Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 7
1.1. Факторы агрегативной устойчивости латексных систем 7
1.2. Причины поверхностной активности микрочастиц 19
1.3. Свойства 2D пленок полистирольных микросфер 25
1.4. Модификация поверхности полистирольных микросфер 29
1.4.1. В процессе синтеза полистирольных микросфер. 29
1.4.2. В результате адсорбции белков на поверхности синтезированных полистирольных микросфер. 38
1.5. Метод ИК-спектроскопии в исследовании вторичной структуры белков 46
1.6. Исследование вторичной структуры белков методом ИК спектроскопии 51
1.7. Принципы определения вторичных структур белков на основе ИК спектров 54
2. Экспериментальная часть 55
2.1. Объекты исследования 55
2.2. Методы исследования 56
2.2.1. Метод синтеза полистирольных микросфер с различным строением межфазного слоя 56
2.2.2. Модификация поверхности полимерных микросфер при адсорбции БСА 58
2.2.3 . Определение размера полистирольных микросфер . 61
2.2.3.1. Просвечивающая электронная микроскопия. 61
2.2.3.2. Динамическое светорассеивание 62
2.2.4. Определение (^-потенциала из данных по электрофорезу частиц методом фотон корреляционной спектроскопии. 62
2..2.5. Метод Ленгмюра 64
2.2.6. Микроскопические исследования морфологии 2D пленок и эмульсий. 67
2.2.7. Исследование морфологии перенесенных 2D пленок методом Атомно-силовой Микроскопии. 67
2.2.8. Исследование вторичной структуры макромолекул БСА методом ИК-спектроскопии 69
2.2.9. Исследование устойчивости водной дисперсии полистирольных микросфер . 70
2.2.10. Получение эмульсии тетрадекана в воде, стабилизированной полистирольными микросферами. 71
2.2.11. Метод моделирования удаления нефтяного загрязнения с поверхности дисперсного материала (почвы). 73
3. Результаты и их обсуждение 76
3.1. Синтез полимерных микросфер 76
3.2. Адсорбции БСА на поверхности полистирольных микросфер 83
3.3. Влияние электролитов на вторичную структуру молекул БСА, адсорбированных на поверхности полимерных микросфер 86
3.4. Влияние электролитов на параметры изотерм двумерного давления 2D пленок, сформированных из полистирольных микросфер 95
3.5. Морфология 2D пленок, сформированных из полистирольных микросфер 121
3.6. Эмульгирующая способность водных дисперсий модифицированных полистирольных микросфер 124
3.7. Принципы создания нового способа очистки грунта от загрязнений нефтепродуктами 140
Выводы 145
Список использованных источников 146
- Причины поверхностной активности микрочастиц
- Определение размера полистирольных микросфер
- Исследование устойчивости водной дисперсии полистирольных микросфер
- Влияние электролитов на вторичную структуру молекул БСА, адсорбированных на поверхности полимерных микросфер
Введение к работе
Актуальность темы - На рубеже XX и XXI веков возрос интерес к исследованию эмульсионных систем, стабилизированных твердыми эмульгаторами. Это связано с тем, что в индустриальном обществе возрастает число людей, имеющих аллергические реакции на классические поверхностно-активные вещества (ПАВ). На рынке пищевых продуктов, косметических изделий и лакокрасочных материалов появляются эмульсионные системы, стабилизированные смесями твердых эмульгаторов и ПАВ, или исключительно твердыми частицами микронного и субмикронного размера. Особую актуальность имеет аспект использования твердых эмульгаторов в процессе борьбы с последствиями экологических катастроф, вызванных разливами нефтепродуктов. До настоящего времени эта проблема не получила исчерпывающего теоретического обоснования и требует значительных усилий по технологическому оформлению. При больших площадях разлива использование традиционных ПАВ может приводить к ухудшению экологической обстановки. Применение твердых стабилизаторов для получения эмульсий, например, образующихся при обработке загрязненной поверхности гидрозолем, позволяетв контролируемых условиях управлять ее устойчивостью. При этом, как углеводородная фаза, так и твердый эмульгатор могут быть локализованы и направлены на переработку.
