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.
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 
) 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:
;
; (1)
;
,
где через 
обозначены концентрации полимеров ПВП и декстрана соответственно. Обобщая эти уравнения можно написать:
, (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
(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:
. (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 |
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.