Диссертация (1144795), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Динамика структуропостроения фации при клиновидной дегидратации: 1- t = 0, 2 – 40, 3 – 80, 4 – 120, 5 – 160, 6 – 200, 7 – 240, 8 – 250, 9– 260, 10 – 270, 11 – 280 и 12 – 290 секундВ процессе высыхания на 40 секунде сформируются структуры в видеколец в промежуточной зоне фации (Рисунок 4.15 2 - 4). На 60-й секунденаблюдалось образование рядя кольцевых структур в периферической зоне,191которые перемещаются в центральную область, увлекая элементы из промежуточной зоны. На 100-й секунде они практически перешли в центр фации, азатем начался последовательный процесс выпадения солей, перемещающиеся в центральной области под влиянием радиальных потоков. в промежуточной и центральной областях (Рисунок 4.15 5 – 12).По мере увеличения испарения в осадке начинают появляться трещины, начиная с 200-й секунды (Рисунок 4.15 6).
Число трещин, по мере высыхания раствора, увеличивается и формируются большие неподвижные образования, создающие плотные, темные структуры (Рисунок 4.15 7 – 8). На заключительных стадиях высыхания в центральной зоне наблюдался быстрыйрост древовидных кристаллических структур в направлении от перифериикапли к центру (Рисунок 4.15 9 – 12).Для сравнения провели дегидратацию капель САЧ (cA = 1.0 г/100 мл),содержащих NaCl с разной концентрацией cN = 0.5 и 1.0 г/100 мл. Финальныестадии данного процесса показаны на Рисунке 4.16 а и б.
По мере увеличения концентрации соли структура фации постепенно менялась. При небольшом количестве соли (cN = 0.5 г/100 мл) структура имела четкое разделениена краевую белковую зону и солевую центральную. Эта центральная структура имеет зернистую текстуру, включая кристаллы и древовидные структуры NaCl. При повышении концентрации соли белковое кольцо заметноуменьшалось, а солевая область стала более однородной и древовидныеструктуры укрупнились и потеряли свою форму (Рисунке 4.16 в).С понижением содержания соли в фациях наблюдалась вторичнаякольцеобразная область, отделяющая периферическое белковое кольцо отцентральной солевой области фации. Для удобства мы разделили структуруфации на три области: область I; область II; область III. Они и схематичнопоказаны на Рисунке 4.17.Область I ‒ это белковое кольцо, характерное для всех фаций капельбелково-солевых МЖ.
Эта область имеет структуру, характерную для всехкапель и формируется во всех фациях данных растворов. Трещины, наблю-192дающиеся в краевой зоне, имеют некоторую периодичность. Число трещинувеличивается с повышением концентрации соли в растворе САЧ. Краеваязона формируется на этапе гелеобразования САЧ и имеет аморфный вид.абвРисунок 4.16 – Структура фаций раствора САЧ (cA= 1.0 г/100 мл) с концентрацией NaCl в исходном растворе: а – (cN = 0.50 г/100 мл) и б – (cN = 1.0г/100 мл); в - искусственно выделенный из фации фрагмент древовиднойструктуры кристалла NaCl┌───┐1.0 ммРисунок 4.17 – Фация раствора альбумина (cA = 1.0 г/100 мл) и повареннойсоли (cN = 0.10 г/100 мл), показаны три сформированные зоны: краевая (I),промежуточная(II) и центральная (III)Область II ‒ следующее вторичное кольцо и более подробно показанона Рисунке 4.17 справа.
Оно проявлялось только при очень низких концентрациях солей. По мере испарения воды и соответствующим увеличениемконцентрации соли начинает формироваться промежуточная кольцевая зона,отделяющая периферийное кольцо от центральной области фации (рисунок4.17). Разные виды этой области фации представляют собой кольцевое обра-193зование (рисунок 4.18).
