Диссертация (1144795), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Показано, что высоты поверхности центральной частисоставляет ~ 160 мкм. Высота кольца промежуточной (между центральной ипериферической) зоны намного больше, чем центральной части.175θ, града)Время, сVL, мклб)Время, сРисунок 4.1 –Линейная зависимость контактного угла и объема капель раствора САЧ в зависимости от времени клиновидной дегидратации при различных исходных диаметрах капли (cA = 1.0 г/100 мл): а) изменение контактного угла θ; б) изменение объема капли VLПредставленная картина указывает на то, что растворённый САЧ неоднороден и представлен набором фракций, которые при клиновидной дегидратации разделяются и концентрируются в определённых зонах фации в зависимости от их размера и специфики структуры. Большая часть САЧ представлена фракцией, сосредотачивающейся в промежуточной зоне.Оптические изображения фаций альбумина были собраны и проанализированы для D капель в пределах от ~ 2.0 до 5.0 мм с концентраций САЧ cA= 0.10, 0.25, 0.50, 0.75 и 1.0 г/100 мл (Рисунок 4.3).
Общим в картине фацийСАЧ, представленных на данном рисунке, является наличие ряда зон: тонкая176тёмная периферическая, светлая промежуточная, тёмная промежуточная ицентральная. Профиль фаций САЧ соответствовал её изображению в фас.При этом основная часть САЧ концентрировалась в темной промежуточнойзоне фации. Центральная зона была представлена, главным образом, кристаллами поваренной соли.а)z, мм0.2б)D2D1D1D20.1мм1.02.03.04.05.0Рисунок 4.2 – Фация раствора САЧ с D = 4.56 мм.
Выделяются: центральная,промежуточная и краевая зоны, а также тёмная и светлая тонкие линии краевого валика (а); схема профиля фации (б)Из приведенных поперечных сечений профиля фации (Рисунке 4.3)видно, что принцип построения фации является аналогичным, независимо отDиcA капли раствора САЧ, однако ширина и высота кольцевых зон имеютзначительные различия.После предварительной обработки (улучшения контраста, цветовогобаланса и др.) каждого изображения были измерены критические значенияосадков со среднеквадратической погрешностью: первоначальный объемкапли раствора альбумина VD; внешний диаметр капли (D2), и диаметр центральной зоны (D1), были измерены в каждой фации (Рисунок 4.3).
Это позволяет вычислить ширину периферийного кольца w = (D2 – D1) ⁄2. Ширинакольца w, как функция диаметра капли, показанная на Рисунке 4.4, для пятиконцентраций САЧ имела линейную зависимость. Экспериментальные данные хорошо коррелировали с этой линейной зависимостью – коэффициенткорреляции 0.98 для cA = 1.0 г/100 мл и – коэффициент корреляции 0.88 дляcA = 0.1 г/100 мл.177cA = 0.10 г/100 млD = 3.73 ммcA = 0.25 г/100 млD = 4.32 ммcA = 0.50 г/100 млD = 4.26 ммcA = 0.75 г/100 млD = 4.13 ммcA = 1.00 г/100 млD = 4.23 мма)б)0.25 мм0.25 мм0.250.150.150.150.050.02.0мм4.00.050.02.0мм4.0мм0.050.00.25мм0.250.152.0мм4.00.050.0мм0.152.0мм4.00.050.02.04.0ммРисунок 4.3 – Изменение структуры фаций и их диаметра (D) в зависимостиот концентрации САЧ (cA). В первой линии (а) показано изображение фации,во второй линии (б) черной линией выделено направление, вдоль которогоизмеряется профиль интенсивности фации (нижняя строка рисунка)В большинстве экспериментов с анализом формы капли, первоначальный диаметр фации был равен диаметру капли альбумина (в t = 0 с).
Вычислив объем сферической капли раствора альбумина (VD) и рассчитав объем еёфации (объемную фракция САЧ) по профилю VS, определим следующее отношение этих величин как некоторую безразмерную величину - фракционный параметр Φ = VS ⁄VD.Фракционный параметр (Φ) для пяти концентраций альбумина (cA =0.10, 0.25, 0.50, 0.75 и 1.0 г/100 мл) представлен на Рисунке 4.5. Показано, чтополученные данные отклоняются от линейной зависимости незначительно(коэффициент корреляции 0.96). Фракционный параметр Φ увеличиваетсясоответственно с ростом концентрации САЧ в капле. Самое высокое значение Φ из пяти значений достигало ~ 0.31 и соответствовало концентрацииальбумина cA = 1.0 г/100 мл. Повторные измерения этого параметра были178сделаны для тех же концентраций САЧ после 1 недели, 2 недель, 1 месяца, и2 месяцев хранения при температуре 23 ‒ 25 ºС.
Измерения объема VS в этипериоды времени выявили стабильность этих показателей – они были идентичны исходным объемам VS в пределах 2%. Эти данные имеют практическоезначение, свидетельствуя о возможности длительного хранения БЖ без потери основных информационных показателей структуры фации.Рисунок 4.4 – Кривая изменения ширины периферического кольца w вфациях САЧ в зависимости от диаметра капли DЧтобы интерпретировать геометрию и формирование фации САЧ, мыучитывали, что в процессе дегидратации происходит переход жидкой фазыальбумина в фазу геля, и что этот гель упаковывается более плотно по мереиспарения воды. Прозрачная, вязкоупругая матрица геля визуально прослеживается по мере увеличения начальной концентрации САЧ, что иллюстрируют различные стадии испарения (Рисунок 4.6).
