Ингибирующее действие некоторых металлов

Применение ингибиторов

Ингибирующее действие некоторых металлов

Существуют специальные вещества, которые способны замедлить образование коррозии на поверхности металлических конструкций. Удивительно, но ингибиторы, которые предварительно вводятся уже образовавшиеся коррозийную среду и способны повлияет на скорость протекания большинство химических реакций, провоцирующих ржавчину и последующее разрушение материала.

Таким образом, ингибитор кислотной коррозии способен регулировать ее распространение по материалу.

Благодаря этому сложному изобретению можно:

  • осуществлять профилактику возникновения коррозии на различных поверхностях и материалах,
  • обеспечить замедление разрушения пораженного коррозией участка,
  • создать все условия для изоляции поверхности, которая уже пострадала от всевозможных химических реакций и ржавчины.

Из-за коррозии сотни предприятий ежегодно получают большие финансовые убытки. Это спровоцировано тем, что участки коррозии быстро распространяются, заполняя собой всю поверхность конструкции. Таким образом, происходит ее полное разрушение.

В дальнейшем подобное оборудование не пригодно для последующей эксплуатации, не нуждается в полной замене. Ингибиторы способствует тому, что задерживают распространения коррозии.

Поэтому производители выигрывают время за счет применения подобных средств.

Назначение ингибиторов

Наибольшую ценность для технологов представляют особые органические соединения, способные в правильных пропорциях выступать основными ингибиторами коррозии.

Однако вся проблема состоит в том, что подобные химические элементы и вещества стоят значительные финансовые средства. Производителям приходится выбирать между периодической заменой различного оборудования из металла и применения подобных дорогостоящих веществ.

С одной стороны, выгоднее всего один раз заплатить для того, чтобы обеспечить себя запасным защитных веществ, позволяющих предупредить появление коррозии и замедлить ее развитие. Если она уже появилась на стенках какой- либо поверхности, то со временем все равно придется обеспечить полноценную замену всего присутствующего на данной территории оборудования.

Ни один ингибитор в мире не способен избавить от коррозии на 100%.

Поэтому ингибитор коррозии, применение которого так популярно среди большинства производителей, желающих сэкономить на замене некоторых деталей, уже пораженных коррозией не является универсальным средством борьбы с ней.

Но у производителей есть и другой выбор. Они могут изначально закупать оборудование, созданное с учетом специальных стойких коррозии материалов. Такие товары уже обработаны защитным покрытием и ржавчина на стенках не образуется.

Конечно же, у них также есть свой срок эксплуатации.

Однако, таким образом, производители переплачивают дважды не только за дешевый материал, который выходит из строя, но из-за всевозможных ингибиторов, лишь на некоторое время замедляющих протекания химических реакций на поверхности материала.

Основной причиной, провоцирующей возникновение коррозии, является вода, попадающая на поверхность различных материалов.

Например, если труба постоянно взаимодействует с водой, это ускорит протекание определённых химических реакций. В результате коррозия образуется на поверхности трубы значительно быстрее.

Некоторые предприятия нуждаются в замене составных элементов покрытия даже без использования ингибиторов.

Например, чтобы предотвратить последующее растрескивание в крепеже различного оборудования, которое участвует в транспортировке нефти или же работе с ней, нужно использовать трубы, сделанные из специального материала.

В данном случае экономия неуместна, так как нефть относится к группе легковоспламеняющихся жидкостей. Поэтому работать с ней нужно очень осторожно. В принципе это же касается и природного газа, а также других полезных для промышленности веществ и различных материалов.

С одной стороны, защитные покрытия стоят немалых денег, но они способствуют обеспечению дополнительной защиты для всего предприятия, занимающегося производством различных видов товаров.

На данный момент правительств многих стран старается закупать или же производить вещества:

  • предотвращающие появление коррозии,
  • замедляющие процессы её протекания,
  • способствующие обеспечению профилактики возникновения ржавчины на стенках труб и другого оборудования.

Таблица. Физико-химические свойства и способы применения ингибиторов

N п/пНазвание ингибитораХими- ческая формулаФизические свойства>Способ применения
агрегатн. состояние плавл.раство- римостьлету- честь
1>НДА (Нитрит дицикло-гексиламина)Кристаллический порошок 165-180°Хорошо в спиртах, плохо в воде0,76 мг/мВ виде ингибитирован- ной бумаги, порошка, спиртовых растворов
2МСДА (Маслорастворимая соль дицикло-гексиламина)Пастообразное вещество, застыв. 10-15°8 мг/мВ 1-3% растворе, в маслах и бензине
3КЦА (Карбонат цикло-гексиламина)Кристаллическое вещество, 106° – 1В воде и в органичес- ких растворите- ляхВ виде порошка, в смеси с НДА, в виде спиртововодных насыщенных растворов; в виде ингибитирован- ной бумаги
>4ХЦА (Хромат цикло-гексиламина)Кристаллический порошок, 180°В воде и в спиртахВ виде порошка, 1-3% спиртовых или водно-спиртовых растворов, ингибитирован- ной бумаги
5М (Маслорастворимая соль цикло-гексиламина) ингибиторПастообразное вещество застыв. +12°В воде и в органичес- ких растворите- ляхВ виде 0,5-3% раствора в минеральном масле
6Диамин (4,4-диаминодицикло- гексилметан)Пастообразное вещество 40°Нераство- рим в воде. Растворим в органичес- ких растворителяхОграниченное применение из-за малой стабильности
7В-30 (Карбонат 4,4-диамино-дициклогек- силметана)Порошок пл. 133-158°Почти нераство- рим в воде, ацетоне, спиртеВ виде ингибитирован- ной бумаги, порошка
8БЦГА (Бензоат цикло-гексиламина)Порошок 181-232°Слабо растворим в воде, в этиловом спиртеВ виде ингибитирован- ной бумаги
9БДЦГА (Бензоат дицикло-гексиламина)-“--“--“-
10Ц-1 (Паранитробензоат цикло-гексиламина)-“--“--“-
11Д-1 (Паранитробензоат дицикло-гексиламина)-“--“--“-
12Ц-2 (Метанитробензоат цикло-гексиламина)-“--“-

Как защитить покрытие от коррозии

Существует несколько способов, позволяющих обеспечить защиту покрытий от появления неприятных последствий, спровоцированных коррозией. Наиболее популярными является использование плазменных или же диффузионных типов покрытий, а также нанесение особой смазки, которая содержит ингибиторы.

Всё дело в том, что защита коррозии ингибиторами эффективна лишь в том случае, если после замедления распространения ржавчины, вся металлическая конструкция в скором времени будет заменена на новую.

Но при помощи использования ингибирующих смазок появляется уникальная возможность повлиять на процессы протекания химических реакций на поверхности материала. В результате можно значительно замедлить распространение площади коррозии, её перехода на другие типы конструкций.

Защитное действие ингибирующих смазок фактически состоит в том, чтобы «собрать» излишнюю воду, которая постепенно скапливается на всей площади поверхности металла.

Таким образом, при помощи сил адгезии происходит последующее образование прочного слоя. Данная, так называемая защитная плёнка представляет собой особый адсорбционный слой, позволяющий предотвратить попадание воды на металл.

Металл защищён от коррозии, так как находится в изоляции от воды, воздуха и других атмосферных воздействий. Плёнка не разрушается со временем, благодаря этому происходит процесс замедление последующего разрушения материалов.

Органические ингибиторы

Целесообразным с точки зрения финансовых вложений в производство и наиболее дешёвым методом борьбы с распространением коррозии является применение ингибиторов. Они эффективны в большинстве случаев.

Но стоит не забывать и о том, что существуют такие участки на поверхности, которые уже не подлежат восстановлению или же замедлению протекания процессов коррозии.

В данном случае лучше сразу воспользоваться соответствующими инструментами и совершить демонтаж части поверхности, только в том случае, если это возможно. Новая деталь обеспечит дополнительную прочность и долговечность всей поверхности металла.

Применение этого метода позволяет при помощи использования особых технологий создать определённую среду, обеспечивающую борьбу не только с самой коррозией, но и с её последствиями, выраженными уже разрушенными частями конструкции.

