Конкурентное связывание катионного поверхностно – активного вещества двумя анионными гелями, различающимися по степени заряженности

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

Физический факультет

 

Кафедра физики полимеров и кристаллов

 

 

Дипломная работа

Мкртчян Ани Вазгеновны

на тему

 

 

 

 

Конкурентное связывание катионного поверхностно – активного вещества двумя анионными гелями, различающимися по степени заряженности 

 

 

 

 

 

 

Научный руководитель:

Профессор, д.ф. м.н.

Филлиппова

 Ольга Евгеньевна

 

 

 

 

Москва – 2013 год

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Восприимчивые полимерные гели сегодня представляют большой интерес. Это  уникальные материалы, имеющие ряд необычных свойств. Они способны сильно набухать в растворителе и претерпевать коллапс при небольших изменениях внешних условий. Разница в объеме между набухшей и сколлапсированной фазами может достигать  трех порядков.

Гели широко используются для производства разнообразных косметических, строительных и лекарственных препаратов, продукции бытовой химии (для ухода за волосами и т.д.), а также для лабораторных исследований методом электрофореза. Гелями могут заполняться анатомические имплантаты, применяемые в пластической хирургии, они также используются в робототехкнике.

Полимерные матрицы давно используются для создания новых лекарственных форм. Это позволяет обеспечить пролонгирование действие лекарства, медленно выделяющегося из геля Полимерная матрица также может обеспечить доставку лекарства непосредственно к определенному участку организма.

Представляется возможным использование гелей для решения одной из важнейших проблем современных мегаполисов – очистки воды от поверхностно – активных веществ (ПАВ) [5]. Часто при практическом применении несколько образцов гелей могут помещаться в один раствор ПАВ, при этом, как показано теоретически, возможно неравномерное распределение ПАВ по образцам. В частности, теория показывает [1], что ПАВ будет распределяться неравномерно между образцами, вызывая коллапс одного геля, когда как другой остается в набухшем состоянии. Однако экспериментально данное явление было мало изучено.

Целью данной работы является экспериментальное изучение конкурентного связывания катионного ПАВ цетилпиридиний хлорида двумя образцами противоположно заряженных гелей, различающихся по степени заряженности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.1. ПОЛИМЕРНЫЕ ГЕЛИ

 

Полимерными гелями называют трехмерные сшитые полимеры, набухшие в растворителе. Они могут быть как природного происхождения (стекловидное тело глаза), так и синтетического (гели полиакриламида, полиакриловой кислоты и т.д.). Содержание растворителя  в гелях может быть велико (до 99,9 %). Несмотря на то, что гели в основном состоят из жидкости, они способны сохранять  форму подобно твердым телам.

рисунок

Сшивки между полимерными цепями могут осуществляться как за счет лабильных зацеплений, образованных слабыми связями (мицелл, кристаллитов), так и за счет устойчивых ковалентных связей [2].

Слабо сшитые гели (1 сшивка на 50-400 звеньев) представляют наибольший интерес. Они способны поглощать большое количество растворителя, то есть проявляют суперабсорбционные свойства. Другое важное свойство гелей - способность претерпевать коллапс в ответ на небольшое изменение внешних условий (рH, температура, ПАВ). Более ярко свойства проявляются, если гель содержит ионогенные группы, способные диссоциировать с образованием заряженного звена и противоиона, - полиэлектролитный гель. Высокая способность слабо сшитых гелей к набуханию вызвана распирающим осмотическим давлением противоионов. Коллапс возможен, когда между отдельными звеньями геля действуют силы притяжения.

 

1.2. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОВЕДЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ ГЕЛЕЙ

 

В случае незаряженных гелей такими факторами являются Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия, водородные связи и гидрофобные взаимодействия.

Рассмотрим их подробнее:

Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия характеризуют взаимодействие наведенных дипольных моментов, возникающих в атомах и молекулах. Взаимное притяжение за счет Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий можно увеличить, добавляя термодинамически плохой растворитель. В результате происходит контракция геля как целого.

Водородные связи. Атом  Н, ковалентно присоединенный к электроотрицательному атому А и имеющий таким образом дефицит электронной плотности, может компенсировать его за счет смещения к другому электроотрицательному атому Б, имеющему неподеленную пару электронов. В результате образуется водородная связь. Роль водородных связей усиливается, если они носят кооперативный характер, то есть образуются сразу между многими атомами.

