekiseline

Figure 3. Equation ofascorbic acid neutralisation

centracija od 1.54 g/L do 30.8 g/L i predstavljazavisnost površine ispod pika na hromatogramuod koncentracije askorbinske kiseline.

U eksperimentu su korišæene sledeæe sup-stance: L-askorbinska kiselina (Centrohem, p.a.), metilensko plavo (sintetisano u IS Petnica),amonijum-vanadat (Kemika, p. a.), hlorovodo-nièna kiselina (Lachner, 35%), cink u granulama(Zorka Šabac, p. a.), natrijum-tiosulfat (Kemika,p. a.), limunska kiselina (Kemika, p. a.), natri-jum-hidrogenfosfat (Kemika, p. a.), kalijum--metabisulfit (Kemika, p. a.), �-tokoferol (SigmaAldrich, p. a.), D-fruktoza (Kemika, p. a.),D-glukoza (Zorka Šabac, p. a.), saharoza (Su-noko), tiamin-dihlorid (Merck, p. a.), folnakiselina (sintetisano u IS Petnica), kalijum-jodid(Centrohem, p. a.), jod (Centrohem, p. a.) i skrob(Kemika, p. a.). Realni uzorci korišæeni za pore-ðenje metoda su: tablete vitamina C proizvoðaèaGalenika i Ekofarm sa deklarisanih 500 mgvitamina C i prašak za razmuæivanje Cedevita sadeklarisanih 3.10 mg vitamina C po 1 g praha.

Rezultati

Kinetièka metoda

Za optimalnu koncentraciju vanadijuma jeuzeta najviša ispitana koncentracija koja iznosti21.2 mg/L (9.4 mg/L preraèunato na koncen-traciju jona vanadijuma) jer se pri tim uslovimareakcija odvija najsporije pa je zato tada opseglinearne zavisnosti apsorbance od vremena naj-širi. Ova koncentracija vanadatnog jona je kori-šæena pri ispitivanju uticaja koncentracije MB nabrzinu rekacije i pri konstruisanju kalibracionekrive.

Za optimalnu koncentraciju metilenskog pla-vog je odabrana koncentracija od 9.6 g/mL. Privišim koncentracijama od ove poèetna apsorba-nca je veæa od 2.0, a pri tako visokim vrednosti-ma apsorbance se merenje smatra nepouzdanim.Pri ni�im koncentracijama metilenskog plavogod optimalne manja je promena apsorbance to-kom vremena èime se poveæava relativna greškaodreðivanja brzine reakcije. Ova koncentracijaMB je korišæena pri konstruisanju kalibracionekrive.

Promena koncentracije metilenskog plavoguoèava se kroz promene spektra metilenskog

plavog tokom vremena (slika 4). Masene kon-centracije reaktanata korišæene za snimanje ovihspektara su �(MB) = 15 mg/L, �(AA) = 25 g/L,�(VO3

–) = 21.2 mg/L.Kako je brzina reakcije prvog reda i u odnosu

na metilensko-plavo i u odnosu na askorbinskukiselinu, ista je brzina promene koncentracijemetilenskog-plavog i vitamina C. Zahvaljujuæitome, moguæe je konstuisati kalibraciou krivu za


Slika 4. Vis-spektri metilenskog plavog nakonodreðenog vremena od poèetka reakcije (odozgonani�e, spektri nakon 0 , 10s, 20, 30, 45, 65, 85 i 100sekundi)

Figure 4. Vis-Spectra of methylene blue recordedafter specific time intervals from the beginning of thereaction (from above to below, spectra after: 0, 10,

Slika 5. Zavisnost promene apsorbance u vremenu odkoncentracije AA-Kalibraciona kriva za kinetièkumetodu

Figure 5. Dependence of change of apsorbanceduring time on conc. of AA-Calibration curve forkinetic metod


vitamin C praæenjem promene koncentracije me-tilenskog-plavog (slika 5).

