Tenzidi

Šematski dijagram micele ulja u vodenoj suspenziji, kao što se može pojaviti u emulziji ulja u vodi. U ovom primeru, repovi molekula surfaktanta rastvorljivi u ulju uronjeni su u ulje (plavo), dok krajevi rastvorljivi u vodi ostaju u kontaktu sa vodenom fazom (crveno).
Formiranje micele

Tenzidi ili surfaktanti su supstance koje snižavaju površinski napon vode u odnosu na vazduh ili u odnosu na graničnu površinu sa drugim supstancama.[1] Reč surfaktant potiče od engleskog naziva za površinski aktivne supstance - surface acting agent. Surfaktanti se primenjuju kao sredstva za čišćenje, a takođe i u tekstilnoj industriji kao sredstva za kvašenje, emulgaciju i omekšavanje.

Struktura i delovanje surfaktanata

Površinski aktivne supstance se u rastvoru raspoređuju tako da je njihova koncentracija na graničnoj površini veća od koncentracije u unutrašnjosti rastvora.[2] To omogućava njihova struktura koja se sastoji od hidrofobnog i hidrofilnog dela molekula. Hidrofobni deo je alifatski ugljovodonični lanac (ravan ili razgranat). Hidrofilni deo molekula ima afinitet prema vodi, a to može biti hidrofilna grupa npr. karboksilna, sulfatna, sulfonska, ortofosforna, amino grupa, sulfonamidna, itd. Pri povećanoj koncentraciji surfaktanta dolazi do formiranja submikroskopskih čestica (micele) u unutrašnjosti rastvora. Micele su izgrađene od nekoliko stotina molekula čiji su hidrofilni delovi okrenuti prema vodi, a hidrofobni lanci prema unutrašnjosti. Ova pojava omogućava solubiizaciju dve tečnosti koje se ne mešaju, tj. prividno povećanje rastvorljivosti. Npr. emulzija vode i ulja se može stabilizovati u prisustvu površinski aktivne supstance.

Svetska proizvodnja surfaktanata procenjuje se na 15 miliona tona godišnje, od čega oko polovine čine sapuni. Ostali surfaktanti proizvedeni u posebno velikom obimu su linearni alkilbenzenski sulfonati (1,7 miliona tona/god), ligninski sulfonati (600.000 tona/god), etoksilati masnih alkohola (700.000 tona/god) i alkilfenolni etoksilati (500.000 tona/god).[3]

U biologiji

Fosfatidilholin, koji se nalazi u lecitinu, je prodoran biološki surfaktant. Prikazano crveno – grupa holina i fosfata; crno – glicerol; zeleno - mononezasićena masna kiselina; plava – zasićena masna kiselina.

Ljudsko telo proizvodi različite surfaktante. Plućni surfaktant se proizvodi u plućima kako bi se olakšalo disanje povećanjem ukupnog plućnog kapaciteta i plućne usaglašenosti. Kod respiratornog distresnog sindroma ili RDS, terapija zamene surfaktanata pomaže pacijentima da imaju normalno disanje korišćenjem farmaceutskih oblika surfaktanata. Jedan primer farmaceutskih plućnih surfaktanata je Survanta (beraktant) ili njegov generički oblik Beraksurf koji proizvode Abvi i Tekzima. Žučne soli, surfaktant proizveden u jetri, igraju važnu ulogu u varenju.[4]

Bezbednosni i ekološki rizici

Većina anjonskih i nejonskih surfaktanata su netoksični, imaju LD50 uporediv sa kuhinjskom soli. Toksičnost kvaternarnih amonijum jedinjenja, koja su antibakterijska i antifungalna, varira. Dialkildimetilamonijum hloridi (DDAC, DSDMAC) koji se koriste kao omekšivači imaju nizak LD50 (5 g/kg) i u suštini su netoksični, dok dezinfekciono sredstvo alkilbenzildimetilamonijum hlorid ima LD50 od 0,35 g/kg. Produžena izloženost surfaktantima može iritirati i oštetiti kožu jer tenzidi ometaju lipidnu membranu koja štiti kožu i druge ćelije. Iritacija kože generalno se povećava u nizu nejonskih, amfoternih, anjonskih, katjonskih surfaktanata.[3]

Surfaktanti se rutinski deponuju na brojne načine na kopnu i u vodenim sistemima, bilo kao deo predviđenog procesa ili kao industrijski i kućni otpad.[5][6][7]