рисунок

Гидрофобные взаимодействия связаны со структурой воды как растворителя. Когда гидрофобные группы попадают в воду, вокруг них наблюдается повышенное структурирование молекул воды, что невыгодно с точки зрения энтропии. Чтобы уменьшить контакт с водой, молекулы гидрофобного вещества стараются объединиться, при этом часть связанных молекул воды высвобождается, что приводит к выигрышу в энтропии трансляционного движения. При внесении амфифильного вещества в водную среду термодинамические  параметры изменяются следующим образом: ∆S<0, ∆H<0 и ∆F>0. [6] Это означает, что с точки зрения энтальпии (∆H<0) растворение гидрофобного вещества выгодно, а с точки зрения энтропии (∆S<0) – невыгодно. При этом проигрыш в энтропии не компенсируется выигрышем в энтальпии. В результате свободная энергия системы увеличивается, т.е. растворение гидрофобного вещества в воде термодинамически невыгодно.

Таким образом, низкая растворимость гидрофобных веществ в воде является следствием сильного уменьшения энтропии системы.

Когда гидрофобные группы попадают в воду, вокруг них наблюдается повышенное структурирование молекул воды, вызванное усилением электрических потенциалов из-за низкой локальной диэлектрической проницаемости. Это структурирование невыгодно с точки зрения энтропии.  Роль гидрофобных взаимодействий усиливается при увеличении температуры (из-за их энтропийной природы). Гидрофобные взаимодействия - это единственный вид взаимодействий, который обладает таким свойством. Гидрофобные взаимодействия можно контролировать, варьируя соотношение гидрофильных и гидрофобных групп.

В случае заряженных гелей основными факторами, определяющими их поведение, являются: трансляционная энтропия противоионов и кулоновское взаимодействие.

Трансляционная энтропия противоионов. Противоионы могут перемещаться по всему объему геля, т. е. они приобретают трансляционную энтропию. Противоионам выгодно занять как можно больший объем, но они не могут покинуть гель из-за соблюдения принципа электронейтральности, таким  образом, противоионы создают осмотическое давление, вызывающее набухание геля. Чем больше противоионов содержит гель, тем более сильно он набухает в растворителе.

рисунок

Кулоновское взаимодействие. Для слабо заряженных полиэлектролитных гелей роль кулоновского взаимодействия намного меньше, чем трансляционная энтропия противоионов. Для сильно заряженных гелей кулоновские взаимодействия существенны и приводят к дополнительной электростатической жесткости и к эффекту конденсации противоионов вблизи сильно заряженной цепи.

Набухание полиэлектролитных гелей определяется балансом между упругой энергией полимерных цепей и осмотическим давлением противоионов. Абсорбционные свойства гелей зависят от степени ионизации геля, от степени сшивки и от сродства полимера к растворителю.

 

1.3. КОЛЛАПС ГЕЛЕЙ

 

Коллапс - это сильное уменьшение объема геля при незначительном изменении внешних факторов. В качестве внешних стимулов могут выступать: температура, добавление термодинамически плохого растворителя, ПАВ, линейного полимера, действие света, электрического поля. При коллапсе изменения объема значительны и обратимы.

Коллапс геля - макроскопическое проявление перехода клубок - глобула. Он может рассматриваться как фазовый переход первого рода между двумя фазами с различной конформацией субцепей геля и различной концентрацией сетчатого полимера [3].

Характер коллапса существенно зависит от наличия небольшой доли заряда на цепях. Чем больше доля заряженных групп, тем резче коллапс, переход происходит при большей концентрации плохого растворителя. Разница в объеме между набухшей и сколлапсированной фазами для заряженных гелей может достигать трех порядков.

 

1.4. КОЛЛАПС ГЕЛЕЙ  В РАСТВОРЕ ПРОТИВОПОЛОЖНО ЗАРЯЖЕННОГО ПАВ

 

В частности, коллапс гелей можно вызвать добавлением противоположно заряженного ПАВ.

ПАВ состоят из дифильных молекул, имеющих гидрофильную и гидрофобную части. Молекулы ПАВ способны агрегировать в водных растворах. При этом возможно образование следующих структур: монослой, бислой, мицелла, везикула и других [2].

Полиэлектролитные гели сорбируют противоположно заряженные ионы ПАВ из водных растворов  за счет реакции обмена с противоионами сетки.

