Способ измерения параметров фазового перехода жидкость-жидкость в водных растворах амфифилов

Изобретение относится к пограничной области между физикой, химией и биологией. Может быть использовано в научных и промышленных лабораториях для определения хиральности кластеров воды. Предложен способ измерения параметров фазового перехода жидкость-жидкость в водных растворах амфифилов, а именно хиральных свойств, сопровождающихся мицеллообразованием не хиральных ПАВ. Согласно заявленному способу в водный раствор ПАВ в концентрационной области фазового перехода жидкость-жидкость добавляют лютеин с соотношением ПАВ/лютеин, пока не исчезнет спектр циркулярного дихроизма. Технический результат - изобретение позволяет изучать влияние добавок, электромагнитных полей, давления, температуры на запутанность квантового состояния воды в водных растворах амфифилов.

 

Изобретение относится к пограничной области между физикой, химией и биологией. Может быть использовано в научных и промышленных лабораториях для определения параметров флуктуационного фазового перехода в воде, а именно, хиральных свойств воды и влияния на них давления, температуры, полей, добавок веществ. По этим данным судят о применении амфифилов в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Известен способ измерения фазового перехода жидкость-жидкость в водных растворах амфифилов по изменению гидролиза s-алкилизотиуроний хлоридов с его концентрацией (Патент РФ 2433386, МПК G01N 15/06, опубл. 10.11.2011). Способ позволяет измерять среднюю концентрацию фазового перехода или критическую концентрацию мицеллообразования (ККМ), степень кооперативности, область концентрации, где происходит переход, глубину перехода. Поскольку способ показывает зависимость логарифма активности водорода от логарифма концентрации ПАВ, то можно сделать заключение, что переход жидкость/жидкость в воде сопровождает фазовый переход образования мицелл.

Осцилляция ансамблей кластеров воды сопровождается осцилляцией ансамблей двух видов мицелл (Langmuir. 2015. V.31. P. 8535-8547). Двойственные свойства мицелл были доказаны методом солюбилизации углеводородных газов в мицеллярных растворах алкилсульфатов натрия (Журн. структурной химии. 2008. Т.49. С.920). Данный способ определения двойственности мицелл не может проследить за формой кластеров воды. Он дает только разный вклад метиленовых групп в энергию Гиббса солюбилизации двумя типами мицелл. Другой способ (Патент РФ № 2550989, G01N 25/02 , G01N 25/48 , опубл. 20.05.2015) предлагает определять существование двойственности у мицелл измерением теплового эффекта разбавления мицеллярного раствора ПАВ растворами полиэтиленоксида. Этот способ визуализации двойственности свойств мицелл не может проследить за хиральностью кластеров воды.

Метод видимого циркулярного дихроизма применяется для измерения параметров мицеллообразования оптически активных (хиральных) молекул ПАВ в обратных мицеллах. См., например, Chilarity. V.3. P.233-241. Но известный способ не может проследить за хиральностью кластеров воды, сопровождающих мицеллообразование не хиральных ПАВ.

Технической задачей изобретения является создание способа идентификации (визуализации) кластеров воды с хиральными свойствами, сопровождающих мицеллообразование не хиральных ПАВ.

Технический результат согласно изобретению достигается измерением хиральных свойств кластеров воды, сопровождающих мицеллообразование не хиральных ПАВ, методом видимого циркулярного дихроизма с добавкой лютеина.

Рис.1. Спектр СД водного раствора

Рис.2. Спектр СД в 5 ∙10-4 М водном растворе ДДС

Циркулярный дихроизм (ЦД) - это разница в поглощении левосторонней циркулярной (ЛЦП) поляризации света и правосторонней циркулярной поляризации (ПЦП) света. Она возникает, когда молекула содержит один или несколько хиральных хромофоров (светопоглощающих групп). Молекула, которая поглощает ЛПЦ и ПСП по-разному, является оптически активной или хиральной. По химическим свойствам хиральные молекулы (антиподы) не различаются. Отличаются только расположением в пространстве как правая и левая руки. У хиральных молекул есть асимметричный атом углерода, содержащий четыре разных заместителя. Если такого атома углерода нет, а хиральность есть, то это означает, что антиподы закручены в левую и правую спирали.

Спектры ЦД получают на спектрометрах в координатах: разница в интенсивности поглощения (эллиптичности) в зависимости от длины волны электромагнитного излучения. Эллиптичность измеряется в единицах град∙см2∙децимоль-1(рис.1, 2). Когда линейно поляризованный свет проходит через круговой дихроичный образец, он становится эллиптически поляризованным.