С увеличением содержания NaCl (рис. 4.18 б − г) этаобласть становится хорошо определенной с высокой плотностью агрегатов идендритных структур, которые покрывают большую площадь.авб┌───┐0.3 ммгРисунок 4.18 – Фрагменты фаций раствора САЧ (cA = 1.0 г/100 мл) с различной концентрацией NaCl. Показаны различия структуры промежуточной зоны фации при различных концентрациях NaCl: cN = а – 0.01, б – 0.10, в – 0.50и г – 1.00 г/100 млПри очень низких концентрациях соли (cN = а – 0.01 г/100 мл) – (Рисунок 4.18а) промежуточная зона представлена множеством тонких колец между периферическим кольцом и центральной областью фации. С увеличениемконцентрации NaCl (Рисунок 4.18 б – г), эту область занимали древовидныесолевые структуры, плотность которых повышалась пропорционально концентрации соли в растворе.
Древовидные кристаллические структуры наблюдались также в центральной зоне фации (Рисунок 4.19 в и г). В фациях растворов с содержанием NaCl 0.01 г/100 мл центральная зона слабо отличаласьот остальной части фации и имела гранулированную структуру. В фацияхрастворов с содержанием NaCl 0.1 г/100 мл центральная зона (Рисунок 4.19а)становилась шире и также имела гранулированную структуру. Больше дендритных структур становилось в центральной зоне в фациях растворов, содержащих 0.50 г/100 мл NaCl (Рисунок 4.19б). Дендритные структуры росли,194главным образом, от периферии к центру.
Это также имело место в фацияхрастворов с самой высокой концентрацией NaCl (Рисунок 4.19г). На рисункецентральная зона содержит подобные дендриты, но с более плотными ответвлениями, чем в фациях растворов с более низким содержанием соли.Для этой концентрации в области III содержатся аналогичные дендриты, но более темные агрегаты, чем те, которые образуются при более низкомсодержании соли. Эти более темные агрегаты часто встречаются на кончикедендрита.
Диаметры первичных ветвей дендрита имеют порядок ~ 2 мкм ипоказывают разветвление второго и третьего порядка, независимо от концентрации соли.Отмечается одна общая тенденция в этих наблюдениях – уменьшениекраевой зоны по мере увеличения концентрации соли. Это в свою очередьвлияет на формирование промежуточной зоны. Относительная ширина кольца w была измерена в фациях каждого раствора САЧ и поваренной соли ипроанализирована как функция относительной концентрации соли φ. Ширинакольца делится на диаметр основания капли w/D и относительная концентрация соли ΦN является отношением молярного объема соли и молярного объема альбумина. Это значение – эффективное число ионов соли на молекулуСАЧ. График зависимости ln(w/D) от ln(φ) и аппроксимирующая линия приведен на Рисунке 4.20.Зоны фаций растворов САЧ с солями NaCl имеют особенности структуры, которые также наблюдаются при клиновидной дегидратации капельбиожидкостей человека.
Фации этих жидкостей имеют аморфное кольцо ицентральную область, содержащую кристаллические структуры.Анализ экспериментальных наблюдений позволяет рассмотреть силы,действующие на молекулу САЧ во время испарения. Это силы капиллярногопотока и потока Марангони, который сопротивляется капиллярному потоку,сила сцепления белка с подложкой, и взаимодействие между молекуламиСАЧ могут играть значительную роль.195ба┌──────┐0.3 ммгвln(w/D)Рисунок 4.19 – Фации раствора САЧ (cA = 1.0 г/100 мл) с различной концентрацией NaCl и фрагменты их центральных зон: а и б – cN = 0.1 г/100 мл(светлое поле 10х), в и г – cN =0.5 г/100 мл (светлое поле х45)┌──┐0.2 ммln(φ)Рисунок 4.20 – График зависимости ln(w/D), от ln(φ) (w/D – относительнаяширина краевой зоны, φ - относительная концентрация соли). Под каждойточкой кривой приведены фрагменты соответствующих фаций САЧВ процессе дегидратации капли, положительно заряженные молекулыСАЧ адсорбируются на отрицательно заряженную стеклянную подложку, изза взаимодействия основания подложки и частицы.