Основные факторы, влияющие на связывание ПАВ гелем являются заряд полиэлектролитного геля, длина гидрофобного хвоста ПАВ, дополнительные силы притяжения между полиэлектролитным гелем и мицеллами за счет гидрофобных групп в геле. [ ]

Инициируется связывание ПАВ с противоположно заряженным гелем электростатическими силами (обмен ионов), далее оно существенно усиливается за счет гидрофобных взаимодействий между алкильными заместителями ПАВ, приводящими к образованию мицелл внутри сетки.

Строение полиэлектролита, в частности  такие параметры, как разветвление, жесткость цепи также влияют на поведение системы гель- ПАВ. [ ]

 

Поглощение ПАВ гелем сопровождается уменьшением объема последнего. Причиной является объединение молекул ПАВ в мицеллы внутри геля, приводящее к уменьшению осмотического давления, а также притяжение между молекулами ПАВ и противоположно заряженными субцепями геля.

Критическая концентрация агрегации ПАВ внутри сетки может быть ниже критической концентрации мицеллообразования (ККМ) ПАВ в растворе. Причина этого состоит в следующем. Образование мицеллы ионогенного ПАВ вызывает частичную иммобилизацию противоионов ПАВ вблизи заряженной мицеллы, что невыгодно с энтропийной точки зрения. При образовании же мицелл внутри сетки, нейтрализация зарядов мицеллы происходит зарядами цепей сетки, которые изначально иммобилизированы. Таким образом, в этом случае энтропийные потери меньше, что и приводит к значительному снижению ККМ.

Рассмотрим основные факторы, влияющие на кривую коллапса геля, находящегося в растворе ПАВ. При увеличении длины углеводородного радикала ПАВ связывание ПАВ с сеткой начинается при меньших концентрациях детергента и происходит более резко (Рис.1). Это говорит о кооперативном характере

 

 

Рис. 1. Изотермы связывания гелем поли-2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфокислоты молекул ПАВ CnH2n+1PyCl с разной длиной н-алкильного заместителя n = 4 (1), 8 (2), 10 (3), 12 (4), 16 (5) и 18 (6) при 250С [3].

 

Добавление низкомолекулярной соли приводит к заметному увеличению минимальной концентрации ПАВ, при которой начинается связывание, за счет экранировки взаимодействия заряженных ионов геля и ПАВ. При высоких концентрациях соли происходит разрушение комплекса и десорбция ПАВ из геля.

Сорбция ПАВ может происходить неравномерно. При недостатке ПАВ на поверхности образуется плотный непрозрачный слой комплекса. Добавление новых порций ПАВ приводит к утолщению внешнего слоя.

Структура комплексов гель - ПАВ была исследована методом малоуглового рентгеновского рассеяния. Кривые имели несколько пиков, указывающих на высокую степень упорядоченности расположения агрегатов ПАВ внутри геля. Упаковка ПАВ в геле может быть ламелярной, гексагональной, цилиндрической или кубической. Тип упаковки, в частности,  зависит от длины углеводородного хвоста ПАВ.

Таким образом, полиэлектролитные гели взаимодействуют с противоположно заряженными ПАВ с образованием мицелл внутри геля. Как следствие, гель коллапсирует.

1.4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ РАССМОТРЕНИЕ КОНКУРЕНТНОГО СВЯЗЫВАНИЯ ПАВ ДВУМЯ ПОЛИМЕРНЫМИ СЕТКАМИ

 

Теоретическое рассмотрение конкурентного связывания ПАВ двумя полимерными сетками проведено в работе [1].

Рассмотрим систему, состоящую из трёх объектов: двух кусочков геля и внешнего раствора. Между всеми тремя компонентами системы происходит ионный обмен.

ПАВ агрегирует в геле и образует мицеллы, что  приводит к коллапсу полимерной сетки. Для того, чтобы сетка сколлапсировала, необходимо, чтобы концентрация ПАВ в ней превысила критическую концентрацию агрегации (ККА).

Данная система сложная и трудно предугадать, каким образом ПАВ будет в ней распределяться. Наиболее интересным представляется случай, когда сколлапсированным окажется лишь один из гелей.

Рассмотрим сначала простейший случай, когда гели имеют одинаковую массу, степень заряженности и состав.

