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医用化学/高分子化合物溶液
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{{Hierarchy header}} == 一、[[高分子化合物]]的概念== 在自然界中,存在着大量高分子化合物。随着科学技术的发展,人们又合成了大量的高分子化合物。它们的共同特点是都具有很大的相对[[分子]]质量。如生物体中的[[蛋白质]]、[[核酸]]、[[糖原]]、[[淀粉]]、[[纤维]]等都是高分子化合物。它们是由许多重复的原子团或分子[[残基]]所组成,这些较小的原子团或分子残基叫做单体。如淀粉分子是由成千上万个[[葡萄糖]]分子残基按一定方式联结而成的。天然橡胶分子是由许多[[异戊二烯]](CH2=C(CH3)-CH=CH2)的单体联结而成的大分子。 高分子化合物是大分子,其粒子的形状是复杂的。不同高分子化合物,在溶液中分子的形状往往也有很大的差异。例如,γ-[[球蛋白]]的分子是球形分子,[[脱氧核糖核酸]]分子是线形分子。线形分子在不同条件下形状有时也不一样,有的是比较伸展的线条形,有的则是卷曲的无规则线团。由于分子形状不同,它们在运动中的相互干扰作用也不一样。球形分子互相干扰少,而线形分子则互相干扰大,因此线形分子的粘度就大。 高分子化合物粒子具有许多亲溶剂基团,质点表面结合着一层溶剂。溶剂化后的粒子在溶液中成为一个运动单体,降低了运动速度,影响了溶液的粘度。 当高分子化合物为电解质时,粒子带有电荷。例如[[蛋白质类]]高分子化合物,由于含有酸性基团(-COOH)和碱性基团(-NH2),在水溶液中,因溶液PH值的差异,蛋白质大分子可以带正电荷或负电荷。 大分子的这些特性,往往影响到高分子化合物溶液的性质。 == 二、高分子化合物溶液的性质== 高分子化合物溶液中,[[溶质]]和溶剂有较强的亲和力,两者之间有没有界面存在,属均相分散系。由于在高分子溶液中,分散[[质粒]]子已进入[[胶体]]范围(1-100nm),因此,高分子化合物溶液也被列入胶体体系。它具有胶体体系的某些性质,如扩散速度小,分散质粒子不能透过[[半透膜]]等,但同时也具有自己的特征。 '''(一)稳定性''' 高分子化合物溶液属均相分散系,可长期放置而不沉淀。在稳定性方面它与[[真溶液]]相似。 另外,由于高分子化合物具有许多亲水基团(如-OH,-COOH,-NH2等),当其溶解在水中时,其亲水基团与水分子结合,在高分子化合物表面形成了一层[[水化膜]],使分散质粒子不易靠近,增加了体系的稳定性。 '''(二)粘度''' 液体的一部分流过其他一部分所受到的阻力叫粘度。高分子化合物溶液的粘度比一般溶液或[[溶胶]]大得多,高分子化合物溶液的高粘度与它的特殊结构有关。 高分子化合物常形成线形、枝状或网状结构,这种伸展着的大分子在溶剂中的行动困难,枝状、网状结构牵制溶剂,使部分液体失去流动性,自由液体量减少,故表现为高粘度。由于粘度与粒子的大小、形状及溶剂化程度直接相关,所以测定蛋白质溶液的粘度就能推知蛋白质分子的形状和大小。 '''(三)[[盐析]]''' 盐析作用在高分子化合物溶液中,加入足够量的中性盐时,可使高分子化合物从溶液中析出,这就是盐析作用。使一升溶液出现盐析现象所需中性盐的最小量称盐析浓度,单位为mol.L<sup>-1</sup>。盐析浓度一般都比较大,如[[血浆]]中各种蛋白质盐析所需的盐一般不少于1.3-2.5mol.L<sup>-1</sup>。 盐析效应的特点是,同价同符号的不同离子,对盐析效应的能力不一样。 已发现各种盐的盐析能力,其阴离子的能力有如下次序: 1/2SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>>OAc<sup>-</sup>>[[CL]]<sup>-</sup>>NO<sub>2</sub><sup>-</sup>>Br<sup>-</sup>>I<sup>-</sup>>CNS<sup>-</sup> 其阳离子则有如下次序: Li<sup>+</sup>>[[Na]]<sup>+</sup>>K<sup>+</sup>>NH<sub>4</sub><sup>+</sup>>1/2[[Mg]]<sup>2+</sup> 盐析作用的实质,主要是高分子化合物与溶剂(水)间的相互作用被破坏,盐的加入使高分子化合物分子脱溶剂化。