Цель работы - Исследование полимерных микросфер с различным строением поверхностного слоя для нахождения условий их использования в качестве твердых эмульгаторов.
Научная новизна — Методом Ленгмюра впервые изучены полимерные микросферы со структурой «ядро-оболочка», определены коллоидно-химические характеристики 2D пленок, сформированных из твердых частиц, и показано, что природа функциональных групп в межфазном слое полимерных частиц определяет их эмульгирующую способность.
Получены изотермы адсорбции БСА на полистирольных микросферах, содержащих в поверхностном слое сульфо-, карбоксильные группы и кремнийорганическое ПАВ (а-(карбоксиэтил)-со-(триметилсилокси) полидиметил-силоксан (ПДМС)). Показано, что величина адсорбции и конформационное состояние макромолекул БСА существенно влияет на поверхностно-активные свойства полистирольных микросфер.
Найдены закономерности изменения коллоидно-химических свойств 2D пленок, сформированных из полистирольных микросфер с различным строением межфазного слоя, при введении в систему растворов сульфатов аммония, цинка и марганца (II).
Установлена связь между коллоидно-химическими параметрами 2D пленок и эмульгирующей способностью водных дисперсий модифицированных полистирольных микросфер при различных концентрациях электролита в водной фазе.
Показана высокая эффективность удаления нефти с поверхности кварцевого песка при использовании в качестве моющего состава водной дисперсии модифицированных полистирольных микросфер.
Практическая значимость — Разработаны принципы создания нового способа очистки грунта от загрязнений нефтепродуктами.
Автор защищает:
Возможность использования полимерных микросфер со строением типа «ядро-оболочка», содержащих в поверхностном слое функциональные группы различной природы в качестве стабилизаторов эмульсий I типа.
Влияние природы функциональных групп в поверхностном слое частиц на эмульгирующую способность полимерных микросфер.
Закономерности влияния природы функциональных групп, модифицирующих поверхность полимерных микросфер на коллоидно-химические параметры 2D пленок, сформированных из них на поверхности водной субфазы в зависимости от концентрации и химического состава растворенного электролита.
Влияние адсорбционных слоев БСА на поверхностно-активные свойства полистирольных микросфер.
Влияние химического состава электролита на изменение конформационного состояния макромолекул БСА в адсорбционном слое на поверхности полистирольных микросфер в зависимости от степени модификации полимерной поверхности.
Закономерности изменения эмульгирующей способности дисперсии полимерных частиц в зависимости от природы функциональных групп в поверхностном слое полимерных частиц, присутствия электролитов в водной фазе.
Принципы создания нового способа очистки грунта от загрязнений нефтепродуктами.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Причины поверхностной активности микрочастиц
В отличии от традиционных (низко-,вьтсокомолекулярных) ПАВ меньшее внимание уделяется твердым частицам (нано- или микроразмеров) в качестве обьектов снижающих свободную межфазную энергию, повышающих устойчивость дисперсных систем. Хотя еще в пятидесятых годах прошлого века П.А.Ребиндер уделял особое внимание твердым стабилизаторам (эмульгаторам) в аспекте рассмотрения теории структурно-механического барьера как фактора устойчивости коллоидных систем [27-32]. В девяностых годах прошлого века возобновился интерес к рассмотрению роли мелких гетерогенных частиц в дисперсных системах. Отчасти, это является результатом прогресса науки итехнологии с использованием наночастиц для производства новых материалов [28]. Важным направлением исследований является изучение поведения частиц на поверхностях раздела фаз (как плоских, так и искривленных). Для классических ПАВ в смесях органическая фаза + водная фаза системный ГЛБ является наиболее важной переменной величиной в определении того, находится ли агрегированный ПАВ (мицеллы или капельки микроэмульсии) в водной фазе, в органической фазе или в третьей фазе. Было показано, что параметр упаковки молекул ПАВ на поверхности раздела масло/вода определяет склонность монослоя ПАВ изогнуться в сторону водной или органической фазы или остаться эффективно плоским [26]. Это определяется геометрией молекул ПАВ, гидратированных водной фазой на одной стороне монослоя и сольватированных органической фазой на другой стороне.