Anjonski surfaktanti se mogu naći u zemljištu kao rezultat primene kanalizacionog mulja, navodnjavanja otpadnim vodama i procesa remedijacije. Relativno visoke koncentracije surfaktanata zajedno sa multimetalima mogu predstavljati rizik za životnu sredinu. Pri niskim koncentracijama, malo je verovatno da će primena surfaktanta imati značajan uticaj na pokretljivost metala u tragovima.[8][9]

U slučaju izlivanja nafte Dipvoter Horajzon, enormne količine koreksita prskane su direktno na okean na mestu curenja i na površini morske vode. Očigledna teorija je bila da surfaktanti izoluju kapljice ulja, što olakšava mikrobima koji konzumiraju naftu da svare ulje. Aktivni sastojak u korekitu je dioktil natrijum sulfosukcinat (DOSS), sorbitan monooleat (Span 80) i polioksietilenovani sorbitan monooleat (Tvin-80).[10][11]

Biodegradacija

Zbog količine surfaktanata koji se ispuštaju u životnu sredinu, njihova biorazgradnja je od velikog interesa. Strategije za poboljšanje degradacije uključuju tretman ozonom i biorazgradnju.[12][13] Dva glavna surfaktanta, linearni alkilbenzen sulfonati (LAS) i alkil fenol etoksilati (APE) razlažu se u aerobnim uslovima koji se nalaze u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda i u zemljištu do nonilfenola, za koji se smatra da je endokrini disruptor.[14][15] Interesovanje za biorazgradive surfaktante dovelo je do velikog interesovanja za „biosurfaktante“ poput onih dobijenih od aminokiselina.[16]

Veliku pažnju privlači nebiorazgradljivost fluorosurfaktanta, npr. perfluorooktanoinska kiselina (PFOA).[17]

Aplikacije

Godišnja globalna proizvodnja surfaktanata iznosila je 13 miliona tona u 2008.[18] U 2014, svetsko tržište surfaktanata dostiglo je obim od više od 33 milijarde američkih dolara. Istraživači tržišta očekuju da će se godišnji prihodi povećati za 2,5% godišnje na oko 40,4 milijarde dolara do 2022. Komercijalno najznačajniji tip surfaktanata je trenutno anjonski surfaktant LAS, koji se široko koristi u sredstvima za čišćenje i deterdžentima.[19]

Surfaktanti igraju važnu ulogu kao sredstva za čišćenje, vlaženje, dispergovanje, emulgovanje, penjenje i sprečavanje pene u mnogim praktičnim primenama i proizvodima, uključujući deterdžente, omekšivače, motorna ulja, emulzije, sapune, boje, lepkove, mastila, sredstva protiv zamagljivanja, voskove za skije, vosak za snoubord, uklanjanje mastila sa recikliranog papira, u flotaciji, pranju i enzimskim procesima i laksativima. Takođe agrohemijske formulacije kao što su pojedini herbicidi, insekticidi, biocidi (sredstva za dezinfekciju) i spermicidi (nonoksinol-9).[20] Proizvodi za ličnu negu kao što su kozmetika, šamponi, gel za tuširanje, balzami za kosu i paste za zube. Surfaktanti se koriste u gašenju požara i cevovodima (tečna sredstva za smanjenje otpora). Za mobilizaciju nafte u naftnim bušotinama koriste se alkalni surfaktantni polimeri.

Surfaktanti deluju tako da izazovu izmeštanje vazduha iz matrice pamučnih jastučića i zavoja, tako da se lekoviti rastvori mogu apsorbovati pri primeni na različitim delovima tela. Oni takođe deluju na izbacivanje prljavštine i ostataka upotrebom deterdženata pri ispiranju rana[21] i primeni lekovitih losiona i sprejeva na površinu kože i sluzokože.[22]

Deterdženti u biohemiji i biotehnologiji

U rastvoru, deterdženti pomažu u rastvorljivosti različitih hemijskih vrsta tako što rastavljaju agregate i razvijaju proteine. Popularni surfaktanti u biohemijskoj laboratoriji su natrijum lauril sulfat (SDS) i cetil trimetilamonijum bromid (CTAB). Deterdženti su ključni reagensi za ekstrakciju proteina lizom ćelija i tkiva: oni dezorganizuju lipidni dvosloj membrane (SDS, Triton X-100, X-114, CHAPS, DOC, i NP-40) i rastvaraju proteine. Blaži deterdženti kao što su oktil tioglukozid, oktil glukozid ili dodecil maltozid se koriste za solubilizaciju membranskih proteina kao što su enzimi i receptori bez njihovog denaturisanja. Nerastvoreni materijal se sakuplja centrifugiranjem ili na drugi način. Za elektroforezu, na primer, proteini se klasično tretiraju sa SDS-om da bi se denaturisale prirodne tercijarne i kvaternarne strukture, omogućavajući razdvajanje proteina prema njihovoj molekulskoj težini.