Большая часть всех, уже открытых или же усовершенствованных в мире ингибиторов являются органическими. Они функционируют посредством использования процессов адсорбции. Уже образованные слои выполняют функции фазовых или же энергетических типов барьеров.

Состав ингибиторов

У каждого ингибитора при этом свой собственный механизм работы, который зависит не только от условий среды, но и от состава самого вещества, обеспечивающего защиту металла и других материалов от коррозии.

Большинство профессоров при этом пришли к выводу, что механизмы работы ингибиторов во многом зависят от их происхождения и составных элементов вещества.

Но при этом даже сам ингибитор нуждается в применении дополнительных веществ и химических элементов для того, чтобы начать свою работу. Для ингибитора, который впоследствии способен растворяться в масле используют литиевую соль.

Иногда вспомогательным элементом выступает алкенилянтарная кислота. Другими химическими веществами, функционирующими в качестве дополнительных составных частей для самого ингибитора, являются магниевые соли.

Но только они должны быть в обязательном порядке извлечены из органических кислот.

Кроме основной защитной функции ингибиторы так же позволяют улучшать свойства некоторых материалов. Например, если от длительного взаимодействия с водой на поверхности металла появляются первые признаки коррозии, выраженные ржавчиной, то именно ингибитор позволяет увеличить способность масла к отталкиванию жидкостей.

Особой популярностью в наше время пользуются ингибиторы коррозии, основанные на органических соединениях. Ведь механизмы их работы во многом зависят от соблюдения многих условий и факторов.

Ведь раньше большее внимание уделяли строению самого ингибитора, его особенностям на молекулярном уровне.

На данный момент особую важность представляет концентрация самого вещества и возможность дальнейшей эксплуатации замедлителя коррозии.

Особую важность представляют собой условия хранения ингибиторов, от которых во многом зависит качество их дальнейшей работы.

В изучении данной темы уже достигнуты определённые результаты. Но при этом, несмотря на то, что принципы работы ингибиторов изучаются специалистами из разных стран, их номенклатура не отличается достаточным количеством веществ. Особенно это касается ингибиторов, которые в свою очередь предназначены для использования в сероводородной среде.

Эта проблема возникает из-за того, что данные защитные вещества, обеспечивающие замедления химических реакций, провоцирующих возникновение коррозии, ещё до конца не изучены.

Поэтому учёным следует задуматься над расширением области изучения ингибиторов и созданием полноценного каталога данных веществ.

Данные вещества особенно важны для сохранения уникальных с промышленной точки зрения конструкций, позволяющих обеспечивать рост экономики во всём мире.

Ингибиторы представляют собой особое значение для промышленности. Вместе с тем, стоит задуматься над организацией производства материалов, которые уже будут содержать в своём составе вещества, позволяющие обеспечить полноценную защиту от коррозии.

Удивительно, но существование ингибиторов обусловлено спросом на их использование. Значит, в мире с каждым годом появляется всё больше материалов, нуждающихся в обработке и защите ингибиторами от коррозии и ржавчины.

Быть может предпринимателям, организовывающим производство каких-либо товаров, стоит обеспечить правильный микроклимат в промышленных помещениях. Это бы избавило их от дополнительных затрат, связанных с последующим предотвращением последствий коррозии.

Органические соединения в результате представляют собой наиболее эффективный способ борьбы с коррозией, позволяющий обеспечить профилактику её возникновения и распространения. 

Источник: http://lkmprom.ru/analitika/issledovanie-mekhanizma-deystviya-organicheskikh-s/

Ингибирующее действие некоторых металлов: Традиционно ингибированию ионами металлов каталитической активности

Ингибирующее действие некоторых металлов

Традиционно ингибированию ионами металлов каталитической активности ферментов уделяют больше внимания, чем другим процессам, которые могут иметь место при воздействии металлов на живой организм. В первую очередь это связано с тем, что по большей части процессы ингибирования ферментативной активности негативно сказываются на процессах жизнедеятельности.

Большинство ионов металлов проявляет способность влиять на активность нативных ферментов, выступая в качестве их обратимых эффекторов. Молекулярный механизм ингибирующего действия ионов металлов на каталитическую активность ферментов установить достаточно трудно. Металл может конкурировать с субстратом за места связывания в активном центре.

В то же время он может взаимодействовать с различными группами белковой молекулы, находящимися вне активного центра, но влияющими на каталитические функции фермента, т.е. связываться с аллостерическим центром фермента.

Полагают, что ингибирующее действие ионов металлов на молекулу фермента может быть обусловлено образованием сульфидов как с цистеином, входящим в состав ферментов, так и с продуктами распада.

Если остаток цистеина входит в структуру активного центра фермента или ответствен за поддержание соответствующей конформации белковой молекулы, то модификация его тиольных групп инактивирует фермент. Кроме того, ионы тяжелых металлов могут катализировать окисление тиольных остатков до дисульфидов.

Чаше всего ингибирующее действие ионов металлов объясняют их способностью образовывать координационные связи. Как известно, входящие в активные центры ферментов нуклеофильные остатки некоторых аминокислот склонны к образованию координационных связей с ионами тяжелых металлов.

Так, остаток гистидина — составная часть участка активного центра холинэстеразы (ХЭ) — может взаимодействовать с ионами металлов. Возможно влияние ионов металлов на третичную и четвертичную структуры белка посредством образования или разрушения мостиковых связей, в том числе образованных ионами кальция и магния.

Кроме того, многие ионы переходных металлов, будучи гидролитически неустойчивыми, способны менять pH вблизи активного и аллостерического центров фермента или иным способом влиять на электростатические взаимодействия фермента с заряженными субстратами.

За редким исключением, влияние ионов металлов укладывается в общую концепцию регуляторных взаимодействий белков, in vivo такие взаимодействия требуют поддержания постоянной концентрации иона металла, что позволяет использовать характеристические изменения ферментативной активности как меру хронического загрязнения окружающей среды.

Поскольку металлы не способны к изменению своей структуры, как, например, пестициды, они могут частично аккумулироваться в живых организмах, образуя сульфиды или иные прочные комплексы, которые постепенно накапливаются в печени и других депонирующих органах. Например, в печени тунца были обнаружены микрокристаллы сульфида ртути.

Обычно для количественной оценки ингибирующего действия используют величину 150 (концентрация ингибитора, при которой происходит 50%-ное уменьшение каталитической активности фермента) и константу ингибирования К.. Поскольку размеры ионов металлов несопоставимо меньше размеров белковой глобулы, взаимодействия, если они не связаны с активным центром металла, носят множественный характер и весьма чувствительны к таким факторам среды, как pH, ионная сила, природа макроионов.

