Kelatni agensi so kemikalije ali kemične spojine, ki reagirajo s težkimi kovinami, preuredijo njihovo kemično sestavo in izboljšajo njihovo splošno stabilnost ter verjetnost vezave z drugimi kovinami, hranili ali snovmi. Ko se to zgodi, je kovina, ki ostane, znana kot “kelat”, beseda, ki izhaja iz grškega chela, kar pomeni krempelj. Tovrstna sredstva obstajajo v naravi in so pomemben del številnih bioloških procesov. Pomagajo na primer prenašati hranila po rastlinah in pomagajo pri prebavi pri ljudeh in številnih živalih. Marsikje so ustvarjeni tudi sintetično in imajo številne pomembne uporabe v industriji in medicini. Tovrstna sredstva so lahko zelo uporabna vsakič, ko je treba ione težkih kovin razgraditi, izolirati ali premakniti.
Kako delujejo
Kemija, ki stoji za tem, kako ta sredstva delujejo, je nekoliko zapletena, toda preprosto povedano, se vežejo na kovinske ione na tak način, da reorganizirajo njihovo jedro in kemično sestavo. Večina kovin ima kemično strukturo, ki je najbolj podobna verigam, vendar se kelatna sredstva povežejo na konce, da tvorijo obroč, znan kot ligand. Ta obročna struktura naredi ione bolj stabilne in jim pomaga, da se lažje premikajo skozi vrsto različnih okolij.
Etilendiamin je eden najpogostejših kelatnih sredstev in je dober primer delovanja teh snovi. Ima kemično strukturo C2H8N2. Kemično je znan kot multidentatno sredstvo ali natančneje bidentatni ligand, kar pomeni, da lahko tvori dve vezi – vsak atom dušika se lahko veže z istim kovinskim ionom. Odvisno od tega, koliko vezi lahko kovinski ion sprejme, lahko ion tvori kelat z eno, dvema ali tremi molekulami etilendiamina. Več ko je vezi, močnejši in stabilnejši je verjetno kelat.
Vloga v naravi
Kelati, ki se pojavljajo v naravi, so potrebni za številne procese, ki vzdržujejo življenje, in jih ni mogoče tvoriti brez sredstev, ki lahko pomagajo pri njihovi transformaciji. En primer je kompleks vitamina B12-kobalt. Je prehranska zahteva za ljudi in večino živali, vendar se v večini primerov ne more pravilno prebaviti ali absorbirati, dokler ne tvori liganda z enim od številnih kelatnih sredstev v telesu. Kompleks hemoglobin-železo prenaša kisik skozi kri po kelaciji, podobno pa je kompleks klorofil-magnezij kritična sestavina fotosinteze v rastlinah. Če kelatnih sredstev ne bi bilo na delu, bi bili ti procesi počasnejši in se morda sploh ne bi zgodili.
Uporaba v industriji
Sredstva se običajno uporabljajo v industrijski proizvodnji kot dodatki za detergente, stabilizatorji, konzervansi ter zadrževalci okusa in barve. Etilendiamintetraocetna kislina (EDTA) je ena izmed najbolj priljubljenih. To je tisto, kar je znano kot “kvadridentatno” ali “heksadentatno” sredstvo, ki je sposobno tvoriti štiri ali šest vezi s kovinskimi ioni. EDTA se pogosto uporablja za povečanje čistilne moči detergentov in mil z tvorbo kelatov s kovinami magnezija in kalcija v trdi vodi. Ta sredstva se uporabljajo tudi kot zadrževalci barv za tekstilna barvila.
EDTA se marsikje uporablja tudi kot aditiv za živila. Pokvarjenje hrane običajno katalizirajo encimi, ki za delovanje potrebujejo določene prehodne kovine, vendar EDTA deaktivira encime za kvarjenje, ki bi sicer povzročili žarkost hrane. Prav tako deaktivira encime, zaradi katerih hrana izgubi barvo ali okus.
Pomen za medicino
Ta sredstva so bistvena za številna zdravljenja in teste. Uporabljajo se lahko za izolacijo in premikanje kalcijevih ionov iz krvi, kar na primer pomaga pri ohranjanju krvi med operacijami ali operacijami, prav tako pa so pomemben del številnih zastrupitev s svincem in drugih zastrupitev s kovinami. Ko povzročitelji vstopijo v krvni obtok, lahko ciljajo na proste kovinske ione in jih kelirajo ter jih nato odstranijo iz krvnega obtoka, pogosto tako, da jih izperejo z urinom. Dimerkaprol je eden najpogostejših primerov. Odstranjuje strupe težkih kovin, kot so antimon, živo srebro in arzen, tako da tvori žveplove vezi s kovinskimi ioni.