Konstruisana kalibraciona kriva ima nagibk = (29.5±0.6)× L/(g×min).

Selektivnost metode predstavljena je kaoprocenat odstupanja brzine reakcije u prisustvuometajuæe supstane od brzine reakcije kadaometajuæa supstanca nije prisutna.

Tabela 1. Selektivnost kinetièke metode

Ometajuæasupstanca

Odstupanjebrzine (%)

Odnoskolièinskihkoncentracijaometajuæesupstance iaskorbinskekiseline

Fruktoza 0.3 1 : 1

Glukoza 0.1 1 : 1

Saharoza 1.9 1 : 1

Tiamin 0.1 1 : 10

Folna kiselina 0.3 1 : 100Rastvorljiviskrob

1.4 1 : 10(maseniodnos)

Rezultati ispitivanja selektivnosti metode suprikazani u tabeli 1, i iz njih se mo�e zakljuèiti danijedna od ispitivanih supstanci ne ometa odreði-vanje askorbinske kiseline ovom metodom.

Mase vitamina C u uzorcima odreðene svimmetodama – kinetièkom metodom, spektrofoto-metrijski, jodimetrijskom titracijom, kiselinsko--baznom titracijom uz bromtimol-plavo kaoindikator, kiselinsko-baznom titracijom uz fe-nolftalein kao indikator i odreðivanje askorbin-ske kiseline pomoæu HPLC-MS-a, prikazane suu tabeli 2.

Spektrofotometrijsko odreðivanje askor-binske kiseline. Na slici 6 uoèava se batohromnopomeranje maksimuma apsorpcije rastvora od294 nm do 299 nm sa poveæanjem koncentracijevitamina C.

U ovoj metodi kalibraciona kriva je konstrui-sana snimanjem apsorbanci pri talasnoj du�ini od299 nm jer se na toj vrednosti najbolje uoèavarazlika izmeðu dva susedna spektra. Koeficijent

Slika 6. UV-Vis spektri vodenih rastvora vitamina Crazlièitih koncentracija

Figure 6. UV-Vis spectra of aqueous vitamin Csolutions with different contentrations

Tabela 2. Mase askorbinske kiseline [mg] u ispitivanim uzorcima

Metoda Uzorak

TableteEkofarm

TableteGalenika

Cedevita1000 mg

Kinetièka 508±10 511±11 3.13±0.06

Spektrofotometrijska 522±12 534±12 2.02±0.05

Jodimetrijska titracija 496±5 498±4 25.8±0.5

Kiselinsko-bazna titracija uz btp kao ind. 500±2 502±2 223±2

Kiselinsko-bazna titracija uz fenolft. kao ind. 508±9 510±11 228±5

HPLC-MS 498±6 498±6 2.04±0.03

nagiba kalibracione krive je k = (4.6±0.1)×10–2

L/g.Jodimetrijska titracija askorbinske ki-

seline. Koncentracija rastvora joda je odreðenatitracijom standardnog rastvora natrijum-tiosul-fata koncentracije 0.1000 mol/L. Odreðena kon-centracija rastvora joda iznosila je 0.1024 mol/L.Ovako standardizovan rastvor joda korišæen je zajodimetrijske titracije.

Odreðivanje askorbinske kiseline pomoæuHPLC-MS-a. Konstruisana kalibraciona krivaima nagib k = (318±4)×10–2L /mg.

Diskusija

Primeæeno je da je vrednost mase vitamina Cu svakom uzorku veæa kada je odreðivana kise-linsko-baznom titracijom u kojoj je korišæenfenolftalein kao indikator u odnosu na kiselin-sko-baznu titraciju u kojoj je korišæen bromti-mol-plavo indikator. To se mo�e objasnitièinjenicom da je fenolftalein jednobojni indi-kator dok je bromtimol-plavo dvobojni, što znaèida pri titraciji uz fenolftalein uoèavanje završnetaèke titracije zavisi od koncentracije indikatora,dok kod bromtimol-plavog to nije sluèaj. Poreðe-njem sa deklarisanim masama mo�emo zakljuèitida je bromtimol-plavo pogodniji indikator zaizvoðenje kiselinsko-baznih titracija askorbinskekiseline.