Это делает задачу определения ионов металлов и оценки их токсического эффекта во многом даже сложнее, чем определение пестицидов и других органических токсикантов. Возможно, с этим связаны имеющиеся в литературе разночтения по поводу величины pl и других характеристик действия ионов тяжелых и токсичных металлов на ферменты in vivo и in vitro. Большое внимание уделяется ингибированию металлами уреазы. Данный фермент катализирует гидролиз мочевины, скорость реакции определяют либо фотометрически с использованием реактива Несслера, либо потенциометрически по количеству выделяющихся аммиака и диоксида углерода. Уреаза обладает широким спектром ионов металлов-ингибиторов, определяемые концентрации обычно варьируют в милли- и микромолярном интервале — в зависимости от природы иона и способа иммобилизации фермента. Так, для оценки ингибирующего влияния ионов металлов на уре- азу St. saprophyticus были определены значения 150 для каждого из них. Чем меньше величина 150, тем сильнее ион металла подавляет активность фермента. Наиболее эффективными ингибиторами уреазы St. saprophyticus оказались ионы серебра (150 = 8 • 10'6 моль/л). По эффективности ингибирующего влияния ионы располагаются в следующем ряду: Ag(I) gt; Ni(II)gt; Cd(II)gt; gt;Co(II) gt;Hg(II) gt;Cu(II) gt;Zn(II) gt;Pb(II). Изученные ионы металлов начинают проявлять ингибирующее действие при концентрациях от 1 • 10″7 до 2,5 • 10'6 моль/л. Максимально возможное ингибирующее действие (100%) ионы Ag(I) ока зывают при концентрации 5* 10'4 моль/л, а ионы Hg(II), Cu(II), Zn(II), Pb(II) — при концентрации 1 • 10‘3 моль/л. Ионы Ni (II), Cd(II), Со(Н), присутствующие в реакционной среде при концентрациях, больших или равных 10'3 моль/л, не вызывают полного подавления активности фермента (уреаза сохраняет 10—20% исходной каталитической активности). Процесс ингибирования уреазы изученными ионами не зависит от концентрации фермента и продолжительности инкубации с раствором соли металла. Ингибирующий эффект изученных ионов обратим и легко снимается разбавлением или обессоливанием фермента на колонке с сефадексом G-25. Однако в присутствии ионов Pb (II), Hg(II), Zn(II), Ag(I), если их концентрация в реакционной среде превышает 10'3 моль/л, наступает необратимая денатурация фермента. Для ионов Cu(II), Ni(II), Cd(II), Со(Н) во всем исследованном интервале концентраций (1 • 10~7— 110’3 моль/л) не наблюдалось такого ингибирования, после которого фермент нельзя было бы реактивировать. Можно предположить, что в данном случае имеет место обратимое неспецифическое ингибирование. Из этого примера следует, что действие ионов металлов на каталитическую активность не всегда можно трактовать однозначно и их влияние имеет весьма сложный характер. Было установлено, что ингибирующее действие некоторых катионов на каталитическую активность бычьей РНКазы А усиливается в следующем ряду: Как видно, наибольшую ингибирующую активность проявляют катионы Hg(II), Cu(II), Zn(II); катионы подгруппы железа — Мп(П), Fe(II), Co(ll), Ni(II) — являются слабыми ингибиторами, а катионы Ba(II), Sr(II) и Са(Н) практически не проявляют ингибирующего влияния. Для оценки ингибирующей силы катионов был введен показатель W, равный сумме электростатической (г2//*) и приведенной ковалентной {Е-АН) характеристик:

(2.49)

где z — заряд иона; г — радиус иона; Е — потенциал ионизации первого и второго электронов; АН — энергия гидратации катиона. Большая ингибирующая активность катионов Zn(II), Cu(ll) и Hg(II) определяется главным образом приведенными ковалентными характеристиками.

У вышеперечисленных катионов подгруппы железа электростатические характеристики сопоставимы с аналогичными характеристиками катионов Zn(II), Cu(II), Hg(II), однако зна- чения приведенных ковалентных характеристик в 2—3 раза ниже. Эти катионы проявляют слабую ингибирующую способность.

У катионов Ва(П), Са(П), Mg(II) и Sr(II) значения электростатических и особенно приведенных ковалентных характеристик ниже, чем у Zn(II), Cu(II), Hg(II). Экспериментальные данные показывают, что эти катионы в концентрациях 1 • 10-4— 1 • 10-2 моль/л не ингибируют РНКазу.

Редкоземельные элементы (РЗЭ) — Рг, Nb, Sm, Eu, Tb, Er, Tu, Yb — влияют на каталитическую активность неорганических пирофосфатаз из пекарских дрожжей и кишечной палочки. При исследовании зависимости скорости индикаторной реакции от концентрации РЗЭ в интервале 10'5—10-1 мкг/мл установлено, что все ионы оказывают ингибирующее действие на каталитическую активность обоих ферментов.

При этом ингибирующее действие разных РЗЭ проявляется в различных диапазонах концентраций. Наиболее эффективным ингибитором пирофосфатаз оказался Рг(Ш). Ингибирующее действие РЗЭ понижается при переходе от празеодима к иттербию, т.е. с уменьшением ионного радиуса РЗЭ. Механизм ингибирования неорганической пирофосфатазы празеодимом соответствует полному конкурентному ингибированию.

Константа ингибирования, характеризующая устойчивость комплекса фермент-ингибитор, свидетельствует о том, что ионы Рг(Ш) образуют с пирофосфатазой более устойчивый каталитически неактивный комплекс, чем ионы Рг(Ш).

Часто рассматривают влияние ионов металлов на каталитическую активность ферментов только качественно, отмечая лишь наличие соответствующего эффекта и область концентраций, в которой он проявляется. Например, известно, что ионы Cu(II) вызывают уменьшение каталитической активности глутаматдегидрогеназы печени быка (1 = 2 -10~6 моль/л).

При концентрации ионов меди, равной 1 • 10'5 моль/л и выше, остаточная активность составляет 8—10% от исходной. Уменьшение активности объясняется прямым взаимодействием катиона меди с глутаматдегидрогеназой (спектр поглощения глутаматдегидрогеназы в присутствии Cu(II) свидетельствует об образовании комплекса фермент—металл). Ингибирование носит аллостерический характер.

Ионы Zn(II) также являются ингибиторами данного фермента. Катионы Zn(II) ингибируют и поли(АДФ-рибозо)полимеразу из головного мозга крыс. При концентрации иона, равной 1,25* 10″4 моль/л, ферментативная активность полностью подавляется. Связывание сульфгидрильных групп этого фермента с ионами Zn(ll) вызывает изменение ферментативной активности, причем эффект ингибирования обратим.

Ионы РЪ(11) и Cd(II) ингибируют щелочную фосфатазу из кишечника цыплят при реакции гидролиза л-нитрофенилфосфата в области концентраций 10'3-10'2 мкг/мл. В этой же области концентраций каталитическая активность фермента подавляется в присутствии Cd(II). При этом максимальное уменьшение активности имеет место при концентрации 1—10 мкг/мл.

Каталитическая активность данного фермента уменьшается также в присутствии ионов кальция в концентрации 10″3— 1 мкг/мл. Интересно, что ингибирующее действие кальция на фермент уменьшается с возрастанием концентрации катиона. Ионы Cd(II) в концентрации 1 • 10*4 мкг/мл и ионы Hg(II) в концентрации 5 • 10'13—5 • 10″8 моль/л оказывают ингибирующее действие на пероксидазу хрена.

Падение активности пероксидазы наблюдается также в присутствии Bi(III) в интервале концентраций (2—10) -10’4 мкг/мл. При больших концентрациях Bi(III) скорость реакции практически не меняется. Протеиндисульфидредуктаза из печени быка катализирует тиол- дисульфидный обмен между глутатионом и инсулином, а также обладает способностью реактивировать произвольно окисленную ри- бонуклеазу.

Активность данного фермента подавляется ионами Cu(II) и Hg(II). Для нативных холинэстераз ионы тяжелых металлов являются в основном обратимыми конкурентными ингибиторами. Большое число металлов влияет на активность ацетилхолинэстеразы (АХЭ) эритроцитов человека в широком диапазоне концентраций солей: Zn(ll), Cu(II), Fe(II), Со(П) и Ni(II).

Исключение составляет MnCl2, который вообще не влияет на активность АХЭ. Ингибирующее действие в первом приближении прямо пропорционально концентрации соответствующего металла. Зависимость степени ингибирования АХЭ солями от значения pH позволяет сделать вывод о том, что ингибиторами активности АХЭ являются гидроксокомплексы типа МОН*.

Ионы Си(11) и Cd(ll), а также ионы Со(11) и А1(111) угнетают каталитическую активность некоторых холинэстераз. Ингибирующее действие кислой фосфатазы проявляется уже при 0,1 мг/л Hg(Il) и 0,7 мг/л Cu(Il), фосфодиэстеразы — при 1-8 мг/л Ве(П), 0,9 мг/л Cd(II), аденозин деаминазы — при 25 мг/л Hg(II).

В роли ионов металлов-ингибиторов выступают ионы ртути (II) по отношению к p-фруктофуранозидазе и изоцитратдегидрогеназе, лактатдегидрогеназе. Ионы Cu(II), Cd(II) являются также ингибиторами изоцитратдегидрогеназы, а ионы серебра, кадмия, цинка, свинца и Cu(II) — лактатдегидрогеназы.

Кальций занимает особое место в ряду металлов. Для него характерно скорее активирующее, а не ингибирующее действие. Однако кальций может ингибировать некоторые ферменты, например дрожжевую гексокиназу или щелочную фосфатазу. Установлено, что ионы кальция при 10-ь 100-кратном избытке по отношению к празеодиму усиливают ингибирующее действие последнего. Это связано, по- видимому, с тем, что ионный радиус иона Са(Н) близок к радиусам ионов РЗЭ, поэтому кальций может оказывать аналогичное РЗЭ влияние на фермент. 