Молекулы обычных ПАВ, например, додецилсульфата натрия, не имеют асимметричных атомов углерода. Лютеин (β,ε-каротин-3,3'-диол) имеет химическое строение, которое можно представить формулой

В формуле лютеина нет асимметричных атомов углерода. В органических растворителях метиловом спирте и ацетоне лютеин не проявляет хиральных свойств. В воде лютеин не растворяется. В растворах додецилсульфата натрия (ДДС) лютеин проявляет хиральные свойства до ККМ и после ККМ (рис.1, 2). При концентрации около 6-9 ∙10-3 М (ККМ 8,1∙10 -3 М) происходит инверсия зависимости ДДС. При 10∙10-3 М меняется знак оптического вращения. Появление хиральных свойств до ККМ и после ККМ подтверждает, что хиральные свойства, обнаруживаемые с помощью лютеина, обязаны спиралям из молекул воды, которые закручены вокруг молекулы лютеина и вокруг молекул ДДС. Молекула лютеина похожа на молекулу ДДС. Она имеет гидроксильную гидрофильную группу и длинный углеводородный хвост.

Происходит следующее природное явление. Мицеллообразование сопровождает флуктуационный фазовый переход жидкость –жидкость в воде между ансамблями кластеров рыхлой и плотной воды (Langmuir 2015. V. 31 Р.8535-8547). Добавление в раствор малого количества лютеина (метки) позволяет проследить за формой кластеров воды. В данном оптическом диапазоне прибор не видит спирали воды. Метка (лютеин) попадая в «спиралеобразную среду» позволяет увидеть спиралеобразные флуктуации плотности воды. Отношение молярной концентрации ДДС к лютеину может быть от 1000/1 до 3750/1, как в примерах. Отношение можно уменьшать или увеличивать до отсутствия СД спектра лютеина. Кластеры имеют форму левой (рыхлой) и правой (плотной) спирали из молекул воды, связанных Н-связями с лютеином. С увеличением концентрации ДДС от бинодали (критической концентрации субмицеллообразования) до ККМ (спинодали) увеличивается содержание правой спирали. При концентрации ДДС, равной концентрации инверсии, содержание правой (плотной) спирали начинает превалировать. Образуются сферические мицеллы. Двойственные осциллирующие флуктуации плотности воды (волны плотности) поддерживают существование двух осциллирующих форм мицелл.

Изобретение иллюстрируется примерами.

Пример 1. Готовят подходящий концентрированный раствор лютеина в этиловом спирте. Одну или несколько капель этого раствора добавляют в 4 ∙10-4 М водный раствор ДДС до ККМ при соотношении ДДС/лютеин 1000/1 при энергичном перемешивании. На спектр - поляриметре JASCO J500 измеряют спектр СД водного раствора (рис.1 (1)).

Пример 2. Аналогично примеру 1 измеряют спектр СД в 5 ∙10-4 М водном растворе ДДС до ККМ с соотношением ДДС/лютеин 1250/1 (рис.1 (2)).

Пример 3. Аналогично примеру 1 измеряют спектр лютеина в 10 ∙10-3 М водном мицеллярном растворе ДДС после ККМ с соотношением ДДС/лютеин 2500/1 (рис.2 (1)).

Пример 4. Аналогично примеру 1 измеряют спектр лютеина в 15 ∙10-3 М водном растворе ДДС после ККМ с соотношением ДДС/лютеин 3750/1 (рис.2 (2)).

Из спектров СД можно получить следующую информацию.

1.У четырех растворов концентрация лютеина не меняется, а его свойство меняет величину и знак. Поэтому можно сделать вывод, что изменение в спектрах происходит из-за изменения структуры воды.

2.До ККМ увеличивается, а после ККМ уменьшается. Происходит инверсия спектров. Концентрация ДДС в примерах увеличивается. Поэтому можно сделать вывод о двойственности процесса.

3.Двойственность процесса заключается в том, что молекула лютеина и молекулы воды образуют отрицательный и положительные антиподы. На рисунках в международных терминах мы наблюдаем positive and negative electronic circular dichroism (ECD) couplet.

4. Энергетический барьер при переходе меду двумя рацемическими формами отсутствует. Поэтому можно предполагать, что в воде вблизи ККМ ПАВ наблюдается квантовый фазовый переход между двумя фазами.

Все приведенные выводы из полученных примеров важны для практического применения. Спектры будут меняться от добавок, температуры, давления, влияния электромагнитного поля.

