Биологический каталог




Структура и функции мембран

Автор В.К.Рыбальченко, М.М.Коганов

альная газовая постоянная; Т—абсолютная температура; а±—активность ионов; и— заряд иона; F — число Фарадея; <р — электрический потенциал фазы.

Рассмотрим случай равновесия на идеально избирательной катионообменной мембране, т. е. мембране, проницаемой только для катионов и совершенно не проницаемой для анионов. На рис. 99 изображена система из двух растворов электролита (например, хлорида калия), разделенных катионообменной мембраной. Пользуясь электрохимическими

потенциалами подвижных ионов (ц.), определим ЭДС системы. Электрохимические потенциалы катионов в растворах, разделенных мембраной, определяются следующими выражениями:

"ir+ = |ie + *nna++Fq>.-,,: | ( Р> = р° + ЯТ In a+Fv*.

Рис. 99. Идеальная избирательная катио-нообмеиная мембрана, разделяющая два раствора хлорида калия Индексы «л» и «п» указывают, с какой стороны мембраны — левой или правой — находится соответствующий раствор электролита. Поскольку мембрана проницаема только для катионов, то по этим ионам между двумя растворами существует равновесие ц.л=рль

Из этого условия следует, что

RT at

Аф = Фл — Фп = — —j- In ~^jr-. (64)

п

Формула (64) позволяет рассчитать величину ЭДС системы при любом трансмембранном градиенте концентрации катионов (для простоты считаем, что а равна концентрации). Так, в случае идеально проницаемой катионооб-менной мембраны при соотношении активностей однозарядных ионов калия по обе стороны мембраны 10: 1 разность электрических потенциалов должна составлять —59 мВ. Такая же величина разности потенциалов, но с другим знаком должна быть и на идеально проницаемой аниоиооб-менной мембране при 10-кратном градиенте активности однозарядных анионов.

При работе с гептановыми мембранами, содержащими определенный комплексен, изучают зависимость величины трансмембранной разности потенциалов от градиента концентрации ряда солей. Если при создании градиента концентрации электролита, например хлорида калия, на мембране возникает разность потенциалов и знак «минус» регистрируется с той стороны мембраны, где концентрация электролита больше, это указывает на катионную проницаемость мембраны.

Затем обычно изменяют тип катиона электролита, используя хлориды различных металлов, и измеряют величину разности потенциалов между электродами. В результате можно определить ряд катионной селективности мембраны, содержащей комплексен. Очевидно, при идеальной катионной селективности системы зависимость величины разности потенциалов от градиента активности катиона должна подчиняться уравнению (64).

Если же при создании трансмембранного градиента концентрации электролита на мембране раствор с большей концентрацией электролита становится более положительным, это указывает на перенос анионов через мембрану. Затем для определения анионной селективности изучают зависимость величины разности потенциалов от типа аниона, используя хлориды, бромиды и йодиды соответствующего металла. Рис. 100. Установка для измерения электрических параметров толстых гептаиовых мембран.

а — тефлоновая ячейка; б — схема установки; 1 — внутренний цилиндр; ячейки; 2 — наружный цилиндр; 3 — переключатель режимов работы установки; 4 — электрометрический усилитель; 5 — самописец; 6 — источник регулируемого напряжения; 7 — стеклянная кювета; 8 — гептановый раствор мембраноактнвного комплексона; 9 — магнитная мешалка; 10 — целлофановые пленки; // — прижимные кольца; 12 — отверстие для удаления избытка растворителя; 13 — растворы электролита, омывающего мембрану; 14 — металлический экран; 15 — хлорсеребряные электроды; в, г, — пояснения в тексте

Для определения сопротивления мембраны из слоя неполярного растворителя, разделяющего два водных раство-- ра, необходимо учитывать удельное сопротивление органической фазы (объемное сопротивление) и граничное сопротивление, связанное с переносом заряда через границы раздела фаз. С этой целью было предложено использовать линейную зависимость сопротивления мембраны от ее толщины (Тостесон, Андреоли)

Ru = Rol + 2ЯГ, (65)

где RM — электрическое сопротивление мембраны; R0 — удельное сопротивление органической фазы; Rr — граничное сопротивление; / — толщина мембраны.

Значение граничного сопротивления может быть получено экстраполяцией соответствующей прямой (зависимости сопротивления мембраны от ее толщины) к нулевой толщине мембраны. Наклон прямой определяет величину удельного сопротивления органической фазы.

Оборудование; для получения толстых гептановых мембран используется ячейка, конструкция которой приведена на рис. 100. Ячейка состоит из двух тефлоновых цилиндров разного диаметра. Нижние торцы цилиндров затягиваются целлофановой пленкой, которая фиксируется прижимными кольцами. Цилиндр большего диаметра заполняется гептаном, содержащим исследуемое вещество. Затем в этот цилиндр погружается цилиндр меньшего диаметра. Благодаря вращению внутреннего цилиндра по резьбе, соединяющей верхние края обоих цилиндров, можно варьировать толщину гептанового слоя между целлофановыми пленками в довольно широких пределах — от 0,5 до 10 мм. Желательно, чтобы при этом достигалась точность порядка 0,05—0,1 мм. Для удаления избытка растворителя при уменьшении толщины гептанового слоя в верхней части большого цилиндра сделано отверстие.

Внутренний цилиндр заполняют электролитом и дно ячейки погружают в круглую стеклянную кювету с электролитом. Перемешивание осуществляется магнитной мешалкой. В растворы электролита, омывающего мембрану, погружены хлорсеребряные электроды. Их подключают к электрометрическому усилителю в соответствии со схемой, изображенной на рис. 100. В положении переключателя «г» установка позволяет измерять трансмембранную разность потенциалов, а в положении «в» — трансмембранный ток.

В установку входит следующее оборудование: а) электрометрический усилитель с входным сопротивлением больше 1014 Ом (типа ИТН-6 или У5-9); б) самописец типа КСП-4; в) источник регулируемого напряжения типа ИРН-64; г) милливольтметр; д) тефлоновая ячейка; е) магнитн

страница 93
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Структура и функции мембран" (2.22Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(15.11.2019)