Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

ВЛИЯНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОНА НА ФАЗОВУЮ ДИАГРАММУ ВОДНО-ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ДЕКСТРАН-ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОН

Масимов Э.А. 1 Ширинов Н.З. 1 Багиров Т.О. 1
1 Бакинский государственный университет
Исследовано влияния молекулярной массы поливинилпирролидона на фазовое расслоение водной двухфазной системы декстран-ПВП. Получены математические выражения зависимостей СPVP – CDek. для двухфазных систем образованных декстраном и поливинилпирролидоном различной молекулярной массы. Показано, что все эти выражения полученных для различных систем описывается обобщенным уравнением , тем самым появилась возможность без проведения экспериментов построить бинодальные кривые для водных двухфазных систем образованных декстраном и поливинилпирролидона различной молекулярной массы. Показано, также, что для поливинилпирролидоном с большими молекулярными массами фазовое расслоения в этих системах происходит при меньших концентрациях фазообразующих компонентов. Таким образом, результаты исследования подтверждают основополагающую роль воды в процессах фазового расслоения системы полимер-полимер-вода.
декстран
поливинилпирролидон
водно-полимерные двухфазные системы
фазовое расслоение
1. Albertsson P.A. Partition of cell particles and macromolecules, 3rd Ed., Willey Press: New York, 1986, 396 p.
2. Заславский Б.Ю., Боровская А.А., Гуляева Н.Д., Левин В.Ю., Масимов Э.А., Махмудов А.У., Багиров Т.О., Местечкина Н.М., Михеева Л.М., Рогожин С.В. Влияние лиотропного ряда неорганических солей на совместимость неионных полимеров в водном растворе // ДАН СССР. – 1986. – Т. 288; №4. – С. 915–918.
3. Масимов Э.А., Багиров Т.О., Гасанова Х.Т. Определение параметра взаимодействия между фазаобразующими компонентами двухфазных водно-полимерных систем // Журнал изв. вузов «Химия и химическая технология». – 2008. – Т. 51; вып.2. – С.123–126.
4. Zaslavsky B., Bagirov T., Borovskaya A. et al. Compatibility of non-ionic polymers in aqueous medium in presence of inorganic salts // J. Visokomol. Soedin. B, 1987, v. 29, p. 98-101.
5. Vandana G., Sunil N. and Subhash C. Role of water structure on phase separation in polyelectrolyte-polyethyleneglycol based aqueous two-phase systems // J.Polymer, 2002, v.43, №11, p. 3387-3390.
6. Pereira M., Wu Y.-T., Madeira P., Venancio A. et al. Liquid-liquid equilibrium phase diagrams of new an aqueus two-phase systems // J. Chem. Eng. Data, 2004, v.49, p.43-47.
7. Zaslavsky B., Mahmudov A., Bagirov T. et al. Aqueous bifhasic systems formed by nonionic polymers. II. Concentratu separation // Colloid Polumer Sci., 1987, v.265, № 6, p.548-552.
8. Масимов Э.А.,Багиров Т.О. Многокомпонентные многофазные системы. Распределение веществ в многофазных системах. – Баку, 2016, – 280 с.

Известно, что смесь водных растворов двух полимеров, при концентрациях полимеров выше определенных, разделяется на две сосуществующие фазы [1,2]. При введение вещества в такую систему происходит неравномерное распределение этого вещества, которое характеризуется коэффициентом распределение-отношением его концентрации (весовой) в сосуществующих фазах системы.

Впервые Шведский ученый П.О. Альбертсон [1] исследовал большое количество двухфазных систем, общим растворителем которых являлась вода и указал на перспективу применение таких систем в биотехнологии, медицине и фармакологии, в частности для разделения и очистки смесей химических соединений, в том числе смесей частиц биологического происхождения (белки, вирусы, клетки и т.д.).

Необходимо отметить, что в научных публикациях не редко встречаются противоречивые мнения о механизме несовместимости двух полимеров в воде. Некоторые авторы выдвигали на передний план идею об основополагающей роли полимерных компонентов системы в процессе разделения системы на две фазы, считая, что если два полимера несовместимы в одном растворителе, то они должны быть несовместимы и в других растворителях. И что решающую роль при расслоении её большой степени играет взаимодействие полимеров между собой, а роль растворителя сводится к экранированию указанные взаимодействий. Сравнительно недавно Б. Заславски, Э. Масимов и др. [2] анализируя противоречивая результаты полученными разными авторами относительно несовместимости полимеров в воде высказали гипотезу об основополагающей роли воды в образовании двухфазных систем и по мнению этих авторов при расслоении системы образуются две не растворяющимися друг в друге, и различающимися по структуре две водные фазы. В дальнейшим эта гипотеза была подтверждена экспериментально как авторами [2–4, 7], так, и другими исследователями [5,6].

Для описания двухфазных систем П. Альбертсон [1] использовал координатную систему, на осях которых была отложена значения концентраций полимерных компонентов системы (бинодальные кривые, длина и угловой коэффициент соединительной линии).