Подобные переходы в фазугеля наблюдались в исследованиях испарения капель растворов полимеров[254; 261; 262] и в БЖ [171; 279] в связи с увеличением концентрации растворённого вещества во время испарения растворителя.Радиальные потоки (Рисунок 4.6 − синие стрелки) несут субстанциюСАЧ к периферии капли, эффективно увеличивая его концентрацию в этой179области, где начинает формироваться кольцо повышенной концентрации(Рисунок 4.6а и б).
Формообразование фазы геля продолжается в центре капли, которая пока еще находится в жидкой фазе (Рисунок 4.6в и г). Постепенно гель концентрируется на периферии капли, создавая кольцо, далее, в результате дегидратации, в центральной области капли формируется типичная,подобная кратеру, форма центральной зоны фации.Рисунок 4.5 – Кривая изменения фракционного параметра (Φ) фацийСАЧ в зависимости от концентрации cAНаконец, связанная жидкость испаряется из геля, образуя окончательную форму фации (Рисунок 4.6з). Это вызывает всё более и более плотноесвёртывание белковых молекул, что создает напряжение в периферическойзоне фации и разрыв матрицы − в заключительных этапах испарения появляются трещины.
Эти трещины увеличиваются численно за время испарениясвязанной воды из геля. В фациях маленьких капель (с D <5 мм) растрескивание не наблюдалось. То есть сила напряжения, растягивающая матрицу,зависит от объёма капли.Окончательное формообразование фации происходит через 18 ‒ 24 часаот начала дегидратации. Топография крупных капель оценивалась методоманализа формы капли АФК. При измерении были отмечены некоторые особенности в интерполяции высоты отдельных элементов фации, например,темных пятен около трещин в кольцевой области, более темных колец на пе-180риферии.Завершение форИспарениеОткрепление от пе- мирования периОкончательноежидкости и ра- риферической зоны и ферической зоны иСцепление капли сформированиедиальные пото- движение границы завершение проподложкойпериферическойки к перифериижидкой фазы кцесса высыхания взоны фациикаплицентру каплицентре каплиабвгдежзРисунок 4.6 – Последовательное изменение структуры капли раствораСАЧ с концентрацией cA = 2.0 г/100 мл во времени от начала испарения (время ‒ в минутах): а -1; б - 3, в - 4, г - 4.5, д - 5, е - 5.5, ж - 5.75, з - 6 минутИзменение формы капли во время испарения было также зарегистрировано с использованием метода АФК.
Изображения на Рисунке 4.7 соответствуют развитию формы капели во время испарения. Угол контакта уменьшается линейно (Рисунок 4.7а − 4.7д) за время испарения. На Рисунке 4.7eпоказано формировании геля в кольце по периферии. Остающаяся жидкостьв центральной зоне капли быстро испаряется (Рисунок 4.7e − 4.7и).
Заключительная форма фации показана на Рисунке 4.8, она подобна изображениям,показанным на Рисунке 4.6.181При анализе различных форм и размеров фаций САЧ, в зависимости отконцентрации раствора САЧ, стало ясно, что начало формирования четковыделенного кольца на периферии происходит в каплях с диаметром D ≥ 1÷3мм. Для концентрации cA = 0.5 г/100 мл капли с диаметром D ~ 1.0 и 1.5 мм(Рисунок 4.8а и б), фации не структурированы (текстура фации однородна повсей площади).абвгдежзиРисунок 4.7 – Формирование структуры фации САЧ (cA = 1.0 г/100 мл) вовремя испарения спустя: а – 1, б – 5, в – 10, г – 15, д – 20, е – 21, ж – 22, з –23, и – 24 минуты (снято под углом 20° к горизонтальной плоскости)а)D, мм 1.0б)г)в)1.52.0д)2.53.0Рисунок 4.8 – Фации альбумина (cA = 0.5 г/100 мл).
По мере увеличения объёма и D капли САЧ, начиная с D =1.5 мм проявляется структурирование текстуры фации182При D ~ 2.0 мм (Рисунок 4.8в) в центре фации начинает появлятьсяочень маленькая, круглая и более темная область. Это указывает на началоформирования кольца, что может служить мерой определения критическогодиаметра DС – минимального диаметра капли при котором возможно структурирование текстуры фации.При увеличении D (капли с большим диаметром), кольцо на периферииосадка становится более явным, например, для D 2.0 мм (Рисунок 4.8г, д).Для двух диаметров капель D = 1.5 мм и 3.0 мм дополнительно показан профиль фации (Рисунок 4.9).авгмкммкмб0.01.0мм2.00.02.0мм4.0Рисунок 4.9 – Формы профиля высохшей капли САЧ для двух диаметров cA = 1.0 г/100 мл: а и б – D = 1.5 мм; в и г - D = 3.0 ммЭтапы формирования кольца периферической зоны, зависят от диаметра капли и от концентрации раствора САЧ (Рисунок 4.10).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