Форма кривой коллапса будет определяться соотношением между объёмами гелей и внешнего раствора. Пусть соотношение между объёмами невелико, и кривая коллапса будет плавной. Определим, каким образом ПАВ будет перераспределяться между всеми рассматриваемыми объёмами.

Свободная энергия будет иметь следующий вид:

,        (1)

где - свободные энергии каждой полимерной сетки,

- свободная энергия растворителя.

Свободная энергия i-ой полимерной сетки представляется суммой четырёх слагаемых:

,        (2)

где

- энергия упругой деформации  сетки,

- свободная энергия объёмных  взаимодействий,

- свободная энергия трансляционного  движения ионов,

 энергетический выигрыш, связанный с мицеллообразованием в системе.

Энергия упругой деформации сетки может быть представлена выражением:

   ,          (3)         

где - линейный коэффициент набухания:

,            (4)

где - объём i - ой сетки,

- объём i - ой сетки в состоянии начала отсчёта, когда конформации её субцепей наиболее близки к гауссовым,

- общее число мономерных  звеньев в i-ой сетке,

- функциональность точек ветвления.

Свободная энергия объёмных взаимодействий может быть записана следующим образом:

,         (5)

здесь - второй вириальный коэффициент разложения,

- средняя концентрация мономерных  звеньев внутри i- ой сетки.

Если внутри i - ой сетки мицеллы не образовались, то свободная энергия трансляционного движения ионов выражается соотношением (6), а если мицеллы есть, то выражением (7).

,       (6)

где

 количество ионов ПАВ внутри i - ой сетки,

количество контрионов ПАВ внутри i - ой сетки,

количество контрионов i - ой сетки,

,   (7)

количество ионов ПАВ, образовавших мицеллы,

 энергетический выигрыш, связанный  с мицеллообразованием в системе:

,           (8)

энергетический выигрыш, связанный с мицеллообразованием, в расчёте на одну молекулу.

Запишем выражение для свободной энергии внешнего растворителя. Она представляет собой энергию трансляционного движения ионов в растворителе:

,       (9)

,          (10)

,         (11)

,        (12)

где - количество заряженных звеньев в i-ой сетке.

S, P, C –количество ионов ПАВ, противоионов ПАВ и противоионов сеток во внешнем растворе, соответственно.

Затем необходимо продифференцировать свободную энергию (2) по всем независимым переменным и приравнять полученные частные производные к нулю.

, , , .      (13)

Рассмотрим различные случаи поведения системы, в зависимости от соотношения количества ПАВ в общем объёме и количества заряженных звеньев в геле. Когда в системе концентрация ПАВ не превышает ККМ, мицеллообразование невозможно ни в одном из гелей. Рассмотрим наиболее интересный случай, когда количество ПАВ в общем объёме превышает ККМ, однако ионов ПАВ недостаточно для обеспечения коллапса обеих сеток. Как показано в работе [1], в этом случае оказывается выгодной ситуация, когда ионы ПАВ концентрируются преимущественно в одном из гелей, обеспечивая его коллапс, в то время как другой гель остаётся набухшим.

Следует отметить, что в этой области коэффициент набухания возрастает немонотонно с ростом концентрации ПАВ в общем объёме. Как только мицеллы начинают появляться во второй сетке, их доля в первой сетке уменьшается: реализуется так называемая “перекачка” ионов из одной сетки в другую. На рис. 2 изображены две полимерные сетки во внешнем растворе. В сетке слева мицелл нет, а в сетке справа мицеллы есть.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Две полимерные сетки, помещённые в общий раствор ПАВ.

 

Когда в системе достаточно ПАВ для нейтрализации всех зарядов на цепях сеток, сколлапсированными оказываются оба геля.

 

Описанные выше режимы могут наблюдаться, в частности, когда гели имеют различную степень заряженности.

В зависимости от значений параметров Vout/Voi можно наблюдать три различных варианта поведения сеток. При небольших значениях Vout/Voi с повышенией концентрации ПАВ во внешнем растворе наблюдается первый вариант поведения сеток (кривая 4) : сначала мицеллы образуются в сетке с большим зарядом, затем в обеих сетках одновременно.

