CC BY
106ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ФАЗЫ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ РАСТВОРАХ ПАВ
А.И. Мизев \ А.И. Луцик 2
1 Институт механики сплошных сред УрО РАН, 614013, Пермь, Акад. Королева, 1
2 Пермский государственный университет,
614990, Пермь, Букирева, 15
Экспериментально исследована динамика формирования поверхностной фазы в водном растворе двух поверхностноактивных веществ (ПАВ), сильно различающихся по степени поверхностной активности и характерному времени адсорбции. Обнаружено, что при малых суммарных концентрациях ПАВ в смеси вклад молекул сурфактантов в формирование поверхностного слоя аддитивен. При больших концентрациях основную роль играют молекулы ПАВ с большей поверхностной активностью. Достижение последними критической концентрации мицеллообразования приводит к полному вытеснению молекул менее активного ПАВ из поверхностной фазы в объем раствора. На основе полученных результатов предложена методика определения суммарной концентрации всех сурфактантов в растворе и парциальной концентрации каждого из ПАВ в отдельности, основанная только на измерении поверхностного натяжения, т.е. без привлечения аналитических методов исследования.
Ключевые слова: межфазная поверхность, поверхностно-активные вещества, биологические жидкости, многокомпонентные растворы, тензиометрия.
ВВЕДЕНИЕ
Многокомпонентные системы жидкостей являются одной из наименее изученных областей гидродинамики. Причина достаточно
© Мизев А.И., Луцик А.И., 2009
проста - с каждой новой жидкостью в системе появляется не только дополнительная группа физико-химических параметров, но, возможно, и новая граница раздела фаз, налагающая свои условия на передачу импульса, тепла и массы и имеющая свою геометрию. Ситуация еще более усложняется, если ряд компонентов системы оказываются взаиморастворимыми или поверхностно-активными жидкостями. Интерес к этим системам постоянно возрастает вследствие распространения их в природе и увеличения их участия в технологических процессах в энергетике, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Особый интерес возник в последнее время в связи с разработками диагностических методов в медицине. Биологические жидкости, содержащиеся в человеческом организме, - это сложные по составу, многокомпонентные субстанции, в состав которых входят, в том числе, и различные поверхностно-активные вещества, сурфактанты. Наиболее значимую роль сурфактанты играют в функционировании легочной системы.
Поверхность легкого, имеющего обширную площадь, покрыта тонким слоем жидкости, содержащей вырабатываемый организмом легочный сурфактант (ЛС) - сложный по составу природный комплекс фосфолипидов и специфических сурфактант-ассоциированных белков [1]. Поверхность легкого состоит из альвеол, мелких (порядка сотен микрометров) пузырьковидных образований, через стенки которых происходит газообмен между воздухом в легких и кровью в капиллярах, опутывающих стенку альвеолы. Вследствие малых размеров существенный вклад в баланс давлений внутри альвеолы, наряду с давлением, обусловленным упругими свойствами мембранной стенки, вносит лапласово поверхностное давление, вызванное наличием тонкой жидкой пленки ЛС, покрывающей поверхность легкого. ПАВ, входящие в состав ЛС, снижают поверхностное натяжение на границе жидкость-воздух, уменьшая тем самым поверхностное давление и препятствуя схло-пыванию альвеол. Это особенно важно на фазе выдоха, когда диаметр альвеол имеет наименьшее значение. Кроме того, ЛС участвует в транспорте газа через аэрогематический барьер. Ряд заболеваний (например, пневмония, туберкулез, респираторный дистресс-синдром) приводит к подавлению функции сурфактантной системы легких (ССЛ) по выработке поверхностно-активных веществ, что снижает поверхностную активность легочного сурфактанта и, как следствие, вызывает ателектатическую (необратимый коллапс альвеол) реакцию и развитие воспалительных процессов на альвеоляр-
ной поверхности. Своевременное выявление дефицита легочного сурфактанта способствует диагностике заболеваний на ранних стадиях, повышая эффективность их лечения.
