Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Иондардың қозғалғыштығы.

СЕМЕЙ МЕМЛЕКЕТТІК МЕДИЦИНА АКАДЕМИЯСЫ

МЕДИЦИНАЛЫҚ ФИЗИКА ЖӘНЕ ИНФОРМАТИКА КАФЕДРАСЫ

СТУДЕНТТЕРГЕ АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ

Тұрақты токты қолдануға негізделген терапевтік техника.

Медициналық тәжірибедегі электрофорез бен гальванизация.

Растырушы: оқытушы Кусаинова К.Т.

Семей 2007ж

Иондардың қозғалғыштығы.

Егер жүйеге тұрақты потенциалдар айырмасы берілсе, гетерогенді (бөгде) жүйенің фазалары электр өрісімен өзара әсерлесуі салдарынан қозғалысқа келеді. Электр өрісінде дисперсті фаза бөлшектерінің қарама- қарсы зарядталған электродқа қарай қозғалысы электрофорез деп аталады. Электрофорезді 1807 жылы Рейсс ашқан. Электрофорез деп электр өрісі әсерінен қалықтағанбөлшектердің (газ көпіршіктерінің, коллоидты бөлшектердің, макромолекулалардың) сұйықтықтағы қозғалысын айтады. Тұрақты токпен әсер етіп, дәрі-дәрмектік заттарды ағзаға енгізіп емдеу әдісі емдік электрофорез немесе иондық гальванизация деп аталады. Тұрақты токты дәрі-дәрмектік заттармен үйлестіріп алғаш рет 1859 жылы Россияда колданған профессор Виленский болған, ал теориялық негізделуі физик, невропатолог, психиатр А.Б. Шербаковтың зерттеулерінде қолдау тапқан.

Қазіргі заманғы медицинадағы клиникалық зерттеулерде электрофорез кең қолданылады: қан сарысуын, асқазан сөлін, зәрді, жұлын сұйығын зерттеуде.Электрофорез физиотерапияда қолданылады. Әдетте негізгі екі түрі қолданылады: макроскопиялық электрофорез және микроскопиялық электрофорез.

Макроскопиялық электрофорез қоспалардағы заттарды ажыратып (бөліктеп), артынан оларды бөліп шығару үшін қолданылады.

Ал микроскопиялық электрофорез иондардың, жасушалардың электр өрісінде қозғалғыштығын зерттеу үшін, электрокинетикалық потенциалдың шамасын анықтау үшін және зерттелетін заттар бетінің электрохимиялық қасиеттерін зерттеу үшін қолданылады.

Дисперсті фаза бөлшектерінің қозғалу жылдамдығын Смолуховский теңдеуінен табуға болады:

; (1)

мұндағы - бөлшектерінің қозғалу жылдамдығы; - дисперсті ортаның диэлектрлік өтімділігі; Е – электр өрісінің потенциалының градиенті; ζ - электрокинетикалық потенциал; η – дисперсті ортаның тұтқырлық коэффициенті.

(1)- теңдеуді эритроциттер, лейкоциттер, микроағзалар және басқа да жасушалар үшін қолдануға болады. Ақуыз молекулалары мен коллоидты бөлшектердің электрофоретті қозғалғыштығы олардың өлшемдері мен пішіндеріне байланысты болады. Бөлшектердің өлшемдері мен пішіндеріне тәуелді болатын коэффициент есептеулер үшін (1)- теңдеуге қойылады. (1)-ші теңдеу электрокинетикалық потенциалдың шамасын есептеу үшін қолданылады. Ол үшін сыртқы өрістің кернеулігін, ортаның диэлектрлік өтімділігі мен тұтқырлығын, дисперсті фазаның қозғалу жылдамдығын білу қажет. Электрофорездің бір әдісінің мәні мынада: зерттелетін дисперсті жүйені U – тәрізді түтікшенің түбіне орналастырып, екі тармағына таза буферлі ерітінді құяды.

Сурет1. Тизелиус бойынша электрофоретті талдаудың диаграммасы: I – қанның қалыпты сарысуы; II – миэломо (қан түзуші мүшелердің миелоидты ұлпасындағы қатерсіз ісік) кезіндегі қан плазмасы; III – нефроз (бүйрек шоғырларының капиллярлары зақымданатын ауру) кезіндегі қанның сарысуы.

Зерттелетін сұйықтық пен буферлі ерітіндінің бөліну шекарасы анық көрінуі керек. Тұрақты электр тогымен жалғанған электродтар U – тәрізді түтікшенің әр тармағына түсіріледі. Пайда болатын электр өрісі зерттелетін ерітіндінің дисперсті фазасының орын ауыстыруын тудырады, сол себепті дисперсті жүйе мен буферлі ерітіндінің шекарасы орын ауыстырады. Шекараның орын ауыстыруы ұзын фокусты оптиканың көмегімен тіркеледі. Егер зерттелетін қоспа бірнеше құраушыдан тұратын болса, онда әрбір құраушы электрокинетикалық потенциал (ξ) шамасына пропорционал жылдамдықпен қозғалады. Соның нәтижесінде қоспа бірнеше функцияға бөлінеді. Сигналды тіркеу барысында бірнеше шыңы бар қисық сызығы алынады. Шыңдардың биіктігі берілген функциялардың сандық көрсеткішін білдіреді. Содан кейін қан плазмасы ақуыздарының жеке бөліктері бөлініп, зерттеледі. Осы әдістің техникасын Тизелиус құрастырғаннан кейін ғана бұл әдіс кең таралды. Тизелиус аппаратымен дәлдігі жоғары нәтижелерді алуға болады, бірақ бұл күрделі және үлкен құрал.