Deterdženti su takođe korišćeni za decelularizaciju organa. Ovaj proces održava matricu proteina koja čuva strukturu organa i često mikrovaskularnu mrežu. Proces je uspešno korišćen za pripremu organa kao što su jetra i srce za transplantaciju kod pacova.[23] Plućne surfaktante takođe prirodno luče ćelije tipa II plućnih alveola kod sisara.

Priprema kvantne tačke

Surfaktanti se koriste sa kvantnim tačkama da bi se manipulisalo rastom,[24] sastavljanjem i električnim svojstvima kvantnih tačaka, pored posredovanja reakcija na njihovim površinama. Istraživanja su u toku o tome kako se surfaktanti raspoređuju na površini kvantnih tačaka.[25]

Surfaktanti u mikrofluidici na bazi kapljica

Surfaktanti igraju važnu ulogu u mikrofluidici zasnovanoj na kapljicama u stabilizaciji kapljica, i sprečavanju fuzije kapljica tokom inkubacije.[26]

Reference

  1. ^ Rosen MJ, Kunjappu JT (2012). Surfactants and Interfacial Phenomena (4th изд.). Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. стр. 1. ISBN 978-1-118-22902-6. Архивирано из оригинала 8. 1. 2017. г.  Непознати параметар |name-list-style= игнорисан (помоћ)
  2. ^ „Bubbles, Bubbles, Everywhere, But Not a Drop to Drink”. The Lipid Chronicles. 2011-11-11. Архивирано из оригинала 26. 4. 2012. г. Приступљено 1. 8. 2012. 
  3. ^ а б Kurt Kosswig "Surfactants" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, , 2005, Weinheim. Kosswig, Kurt (2000). „Surfactants”. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 3-527-30673-0. doi:10.1002/14356007.a25_747. 
  4. ^ Maldonado-Valderrama, Julia; Wilde, Pete; MacIerzanka, Adam; MacKie, Alan (2011). „The role of bile salts in digestion”. Advances in Colloid and Interface Science. 165 (1): 36—46. PMID 21236400. doi:10.1016/j.cis.2010.12.002. 
  5. ^ Metcalfe TL, Dillon PJ, Metcalfe CD (април 2008). „Detecting the transport of toxic pesticides from golf courses into watersheds in the Precambrian Shield region of Ontario, Canada”. Environ. Toxicol. Chem. 27 (4): 811—8. PMID 18333674. doi:10.1897/07-216.1. 
  6. ^ „Simultaneous analysis of cationic, anionic and neutral surfactants from different matrices using LC/MS/MS | SHIMADZU (Shimadzu Corporation)”. www.shimadzu.com (на језику: енглески). Архивирано из оригинала 14. 11. 2021. г. Приступљено 2021-11-14. 
  7. ^ Murphy MG, Al-Khalidi M, Crocker JF, Lee SH, O'Regan P, Acott PD (април 2005). „Two formulations of the industrial surfactant, Toximul, differentially reduce mouse weight gain and hepatic glycogen in vivo during early development: effects of exposure to Influenza B Virus”. Chemosphere. 59 (2): 235—46. Bibcode:2005Chmsp..59..235M. PMID 15722095. doi:10.1016/j.chemosphere.2004.11.084. 
  8. ^ Hernández-Soriano Mdel C, Degryse F, Smolders E (март 2011). „Mechanisms of enhanced mobilisation of trace metals by anionic surfactants in soil”. Environ. Pollut. 159 (3): 809—16. PMID 21163562. doi:10.1016/j.envpol.2010.11.009. 
  9. ^ Hernández-Soriano Mdel C, Peña A, Dolores Mingorance M (2010). „Release of metals from metal-amended soil treated with a sulfosuccinamate surfactant: effects of surfactant concentration, soil/solution ratio, and pH”. J. Environ. Qual. 39 (4): 1298—305. PMID 20830918. doi:10.2134/jeq2009.0242. 
  10. ^ „European Maritime Safety Agency. Manual on the Applicability of Oil Dispersants; Version 2; 2009.”. Архивирано из оригинала 5. 7. 2011. г. Приступљено 2017-05-19. 