Среди существующих методов диагностики сурфактантной недостаточности, наиболее часто применяемых в клинической практике, можно выделить следующие: морфологическая оценка сурфактанта в кусочках легких с помощью электронной микроскопии и исследования аналитическими методами на материале бронхоальвеолярных смывов (отбор легочной жидкости при фибробронхо-скопии). В обоих случаях используют материал, собираемый инвазивными методами (забор исследуемого материала непосредственно из легкого различными системами зондов), что требует дорогостоящей техники, высококвалифицированного персонала и не всегда безопасно для пациента. В случае исследования, например, сурфактантной недостаточности у новорожденных детей применение инвазивных методов вообще невозможно.
Поэтому в последнее время в мире стали разрабатываться альтернативные методы, среди которых наибольшее развитие получили методы, основанные на использовании тензиометрии - исследовании свойств межфазной поверхности биологических жидкостей, базирующемся на измерениях поверхностного натяжения [2-10]. Определение содержания сурфактантов при использовании этих методов основано, как правило, на анализе динамики поверхностного натяжения при изменении площади поверхности раствора. Измеряемые при этом динамические параметры (характерное время релаксации поверхности, форма и размер петли гистерезиса, скорость изменения поверхностного натяжения со временем и т.д.) зависят от типа и концентрации сурфактанта, а также от скорости адсорбции его молекул на межфазную поверхность, и, следовательно, могут быть поставлены в соответствие с качественным и количественным составом исследуемой биологической жидкости. На сегодняшний день наиболее хорошо исследована динамика поведения нативного материала на основе бронхоальвеолярных смывов. Однако, как указывалось выше, получение такого материала связано с определенными трудностями. В связи с этим в последнее время идет интенсивный поиск методов оценки состояния сурфактантной системы на материале, получаемом неинвазивными методами. В применении к легкому таким материалом является конденсат выдыхаемого воздуха (КВВ). Дешевизна и быстрота его получения сделали его наиболее популярным объектом исследования [11, 12].
Однако сбор и интерпретация результатов сопряжены с рядом трудностей. В первую очередь это связано с тем, что КВВ содержит лишь небольшое количество легочного сурфактанта (порядка нескольких миллиграмм на миллилитр), испарившегося с альвеолярной поверхности легких, и конденсат может быть собран лишь в малых (несколько миллилитров) количествах. Так как система представляет собой многокомпонентный раствор нескольких ПАВ, измеряемые свойства поверхности имеют интегральный характер, при этом не всегда удается определить, какие именно изменения в составе смеси привели к наблюдаемому результату. С этой точки зрения было бы интересно рассмотреть модельную ситуацию, когда исследуемый раствор содержит заранее известный качественный и количественный состав, меняя который можно изучить основные закономерности поведения такого сложного объекта.
В статье представлены результаты экспериментального исследования процессов формирования поверхностной фазы и динамики поверхностной активности для простой модельной ситуации - слабо концентрированный двухкомпонентный раствор ПАВ. Преследовались две основные цели. Во-первых, изучение динамики формирования поверхностной фазы и закономерности изменения поверхностных свойств раствора при изменении абсолютной (суммарное содержание ПАВ в растворе) и относительной (доля каждого из компонентов) концентрации. Во-вторых, определение возможности измерения содержания каждого из компонентов, основываясь только на измерениях поверхностного натяжения раствора.
1. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ, МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
Для исследования поверхностных свойств растворов выбран метод максимального давления в пузырьке [13]. Данный метод измерения поверхностного натяжения имеет ряд преимуществ, делающих его наиболее пригодным при достижении целей, сформулированных выше. Во-первых, метод позволяет проводить измерения динамического поверхностного натяжения, т.е. исследовать свойства межфазной поверхности в зависимости от ее возраста. При формировании свежей поверхности раствора сурфактанту требуется некоторое время для выхода на границу раздела. Зависимость поверхностного натяжения от времени (или от возраста поверхности) отражает при этом скорость адсорбции ПАВ. Формирование пузырьков с различной скоростью позволяет получать границу разде-
ла с разными возрастами на момент достижения максимального давления. Во-вторых, для проведения измерений достаточно малого (порядка миллилитра) объема жидкости. К преимуществам метода можно отнести также отсутствие необходимости измерять краевой угол и следить за мениском, что позволяет проводить измерения и в непрозрачных средах.