Источник: https://bookucheba.com/himicheskaya-zaschita-radiatsionnaya/ingibiruyuschee-deystvie-nekotoryih-65489.html

Ингибиторы коррозии

Ингибирующее действие некоторых металлов

Согласно стандарту ISO 8044-1986 ингибиторами коррозии (ИК) называют химические соединения, которые, присутствуя в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента. Ингибиторами коррозии могут быть и композиции химических соединений. ингибиторов в коррозионной среде должно быть небольшим.

Эффективность ингибиторов коррозии металлов оценивается степенью защиты Z (в %) и коэффициентом торможения Υ (ингибиторный эффект) и определяется по формулам:

где К1 и K2 [г/(м2•ч)] — скорость растворения металла в среде без ингибитора и с ингибитором соответственно; i1 и i2 [А/см2] — плотность тока коррозии металла в среде без ингибитора и с ингибитором коррозии соответственно. При полной защите коэффициент Z равен 100 %.
Коэффициент торможения показывает во сколько раз уменьшается скорость коррозии в результате действия ингибитора:

Z и Υ связаны между собой:

Ингибиторы коррозии металлов подразделяются: • по механизму своего действия — на катодные, анодные и смешанные; • по химической природе — на неорганические, органические и летучие;

• по сфере своего влияния — в кислой, щелочной и нейтральной среде.

Действие ингибиторов коррозии обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования с катионами металла труднорастворимых соединений.

Защитные слои, создаваемые ингибиторами коррозии, всегда тоньше наносимых покрытий.

Ингибиторы коррозии металла могут действовать двумя путями: уменьшать площадь активной поверхности или изменять энергию активации коррозионного процесса.

Катодные и анодные ингибиторы замедляют соответствующие электродные реакции, смешанные ингибиторы изменяют скорость обеих реакций. Адсорбция и формирование на металле защитных слоев обусловлены зарядом частиц ингибитора и способностью образовывать с поверхностью химические связи.

Катодные ингибиторы коррозии замедляют катодные реакции или активное растворение металла. Для предотвращения локальной коррозии более эффективны анионные ингибиторы. Часто для лучшей защиты металлов от коррозии используют композиции ингибиторов с различными добавками.

При этом может наблюдаться: • аддитивное действие, когда ингибирующий эффект отдельных составляющих смеси суммируется; • антагонизм, когда присутствие одного из компонентов ослабляет ингибирующее действие другого компонента;

• синергизм, когда компоненты композиции усиливают ингибирующее действие друг друга.

Неорганические ингибиторы коррозии металлов. Способностью замедлять коррозию металла в агрессивных средах обладают многие неорганические вещества. Ингибирующее действие этих соединений обуславливается присутствием в них катионов (Са2+, Zn2+, Ni2+ , As3+, Bi3+, Sb3+) или анионов (CrO2-4, Cr202-7, NO-2, SiO2-3, PO3-4).

Экранирующие катодные ингибиторы коррозии — это соединения, которые образуют на микрокатодах нерастворимые соединения, отлагающиеся в виде изолирующего защитного слоя. Для железа в водной среде такими соединениями могут быть ZnSO4, ZnCl2, а чаще Са(НС03)2.

Бикарбонат кальция Са(НС03)2 — самый дешевый катодный экранирующий ингибитор, применяемый для стали в системах водоснабжения.

Бикарбонат кальция в подщелоченной среде образует нерастворимые соединения СаСОз, осаждающиеся на поверхности, изолируя ее от электролита.

Анодные неорганические ингибиторы коррозии образуют на поверхности металла тонкие (~ 0,01 мкм) пленки, которые тормозят переход металла в раствор. К группе анодных замедлителей коррозии относятся химические соединения — пленкообразователи и окислители, часто называемые пассиваторами.

Катодно-анодные неорганические ингибиторы, например KJ, КВr в растворах кислот, тормозят в равной степени анодный и катодный процессы за счет образования на поверхности металла хемосорбционного слоя.

Пленкообразующие ингибиторы защищают металл, создавая на его поверхности фазовые или адсорбционные пленки. В их число входят NaOH, Na2C03 и фосфаты.

Наибольшее распространение получили фосфаты, которые широко используют для защиты железа и стали в системе хозяйственных и коммунальных стоков.

В присутствии фосфатов на поверхности железа образуется защитная пленка. Она состоит из гидроксида железа, уплотненного фосфатом железа. Для большего защитного эффекта фосфаты часто используются в смеси с полифосфатами. Пассиваторы тормозят анодную реакцию растворения металла благодаря образованию на его поверхности оксидов. Эта реакция может протекать только на металлах, склонных к пассивации.

Пассиваторы являются хорошими, но опасными ингибиторами коррозии металлов. При неверно выбранной концентрации, в присутствие ионов Сl- или при несоответствующей кислотности среды, они могут ускорить коррозию металла, и в частности вызвать очень опасные точечные коррозионные процессы.

Хроматы и бихроматы натрия и калия используются как ингибиторы коррозии железа, оцинкованной стали, меди, латуни и алюминия в промышленных водных системах.

Нитриты применяются в качестве ингибиторов коррозии многих металлов (кроме цинка и меди) при рН более 5. Они дешевы и эффективны в случае присутствия ржавчины.

Защитное действие нитритов состоит в образовании поверхностной оксидной пленки. Оксидная пленка состоит из 25 % Cr203 и 75 % Fe203 .

Силикаты относятся к ингибиторам коррозии смешанного действия, уменьшая скорости как катодной, так и анодной реакций. Действие силикатов состоит в нейтрализации растворенного в воде углекислого газа и в образовании защитной пленки на поверхности металла.

Пленка не имеет постоянного состава. По структуре она напоминает гель кремневой кислоты, в которой адсорбируются соединения железа и соли жесткости. Ее толщина обычно равна около 0,002 мм.

Полифосфаты — растворимые в воде соединения метафосфатов общей формулы (МеР03)n. Защитное действие полифосфатов состоит в образовании непроницаемой защитной пленки на поверхности металла. В водных растворах происходит медленный гидролиз полифосфатов, в результате образуются ортофосфаты. В присутствии Са2+ и Fe3+ на поверхности образуется непроницаемая защитная пленка.

Наибольшее распространение в промышленности получил гексаметафосфат натрия. Фосфаты и полифосфаты находят применение в качестве замедлителей коррозии стали в воде и холодильных рассолах. Большой эффект достигается при совместном использовании фосфатов и хроматов.

Органические ингибиторы коррозии. Многие органические соединения способны замедлить коррозию металла. Органические соединения — это ингибиторы смешанного действия, т.е. они воздействуют на скорость как катодной, так и анодной реакций.

Органические ингибиторы коррозии металлов адсорбируются только на поверхности металла. Продукты коррозии их не адсорбируют.

Поэтому эти ингибиторы применяют при кислотном травлении металлов для очистки последних от ржавчины, окалины, накипи.

Органическими ингибиторами чаще всего бывают алифатические и ароматические соединения, имеющие в своем составе атомы азота, серы и кислорода. Амины применяют как ингибиторы коррозии железа в кислотах и водных средах.

Тиолы (меркаптаны), а также органические сульфиды и дисульфиды проявляют более сильное ингибирующее действие по сравнению с аминами. Основные представители этого класса — тиомочевина, бензотриазол, алифатические меркаптаны, дибензилсульфоксид.

Органические кислоты и их соли применяют как ингибиторы коррозии железа в кислотах, маслах и электролитах, а также как ингибиторы процесса наводороживания.

Наличие в органических кислотах амино- и гидроксильных групп улучшает из защитные свойства.

В спиртовых растворах, особенно многоосновных (этиленгликоль, пропиленгликоль), применяемых в системах охлаждения эффективным ингибитором коррозии является КПГ-ПК.

Необычайно широко применение ингибиторов в промышленности. В щелочных средах ингибиторы используются при обработке амфотерных металлов, защите выпарного оборудования, в моющих составах, для уменьшения саморазряда щелочных источников тока.