Результаты исследования и их обсуждение. С целью выяснения механизма образования двухфазных систем и механизма распределения вещества в этих системах исследовалось влияние различных внешних факторов (температуры, молекулярной массы полимера, различных добавок и т.д.) на физико-химические свойства двухфазных систем.

mas1.tiff

Рис. 1. Влияние молекулярной массы ПВП на фазовую диаграмму системы декстран-ПВП-вода: 1 – Мn≈54000; 2 – Мn≈40000; 3 – Мn≈30000; 4 – Мn≈10000

В данной работе изучали фазовую диаграмму двухфазной системы декстран-ПВП-вода, полимерные компоненты, которой широко применяется в медицине. Как известно, 0,5 %-й водный раствор ПВП молекулярной массой Мn≈12000 используется как кровезаменитель и антиоксидант. В экспериментах изучали влияние ПВП с различными молекулярными массами на фазовую диаграмму системы декстран-ПВП-вода (молекулярные массы декстрана поддерживалась постоянной, Мn≈70000) молекулярная масса использованного ПВП производства немецкой фирмы «Applichem» менялась Мn≈10000; 30000; 40000; 54000. Бинодальные кривые и соединительные линии исследованных систем были построены по известной методике [8]. Полученные результаты представлены на рис. 1.

Как следует из рисунки с увеличением молекулярной массы ПВП бинодальная линии системы смещается в направления начало координат, увеличивается гетерогенная область фазовой диаграммы, другими словами с ростом молекулярной массы одного из полимера (при masim3.wmf) фазовое рассллоение (несовместимость полимеров в воде) происходит при более низких концентрациях полимеров и увеличивается область гетерогенности диаграммы. Смешение бинодалей, повидимому, происходит вследствие того, что клубкообразные молекулы ПВП с меньшей молекулярной массой имеют большую вероятность к более полному раскрытию и соответственно гидратация увеличивается и все это делают молекулы полимера со своим водным окружением более совместимыми с водно-солевым окружениям. Эта совместимость должна уменьшается по мере увеличение молекулярной массы ПВП и расслоение наступить при меньшей концентрации полимера.

Для бинодальных кривых исследованных систем были получены следующие выражения:

masim4.wmf;

masim5.wmf; (1)

masim6.wmf;

masim7.wmf,

где через masim8.wmf обозначены концентрации полимеров ПВП и декстрана соответственно. Обобщая эти уравнения можно написать:

masim9.wmf, (2)

где k – предэкспоненциальный коэффициент, не зависящий от молекулярной массы, a – обратная той концентрации декстрана при которой концентрация ПВП для наступления расслоение уменьшается в е раз. Если выразить другими словами, то a – показывает скорость уменьшения концентрации ПВП с увеличением концентрации декстрана на кривой равновесия гомогенная фаза – гетерогенная фаза. Очевидно, что изменения a отражает изменения форму бинодальных кривых. Изменением степени гидратации при увеличение молекулярной массы, также может быть объяснять зависимость углевого коэффициента

masim10.wmf (3)

соединительных линий бинодалей, от молекулярной массы ПВП, значения которых приведены в таблице. В этой же таблице приведены полимерные составы начальной системы и фаз системы.

Как следует из (2), имеется некоторая корреляция между значениями коэффициента a и молекулярной массы ПВП. Она описывается выражением:

masim11.wmf. (4)

Эта зависимость представлена на рис. 2. Как следует из полученных результатов для любой двухфазной системы декстран-ПВП-вода при изменении молекулярной массой ПВП можно получить значения a и построить кривую у(х) без проведения экспериментов, то есть, построить бинодальную кривую этой системы для заданной молекулярной массой ПВП.

Исходная система

Верхняя фаза

Нижняя фаза

tgaBX

CПВП, %

Cдекстран, %

CПВП, %

Cдекстран, %

CПВП, %

Cдекстран, %

23,0

24,0

24,0

22,1

9,1

9,0

10,1

11,1

27,1

28,5

29,5

28,5

4,6

4,4

4,3

4,4

7,9

6,1

6,1

6,1

24,5

27,7

28,1

27,7

-0,97

-0,96

-0,98

-0,96

mas2.tiff

Рис. 2. Зависимость обратной концентрации декстрана от молекулярной массы ПВП

Таким образом, исследование фазовых диаграмм двухфазной системы декстран-ПВП-вода показало, что с ростом молекулярной массы ПВП бинодальные кривая системы смещаются в сторону уменьшения совместимости полимеров в воде, что связано с изменением степени гидратации полимера, уменьшению количество свободных молекул воды приводящей систему к расслоению и образования двух отличающимися по структуре водные фазы.


Библиографическая ссылка

Масимов Э.А., Ширинов Н.З., Багиров Т.О. ВЛИЯНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОНА НА ФАЗОВУЮ ДИАГРАММУ ВОДНО-ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ДЕКСТРАН-ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОН // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 12-1. – С. 95-98;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=10781 (дата обращения: 20.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252