С увеличением Vout/Voi поведение сеток меняется. Появляется переходный процесс, который характеризуется появлением мицелл в сетке с меньшим зарядом. При увеличении количества ПАВ во внешнем растворе  количество ПАВ в мицеллах достигает некоторого максимального значения, а затем убывает вплоть до нулевого значения, на котором остается на некотором интервале, когда как мицеллы начинают появляться в сетке с большим зарядом- происходит «перекачка» ПАВ из одной сетки в другую. Затем сколлапсированными оказываются обе сетки.

 При больших соотношениях Vout/Voi мицеллообразование в сетке с меньшим зарядом также имеет место. Затем количество ПАВ в мицеллах снижается скачком до некотороге ненулевого значения.

Описанные явления сильно зависят от параметров системы. При изменении значений параметров три режима могут сдвигаться как в область больших, так и в область маленьких соотношений Vout/Voi.

 

 Однако экспериментально  подобные эффекты еще не наблюдали. Впервые подобная попытка предпринята в настоящей работе.

 

1.5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ  ИССЛЕДОВАНИЕ  КОНКУРЕНТНОГО СВЯЗЫВАНИЯ  ПАВ ДВУМЯ  ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНЫМИ СЕТКАМИ

 

В работе [4] впервые экспериментально изучено конкурентное связывание катионного ПАВ цетилпиридиний хлорида двумя образцами противоположно заряженного геля, при этом образцы геля различались по массе. Исследования проводили на примере отрицательно заряженного геля сополимера АА и АСК. Было показано, что гель меньшей массы коллапсирует при более низком содержании ПАВ в растворе. При этом ПАВ распределяется неравномерно между двумя образцами геля, концентрируясь преимущественно в образце маленького размера. Это связано с тем, что ему достаточно меньшего количества ПАВ для нейтрализации всех зарядов на цепях сетки. Таким образом, уже было показано, что коллапс двух образцов геля, различающихся по массе и помещенных в один раствор ПАВ, происходит неодинаково.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Зависимость степени набухания гелей, различающихся по массе в 10 раз, от мольного отношения ПАВ/заряженное звено внутри геля.

 

В настоящей работе будет впервые исследован коллапс двух образцов геля с одинаковой массой, но разной степени заряженности. 

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ

 

   2.1 ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

                                          2.1.1 МАТЕРИАЛЫ

 

В настоящей работе были использованы ряд веществ, химические структуры которых приведены в табл. 1.

Табл. 1. Химические вещества, использованные  в работе.

 

Наименование	Формула	Молекулярная масса	Чистота	Фирма
Акриламид	=	71,8	99%	Aldrich
2-акриламидо-2-метилпропан- сульфокислота		207,25	99%	Aldrich
N,N/ -метиленбис- акриламид		154,17	99,5%	Fluka
Персульфат аммония		228,2	>98%	Fluka
N,N,N/,N/-тетраметил- этилендиамин		116,21	>99%	Helicon
Цетилпиридиний хлорид		358,01	98%	Aldrich
Хлорид натрия		58,5	>99,99	Helicon

 

В работе была использована бидистиллированная вода, которую получали очисткой дистиллированной воды на установке Milli-Q фирмы Millipore Waters.

 

 

2.1.2 СИНТЕЗ ГЕЛЕЙ  

Полианионный гель получали радикальной сополимеризацией незаряженного мономера акриламида (АА) с отрицательно заряженным мономером 2 - акриламидо – 2 - метилпропансульфокислотой (АСК). Варьируя содержание заряженных и незаряженных звеньев можно синтезировать гели с различной степенью заряженности. Общая концентрация мономеров постоянна и равна 1,1 моль/л.

Для начала были приготовлены 1% - ный раствор NaOH, 0,4% - ный раствор БИС и 1% - ный раствор персульфата аммония.

БИС используется в качестве сшивателя,  персульфат аммония - в качестве инициатора. Раствор NaOH нужен для перевода геля в солевую форму. ТМЭДА - катализатор.

Были синтезированы гели с содержанием АСК  3 мол. % , 6 мол.  %, 15 мол. % .

Для синтеза геля, содержащего 3 мол. % АСК, использованы: 0,63 г АСК + 57 мл воды + 3 мл раствора NaOH + 6,96 г акриламида + 19,5 мл раствора БИС + 2,7 мл раствора персульфата + 0,1 мл ТМЭДА.

Для синтеза геля, содержащего 6 мол. % АСК, использованы: 1,26 г АСК + 57 мл воды + 6 мл раствора NaOH + 6,83 г акриламида + 19,5 мл раствора БИС + 2,7 мл раствора персульфата + 0,1 мл ТМЭДА.

