Устойчивость растворов ВМС и способы выделения биополимеров из их растворов

Растворы ВМС - термодинамически устойчивые системы. Их устойчивость обусловлена не только хорошим сродством полимера с растворителем (лиофильностью), но в значительной степени конформационными возможностями полимерной цепи, т.е. энтропийным фактором. Следователь­но, нарушить устойчивость растворов полимеров возможно или уменьшением количества «свободного» растворителя, или уменьшением энтропийного фактора. Первое достигается до­бавлением к раствору ВМС десольватирующих веществ (на­пример, добавлением к водному раствору полимера - электро­лита); понижение энтропийного фактора возможно за счет образования межмолекулярных связей (например, при увели­чении концентрации полимера в растворе).

Высаливание.

Процесс выделения ВМС из раствора при добавлении в раствор десольватирующих веществ (электроли­тов или неэлектролитов) называется высаливанием.

Это яв­ление не следует отождествлять с коагуляцией коллоидных систем. Например, коагуляция гидрозолей происходит при введении сравнительно небольших количеств электролита и представляет собой в основном необратимое явление. Выса­ливание же из водного раствора полимера происходит при добавлении относительно больших количеств электролита, не подчиняется правилу Шульце - Гарди и является вполне обратимым процессом - при добавлении избытка растворителя или после удаления из системы электролита (промыванием или диализом) высокомолекулярное вещество снова растворяется.

Различен и механизм обоих явлений. Коагуляция золей электролитами происходит в результате адсорбции ионов электролита и сжатия ДЭС коллоидных частиц при уменьше­нии агрегативной устойчивости системы. Выделение же ВМС из раствора при добавлении электролита объясняется умень­шением способности воды растворять полимер ввиду связы­вания ее молекул гидратирующимися ионами электролита. Поэтому в первом случае достаточно незначительного коли­чества электролита, а во втором необходимо большое количе­ство электролита.

Добавление к системе с выпавшим ВМС растворителя (во­ды) восстанавливает сольватную (гидратную) оболочку поли­мера вследствие повышения количества «свободного» раство­рителя. Другими словами, растворителя хватает для восста­новления сольватных (гидратных) оболочек макромолекул, а также для растворения полимера.

Из сказанного следует, что чем больше ион способен свя­зывать растворитель, тем больше он будет уменьшать способ­ность среды растворять высокомолекулярное вещество и, сле­довательно, высаливающее действие ионов соответствует их порядку в лиотропном ряду.

Так, катионы по мере уменьше­ния их высаливающего действия располагаются в ряд: Li⁺ > Nа⁺ >К⁺ > Rb⁺ > Сs⁺.

Подобный же ряд анионов имеет вид:

SО₄^2- > СНзСОO^- > Сl^- > Вr^- > I^- > СNS^-.

Следует отметить, что обычно более сильный высаливаю­щий эффект вызывают анионы.

Высаливание полимера путем добавления неэлектролитов принципиально не отличается от выделения ВМС из раствора электролитом. Обычно это жидкость, которая растворяет по­лимер хуже, чем растворитель (например, для белка — это спирт, а для каучука — ацетон).

Высаливание является одним из методов фракционирова­ния ВМС, поскольку способность данных соединений выде­ляться из раствора весьма сильно зависит от их химической природы и резко возрастает с увеличением относительной молекулярной массы. Особенно широкое применение фракцио­нирование с помощью высаливания приобрело для разделения белков. Чаще всего для высаливания белков используется сульфат аммония, который отличается хорошей раствори­мостью, мало изменяющейся при понижении температуры. Применяя водные растворы сульфата аммония разной концен­трации, добиваются фракционированного осаждения белков: белки с большей относительной молекулярной массой осаж­даются при добавлении растворов сульфата аммония малых концентраций и наоборот. При этом высаливание электроли­том часто сочетают с введением в систему неэлектролита и охлаждением раствора.

Высаливание белков целесообразно проводить при значе­нии рН среды, близком к ИЭТ. При значениях рН больше или меньше ИЭТ возрастает заряд, вследствии чего молекулы рас­творителя активнее разрыхляют полимерную сетку, увеличи­вая устойчивость системы.

Дата добавления: 2013-12-14