Таким образом, для гидрофильных ПАВ площадь, приходящаяся на головную группу, больше, чем площадь, приходящаяся на цепочку, и монослои изгибаются вокруг органической фазы, реализуя микро-и макроэмульсиях типа масло-в-воде (м/в). Для более гидрофобных ПАВ площадь, приходящаяся на цепочку, превышает площадь, приходящуюся на головную группу, и водная фаза становится дисперсной фазой в микро- и макроэмульсиях типа вода-в-масле (в/м). При условиях, в которых площади головной группы и цепочки близки, монослои имеют нулевую чистую кривизну, и образуются новые агрегаты, включая ламелларные фазы и бинепрерывные микроэмульсии. Последовательность переходов для многофазовых микроэмульсионных систем (по Винзору I, II и III) и соответствующее эмульсионное обращение может достигаться изменением концентрации соли, типа органической фазы или температуры и добавлением со-ПАВ, и это достаточно хорошо изучено [27]. В случае сферических частиц, которые адсорбируются на поверхности раздела (вода/воздух или вода/масло), удобным параметром является угол смачивания (избирательного смачивания) Q. Для гидрофильных частиц, а именно, оксидов металлов, Q, измеренный в водной фазе, обычно 90гр., и большая часть поверхности частицы находится в водной фазе, нежели чем в неполярной фазе. Для гидрофобных частиц, а именно, годный для обработки кремнезем, Q, в основном, больше, чем 90гр., и частицы находятся больше в воздухе или органической фазе, чем в водной фазе. По аналогии с молекулами ПАВ, монослои будут изгибаться так, что большая площадь поверхности частицы остается на внешней стороне, увеличиваясь в сторону образования систем воздух- или масло-в-воде, когда Q 90гр., и вода-в-воздухе или масле, когда Q 90гр. Первые включают в себя водные пены и м/в эмульсии, соответственно, тогда как последние включают в себя аэрозоли и в/м эмульсии. Существуют много методов синтеза маленьких, монодисперсные частицы с различной формой и поверхностным покрытием.
Если покрытие, например, алкилсилан или фтороуглерод, является гомогенным на поверхности частицы, получающееся после реакции в паровой фазе, то такие частицы являются поверхностно-активными, но, в отличие от ПАВ, они не будут амфифильными (амфотерными). Если удается локализовать то или иное покрытие можно получитьет обьекты как гетерогенные так и амфифильными, то есть, частица имеет специфичную область, которая является маслофильной, и специфичную область, которая гидрофильна. Важно понять, почему гидрофобные или гидрофильные частицы сильно прикрепляются поверхностям раздела фаз жидкость (а) - жидкость (Ь). Рассмотрим сферическую частицу (s) с радиусом г, которая первоначально полностью находится в фазе а, а потом адсорбируется на поверхности раздела ab. Поверхности раздела фаз sa, sb и ab имеют поверхностные натяжения а. Адсорбция частицы на поверхности раздела фаз вызыват замещение поверхности раздела sa на sb. Энергия присоединения частицы к поверхности раздела жидкость-жидкость связана не только с контактным углом, но также и с межфазньтм натяжением.