В экспериментах используется промышленный тензиометр ВРА-800Р (К8У Ы±, Финляндия), полностью автоматизированный и управляемый с персонального компьютера (описание и принцип работы тензиометра можно найти на сайте производителя [14]). Время жизни поверхности варьируется от 10 мс до 10 с. Погрешность определения поверхностного натяжения - 0.1 дин/см.
В качестве объекта исследований выбраны водные растворы солей жирных (органических) кислот. Такой выбор ПАВ обусловлен двумя причинами. Во-первых, учтена специфика будущего приложения исследований. Именно молекулы солей жирных кислот являются основой большинства биологических ПАВ, содержащихся в человеческом организме. Например, одним из основных компонентов, входящих в состав легочного сурфактанта и, следовательно, конденсата выдыхаемого воздуха, является дипальмитоилфосфати-дилхолин, молекула которого содержит два «хвоста» пальмитиновой кислоты, которые и определяют поверхностно-активные свойства данного вещества. Второй причиной выбора было желание исследовать смесь близких по природе ПАВ (в данном случае ионных ПАВ - членов одного гомологического ряда), отличающихся в ряду только по ряду параметров. В рассматриваемом случае это -различная поверхностная активность, обусловленная разницей в растворимости членов ряда, и различное время выхода на поверхность раздела, связанное с изменением коэффициента диффузии вследствие нарастания длины молекулы в гомологическом ряду. Для исследований выбраны два вещества из этого ряда, каприлат и лаурат калия, отличающиеся по длине молекулы почти в два раза (8 и 14 атомов углерода в цепочке, соответственно).
Для приготовления растворов используется вода высокой степени очистки (1-я степень чистоты по ГОСТ Р 52501-2005): дистиллированная вода трижды пропускается через ионообменные фильтры - деионизатор «Водолей» (Химэлектроника, Москва) - для удаления остаточных примесей. Поверхностное натяжение воды в пределах погрешности не меняется со временем (рис. 1, кривая 1), что говорит об отсутствии поверхностно-активных примесей.
Рис. 1. Зависимость поверхностного натяжения от времени жизни поверхности для деионизированной воды (1) и для мольного водного раствора калиевой щелочи (2)
Предварительные исследования показали, что в процессе проведения опыта в водном растворе как каприлата, так и лаурата, равно как и их смеси, образуется осадок, что приводит к невоспроизводи-мости результатов. Из обзора литературы [15] следует, что такое поведение системы связано с протеканием реакции гидролиза: часть ионов соли вступает в реакцию с молекулами воды с образованием щелочи и кислоты. Молекулы последней образуют с молекулами исходной соли нерастворимое соединение, что делает реакцию необратимой. Таким образом, часть молекул ПАВ оказывается связанной и не участвует в образовании поверхностной фазы. Концентрация сурфактанта в растворе меняется со временем, это и препятствует воспроизводимости результатов. Создание щелочной среды препятствует протеканию реакции гидролиза. Поэтому все эксперименты проводились с растворами солей в водном мольном растворе (один моль вещества на литр воды) калиевой щелочи.
Зависимость поверхностного натяжения мольного раствора КОН от времени жизни поверхности показана на рис. 1 (кривая 2). Большее значение поверхностного натяжения по сравнению с чистой водой объясняется тем, что КОН является веществом с отрицательной поверхностной активностью по отношению к воде.