  11. ^ Committee on Effectiveness of Oil Spill Dispersants (National Research Council Marine Board) (1989). „Using Oil Spill Dispersants on the Sea”. National Academies Press. Приступљено 31. 10. 2015. 
  12. ^ Rebello, Sharrel; Asok, Aju K.; Mundayoor, Sathish; Jisha, M. S. (2014). „Surfactants: Toxicity, remediation and green surfactants”. Environmental Chemistry Letters. 12 (2): 275—287. doi:10.1007/s10311-014-0466-2. 
  13. ^ Ying, Guang-Guo (2006). „Fate, behavior and effects of surfactants and their degradation products in the environment”. Environment International. 32 (3): 417—431. PMID 16125241. doi:10.1016/j.envint.2005.07.004. 
  14. ^ Mergel, Maria. "Nonylphenol and Nonylphenol Ethoxylates." Toxipedia.org. N.p., 1 Nov. 2011. Web. 27 Apr. 2014.
  15. ^ Scott MJ, Jones MN (новембар 2000). „The biodegradation of surfactants in the environment”. Biochim. Biophys. Acta. 1508 (1–2): 235—51. PMID 11090828. doi:10.1016/S0304-4157(00)00013-7 Слободан приступ. 
  16. ^ Reznik GO, Vishwanath P, Pynn MA, Sitnik JM, Todd JJ, Wu J, et al. (мај 2010). „Use of sustainable chemistry to produce an acyl amino acid surfactant”. Appl. Microbiol. Biotechnol. 86 (5): 1387—97. PMID 20094712. doi:10.1007/s00253-009-2431-8. 
  17. ^ USEPA: "2010/15 PFOA Stewardship Program" Архивирано 27 октобар 2008 на сајту Wayback Machine Accessed October 26, 2008.
  18. ^ „Market Report: World Surfactant Market”. Acmite Market Intelligence. Архивирано из оригинала 13. 9. 2010. г. 
  19. ^ Market Study on Surfactants (2nd edition, April 2015), by Ceresana Research Архивирано 20 март 2012 на сајту Wayback Machine
  20. ^ Paria, Santanu (2008). „Surfactant-enhanced remediation of organic contaminated soil and water”. Advances in Colloid and Interface Science. 138 (1): 24—58. PMID 18154747. doi:10.1016/j.cis.2007.11.001. 
  21. ^ Percival, S.; Mayer, D.; Malone, M.; Swanson, T; Gibson, D.; Schultz, G. (2017-11-02). „Surfactants and their role in wound cleansing and biofilm management”. Journal of Wound Care. 26 (11): 680—690. ISSN 0969-0700. PMID 29131752. doi:10.12968/jowc.2017.26.11.680. 
  22. ^ Mc Callion, O. N. M.; Taylor, K. M. G.; Thomas, M.; Taylor, A. J. (1996-03-08). „The influence of surface tension on aerosols produced by medical nebulisers”. International Journal of Pharmaceutics. 129 (1): 123—136. ISSN 0378-5173. doi:10.1016/0378-5173(95)04279-2. 
  23. ^ Wein, Harrison (28. 6. 2010). „Progress Toward an Artificial Liver Transplant – NIH Research Matters”. National Institutes of Health (NIH). Архивирано из оригинала 5. 8. 2012. г. 
  24. ^ Murray, C. B.; Kagan, C. R.; Bawendi, M. G. (2000). „Synthesis and Characterization of Monodisperse Nanocrystals and Close-Packed Nanocrystal Assemblies”. Annual Review of Materials Research. 30 (1): 545—610. Bibcode:2000AnRMS..30..545M. doi:10.1146/annurev.matsci.30.1.545. 
  25. ^ Zherebetskyy D, Scheele M, Zhang Y, Bronstein N, Thompson C, Britt D, Salmeron M, Alivisatos P, Wang LW (јун 2014). „Hydroxylation of the surface of PbS nanocrystals passivated with oleic acid”. Science. 344 (6190): 1380—4. Bibcode:2014Sci...344.1380Z. PMID 24876347. doi:10.1126/science.1252727. 
  26. ^ Baret, Jean-Christophe (2012-01-10). „Surfactants in droplet-based microfluidics”. Lab on a Chip (на језику: енглески). 12 (3): 422—433. ISSN 1473-0189. PMID 22011791. doi:10.1039/C1LC20582J. 

Spoljašnje veze

  • Медији везани за чланак Tenzidi на Викимедијиној остави