Допуская, что частица достаточно мала (типично меньше, чем несколько микронов в диаметре) для того, чтобы сила тяжести была пренебрежимо мала, энергия Е, необходимая для удаления частицы от поверхности раздела можно получить [59-61] глубина погружения сферической частицы в водную фазу: площадь контакта между частицей и водой: присутствием частицы: частицы с поверхности раздела в газовую фазу: поверхностные натяжения, связанные с контактным углом 9 через уравнение Юнга: ау/в-газ-оу/в-вода=отаз-водасозО в котором знак в скобках отрицательный для удаления частицы в водную фазу и положительный для удаления частицы в воздух или органическую фазу. Подстановка заданного г = 10"8 м и П = 36 мН/м (толуол/вода) в уравнение показывает, что частица наиболее сильно удерживается на поверхности раздела для Q = 90гр. с Е = 2750 кТ. Е резко падает при изменении Q, так что для Q между 0 и 20гр. или между 160 и 180гр. эта энергия относительна мала ( 10 кТ). Для углов 90гр. частица легче удаляется в водную фазу, чем в воздух или органическую фазу, то есть, частица является относительно гидрофильной, и для Q 90гр. происходит противоположное, то есть, частица является относительно гидрофобной. Следствием очень высокой энергии присоединения частиц к поверхностям раздела, связанной с термической энергией кТ, является то, что частицы на поверхностях раздела могут эффективно необратимо адсорбироваться. Так как Е зависит от квадрата радиуса частицы, она заметно уменьшается для все более маленьких и маленьких частиц. Ясно, что очень маленькие частицы ( 0.5 нм в радиусе) размером, сравнимым с большей частью молекул ПАВ, легко отделяются (несколько кТ) и, возможно, не будут слишком эффективны в качестве стабилизаторов. В работе [25] показано, что для сферических полистирольных частиц понижение поверхностного натяжения от его значения для чистого растворителя зависит от объемной фракции частиц и от их размера. При низкой концентрации частиц, при которой суспензии выглядят мутными и молочными и называются газо- или жидкообразными, натяжение незначительно уменьшается. При более высоких концентрациях, при
Определение размера полистирольных микросфер
Просвечивающую электронную микроскопию использовали для определения среднего размера, формы и числа ПМЧ (по микрофотографиям) на ранней стадии полимеризации. Для проведения электронно-микроскопических наблюдений полимерные суспензии разбавляют до слабой опалесценции, после чего наносят на медную сетку с напыленным на нее углеродом. После высушивания препарата сетку помещают на столик электронного микроскопа. Электронно-микроскопические наблюдения проводили с использованием электронного просвечивающего микроскопа Zeiss ЕМ 912 Omega при напряжении 100 кВ по стандартной методике. В случае использования метода негативного контрастирования, полимерные суспензии после разбавления обрабатывают 1% водным раствором уранилацетата (в соотношении 1:1 по объему). Средний размер частиц полимерных суспензий и коэффициент вариации определяют путем обсчета частиц по микрофотографиям (не менее 500 частиц). С помощью этого метода были получены данные о среднем размере ПМЧ и их числе на ранних стадиях полимеризации. Распределение частиц по размерам получали на приборе Zetasizer Nano (модель NanoZS ZEN3500, «Malvern», Англия) по стандартной методике. На рис. 11 представлен пример получаемого распределения частиц по размерам из данных по интенсивности:
Электрокинетический потенциал заряженных частиц в растворе характеризуется электрофоретической подвижностью частиц в электрическом поле. Скорость движения частиц, отнесенная к единице напряженности электрического поля, называется электрофоретической подвижностью (UE): Ui; =и! Е Определяя электрофоретическую подвижность (UE), можно по уравнению рассчитать -потенциал: где: s-диэлектрическая постоянная среды, -электрокинетический потенциал, /( Ка) - фактор, который зависит от диаметра частиц и эффективной толщины двойного электрического слоя ( =1.0 для неполярной среды; =1.5 для полярной среды), г\- вязкость дисперсионной среды. Измерения -потенциала частиц проводились на приборе Zetasizer 4, «Malvern» (Англия) по стандартной методике [110-112]. Результаты получены в виде распределения (рис. Для формирования и исследования монослоев в работе использовалась ванна Ленгмюра кругового типа. Прибор позволяет регистрировать изменение поверхностного натяжения в процессе изменения площади пленки вещества, нанесенного на поверхность раздела фаз жидкость/воздух. Прибор состоит из трех блоков: измерительной ячейки, блока индикации и блока управления. Измерительная ячейка (рис. 13) представлена круглой ванной (а) из фторопласта. Внутри ванны имеются две перегородки, образующие вспомогательный отсек (Ь), предназначенный для приема избытка жидкости, сбрасываемой в него при движении барьера (с). Барьер также выполнен из фторопласта. Он вставляется в специальный держатель (d) с центральной осью, проходящей через штифт, и закрепляется винтом (е).