Najveæe variranje odreðene mase u zavis-nosti od metode se zapa�a kod uzorka Cedevite.Velike kolièine vitamina C odreðene u Cedevitijodimetrijom i kiselinsko-baznim titracijama semogu objasniti neselektivnošæu titracija. U Ce-deviti postoje i druga redukciona sredstva, poredaskorbinske kiseline koje mogu redukovati jod.Pri jodimetrijskoj titraciji, sve one reaguju sajodom i ometaju odreðivanje vitamina C. Ana-logno tome, svaka supstanca koja ima kiselasvojstva, a potièe iz ispitivanih uzoraka Cedevitereaguje sa natrijum-hidroksidom koji se koristipri kiselinsko-baznim titracijama. Usled toga,dobijaju se i po nekoliko desetina puta veæe vred-nosti za mase vitamina C u uzorcima Cedeviti uodnosu na deklarisanu vrednost.

Takoðe se uoèava da je jodimetrija pogodnametoda za odreðivanje vitamina C u uzorcima ukojima nema supstanci sa sliènim hemijskimkarakteristikama vitaminu C koje bi redukovale

jod. Masa vitamina C u uzorcima odreðenaspektrofotometrijski je veæa u odnosu na masuodreðenu HPLC-MS-om što se mo�e objasnitipomeranjem maksimuma apsorpcije batohro-mno usled poveæanja koncentracije.

Metode su uporeðene po preciznosti. Uoèavase da je najpreciznija volumetrijska titracija uzbromtimol-plavo kao indikator (tabela 3). Uko-liko za referentnu metodu uzmemo HPLC-MS,rezultate mo�emo predstaviti i kao odstupanjamase odreðene svakom od metoda u odnosu namasu odreðenu HPLC-MS-om (tabela 4).

Na osnovu podataka iz tabele 4 se uoèava daje pored metode HPLC-MS za odreðivanje veæekolièine vitamina C (uzorci sa deklarisanih 500mg vitamina C) pogodna i jodimetrija dok je zamanje kolièine (uzorak Cedevite sa deklarisanih3.10 mg vitamina C po 1 g praha) odgovarajuæaspekrofotometrija kao jedna od najselektivnijihmetoda.

Zakljuèak

Kinetièka metoda razvijena u ovom radu jeuporeðena sa pet stadarnih metoda za odreði-vanje vitamin C po taènosti, preciznosti i sele-ktivnosti. Metoda se zasniva na praæenju brzinereakcije boje metilensko plavo sa askorbinskomkiselinom u prisustvu jona vanadijuma(V) kaoinhibitora u kiseloj sredini. Optimalni uslovi zaodreðivanje vitamina C kinetièkom metodom su:pH = 3.0, koncentracija metilenskog plavog9.6 mg/L i koncentracija vanadatnog jona21.2 mg/L. Razvijena kinetièka metoda je sele-ktivna prema skrobu, glukozi, fruktozi, saharozi,tiaminu i folnoj kiselini. Utvrðeno je da deter-minisana masa vitamina C mo�e znaèajnovarirati u zavisnosti od korišæene metode usledpostojanja ostalih komponenti u smeši kojeimaju hemijska svojstva slièna vitaminu C.Tablete vitamina C mogu se precizno odreditisvim metodama uz granice relativne greške odoko 2%, dok su najpreciznije HPLC-MS i jodi-metrija. Vitamin C u Cedeviti se mo�e odreditiHPLC-MS metodom, kinetièkom metodom ispektrofotometrijom uz relativne greške ne veæeod 2.2%, dok se pri jodimetriji i kiselinsko--baznim titracijama dobijaju nekoliko stotinaputa veæe kolièine vitamina C usled osobinatitranta.



