Коллоидно-химические свойства смесей лизоцим-ПАВ в системе водный раствор-октан, страница 13

25). На адсорбцию САРВ практически не влияет присутствиебелка, поскольку слои белка разреженные и для адсорбции ПАВ доступна большая площадь поверхности. Кроме того, даже в насыщенном адсорбционном слоена каждую молекулу САРВ приходится большая площадь, которая может бытьсокращена за счет конформационных изменений в адсорбированной молекулеПАВ, а также за счет связывания молекул САРВ с Lz.Рис. 25. Изотерма адсорбции CAPB из индивидуального раствора (♦) и из смеси с лизоцимом сконцентрацией Lz 0,01 г/л (♦) и 0,1 г/л (▲).Лизоцим при добавлении САРВ остается на поверхности и не вытесняетсяиз межфазного адсорбционного слоя, несмотря на многократный избыток ПАВ всистеме: в адсорбционном слое при концентрации, соответствующей области плато на изотерме адсорбции САРВ, на одну молекулу Lz приходится около ста молекул ПАВ.

Такое возможно только при сильном взаимодействии полярных группПАВ с белковой глобулой, в результате которого формируется гидрофобный комплекс. Этим можно объяснить и рост коэффициента распределения САРВ в присутствии Lz.733.3. Поверхностное натяжение смесей лизоцим – ПАВМетодом висящей капли было измерено поверхностное натяжение растворов лизоцима на границе водный раствор/воздух и водный раствор/октан в диапазоне концентраций 7·10-9 – 7·10-5М (рис. 26).12Рис. 26.

Изотермы поверхностного натяжения растворов лизоцима на границах водный раствор/воздух (1) и раствор/октан (2).Как видно из графиков, индивидуальный Lz незначительно снижает поверхностное натяжение: до 50,6 мН/м на границе водный раствор/воздух и до 23,0мН/м на границе водный раствор/октан при изменении концентрации белка от7·10-9 М до 7·10-7 М. При дальнейшем увеличении концентрации белка поверхностное и межфазное натяжение практически не менялись.Изотермы поверхностного натяжения на границах вода/воздух и вода/октандля растворов индивидуальных ПАВ приведены на рис. 27. Для того чтобы выяснить, изменились ли поверхностные свойства меченого CAPB после экстракционной очистки, были получены изотермы поверхностного натяжения исходного иэкстрагированного образца.

Для этого раствор исходного ПАВ подвергли восьмипоследовательным экстракциям в гептан, высушили полученное вещество, приготовили растворы из экстрагированного САРВ и измерили их поверхностное натяжение. На рис. 27в величины поверхностного натяжения исходного CAPB представлены ромбами, а САРВ после экстракционной очистки – треугольниками. Ус-74тановлено, что изотермы для исходного CAPB и очищенного экстракцией полностью совпадают. Полученные результаты можно объяснить тем, что значения коэффициентов распределения САРВ в системе вода/октан малы; это ПАВ относится к водорастворимым и его концентрация в октане примерно в 100 – 1000 разменьше, чем в воде (рис.

17). Соответственно, при экстракционной очистке ПАВпроисходит незначительная убыль массы вещества, что не сказывается на его поверхностных свойствах (рис. 27в).Изотермы поверхностного натяжения для индивидуальных ПАВ в домицеллярной области концентраций были обработаны по уравнению Шишковского(3-1) , определена максимальная адсорбцияна молекулу в насыщенном слое,и площадь, приходящаяся(таблица 2).(3-1),где σ0 – поверхностное натяжение буферного раствора, мН/м, b [мН/м] и A[л/моль] – константы уравнения Шишковского.

Параметр А представляет собойадсорбционную активность ПАВ.Расчетные кривые (пунктирные линии на рис. 27) описывают экспериментальные данные с коэффициентами корреляции от 0,96 до 0,99.Таблица 2.Параметры адсорбционных слоев индивидуальных ПАВ на границах водный раствор/воздух и раствор/октан.DTABвода/воздухвода/октанSDSвода/воздух-2ККМ, моль/лCAPBвода/октан-210вода/воздух-31010вода/октан4∙10-4A, л/моль(1,9±0,1)∙103(1,7±0,7)∙104(1,3±0,6)∙103(5,5±2,5)∙103(4,0±2,1)∙103(1,3±0,3)∙105b, мН/м12,4±0,36,7±0,111,8±3,211,0±1,712,0±0,111,0±1,05,0±0,12,71±0,034,8±1,34,5±0,74,90±0,024,3±0,40,33±0,010,62±0,010,35±0,090,37±0,060,34±0,010,39±0,04Гmax,мкмоль/м2S1, нм275Риc.

27. Изотермы поверхностного натяжения водных растворов DTAB (а), SDS (б), CAPB (в)на границах с воздухом (1) и октаном (2).76Согласно литературным данным, площадь на молекулу в насыщенном адсорбционном слое составляет для DTAB 0,56 – 0,74 нм2 [202, 211, 212] и для SDS0,40 – 0,60 нм2 [1, 202]. Полученные нами значения несколько ниже литературныхданных, что может быть связано с присутствием соли в фосфатном буфере. Увеличение концентрации соли ослабляет электростатическое отталкивание междуповерхностно-активными ионами в адсорбционном слое и способствует уменьшению площади, приходящейся на молекулу ПАВ. Для всех систем адсорбционная активность А на границе с октаном выше, чем на границе с воздухом.Расчет для CAPB проводился в предположении, что ПАВ является индивидуальным веществом.