Қағаз бетіндегі элетрофорез әдісі сондай нақты әдіс емес, бірақ өте қарапайым әдіс

(сурет 2). Виланд пен Фишер ұсынған осы әдіс қазір де қолданылады. Бұл әдіс ақуыздарды, нуклеин қышқылдарын, стериндерді, басқа да маңызды биологиялық заттарды ажыратуға мүмкіндік береді. Зерттелетін заттың белгілі бір мөлшері буферлі ерітіндімен дымқылданған арнайы сүзгіш қағазға жағылады. Осы қағаз жолағының шеттері буферлі ерітіндімен толтырылған ыдыстарға түсіріледі. Электродтар тұрақты ток көзімен қосылып, осы ыдыстарға түсіріледі. Токты қосқан кезде, зерттелетін қоспаның құраушылары орын ауыстыра бастайды. Жеке құраушылардың қозғалғыштығы (1)-ші теңдеуге сәйкес электрокинетикалық потенциалдың шамасына байланысты болады. Тәжірибе аяқталған соң зерттелетін заттар бастапқы жерінен әртүрлі арақашықтықта орналасады. Қағаз жолағын кептіріп, зерттелетін заттарды айқындап шығаратын бояумен бояу керек. Әрі қарай ажыратылған құраушыларға сандық талдау жүргізіледі. Коллоидты ерітінділердің электрохимиялық қасиеттерін ажыратып, зерттеу үшін электрофорездің макроскопиялық әдістері қолданылады. Электрофорездің макроскопиялық әдістері әртүрлі жасушалар суспензияларының: эритроциттердің, лейкоциттердің, бактериялардың, жыныс жасушаларының, электрохимиялық қасиеттерін оқып- зерттеу үшін қолданылады. Аз мөлшердегі жасушалар суспензиялары буферлі ерітіндімен толтырылған арнайы камераға орналастырылады. Осы камераға тұрақты ток көзімен қосылған электродтар түсіріледі. Электр өрісінің әсерінен жасушалар қарама- қарсы зарядталған электродтарға қарай қозғала бастайды. Жасушалардың қозғалу жылдамдықтары окуляр микрометрімен жабдықталған микроскоп арқылы анықталады.

Биологиялық беттердің электрохимиялық қасиеттерін сипаттайтын маңызды мағлұматтар электрофорез әдісі арқылы алынған. Тірі протоплазмалық бет әрқашан теріс зарядталады, барлық биологиялық беттердің электрокинетикалық потенциалы теріс болады. Бұл көптеген тәжірибелердің нәтижесінде анықталған.Тірі объектінің потенциалының оң болатындығы жайында ешбір мысал жоқ.

ξ потенциалдың шамасы түрлі жасушалар үшін әртүрлі болуы мүмкін. Адамда оның шамасы шамамен 16,3 мВ. Эритроциттер потенциалы өте тұрақты шама. Жынысы, нәсілі әртүрлі адамдардың эритроциттерінің ξ- потенциалының шамасында айырмашылық жоқ, және де қанның тобы әртүрлі болатын адамдарда да айырмашылық болмайды. Эритроциттердің электрофоретті қозғалғыштығы қанның кейбір ауруларында, анемияның көптеген түрлерінде де өзгермейді. Эритроциттер бетінің электрохимиялық қасиеттері аса беріктілігімен, тұрақтылығымен ерекшеленеді.

Ғалымдар эритроциттердің электрокинетикалық потенциалы эритроциттер бетіндегі фосфолипид молекулаларының (кефалиннің) қышқылды топтарының диссоциациясымен анықталады және ол ақуызар мен иондардың адсорбция үрдісіне байланысты болмайды деген қорытындыға келген. Эритроциттердің электрокинетикалық потенциалының шамасы жасуша бетінің физика- химиялық құрамының өзгерісі кезінде ғана өзгереді. Бұл кейбір аурулар кезінде байқалады, мысалы, гемобластоз, лимфосаркома кезінде. Қанның басқа формалы элементтері үшін ξ- потенциал эритроциттерге қарағанда нашар зерттелген. Электрофорез кезінде лейкоциттер эритроциттер сияқты анодқа қарай қозғалады, бірақ олардың қозғалғыштығы эритроциттермен салыстырғанда 2 есе төмен. Лейкоциттердің электрофоретті қозғалғыштығы кварц бөлшектерінің қозғалғыштығына өте жуық.