Центральная ось вращается электроприводом (при этом барьер совершает вращательное движение по поверхности ванны), она соединена с резистором, служащим для измерения и преобразования площади пленки в электрический сигнал. Двумерное давление измеряли с помощью пластинки Вильгельми. Была использована рифленая пластинка (f) из вольфрама с периметром 10 см, подвешенная на держателе механотрона (g), преобразующего механическое усилие в электрический сигнал. Измерительную пластинку и механотрон одновременно перемещали в вертикальном направлении с помощью подъемного механизма, микрометрический винт которого вынесен на переднюю панель прибора. Метод Вильгельми для определения поверхностного (как и межфазного) натяжения основан на том, что суммарная сила тяжести поднятой жидкости, приходящаяся на единицу периметра пластинки, не зависит от формы мениска и при нулевом краевом угле равна поверхностному (межфазному) натяжению: где \Уобщ и Wra, - сила тяжести (вес), соответственно, пластинки, смоченной исследуемой жидкостью, и сухой пластинки; Р - периметр пластинки; а -межфазное натяжение.Блок регистрации представляет собой двухкоординатньгй самописец: на оси X регистрируется изменение площади пленки, на оси Y - двумерное давление п, равное разности между поверхностным натяжением подложки ао(мН/м) и поверхностным натяжением с нанесенным веществом ar (7t=ao-cjr).
Калибрование показаний самописца производится путем подвешивания на держателе механотрона груза известной массы (200 мг) и записи показаний самописца (подвешенный груз соответствует двумерному давлению 20 мН/м). Блок управления служит для проведения экспериментов по определению изотерм двумерного давления. Согласно схеме прибора движение самописца по оси X начинается с того момента, когда барьер пройдет определенный путь. При этом изменение площади поверхности поверхностного слоя составляет 0,028552 м. Площадь поверхности ванны (исходная площадь монослоя) составляет 0,0298 м. Минимальная площадь монослоя 0,001248 м. Скорость сжатия монослоя во всех опытах составляла л "у Рис. 13. Ванна Ленгмюра кругового типа (пояснения в тексте). 3,17-10-4 м7с, опыты проводили при температуре 20С. Чувствительность прибора при комнатной температуре может изменяться в пределах 0,1-0,01 мН/м в зависимости от настройки прибора. Морфология 2D пленок и внешний вид получаемых эмульсий был изучен с помощью оптического микроскопа ZRS-77 производства фирмы Cannon, Япония. Для изучения морфологии 2D пленок, сформированных из полистирольных микросфер в приборе Ленгмюра тефлоновую кювету прибора помещали на предметный столик микроскопа. Производили фотосъемку пленки при фиксированном значении двумерного давления. Образец исследуемой эмульсии с помощью шприца помещали в оптическую кювету толщиной 5 мм. Верхний край кюветы заклеивали парафиновой пленкой. Закрытую кювету переворачивали на 90 и помещали на предметный столик микроскопа. Производили фотосьемку.
Исследование устойчивости водной дисперсии полистирольных микросфер
Устойчивость к коагуляции и седиментации дисперсий полистирольиых микросфер, отличающихся строением межфазного слоя, в зависимости от химического состава и концентрации электролита определялась по времени оседания полимерных частиц. Для стандартизации условий проведения эксперимента, была приготовлена серия образцов полимерных дисперсий, имеющих концентрацию полимерных микросфер 0,1% обьемом 2 мл, отличающихся содержанием электролита. Приготовленные растворы были помещены во флаконы, рис. 15. Проводилось визуальное наблюдение за состоянием систем. Фиксировалось время полного осаждения дисперсной фазы. Для исследования влияния химического состава и концентрации электролита на эмульгирующую способность полистирольных микросфер, отличающихся строением межфазного слоя, был приготовлен ряд систем для каждого из образцов полимерных дисперсий, имеющих обьем 40 мл и отличающихся содержанием углеводородной и водной фаз, Концентрацией полимерных частиц, концентрацией и химическим составом электролита. Первоначально готовилась серия многофазных систем, отличающихся содержанием углеводорода, при фиксированных значениях содержания других компонентов. Изменение содержания тетрадекана в ряду составляло 0,5 мл. Эмульгирование проводили при помощи бытового электрического вибрационного диспергатора, рис. 16. Мощность, использованного диспергатора составляла 15 Вт, время диспергирования тетрадекана в водной дисперсии полистирольных микросфер - 5 минут. После окончания процесса диспергирования системы выдерживались в течении 6 часов. По истечении этого временного интервала, проводили визуальное наблюдение за состоянием эмульсионной системы. Эмульсия считалась устойчивой, если не происходило выделение углеводородной фазы. После проведения первого этапа, переходили к приготовлению второй серии систем, отличающихся содержанием углеводородной фазы. Минимальный обьем углеводорода в этой серии соответствовал последнему образцу первой серии, характеризующемуся как устойчивая эмульсия, а максимальный - первому образцу, представляющему собой систему в которой происходило выделение углеводородной фазы.