Как известно, данное вещество, получаемое из природногосырья, представляет собой смесь гомологов с длиной углеводородной цепи С8 –С16 [1, 194]. В настоящей работе точный состав САРВ не определяли, поэтомупроведенный расчет является оценочным. Получено, что на границе с октаномCAPB проявляет большую адсорбционную активность, чем на границе с воздухоми поверхностное натяжение выходит на постоянное значение при меньших концентрациях ПАВ (рис. 27, таблица 2). Последний результат можно объяснитьвлиянием октана на формирование предмицеллярных агрегатов и мицелл в водном растворе САРВ. Несмотря на малую растворимость октана в воде, в присутствии белка и ПАВ растворимость повышается, и молекулы октана могут инициировать формирование мицелл в водном растворе.Для DTAB и SDS было проведено сопоставление величин адсорбции, полученных методом сцинтиллирующей фазы с адсорбцией, рассчитанной при совместном решении уравнений Гиббса и Шишковского с использованием констант,приведенных в таблице 2 (рис.

28). Расчет проводили по уравнению:(3-2),где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(К·моль), Т – абсолютная температура, К. Для расчета использовали уравнение Гиббса для неионогенных ПАВ, поскольку исследуемые растворы были приготовлены с использованием солевого77фосфатного буфера с ионной силой 0,15 М.

В избытке электролита подавляетсядиссоциация ионогенных ПАВ.В области малых концентраций ПАВ достигнуто согласие между расчетоми экспериментом с коэффициентами корреляции 0,87 (DTAB) и 0,95 (SDS), чтоуказывает на корректность определения адсорбции методом сцинтиллирующейфазы.Рис. 28. Адсорбция DTAB (a) и SDS (б) на границе вода/октан. Пунктирные линии – расчет поуравнению (3-2).Для CAPB метод сцинтиллирующей фазы дает значения адсорбции в области плато 1,7 мкмоль/м2, что существенно меньше величины максимальной адсорбции, полученной из расчета по уравнению Гиббса (таблица 2, Гmax = 4,2мкмоль/м2). Обнаруженные расхождения могут быть вызваны некорректностьютермодинамического расчета, поскольку САРВ представляет собой не индивидуальное вещество, а смесь гомологов.Изотермы поверхностного натяжения для смесей Lz – ПАВ приведены нарисунках 29, 31, 33 – 35.Сопоставление рисунков 26 и 29 показывает, что для системы лизоцим –DTAB, начальный участок кривых соответствует значениям поверхностного натяжения чистого лизоцима.

По мере увеличения концентрации DTAB поверхностное натяжение снижается до значений, соответствующих натяжению чистогоDTAB. Снижение натяжения происходит в той же области концентраций, что и уиндивидуального DTAB (см. рис. 27). Постоянные значения поверхностного на-78тяжения смесей Lz – DTAB достигаются при концентрациях, немного меньшихККМ DTAB. Для границы водный раствор/воздух увеличение концентрации Lz врастворе не влияет на поверхностное натяжение (все три серии растворов с концентрацией белка 0,01, 0,1 и 1 г/л описываются одной изотермой).

На границе соктаном рост концентрации белка приводит к заметному снижению межфазногонатяжения.Рис. 29. Изотермы поверхностного натяжения смесей Lz – DTAB с концентрацией белка 0,01г/л (♦), 0,1 г/л (▲) и 1 г/л (■) на границе водный раствор/воздух (а) и раствор/октан (б).Сопоставление влияния ПАВ на величины межфазного натяжения, адсорбции и коэффициентов распределения белка показывает, что при концентрацииDTAB меньше 10-6 М формирование гидрофобного комплекса не вызываетуменьшения межфазного натяжения.

Межфазное натяжение начинает снижаться79при концентрации DTAB 10-4 М, когда происходит вытеснение Lz из адсорбционного слоя и рост адсорбции DTAB; слой заполняется молекулами DTAB, способными сильнее снизить межфазное натяжение, чем белок. Можно предположить,что в области концентраций ПАВ 10-6 – 10-4 М происходит постепенная гидрофилизация комплекса Lz – DTAB, и при концентрации DTAB выше 10-4 М адсорбция комплексов Lz – DTAB снижается и становится меньше, чем адсорбция индивидуального Lz.

На рис. 30 представлена схема формирования гидрофобногокомплекса между катионным ПАВ и белком, содержащим адсорбированные хлорид-ионы, а затем его последовательная гидрофилизация.Рис. 30. Формирование комплексов белок – DTAB.Начиная с концентрации DTAB 5∙10-3 М, поверхностное натяжение смесейLz – ПАВ перестает снижаться и выходит на постоянное значение, что свидетельствует о мицеллообразовании ПАВ в водном растворе.Для смесей Lz – SDS значение поверхностного натяжения при концентрации SDS менее 10-5 М соответствует натяжению чистого лизоцима (рис. 31). Как ив случае смеси Lz – DTAB, формирование гидрофобного комплекса не влияет наповерхностное натяжение в области малых концентраций ПАВ.80Рис.