Электрофорез құбылысы қабыну жерлеріне лейкоциттердің көшуі кезінде байқалады. Электрокинетикалық құбылыстар лейкоциттердің көшуіне ықпал етуі мүмкін. Қабынған бөліктерде құрылымның бұзылу үрдістері мен бос молекулалардың шоғырлануы, ең бастысы рН-тың қышқылдық жаққа қарай ығысуына әкеліп соғатын органикалық қышқылдардың жинақталуы жүреді. Осы физика- химиялық өзгерістер нәтижесінде қабынған және қабынбаған тіндер арасындағы шекаралық бөлік 100- 150 мВ –қа дейінгі шамадай артық оң потенциалға ие болады. Лейкоциттер теріс электрокинетикалық потенциалды болатындықтан, олар капилляр қабырғасы арқылы оң зарядталған қабынған бөліктің бағытымен тінге қарай қозғалады.

Бактерия жасушалары теріс ζ потенциалға ие, осы потенциал өте кең диапазонда өзгере алады: нөлден ондаған милливольтке дейін. Осындай зерттеулердің арқасында көптеген бактерияларды екі топқа бөлуге мүмкін болды.

Бірінші топқа бетінің табиғаты ақуызды болатын бактериялар жатады. Ақуыз молекулаларының ионогенді топтарының диссоциациясы осындай жасушалардың заряды мен ζ- потенциалын анықтайды. Осы жасушалардың ζ – потенциалы ортаның рН-ы өзгергенде өзгереді, өйткені ионогенді топтардың диссоциация дәрежесі рН-қа байланысты.

Екінші топқа беттері полисахаридтерден тұратын бактериялар жатады. Осы жағдайда жасушалар заряды дисперсті ортадан беттің полисахаридтерінің иондарды жұтуымен анықталады. Осындай жасушалардың электрофоретті қозғалғыштығы ортаның рН- на байланысты емес. Бірақ осындай бөлу шартты түрде болады, себебі өмір сүруінің сыртқы жағдайларының өзгеруі кезінде бактерия жасушаларының бетінің қасиеттері де өзгеруі мүмкін. Мысалы, кәдімгі жағдайларда алтын тәрізді стафилококтың өсіп- дамуы кезіндегі ζ потенциалы ортаның рН –ы көп өзгергенде, тұрақты болып қалады. Егер бактериялар глюкозаға бай ортада өсіп- дамыса, онда ξ- потенциалының рН-қа тәуелділігі байқалады. Осы тәуелділік жасуша бетінде табиғаты ақуызды болатын топтардың жинақталуы салдарынан пайда болады. Ендеше иондардың қозғалғыштығын білу, электрофорез әдісін қолдану биологиялық беттердің электрохимиялық қасиеттерін: иондар мен молекулалардың иондану мен адсорбцияға қабілеттілігін, оқып- зерттеуде жақсы тәсіл болып табылады.

Электролиттердің өткізгіштігі заттар молекулаларының ыдырауы мен еруі кезінде пайда болатын иондардың есебінен орындаладыі. Молекулалар оң зарядталған иондарға- катиондарға және теріс зарядты иондарға- аниондарға ыдырайды. Еритін заттың иондарға ыдырау құбылысы электролиттік диссоциация деп аталады.

Екі электродты электролитке салып, оларға кернеу беретін болсақ, онда электр өрісі әсерінен теріс зарядты иондар анодқа қарай жылжи бастайды, ал оң зарядты иондар катодқа қарай жылжи бастайды. Бір- бірінен L арақашықтықта орналасқан электродтардың потенциалдар айырмасы φ₁-φ₂ -ге тең болса, онда электролиттің электр өрісінің кернеулігі мына формуламен өрнектеледі:

E= (φ₁-φ₂)/L;

Электр өрісі зарядталған бөлшектерге тұрақты күшпен әсер етіп, оларды қандайда бір тұрақты жылдамдықпен электродтарға қарай орын ауыстырғызады. Кернеулік неғұрлым үлкен болса, иондар соғұрлым жылдам орын ауыстырады. Иондардың орын ауыстыру жылдамдығы электр өрісінің кернеулігіне тура пропорционал, яғни = E; мұндағы – иондардың қозғалғыштығы деп аталатын пропорционалдық коэффициент: = /E;

Электр өрісінің кернеулігі Вольт/м-мен, иондардың қозғалу жылдамдығы м/с-пен өлшенеді. Белгілі бір түрдегі иондардың қозғалғыштығы электр өрісі әсерінен олардың еріткіште орын ауыстыру жылдамдығымен өрнектеледі және өлшем бірлігі ;

Бірдей орын ауыстыру шарттарында әртүрлі иондардың қозғалғыштығы иондардың өлшеміне, валенттілігіне байланысты. Қозғалғыштық белгілі бір иондар түріне ғана тән шама болып табылады. Иондардың қозғалғыштық шамасы бойынша ионның түрін анықтауға немесе иондар қоспасын электролиттік жолмен бөлуге (ажыратуға) болады.