Ispitivanjem reakcija u kojima uèestvuje vita-min C kao katalizator ili inhibitor koje imaju po-godnu kinetiku za spektrofotometerijsko praæenjemo�e se pronaæi nova kinetièka metoda kojom semogu dobiti pouzdaniji rezultati u odnosu nadruge ispitivane metode, izuzev HPLC-MS.

Zahvalnost. Zahvaljujem se diplomiranomhemièaru Milošu Pešiæu na konstruktivnim pre-dlozima, masteru hemije Gordani Krstiæ na po-moæi pri izradi eksperimentalnog dela rada, kao isaradnicima Stefanu Kociæu, Mihajlu Novako-viæu, Marinu Kuntiæu i Edvinu Faku na sugesti-jama pri osmišljavanju i realizaciji teme. Velikuzahvalnost dugujem i studentima Hemijskog fa-kulteta Univerziteta u Beogradu, Vuku Vuko-viæu i Igoru Asanoviæu na pomoæi pri pisanjurada.

Literatura

Brody T. 1994. Nutritional Biochemistry.Academic Press

Cvetkoviæ B., Malbaša V., Lonèar E., Nje�iæ Z.,Šimurina O., Filipèev B., Tepiæ A. 2012.Poreðenje tehnika i metoda odreðivanjaL-askorbinske kiseline u voæu. Hemijskaindustrija, 66 (4): 553.

Jeffery G., Bassett J., Mendham J., Denney R.1989. Vogel’s Textbook of quantitativechemical analysis, Fifth edition. Avon: Bathpress

Khan M., Sarwar A. 2001. The Influence ofTransition Metal Ions on the KineticsofAscorbic Acid Oxidation by Methylene Blue inStrongly Acidic Media. Turkish Journal ofChemistry, 25: 433.

Milutinoviæ M., Vuloviæ B. 2002. Poreðenjekiselinsko-bazne titracije sa jodometrijskimmetodama za odreðivanje vitamina C. Petnièkesveske, 54: 199.

Perez-Bendito D, Silva M. 1988. Kineticmethods in analytical chemistry. Ellis HorwordLimited

Selimoviæ A., Salkiæ M., Selimoviæ A. 2011.Direct spectrophotometric determination ofL-ascorbic acid in pharmaceutical preparationsusing sodium oxalate as a stabilizer.International Journal of Basic & AppliedSciences IJBAS-IJENS, 11 (02): 106.

Watada A. 1982. A High-performance LiquidChromatography Method for DeterminingAscorbic Acid Content of Fresh Fruits andVegetables Horticultural Crops. HortScience,17 (3): 334.

Tabela 3. Preciznost metoda (%)

Spektrofoto-metrija

Kinetièkametoda

Titracija uzHPH

HPLC-MS Jodimetrija Titracija uzBTB

2.2 2.0 2.0 1.3 1.0 0.4

Tabela 4. Relativna odstupanja rezultata dobijenih navedenim metodama u odnosu na HPLC-MS

Uzorak Metoda

Kinetièkametoda

Spektrofoto-metrija

Jodimetrija Titracija uzBTB

Titracija uzPHPH

TableteEkofarm

2.1% 4.7% 0.3% 0.5% 2.1%

TableteGalenika

2.6% 6.8% <0.1% 0.8% 2.4%

Cedevita 34.8% 1.0% 93.5% >100% >100%

Vojislav Gligorovski

Comparison of Analytical methodsfor Vitamin C Determination inPharmaceutical Dosages