Адсорбция молекул является причиной сцепление (pinning) капли. Одновременно молекулы САЧтранспортируются к периферии капиллярным потоком, формируя кольцо.Существенное увеличение концентрации САЧ и более быстрое по сравнению196с центральной зоной капли испарение воды на периферии приводит к фазовому переходу в первую очередь в краевой зоне капли. Это фазовый переходсопровождается обогащением САЧ аморфного кольца, что наблюдается вовсех изученных фациях. После формирования адсорбированных слоев и краевого аморфного кольца, фазовый переход продолжается в центральной зонефации, образуя подобную гелю структуру по всей площади фации.Процессы при клиновидной дегидратации капли развиваются так, чтомолекулы САЧ адсорбируются на подложке, формируя периферийное кольцо.
Следовательно, ионная сила в изменяющихся растворах увеличивается,изменяя альбумин-альбуминовые взаимодействие FL. Взаимодействия белкас белком в водных системах часто моделируется, путём использования классического DLVO (Дерягина, Ландау, Вервея и Овербека) потенциала, который обеспечивает взаимодействия между заряженными поверхностями черезжидкую среду, комбинируясь на малых расстояниях взаимодействиями Вандер Ваальса, а на больших с электростатическим отталкиванием. Сила притяжения между молекулами увеличивается с уменьшением длины Дебая.Другими словами, диапазон взаимодействий между молекулами в процесседегидратации капли уменьшается в остающейся части жидкости, что ведет кдальнейшим фазовым превращениям в растворе [253].Наблюдения показали, что некоторые большие агрегаты смещаютсяближе к периферии, формируя крупномасштабные структуры в промежуточной зоне.
С увеличением начальной концентрации NaCl, агрегаты формируются на более ранних стадиях испарения и транспортируются к перифериикапли. В результате это приводит к увеличению ширины промежуточной зоны. В меньших по размеру каплях формируются только две различимые области: краевая зона и центральная зона фации. Последняя содержит кристаллы и древовидные структуры NaCl. Используя вышеупомянутые рассуждения при анализе процессов формировании структурных зон фации, мы предполагаем, что в маленьких каплях, ввиду более короткого времени испарениябольшие агрегаты не успевают образоваться. В результате промежуточная197зона фации не формируется.Соотношения между относительной шириной краевой зоны фации раствора САЧ (cA = 1.0 г/100 мл) и концентрацией NaCl соответствуют экспоненциальному закону с показателем – 0.48 (Рисунок 4.15). Такая зависимостьмежду шириной кольца и концентрацией в виде степенной зависимости ранее наблюдалась при испарении капель коллоидных растворов [215; 222;299].
Эти соотношения могут быть пояснены следующим рассуждением. Воднокомпонентной системе, если объем кольца пропорционален начальнойконцентрации раствора, VR ∼ φ, то более высокая начальная концентрациядолжна привести к большему объему кольца. Ширина кольца пропорциональна приблизительно корню квадратному от объема кольца w ∼ VR1⁄2. Таккак объем кольца пропорционален концентрации, ширина кольца должнатакже измеряться как квадратный корень начальной концентрации w ∼ φ1⁄2. Вэтом исследовании мы рассматриваем многокомпонентную систему, вышеизложенные рассуждения подтверждаются результатами, представленнымина Рисунке 4.20.Мы рассматриваем начальную концентрацию NaCl, которая приводит котрицательной зависимости от квадратного корня, или w ∼ −(φ1⁄2). Формирование агрегатов в начальной стадии испарения раствора альбумина (cA = 1.0г/100 мл) с увеличением NaCl тормозят формирование насыщенного САЧкольца, что приводит к этой отрицательной зависимости от квадратного корня.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