Изменения обьемов тетрадекана во второй серии образцов проводили с шагом ОД мл. Приготовление эмульсий и определение ее устойчивости проводили аналогично первой серии. Проведенные эксперименты позволили определить устойчивую эмульсионную систему с максимальным содержанием углеводородной фазы. Эту величину, рассчитанную в обьемных процентах, принимали за эмульгирующую способность данного образца полистирольных микросфер при фиксированной концентрации полимерной фазы, концентрации и химического состава электролита. В качестве модели почвы был выбран речной песок с размером частиц 0,1-0,3 мм. Предварительно выбранный образец песка был тщательно промыт в проточной воде для удаления загрязнений и мелкой фракции, характеризующейся большим временем седиментации. Эта операция была проведена с целью обеспечения стандартизации условий проведения измерения веса образца дисперсного материала. Важность данного параметра определяется тем, что по изменению веса системы проводилась оценка эффективности удаления загрязнения. После предварительной обработки песок был высушен на воздухе, а затем помещен в эксикатор над Р4О10 до момента достижения постоянного веса. Вес всех исследуемых образцов измерялся с точностью до 0,01 г. Хранение готового к эксперименту песка проводили в этом же эксикаторе. Нефть, моделирующую загрязнение, наносили на подготовленный песок при контроле весового соотношения нефть/песок. В экспериментах было выбрано соотношение 1/7, характеризующее максимальное количество нефти связываемой песком при образовании пастообразной системы. Навеску смеси песок/нефть, весом 10 г, помещали в стакан. В этот стакан добавляли 50 мл водной фазы, содержащей определенное количество полимерных микросфер и электролита. Процесс очистки песка от нефтяного загрязнения проводили при механическом перемешивании системы с помощью вибрационного диспергатора, использовавшегося при получении эмульсионных систем. Время механической обработки составляло 5 минут.
После механической обработки образца песок/нефть/водная фаза проводили визуальное наблюдение процессов происходящих в системе. С одной стороны, наблюдали за седиментацией песка, с другой за седиментацией и коалесценцией нефтяной эмульсии. Через один час жидкую фазу (вода, эмульсия, нефть) удаляли с помощью водоструйного насоса. Оставшийся песок промывали дистиллированной водой и переносили в чашку Петри. Затем, песок высушивался на воздухе, а затем, в эксикаторе над Р4О10 до достижения постоянного веса. Степень очистки песка от нефтяного загрязнения рассчитывали по разности весов загрязненного образца и полученного после очистки. Для повышения достоверности результатов эксперимента испытания каждой из моющих композиций, содержащих определенное количество полимерных микросфер и электролита, проводили по три раза. В таблицу вносили среднее значение определенного параметра.