В последние годы появились новые смесевые ингибиторы коррозии для защиты стальной арматуры в железобетоне. Эти соединения — лигносульфонаты, таннины, аминоспирты — способны образовывать с катионами железа труднорастворимые комплексы.

Среди них особое внимание заслуживают таннины, благодаря их положительному влиянию на бетон и способности взаимодействовать с прокорродировавшей сталью. Новый класс ингибиторов — это мигрирующие ингибиторы коррозии металла.

Они обладают способностью диффундировать через слой бетона и адсорбироваться на поверхности стальной арматуры, замедляя ее коррозию.

Из ингибиторов для нейтральных сред следует выделить группу ингибиторов коррозии для систем охлаждения и водоснабжения. Видное место здесь занимают полифосфаты, поликарбоксильные аминокислоты, так называемые комплексоны — ЭДТА, НТА и др.; и их фосфорсодержащие аналоги—ОЭДФ, НТФ, ФБТК. Комплексоны защищают металлы только в жестких водах, где они образуют соединения с катионами Са2+ и Mg2+.

В водооборотных системах хорошие результаты получены с ингибиторами СП-В. Они надежно защищают системы, состоящие из различных конструкционных материалов (Fe, Сu, Аl, и их сплавы).

Летучие ингибиторы являются современным средством защиты от атмосферной коррозии металлических полуфабрикатов и готовых изделий на время их хранения и транспортировки. Принцип действия летучих ингибиторов коррозии  заключается в образовании паров, которые диффундируют через слой воздуха к поверхности металла, и защищают ее.

Летучие ингибиторы коррозии раньше использовались преимущественно для защиты от коррозии военной техники и энергетического оборудования. В последние годы к известным летучим ингибиторам НДА, КЦА, Г-2, ИФХАН-100, ВНХЛ-49 добавился ряд новых —  СП-В, КПГ-ПК.

Установлена способность лучших летучих ингибиторов защищать металл от коррозии длительное время (более 3-х месяцев) даже после удаления их из упаковочного пространства — эффект последействия.

За более подробной информацией по ингибиторам коррозии обращайтесь по тел. (495) 966-08-09, ООО “Спектропласт”, www.splast.ru

Источник: https://ingibitory.ru/production/ingibitory-korrozii/

Активирование и ингибирование ферментов

Ингибирующее действие некоторых металлов

Скорость ферментативной реакции, как и активность фермента, в значительной степени определяется также присутствием в среде активаторов и ингибиторов: первые повышают скорость реакции, а вторые тормозят эту реакцию. Активирующее влияние на скорость ферментативной реакции оказывают разнообразные вещества органической и неорганической природы. Так, соляная кислота активирует действие пепсина желудочного сока;

желчные кислоты повышают активность панкреатической липазы; некоторые тканевые ферменты (оксидоредуктазы, катепсины, аргиназа), растительная протеиназа и др. в значительной степени активируются соединениями, содержащими свободные SH-группы (глутатион, цистеин), а ряд ферментов – также витамином С.

Особенно часто активаторами выступают ионы двухвалентных и, реже, одновалентных металлов. Получены доказательства, что около четверти всех известных ферментов для проявления полной каталитической активности нуждаются в присутствии металлов. Многие ферменты вообще не активны в отсутствие металлов.

Так, при удалении цинка угольная ангидраза (карбоангидраза), катализирующая биосинтез и распад Н2СО3, практически теряет свою ферментативную активность; более того, цинк при этом не может быть заменен никаким другим металлом.

Известны ферменты , действие которых активируется ионами нескольких металлов; в частности, енолаза активируется Mg2+, Mn2+, К+ (табл. 4.4).

Молекулярный механизм действия металлов в энзиматическом катализе, или роль металлов в активировании ферментами.

В ряде случаев ионы металлов (Со2+, Mg2+, Zn2+, Fe2+) выполняют функции простетических групп ферментов, или служат акцепторами и донаторами электронов, или выступают в качестве электрофилов либо нуклеофилов, сохраняя реактивные группы в необходимой ориентации.

В других случаях они способствуют присоединению субстрата к активному центру и образованию фермент-субстратного комплекса. Например, ионы Mg2+через отрицательно заряженную фосфатную группу обеспечивают присоединение монофосфатных эфиров органических веществ к активному центру фосфатаз, катализирующих гидролиз этих соединений.

Иногда металл соединяется с субстратом, образуя истинный субстрат, на который действует фермент. В частности, ионы Mg2+активируют креатинфосфокиназу благодаря образованию истинного субстрата – магниевой соли АТФ.

Наконец, имеются экспериментальные доказательства прямого участия металлов (например, ионов Са2+ в молекуле амилазы слюны) в формировании и стабилизации активного центра и всей трехмерной структуры молекулы фермента. Следует отметить также, что металлы нередко выступают в роли аллостерических модуляторов (эффекторов; см. рис. 4.22). Взаимодействуя с аллостеричес-ким центром, подобный металл (эффектор) способствует образованию наиболее выгодной пространственной конфигурации фермента и активного фермент-субстратного комплекса.

Анионы в физиологических концентрациях обычно неэффективны или оказывают небольшое активирующее влияние на ферменты. Исключение составляют пепсин, некоторые оксидоредуктазы, активируемые анионами, а также амилаза слюны, катализирующая гидролиз крахмала, активность которой повышается при действии ионов хлора, и аденилатциклаза, которая активируется анионами галогенов.

Ингибиторы ферментов обычно принято делить на два больших класса: обратимые и необратимые. Это вещества, вызывающие частичное (обратимое) или полное торможение реакций, катализируемых ферментами.

Недавно открыты антиферменты (антиэнзимы, или антизимы), представляющие собой белки (или полипептиды), действующие как ингибиторы ферментов. К подобным веществам относятся, например, ингибитор трипсина, обнаруженный в соевых бобах, и сывороточный антитрипсин.

Недавно открыт в печени животных антифермент орнитинде-карбоксилазы (см. главу 12). Антизимы, вероятнее всего, образуют трудно-диссоциируемые комплексы с соответствующими ферментами, выключая их из химических реакций.

Иногда ингибитор является составным компонентом предшественника фермента, например пепсина (см. главу 12), или входит в состав сложных комплексов ферментов, например в состав протеинкиназы и протеинфосфатазы, катализирующих процессы фосфо-рилирования-дефосфорилирования в живых организмах.

Однако до сих пор не выяснено, являются ли подобные антиферменты истинными ингибиторами или регуляторными субъединицами, в частности, какова разница в назначении регуляторной (R) субъединицы в составе протеинкиназы и ингибиторной (I) субъединицы в составе протеинфосфатазы.

Ферменты являются белками, поэтому любые агенты, вызывающие денатурацию белка (кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, нагревание), приводят к необратимой инактивации фермента. Однако подобное инак-тивирование относительно неспецифично, оно не связано с механизмом действия ферментов.

Гораздо большую группу составляют так называемые специфические ингибиторы, которые оказывают свое действие на какой-либо один фермент или группу родственных ферментов, вызывая обратимое или необратимое ингибирование. Исследование этих ингибиторов имеет важное значение.

Во-первых, ингибиторы могут дать ценную информацию о химической природе активного центра фермента, а также о составе его функциональных групп и природе химических связей, обеспечивающих образование фермент-субстратного комплекса.

Известны вещества, включая лекарственные препараты, специфически связывающие ту или иную функциональную группу в молекуле фермента, выключая ее из химической реакции.

Так, йодацетат IСН2—СООН, его амид и этиловый эфир, пара-хлормеркурибензоат ClHg—С6Н4—СООН и другие реагенты сравнительно легко вступают в химическую связь с некоторыми SH-группами ферментов. Если такие группы имеют существенное значение для акта катализа, то добавление подобных ингибиторов приводит к полной потере активности фермента:

R-SH + IСН2—СООН —> НI + R—S—CH2—COOH

Действие ряда других ферментов (холинэстераза, трипсин и химотрип-син) сильно тормозится некоторыми фосфорорганическими соединениями, например ДФФ, вследствие блокирования ключевой гидроксильной группы серина в активном центре (см. ранее).