Due to the relatively fast oxidation of vitaminC with oxygen to L-dehydroascorbic acid it is of-ten necessary to control its quantity in pharma-ceutical dosages via fast and efficient methods.For that purpose, the kinetic method is developedfor the determination of vitamin C and its accu-racy is compared with five standardized analyti-cal methods through the determination ofvitamin C in product samples. The kineticmethod is based on the monitoring of the rate ofinhibited reaction of methylene-blue with ascor-bic acid. Optimal conditions for vitamin C deter-mination are: pH = 3.0, �(Methylene Blue) =9.6 mg/L, �(VO3

–) = 21.2 mg/L. Ascorbic acidcan be determined using the kinetic method inthe presence of vitamin B1, vitamin B9, glucose,fructose, sucrose and soluble starch. All sixmethods are tested on three different samples: vi-tamin C pills 500 mg, manufacturer Galenika, vi-tamin C pills 500 mg, manufacturer Ekofarm andpowder Cedevita. Results show that the mostsuitable method for determination of vitamin Cin all three samples is the HPLC-MS method. Inaddition to the HPLC-MS method, for determi-nation of large amounts of vitamin C iodimetrictitration is suitable, while for smaller amounts(Cedevita samples) the appropriate methods arethe kinetic method and spectrophotometry.



Isidora Banjac

Ispitivanje uticaja provodljivostipoèetnog rastvora i koncentracijekatalizatora na sintezu silikananoèestica sol-gel metodom

Ispitan je uticaj katalizatora, njegove koncen-tracije kao i promene provodljivosti poèetnograstvora na karakteristike silika nanoèesticasintetisanih modifikovanom sol-gel metodom.Nanoèestice su okarakterisane praæenjem pro-mene raspodele pomoæu Zetasizer Nano ZS,Malvern Instruments Ltd, posmatranjem raspo-dele optièkom mikroskopijom i snimanjem ICspektara sintetisanih uzoraka. Rezultati su po-kazali da je NaOH bolji katalizator u poreðenjusa NH3 kao i da poveæanje koncentracije katali-zatora i provodljivosti poèetnog rastvora imajupovoljan uticaj i sni�avaju srednji preènik na-noèestica. Èestice najpovoljnijih karakteristika,najmanjeg najzastupljenijeg proseènog preènika50.7 nm sintetisane su u 1 M rastvoru NaOH uz0.97 M NaBr. Ovakve èestice u 0.2% suspenzijiu hloroformu pokazale su indeks polidisper-znosti od 0.236. Snimljeni su SEM uzoraka sin-tetisanih pri razlièitim koncentracijama NaOHkoji su pokazali da su dobijene nanoèesticesfernog oblika.

Influence of Conductivity of theInitial Solution and CatalyzerConcentration on the Synthesis ofSilica Nanoparticles by sol-gel

The influence of concentration and type ofthe catalyzer, as well as the changes in conduc-tivity of the intial solution on the characteristicsof nanoparticles synthesized by modified sol-gelmethod have been tested. Nanoparticles havebeen characterized by following the changes indistribution by Zetasizer Nano ZS, Malvern In-struments Ltd, observing the distribution underan optical microscope and recording the IR spec-trum of the synthesized samples. The resultsshowed that NaOH is a better catalyzer than NH3and that the higher concentration of the catalyzerand the higher conductivity both have favorableinfluence on synthesis of nanoparticles of asmaller diametar. Nanoparticles of the smallestdiametar 50.7 nm, have been synthesized in 1 Msolution of NaOH with 0.97M NaBr. These parti-cles have the index of polidispersity of 0.236 in0.2% (mass fraction) suspension in chloroforme.The SEM images of the sample synthesized indifferent concentrations of NaOH showed thatthe particles are spherical in shape.

Isidora Banjac (1994), Beograd, Gandijeva156/7, uèenica 4. razreda XIII beogradskegimnazije

MENTOR: Srðan Tadiæ, profesor uHemijsko-medicinskoj školi u Vršcu

ispitivanje uticaja olova(ii) na primarni i sekundarni ...hem.petnica.rs/archive/pubs_2013.pdf ·...

Documents