盐的加入还使一部分溶剂(水)与它们形成溶剂(水)化离子,致使这部分溶剂(水)失去溶解高分子化合物的性能。溶剂(水)被电解质夺去,高分子化合物沉淀析出。所以盐类的[[水化作用]]越强,其盐析作用也越强。上述离子盐析能力顺序,实质上反映了离子水化程度大小的次序。 分段盐析盐析时,相对分子质量大的蛋白质比相对分子质量小的蛋白质更容易沉淀。利用这一原理可以用不同浓度的[[盐溶]]液使蛋白质分段析出加以分离。例如,(NH4)2SO4使[[血清]]中球蛋白盐析的浓度是2.0mol.L<sup>-1</sup>,[[清蛋白]]盐析浓度是3-35mol.L<sup>-1</sup>。在血清中加(NH4)2SO4达一定量,则球蛋白先析出,滤去球蛋白,再加(NH4)2SO4则可使清蛋白析出,这个过程叫分段盐析。 '''(四)高分子化合物溶液的保护作用''' 在溶胶中加入适量高分子化合物溶液,可以显著的增加溶胶的稳定性,这种现象叫保护作用。在制备银溶胶的过程中,加入蛋白质所得的胶体银(称为[[蛋白]]银),较普通银溶胶稳定。将所得蛋白银蒸干后能重新溶于水。蛋白银比普通银溶胶浓度更高,银粒更细,它含胶体银8.5%-20%,是极强的[[防腐剂]]。当保护蛋白质减少时,这些微溶性盐就要沉淀,因而形成[[结石]]。 一般认为高分子化合物保护作用的机理是,高分子化合物的大分子为溶胶胶粒所吸附,并在胶粒表面形成保护膜,因而大大削弱了胶粒聚结的可能性。 '''(五)膜平衡''' 当用半透膜将高分子电解质(R-Na+)溶液和低分子电解质(Na+CL-)溶液隔开,其中高分子离子(R-)不能透过半透膜,其它低分子离子(Na+、CL-等)都能自由透过半透膜,结果会有一定量低分子电解质离子透过膜进入高分子电解质溶液中,当小离子透过速度相等,并保持膜两侧电中性时,即达平衡状态,这时所发生的平衡现象叫膜平衡或董南(Donnan)平衡。 设高分子电解质溶液的浓度为c1,NaCL溶液的浓度为c2,设膜内外的体积相等。 因为膜内没有CL-,扩散结果使 一部分CL-通过半透膜进入膜内,设达到平衡时进入膜内的CL-浓度为x,根据整个溶液保持电中性原则,就必须有相等数目(x)的Na+同CL-一道进入膜内。 {{图片|gmoh82jw.jpg|}} 在平衡时,Na+ 和CL-进出膜的速度应相等,则: ν<sub>进</sub>=k<sub>进</sub>[Na]<sub>外</sub>.[Cl]<sub>外</sub> ν<sub>出</sub>=k<sub>出</sub>[Na]<sub>内</sub>.[Cl]<sub>内</sub> 因 ν<sub>进</sub>=ν<sub>出</sub>,且k<sub>进</sub>=k<sub>出</sub> 故 [Na<sup>+</sup>]<sub>内</sub>.[Cl<sup>-</sup>]<sub>内</sub><sup>=</sup>[Na<sup>+</sup>]<sub>外</sub>.[Cl<sup>-</sup>]<sub>外</sub> 将相应浓度代入上式:x(c1+x)=(c2-x)2 整理后,得: {{图片|gmoh83n0.jpg|}} 左边的x/c2说明膜外电解质进入膜内的百分率,称为扩散分数。 当c2c1,即外侧电解质过量时(c1可略去不计),则x/c2≈1/2说明电解质将平均分配在膜内外两侧。当 c2c1,即只有微量电解质时,x/c2≈0 (c2几乎等于零),说明电解质几乎留在外侧。 由此可见,在膜的一边存在的不能透过膜的高分子离子,对膜两侧的电解质浓度分布有很大的影响。当膜内高分子离子浓度很大时,电解质在膜两侧浓度分布的差值也很大。这时就表现为膜对Na++CL-好象完全不能透过,从而纠正了单纯从膜孔大小来解释[[生理]]上[[细胞膜]]对离子有选择透过性的看法。但是生物体内的活细胞膜的结构比较复杂,活[[细胞]]处于不断[[代谢]]过程中,故[[生物]]细胞膜是一种动态的体系,其组成、结构和性质也可随时改变,因此,在研究生理上膜的作用时,不能把它当作一种简单的半透膜来对待。 {{Hierarchy footer}} {{医用化学图书专题}}
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