Во-вторых, ингибиторы нашли широкое применение в энзимологии при исследовании природы множественных форм ферментов и изоферментов, различающихся не столько электрофоретической подвижностью, сколько различной чувствительностью к одному и тому же ингибитору.

При помощи ингибиторов, выключающих отдельные стадии многоступенчатого метаболического процесса, могут быть точно установлены не только последовательность химических реакций, но и природа участвующих в этих превращениях ферментов.

Этим путем, применяя йодацетат, фториды и другие специфические ингибиторы, был расшифрован глико-литический путь окислительно-восстановительных превращений глюкозы до стадии образования молочной кислоты в мышечной ткани, насчитывающий 11 стадий с участием 11 ферментов и 10 промежуточных метаболитов.

С ингибированием ферментов связан механизм действия многих токсинов и ядов на организм.

Известно, что при отравлениях солями сенильной кислоты смерть наступает вследствие полного торможения и выключения дыхательных ферментов (цитохромная система) тканей, особенно клеток мозга.

Токсическое влияние на организм человека и животных некоторых инсектицидов обусловлено торможением активности холинэстеразы – фермента, играющего ключевую роль в деятельности нервной системы.

Современная, так называемая рациональная, химиотерапия (направленное применение лекарственных препаратов в медицине) должна основываться на точном знании механизма действия лекарственных средств на биосинтез ферментов, на активность уже синтезированных ферментов или на регуляцию их активности в организме.

Иногда для лечения некоторых болезней используют избирательно действующие ингибиторы. Так, ингибитор ряда протеиназ (трипсина, химотрипсина и калликреина) трасилол широко применяется для лечения острого панкреатита – болезни, при которой уровень трипсина и химотрипсина в крови резко возрастает.

Знание избирательного ингибиторного действия некоторых природных и синтетических соединений (так называемых антиметаболитов) на ферменты может служить методологической основой для разработки эффективных методов синтеза химиотерапевтических препаратов.

Этот путь открывает широкие возможности для направленного воздействия на синтез ферментов в организме и регуляции интенсивности метаболизма при патологии.

Типы ингибирования. Различают обратимое и необратимое ингибиро-вание. Если ингибитор вызывает стойкие изменения пространственной третичной структуры молекулы фермента или модификацию функциональных групп фермента, то такой тип ингибирования называется необратимым.

Чаще, однако, имеет место обратимое ингибирование, поддающееся количественному изучению на основе уравнения Михаэлиса-Ментен.

Обратимое ингибирование в свою очередь разделяют на конкурентное и неконкурентное в зависимости от того, удается или не удается преодолеть торможение ферментативной реакции путем увеличения концентрации субстрата.

Конкурентное ингибирование может быть вызвано веществами, имеющими структуру, похожую на структуру субстрата, но несколько отличающуюся от структуры истинного субстрата.

Такое ингибирование основано на связывании ингибитора с субстратсвязывающим (активным) центром. Классическим примером подобного типа ингибирования является торможение сукцинатдегидрогеназы (СДГ) малоновой кислотой.

Этот фермент катализирует окисление путем дегидрирования янтарной кислоты (сукцината) в фумаровую:

Если в среду добавить малонат (ингибитор), то в результате структурного сходства его с истинным субстратом сукцинатом (наличие двух таких же ионизированных карбоксильных групп) он будет взаимодействовать с активным центром с образованием фермент-ингибиторного комплекса, однако при этом полностью исключается перенос атома водорода от малоната. Структуры субстрата (сукцинат) и ингибитора (малонат) все же несколько различаются. Поэтому они конкурируют за связывание с активным центром, и степень торможения будет определяться соотношением концентраций малоната и сукцината, а не абсолютной концентрацией ингибитора. Таким образом, ингибитор может обратимо связываться с ферментом, образуя фермент-ингибиторный комплекс. Этот тип ингиби-рования иногда называют ингибированием по типу метаболического антагонизма (рис. 4.20).

В общей форме реакция взаимодействия ингибитора с ферментом может быть представлена следующим уравнением:

Образовавшийся комплекс, называемый фермент-ингибиторным комплексом ЕI, в отличие от фермент-субстратного комплекса ES не распадается с образованием продуктов реакции. Константу диссоциации комплекса EI, или ингибиторную константу Кi, можно, следуя теории Михаэлиса–Мен-тен, определить как отношение констант обратной и прямой реакций:

т.е. ингибиторная константа прямо пропорциональна произведению концентрации фермента и ингибитора и обратно пропорциональна концентрации комплекса EI.

Метод конкурентного торможения нашел широкое применение в медицинской практике.

Известно, например, что для лечения некоторых инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями, применяют сульфаниламидные препараты.

Оказалось, что эти препараты имеют структурное сходство с парааминобензойной кислотой, которую бактериальная клетка использует для синтеза фолиевой кислоты, являющейся составной частью

Рис. 4.20. Действие конкурентного ингибитора (схема по В.Л. Кретовичу). Е – фермент; S – субстрат; Р1 и Р2 – продукты реакции; I – ингибитор.

ферментов бактерий. Благодаря этому структурному сходству сульфаниламид блокирует действие фермента путем вытеснения парааминобензой-ной кислоты из комплекса с ферментом, синтезирующим фолиевую кислоту, что ведет к торможению роста бактерий.

Некоторые аналоги витамина В6 и фолиевой кислоты, в частности дезоксипиридоксин и аминоптерин (см.

главу 7), действуют как конкурентные, так называемые коферментные, ингибиторы (или антивитамины), тормозящие многие интенсивно протекающие при патологии биологические процессы в организме.

Применение подобных аналогов в медицинской практике (в частности, в дерматологии и онкологии) основано на конкурентном вытеснении коферментов из субстратсвязывающих центров ключевых ферментов обмена.

Неконкурентное ингибирование вызывается веществами, не имеющими структурного сходства с субстратами и часто связывающимися не с активным центром, а в другом месте молекулы фермента. Степень торможения во многих случаях определяется продолжительностью действия ингибитора на фермент.

При данном типе ингибирования благодаря образованию стабильной ковалентной связи фермент часто подвергается полной инактивации, и тогда торможение становится необратимым. Примером необратимого ингибирования является действие йодацетата, ДФФ, а также диэтил-n-нитрофенилфосфата и солей синильной кислоты.

Это действие заключается в связывании и выключении функциональных групп или ионов металлов и молекуле фермента.

Следует указать, что неконкурентное ингибирование также может быть обратимым и необратимым, поскольку отсутствует конкуренция между субстратом и ингибитором за активный центр. Примеры необратимого ингибирования приведены ранее.

При обратимом неконкурентном ингибировании субстрат S и ингибитор I связываются с разными центрами, поэтому появляется возможность образования как комплекса EI, так и тройного комплекса EIS; последний может распадаться с освобождением продукта, но с меньшей скоростью, чем комплекс ES.

Этот тип неконкурентного ингибирования чаще всего наблюдается у ферментов, катализирующих превращения более одного субстрата, когда связывание ингибитора не блокирует связывание субстрата с активным центром. Ингибитор при этом соединяется как со свободным ферментом, так и с ES-комплексом.

Известно, кроме того, так называемое бесконкурентное ингиби-рование, когда ингибитор связывается с ферментом также в некаталитическом центре, однако не со свободным ферментом, а только с ES-комплексом в виде тройного комплекса.

Для выяснения вопроса о типе ингибирования пользуются уравнениями Михаэлиса-Ментен, Лайнуивера-Бэрка или другими, например уравнением Эди-Хофсти:

ν = -Km(y/[S]) + Vmax

и соответствующими графиками в прямолинейных координатах.

Рнс. 4.21. Графики зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в присутствии конкурентного ингибитора.

а – в координатах v от [ S ] ; б – в координатах 1/v от 1 / [ S ] ; Vmaxи Vi – максимальные скорости реакции; Кm и Kmi – константа Михаэлиса соответственно в отсутствие (1) и в присутствии (2) ингибитора.

Рис. 4.22. Графики зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в присутствии неконкурентного ингибитора. Обозначения те же, что на рис. 4.21.