   Для синтеза геля, содержащего 15 мол. % АСК, использованы: 3,067 грамма АСК + 45 мл воды + 15мл раствора NaOH + 6,03 грамм акриламида + 19,5 мл раствора БИС + 2,7 мл раствора персульфата + 0,1 мл ТМЭДА.

После приготовления реакционной смеси ее тщательно перемешивают до полного растворения и разливают в пробирки диаметром 1 см.  Делать это надо быстро, пока гель не начал застывать.

Для полимеризации смесь оставляли на 1,5 часа, по истечении этого времени готовые гели извлекали из пробирки; край, контактировавший с воздухом, отрезали и в дальнейшем не использовали. Затем каждый гель разрезали лезвием на несколько частей, которые потом помещали в 3-х литровый стеклянный флакон с бидистиллированной водой. Потом в течение месяца гели отмывались от золь - фракции путём частой смены воды. Готовые гели помещали в закрытые банки с бидистиллированной водой.

 

2.1.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ НАБУХАНИЯ ГЕЛЕЙ

 

После отмывки гелей определяли коэффициенты набухания (количество поглощенного растворителя на единицу массы геля). Для этого использовали несколько кусочков гелей. Определяли их массу, затем гели высушивали. Через неделю взвешивали уже сухой гель. Коэффициент набухания рассчитывали по формуле:

α    ,        (14) 

где   и – массы набухшего и сухого геля, соответственно. 

Для  геля АСК – 3% средний коэффициент набухания составляет α = 207, для геля АСК – 15% - α=302, для геля АСК – 15% - α=364.

 

 

2.1.4 ПРИГОТОВЛЕНИЕ СИСТЕМЫ ГЕЛЬ-ПАВ

 

В данной работе использовали катионное ПАВ цетилпиридиний хлорид (ЦПХ). Данное ПАВ широко используется в различных лекарствах, он эффективен в отношении некоторых вирусов и грибов. Благодаря значительной увлажняющей способности и незначительному поверхностному натяжению, ЦПХ хорошо проникает в глубокие слои слизистой оболочки, где оказывает бактерицидное действие.

 Для того, чтобы в дальнейшем различать гели, помещенные в один раствор, вырезали их разной формы: АСК – 3% - в виде треугольника, АСК – 6% или АСК – 15% - в виде прямоугольника.

 

Рис. 4. Гели разной формы в сосуде.

 

В каждом растворе оба кусочка геля содержали одинаковое количество осново - молей. Чтобы обеспечить это, сначала вырезали один кусок геля (в моем случае это АСК – 6% или АСК – 15%) таким образом, чтобы его сухая масса была приблизительно 10 мг. Рассчитывали его количество осново – молей в ней. Далее по нему вычисляли сухую массу второго кусочка геля (АСК – 3%), а по ней уже, зная коэффициент набухания, находили массу набухшего геля и взвешивали образец набухшего геля рассчитанной массы. Затем гели заливали бидисцилированной водой. На 1 мг сухого геля брали от 3 мл до 10 мл бидисцилированной воды в завсисимости от желаемого соотношения  Vout/Voi.

Далее готовили серии  растворов ЦПХ с гелями. Заранее был приготовлен 0,01 моль/л раствор ЦПХ. Количество добавляемого ЦПХ рассчитывали таким образом, чтобы на одно заряженное звено приходилось определенное количество молекул ЦПХ. Для этого вычисляли количество основ/молей заряженных групп у двух кусочков гелей и далее по ней определяли необходимую концентрацию ЦПХ.

Так же готовили растворы ЦПХ с одним кусочком геля для дальнейшего сравнения кривых коллапса.

Через две недели измеряли массу гелей в растворах ПАВ и рассчитывали коэффициенты набухания гелей по формуле (14).

 

5. ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ГЕЛЕЙ

 

Для экспериментального определения степени заряженности синтезированных гелей был проведен элементный анализ образцов, в котором определялись процентные содержания химических элементов С, H, N, S.

 

 Как видно из химической  формулы полимерной сетки атом  N присутствует во всех звеньях, а атом S только в заряженных звеньях. Таким образом, определив соотношение долей атомов N и S можно вычислить содержание заряженных мономеров.