Влияние электролитов на вторичную структуру молекул БСА, адсорбированных на поверхности полимерных микросфер
Переход макромолекулы белка из водного раствора в адсорбционный слой на поверхности полимерного материала приводит к изменению силового поля, окружающего молекулу. При этом несимметрично изменяется диэлектрическая проницаемость среды, возникают силовые поля, определяемые электростатическими и гидрофобными взаимодействиями адсорбата и адсорбента. Наложение всех этих факторов может привести к изменению конформационного состояния полипептидной цепочки белковой макромолекулы. Можно ожидать, что степень изменения конформационного состояния макромолекулы БСА будет пропорционально интенсивности силового поля, создаваемого поверхностью полистирольных микросфер. Полипептидная цепочка молекулы белка образует вторичные структуры: а-спирали, Р-слои, участки поворота цепи на 180 (повороты), статистически неупорядоченные структуры. Для БСА характерно образование Р-слоев, сформированных из полимерных цепей контактирующих макромолекул при их агрегации. Идентификация различных вторичных структур белка возможна благодаря тому, что каждая из них характеризуется типичными двугранными углами, образованными аминокислотными остатками. Водородные связи, образованные С=0 амидными группами, характеризуются определенной энергией для каждого элемента вторичной структуры. Частота С=0 колебаний дает основной вклад в полосу поглощения амид I и связана с прочностью водородной связи: чем прочнее водородная связь, тем ниже электронная плотность С=0 группы и тем меньше частота амид I. Межмолекулярные р-слои образуют самые прочные водородные связи и поэтому поглощают в области 1610-1625 см"1, а внутримолекулярные Р-слои при 1630 см"1, неупорядоченные структуры (водородные связи с водой или боковыми группами) поглощают в области 1640-1650 см" , а-спирали с достаточно слабыми водородными связями поглощают при 1653-1660 см" .
Полоса поглощения Р-слоев, образующихся при агрегации макромолекул (Рагр) - 1613-1628 см"1. Индивидуальные полосы поглощения а-спиралей и различных р-структур перекрываются в области амид I. Для определения индивидуальных составляющих вторичной структуры БСА было проведено гауссовское разложение суммарного пика в ИК спектре. На рис.20 представлены ИК спектры поглощения полистирольных микросфер, кристаллического БСА и полистирольных микросфер с адсорбированным на их поверхности БСА. В последнем случаи, количество белка, а, следовательно, его спектроскопическая активность крайне низка. Для получения статистически достоверного сигнала, который может быть использован, в аналитических целях был использован прибор с Фурье преобразователем и методика МНПВО. Совместная комбинация современного аппаратного обеспечения и возможности исследования, перенесенных 2D пленок методом Ленгмюр-Блоджет, позволили получить экспериментальные зависимости влияния адсорбции БСА на полимерных поверхностях различного химического состава и введенных в систему электролитов на конформационное состояние макромолекул белка. s На рис. 22 представлена схема разложения суммарной полосы поглощения ИК спектра в области амид I, полученного методом МНПВО, молекул БСА в адсорбционном слое на поверхности полистирольных микросфер образца 1. Обращает на себя изменение симметрии полученной зависимости интенсивности поглощения от волнового числа. Процентное содержание каждой из форм вторичной структуры макромолекулы БСА определяется площадью под соответствующей кривой. В таблице 4 представлены результаты определения вторичной структуры макромолекул БСА при их адсорбции на поверхности полимерных микросфер, содержащих различные функциональные группы. Видно, что при адсорбции БСА на поверхности полистирольных микросфер, полученных в отсутствие ПАВ, происходит изменение их конформационного состояния. Чем более гидрофобна полимерная поверхность, тем выше адсорбция БСА и тем большие изменения претерпевает вторичная структура белковых макромолекул. Это связано с максимальным соответствием гидрофобных участков на поверхности белковой глобулы и поверхности полимерной микросферы. Наличие полярных групп на полимерной поверхности, приводит к сохранению в большей степени вторичной структуры макромолекулы БСА, характерной для водного раствора.
Исследовать изменение вторичной структуры макромолекул БСА на поверхности частиц, содержащих кремнийорганическое ПАВ, не удалось. Полученный отрицательный результат связан с тем, что в данном случае предельная адсорбция БСА имеет низкие значения, которые не позволили получить статистически достоверные результаты разложения полос поглощения ИК спектров в области амид I. Введение в систему электролитов приводит к изменению вторичной структуры макромолекул БСА как в объеме водного раствора, так и в адсорбционном слое. При увеличении концентрации сульфата аммония в водной фазе до 0,4М происходит высаливание (осаждение) БСА из раствора. Потеря растворимости белка вызвана изменением конформационного состояния полипептидной цепочки, приводящего к гидрофобизации поверхности глобулы макромолекулы. Изменение гидрофильно-липофильного баланса молекулы БСА сопровождается их агрегацией, способствующей увеличению доли (Заф-складок. Для адсорбированных на поверхности полимерных микросфер молекул БСА наблюдается аналогичная