Способ измерения параметров фазового перехода жидкость-жидкость в водных растворах амфифилов, а именно хиральных свойств, сопровождающихся мицеллообразованием не хиральных ПАВ, методом видимого циркулярного дихроизма, отличающийся тем, что в водный раствор ПАВ в концентрационной области фазового перехода жидкость-жидкость добавляют лютеин с соотношением ПАВ/лютеин, пока не исчезнет спектр циркулярного дихроизма.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к определению количества оксоанионов в водных растворах. Способ и система для определения концентрации оксоаниона в водном растворе включает источник водного раствора с неизвестной концентрацией оксоаниона; источник алюминийсодержащего реагента, выполненный с возможностью подачи алюминийсодержащего реагента в водный раствор, с образованием раствора для оптического анализа; оптический датчик, включающий излучатель, выполненный с возможностью направлять свет в раствор для оптического анализа; детектор, выполненный с возможностью обнаружения света, прошедшего через раствор для оптического анализа, и обеспечения оптического отклика, и контроллер, выполненный с возможностью определения концентрации оксоаниона в водном растворе, имеющем неизвестную концентрацию оксоаниона, на основе оптического отклика раствора для оптического анализа.

Изобретение относится к экологии, а именно к способу оценки состояния экосистем морских акваторий в зонах влияния источников загрязнения с использованием в качестве тест-объектов морских гидробионтов, культивируемых на плантации акватории, и/или гидробионтов, обитающих на естественных поселениях акватории бухты Козьмина с различной периодичностью.

Изобретение относится к экологии, а именно к способу оценки состояния экосистем морских акваторий в зонах влияния источников загрязнения с использованием в качестве тест-объектов морских гидробионтов, культивируемых на плантации акватории, и/или гидробионтов, обитающих на естественных поселениях акватории бухты Козьмина с различной периодичностью.

Изобретение относится к области аналитической химии применительно к определению суммарного содержания однотипных органических соединений, в частности углеводородов.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен переносной комплект для микробиологического анализа водных сред.

Изобретение относится к медицинской биотехнологии и может быть использовано в системах водообеспечения длительно функционирующих автономных гермозамкнутых космических и наземных обитаемых объектов.

Изобретение относится к специальному оборудованию, предназначенному для обучения студентов вузов и колледжей техническим дисциплинам. Лабораторная установка обратного осмоса и химического обессоливания включает стол с горизонтальной и вертикальной установочными поверхностями, на которых размещены питательный насос 1 с водонапорной магистралью, накопительный бак 5, механический фильтр 2, соединительные патрубки, задвижки отбора пробы и запорную арматуру.

Изобретение относится к химии, в частности к контролю качества воды, содержащей органические примеси. Способ заключается в использовании трех емкостей, в первую и вторую помещают исследуемый водный раствор, а в третью емкость помещают контрольный водный раствор, не содержащий органических примесей, во вторую и третью емкости добавляют сульфат меди или сульфат железа и раствор иодида калия, определяют количество выделившегося йода на основании предварительно построенной градуировочной зависимости между содержанием йода в системе и оптической плотностью, измеренной при длине волны 285 нм в кюветах с длиной оптического пути 50 мм.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения содержания жиров в жидкости. В настоящем изобретении предлагается способ определения присутствия жиров в телесной жидкости путем фотографирования капли телесной жидкости и расчета изменения площади контакта капли телесной жидкости и коэффициента диффузии площади контакта.

Изобретение относится к области оценки загрязнения водной среды. Предложен способ определения степени загрязнения морских прибрежных вод тяжелыми металлами с использованием водорослей.

Изобретение относится к оптическим устройствам, имитирующим вещество, обладающее круговым дихроизмом (КД), с возможностью регулирования величины задаваемого эффекта в широком диапазоне значений на выбранной длине волны, служащее для калибровки дихрографов кругового дихроизма.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в клинической медицине и биохимии. Многофункциональная аналитическая система для определения характеристик оптического сигнала кругового дихроизма биологически активного материала приспособлена для работы в шести режимах: режиме тестирования системы в ультрафиолетовой области спектра, режиме тестирования системы в видимой области спектра; режиме тестирования оптических свойств биологически активного материала; в режиме определения скорости диффузии биологически активного вещества в биологически активный материал и/или исследования динамики трансформации молекулярных конструкций ДНК при взаимодействии с биологически активным веществом; в режиме калибровки оптических свойств биологически активного материала, выполненного в виде биодатчика; в режиме определения наличия и концентрации биологически активного вещества в исследуемой пробе.

Изобретение относится к средствам для определения биологически активных веществ и может найти применение в области медицинской техники, а также молекулярной фармакологии.

Изобретение относится к пограничной области между физикой, химией и биологией. Может быть использовано в научных и промышленных лабораториях для определения хиральности кластеров воды. Предложен способ измерения параметров фазового перехода жидкость-жидкость в водных растворах амфифилов, а именно хиральных свойств, сопровождающихся мицеллообразованием не хиральных ПАВ. Согласно заявленному способу в водный раствор ПАВ в концентрационной области фазового перехода жидкость-жидкость добавляют лютеин с соотношением ПАВлютеин, пока не исчезнет спектр циркулярного дихроизма. Технический результат - изобретение позволяет изучать влияние добавок, электромагнитных полей, давления, температуры на запутанность квантового состояния воды в водных растворах амфифилов.

Наверх