При конкурентном типе ингибирования ингибитор увеличивает значение Кm, не оказывая влияния на максимальную скорость Vmax(рис. 4.21). Это означает, что при достаточно высокой концентрации субстрата [ S ] ингибитор вытесняется молекулами субстрата из комплекса EI. При неконкурентном ингибировании (рис. 4.

22) ингибитор снижает величину максимальной скорости. Если при этом величина Кm не уменьшается, то говорят о полностью неконкурентном ингибировании. Подобный тип ингибиро-вания имеет место при образовании неактивных, труднодиссоциирующих комплексов EI и(или) EIS.

Часто, однако, наблюдается смешанный тип ингибирования, иногда называемый частично неконкурентным, или обратимым неконкурентным ингибированием (см. ранее), при котором снижение Vmaxсочетается с одновременным увеличением значений Кm. Это означает, что комплекс EI сохраняет частичную активность, т.е.

способность к образованию промежуточного тройного комплекса EIS, в котором субстрат подвергается замедленному каталитическому превращению. В редких случаях степень торможения активности фермента может увеличиваться с повышением концентрации субстрата.

Для этого типа торможения был предложен, как отмечено ранее, довольно неточный термин «бесконкурентное ингибирование». Один из механизмов такого торможения обусловлен возможностью соединения ингибитора с комплексом ES с образованием неактивного или медленно реагирующего тройного комплекса EIS.

Таким образом, при графическом анализе скоростей ферментативных реакций как функции концентраций субстрата может быть получена ценная информация не только о кинетике ферментативных реакций, но и о молекулярных механизмах ферментативного катализа.

Предыдущая страница | Следующая страница

СОДЕРЖАНИЕ

Источник: http://www.xumuk.ru/biologhim/053.html

Экология СПРАВОЧНИК

Ингибирующее действие некоторых металлов

3.8

Токсичность и ингибирование. Наличие ионов тяжелых металлов, таких как Си2+, Сг6+, Сс12+ и др., даже в небольших концентрациях (0,1 мг/л), может подавлять активность бактерий.[ …]

Более ¡0 % всего добываемого металла ежегодно уничтожается вследствие коррозии, поэтому ее уменьшение способствует сокращению расхода металла, а следовательно, и уменьшению загрязнения окружающей среды.

С целью предохранения металла от коррозии применяют различные антикоррозийные покрытия: оцинковка, хромирование, алюминирование, эмалирование и другие, широкое распространение которых сдерживается недостатком необходимого для их применения товарного сырья.

Поэтому представляет большой интерес начавшееся использование вторичного сырья в виде некондиционного каучука, отходов производства капрона, пенопо-листирола для противокоррозионных красок и грунтовок, а также отходов коксохимического производства — для ингибиторов (веществ, тормозящих химические процессы) коррозии.

Интересны также работы в области поиска ингибиторов для смазывающих материалов, применяемых при консервации сельскохозяйственной техники, и ингибированных лаков для защиты от коррозии оросительных труб.[ …]

В большинстве случаев для травления металла используют неингибированную соляную кислоту.

Лишь в установках, где при неполадках в эксплуатации возможно длительное пребывание металла в кислоте, приходится применять ингибированную кислоту.

В качестве ингибиторов используют различные смеси сложных органических соединений. В частности, для этой цели применяют гексаметилентетрамин (уротропин) в концентрациях от 0,5 до 1 г/л травильной кислоты.[ …]

В загрязненной почве взаимодействие тяжелых металлов и микроорганизмов как продуцентов ферментов проявляется в виде двух основных процессов – токсического действия металлов на микроорганизмы и поглощения и связывания металлов микробными клетками.

Известно, что токсическое действие тяжелых металлов проявляется в ингибировании и блокировании отдельных процессов метаболизма у микроорганизмов (Кобзев, 1980). При действии металлов изменяется не только численность почвенной микрофлоры, но и ее состав.

Большие дозы металлов, попадающих в почву, могут вызывать гибель определенной части микрофлоры. В то же время микроорганизмы способны изменять подвижность, а следовательно, токсичность тяжелых металлов за счет их поглощения и связывания.

Сорбция и закрепление тяжелых металлов микроорганизмами приводят к их накоплению в биомассе клеток в почве.[ …]

Однако и химические способы очистки образцов от продуктов коррозии после опыта в ингибированных кислотах, описанные в инструкции [1] и других работах, также не очень хороши. В инструкциях, как правило, отсутствуют четкие указания по поводу того, как и сколько времени требуется травить образцы с теми или иными продуктами коррозии, образовавшимися на их поверхности.

Это является важным моментом, так как иногда продукты коррозии очень слабо сцеплены с поверхностью металла и легко удаляются с нее даже без всякого травления, а иногда образуют крепко сцепленную с металлом пленку, которая полностью не удаляется даже при длительном травлении в ингибированной кислоте, в связи с чем образец приходится дополнительно очищать механическим путем.

[ …]

Различные токсиканты, и в первую очередь диоксид серы, оксиды азота и углерода, озон, тяжелые металлы, весьма негативно влияют на хвойные и широколиственные деревья, а также на кустарники, полевые культуры и травы, мхи и лишайники, фруктовые и овощные культуры и цветы.

В газообразном виде или в виде кислотных осадков они отрицательно действуют на важные ассимиляционные функции растений, органы дыхания животных, резко нарушают метаболизм и приводят к различным заболеваниям. Так, например, под действием озона (03) в растениях снижается не только активность транспортной системы, но и содержание хлорофилла.

Прослеживается высокая корреляция между повреждением листьев и количеством адсорбированного диоксида серы (802). Высокие дозы Б02 или продолжительные воздействия его низких концентраций приводят к сильному ингибированию процессов фотосинтеза и снижению дыхания. Таким образом, из приведенных выше прмеров следует, что такие токсиканты, как диоксид серы, озон и др.

, могут существенно нарушать различные биохимические и физиологические процессы и структурную организацию клеток растений и приводить к их гибели.[ …]

Установлено, что характер реакции проростков на концентрацию ионов ТМ в растворе однотипен: с повышением концентрации металлов усиливалось ингибирование роста как подземных, так и надземных частей растения. Ингибирование корней выражено сильнее.

При этом у многих проростков, выращенных при концентрации 1 мМ, наблюдали загнивание апекса корня, бледную окраску гипокотиля и семядольных листьев. При одинаковых концентрациях ТМ оказывали разный токсический эффект на рост корня, гипокотиля и листьев.

Наиболее токсичными для исследованных видов растений оказались ионы меди, которые в большей степени ингибировали рост гипокотиля, корня и листьев. Ионы свинца оказали сильное ингибирующее действие на рост корня и незначительно ингибировали рост гипокотиля и листьев.[ …]

Исследования, проведенные при создании препарата “Цин-каф” (3.1), свидетельствуют о необходимости решения сложной задачи ингибирования фтороводорода во фторсодержащих антисептиках, используемых на производстве в виде водных растворов.

Актуальность этого обусловлена тем, что для антисептирова-ния пилопродукции на предприятиях лесопромышленного комплекса нашей страны обычно применяют оборудование, изготовленное из углеродистой нелегированной стали [1 ].

Вследствие химического и электрохимического взаимодействия при контакте с грунтом в процессе эксплуатации металл подвергается язвенной коррозии. Это вызывает порчу оборудования и наносит большой экономический ущерб.[ …]

В целом описанные процессы находят свое отражение в изменении ферментативной активности почвы, т. е. в ее стимулировании или ингибировании в зависимости от конкретной ситуации, как результат взаимодействия тяжелых металлов и микроорганизмов.[ …]

Обычно при обезвоживании осадков городских сточных йод для восстановления фильтрующей способности ткани приме няется 2—10%-ный раствор ингибированной соляной кислоты (исходная кислота 25—30% НС1 содержит 0,8% ингибитора ПБ, который добавляется в кислоту для предотвращения коррозии металла).[ …]

Различные типы ингибиторов отличаются разными механизмами защитного действия. Некоторые из них замедляют коррозию за счет адсорбции на поверхности металла с образованием невидимой защитной пленки толщиной в несколько молекул.

Другие образуют более толстые (объемные) видимые защитные слои.

Один из распространенных механизмов ингибирования коррозии заключается в создании таких условий корродирования металла, при которых пассивный защитный слой на его поверхности образуется в результате комбинации адсорбированного ингибитора и продукта коррозии.

Имеются ингибиторы, которые при добавлении к агрессивной среде замедляют коррозию, не взаимодействуя непосредственно с поверхностью. Такого рода вещества либо создают в агрессивной среде благоприятные условия для образования защитных отложений, либо способствуют удалению из нее агрессивного компонента.[ …]

Ранее проведенный анализ результатов модельных исследований позволил прийти к ряду важных выводов (Галиулин, 1989). Так, высокие и сверхвысокие концентрации металлов ингибируют ферментативную активность почвы, низкие оказывают несущественное влияние, а в некоторых случаях даже стимулируют ее.

В первом случае это связано с присутствием в почве большого количества подвижных, а следовательно, биологически активных и токсичных форм тяжелых металлов. Тяжелые металлы могут проявлять избирательное действие на ферменты, т. е.

при одной и той же концентрации они ингибируют активность одних ферментов и не изменяют активность других ферментов или снижают активность различных энзимов в неодинаковой степени. Характер действия тяжелых металлов на ферментативную активность почвы в значительной мере зависит от вида металла, валентности его иона, формы вносимых соединений металлов и их растворимости.

Характер действия тяжелых металлов на ферментативную активность определяется также типом почвы, ее гумусированностью, гранулометрическим составом, т. е. токсичность одного и того же металла на разных почвах проявляется в неодинаковой степени.[ …]

Хотя при совместной ликвидации токсичных и опасных веществ они могут влиять in situ на процесс микробной биодеградации, Ноксу [294] не удалось обнаружить ни одного случая ингибирования катаболического процесса и никаких серьезных изменений, когда цианиды, фенолы, тяжелые металлы и пестициды подвергались совместной ликвидации с коммунальными твердыми отходами или смесью твердых отходов и сырого ила в контрольном лизиметре. Несмотря на это, состав фильтрующихся в почву вод при этой ликвидации осложнен наличием токсичных веществ. Флокуляция известью удаляет диспергированную органическую фазу, предупреждая ингибирование, что позволяет микробной популяции снизить содержание органического углерода на 90 %, если содержание азота, фосфора и калия не лимитировано [295]. Фильтрующиеся в почву воды, образующиеся при ликвидации токсичных и опасных отходов, могут быть с успехом переработаны с использованием сочетания физико-химических и биологических методов, но, к сожалению, эти методы дороги.[ …]

В ходе работы было проведено исследование по влиянию М. Си, РЬ и на ростовые характеристики клена американского и лопуха большого.

Наиболее общим проявлением токсичного действия тяжелых металлов на самом раннем этапе онтогенеза можно считать задержку начала и замедление самого прорастания, а также торможение формирования проростка.

Степень ингибирования зависела от вида растения и концентрации металлов.[ …]

Использование больших концентраций ингибитора экономически не оправдано. Кроме того, при больших концентрациях ОФ в обрабатываемых растворах происходит образование комплексов, близких по составу к стехио-мегрическому.

В этом случае эффект ингибирования может уменьшиться или вообще исчезнуть, поскольку фосфшовые группы, которые при оптимальных концентрациях взаимодействуют с поверхностью кристаллической фазы и препятствуют росту зародышей, при больших концентрациях участвуют в образовании полидентатных связей с катионами металлов, вплоть до перезарядки поверхности кристаллов.[ …]

Поэтому вопрос о влиянии заместителей необходимо решать на основании экспериментального исследования в конкретной среде.[ …]

Из-за сильной коррозионной активности КФВК аппаратурное оформление технологических производств с ее применением требует использования оборудования из такого дорогостоящего нержавеющего материала, как ЭИ-943. Как известно, многие четвертичные аммониевые соли обладают свойствами ингибирования кислотной коррозии металлов.

В связи с этим в лабораторных условиях были проведены исследования коррозионной активности продуктов синтеза 6-аминогексановой кислоты гравиметрическим методом.

Экспериментальные данные по коррозии стали Ст-3 в среде 22,5 %-ной КФВК (Кг • м2/год) в зависимости от концентрации с %) продукта синтеза 6-аминогексановой кислоты приведены на рис. 5.[ …]

Среди многих возможных токсинов, которые могут ингибировать процесс в промышленном сбраживателе, можно выделить наиболее часто встречающиеся при обычных условиях эксплуатации.

Они зависят от типа стоков и загрязнений, от которых они были очищены, от частоты производственных циклов (промывка тенка и др.).

Токсины, содержащиеся в промышленных стоках, — это соли в высоких концентрациях, аммиак, сера, тяжелые металлы и органические соединения, например фенол и детергенты. Действие многих из них обратимо, и можно использовать несколько методик для преодоления ингибирования.[ …]

Неконтролируемые промышленные сточные воды могут содержать агрессивные или токсичные соединения. Например, присутствие соединений серы и высокая температура сточной воды могут способствовать бактериальному образованию сульфатов, вызывающих коррозию шелыги канализационных труб.

Кислые стоки вызывают коррозию нижней части труб, и если они разбавлены водой не в должной степени, то могут нарушить процесс очистки.

Токсичные ионы металлов, например хрома и цинка, и некоторые органические вещества даже в небольших концентрациях могут привести к ингибированию биологических процессов очистки воды и анаэробного сбраживания осадков. Растворенные соли и вещества, придающие воде цвет и запах, только частично удаляются традиционными методами очистки.

Защита природного водоема от таких загрязнений сводится к локальной очистке стоков на промышленном предприятии вместо сброса их в канализационную систему. Примерами таких стоков могут служить отработанные соляные растворы, красители и фенолы.

Там, ¡где производственные стоки нестабильны, целесообразно установить усредняющие резервуары для предотвращения импульсных нагрузок на очистные сооружения. В дополнение к нейтрализации и разбавлению стоков предварительная обработка посредством усреднения способствует стабилизации расхода и предотвращению внезапных гидравлических нагрузок повышенной интенсивности.[ …]

Кроме того, С02 обраауетоя при пиролизе наряду о СО при наличии в сырье пиролиза киолородсодержащих примеоей (таких, как метанол, ацетон и другие).

Значительное количество С02 может образоваться при пиролизе в олучае использования ингибиторов рок-сообразования на оонове солей щелочных или щелочноземельных металлов. Попадание те :их оолей возможно также о водяным паром или о оамин сырьем при его недостаточном ототое.

Особенно чувствительными к попадание щелочных оолей оказываются процеооы каталитического пиролиза. В отсутствие щелочных металлов ингибирование о использованием серуоодержащих реагентов ведет к снижение образования С02 в пирогаэе.

Выход С02 при пиролизе зависит также от особенностей ведения этого процеооа Сдавления, величины разбавления водяным паром, отепени закокоованнооти печи).[ …]

Область применения пенно-барботажных реакторов с совмещенными зонами сжигания топлива и огневой обработки сточных вод определяется их достоинствами, из которых основным является бесфорсуночное сжигание жидких горючих отходов, содержащих твердые включения и различные механические загрязнения. Следует иметь в виду, что указанное совмещение зон ограничивает перечень отходов, которые можно обезвреживать таким способом, вследствие возможности ингибирования пламени галогенсодержащими веществами, металлоорганическими соединениями и солями щелочных металлов.[ …]

В обсуждаемых вариантах подачи сточной воды (рис. 15, а, б) процесс горения топлива в значительной мере совмещен с процессом испарения капель воды.

Применение этих вариантов недопустимо во всех тех случаях, когда сточная вода содержит вещества, являющиеся ингибиторами горения углеводородов, так как процесс горения топлива будет неустойчивым. Сильными ингибиторами горения углеводородов являются галогены и их соединения.

Механизм их действия заключается в выводе из цепных реакций горения топлива активных центров.

В работе [4] показан заметный ингибирующий эффект на скорость распространения пламени в метановоздушных смесях солей NaCl и Na2C03, механизм которого сводится к следующим стадиям: нагрев и частичное испарение солей, разложение солей с образованием атомов металлов, ингибирование горения атомами металлов.[ …]

Источник: https://ru-ecology.info/term/26983/

Book for ucheba
Добавить комментарий