Поскольку свойства исследуемых растворов (поверхностное натяжение, растворимость ПАВ в воде, коэффициент диффузии, скорость адсорбции и т.д.) зависят от температуры, измерения проводились при постоянной температуре образцов (23.0 ± 0.3) °С.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Зависимость поверхностного натяжения от времени жизни поверхности для растворов лаурата калия при различных концентрациях представлена на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость о от времени жизни поверхности для растворов лаурата калия в мольном растворе КОН с различной молярной концентрацией С, моль/л: 1 - 0.0011, 2 - 0.0023, 3 - 0.0045, 4 - 0.0090, 5 - 0.0180, 6 -0.0363, 7 - 0.0723, 8 - 0.1445, 9 - 0.5780
Видно, что поверхностное натяжение меняется со временем, причем скорость его изменения зависит от объемной концентрации ПАВ. При увеличении концентрации начальное значение поверхностного натяжения уменьшается, что говорит о том, что часть ПАВ адсорбируется за время жизни поверхности меньшие, чем позволяет создать прибор (10 мс). По достижении концентрацией значения С » 0.028 моль/л поверхностное натяжение перестает зависеть от времени жизни поверхности, все точки, соответствующие большей концентрации, совпадают. Этот факт можно объяснить тем, что вблизи данного значения С в растворе происходит фазовый переход второго рода: часть молекул в растворе начинает спонтанно образовывать устойчивые конгломераты, называемые мицеллами. Дальнейшее добавление вещества в раствор приводит к тому, что молекулы ПАВ присоединяются к уже существующим мицеллам. Объемная концентрация свободных молекул при этом остается постоянной. Поскольку концентрация молекул ПАВ в поверхностной
фазе напрямую зависит от их содержания в объеме, то при концентрациях, больших критической, поверхностное натяжение перестает меняться. Для лаурата калия критическая концентрация мицелооб-разования (ККМ) Сккм = 0.026 моль/л.
На рис. 3 представлена зависимость поверхностного натяжения от времени жизни поверхности для растворов каприлата калия при различных молярных концентрациях, равных концентрациям лаура-та (рис. 2).
1 55 ь' 50
45
40
35
1 < <««м <1 < •к ►►►►► ► ► <<1<1<1< <<]<< ► ► ► к ► ► ► ► яга*:.] <1 <1 <1< <|<1<1 <| ■ -1 о - 2 А - 3 V - 4 ♦ - 5 < - 6 ► - 7 0 - 8 ★ - 9 О - 10 <* -11 + - 12
.5 О ОО ООО о ООО о О о о ► ►► ►►►► ► ^ О Оп0
******* 1
-1 ° <ХЮ—СгСгСгС ,ито о О ОООС ** ★ '°°ооо о
- * а + | ® а
+ + + + +
0.01
0.1
Тщ ■>с
1
10
Рис. 3. Зависимость а от времени жизни поверхности для растворов ка-прилата калия в мольном растворе КОН с различной молярной концентрацией С , моль/л: 1 - 0.0011, 2 - 0.0023, 3 - 0.0045, 4 - 0.0090, 5 - 0.0180, 6 - 0.0363, 7 - 0.0723, 8 - 0.1445, 9 - 0.5780, 10 - 1.0, 11 - 3.0, 12 - 10.0
В отличие от лаурата калия в растворах каприлата калия изменение поверхностного натяжения с повышением концентрации происходит медленнее. Кривые с ростом концентрации не совпадают, интервал между ними растет. Такое поведение кривых объясняется малостью концентрации каприлата по сравнению с ККМ (для ка-прилата Сккм = 0.396 моль/л). Тем не менее, для кривых при концентрации ПАВ выше критического значения наблюдается уменьшение поверхностного натяжения со временем. В случае лаурата калия по достижении величины Сккм поверхностное натяжение остается практически постоянным для всех значений времени жизни поверхности (рис. 2, кривые 6-9). Такое отличие можно объяснить значительно большим характерным временем адсорбции ка-прилата на поверхность раствора по сравнению с лауратом калия.
Даже за 10 с после образования новой поверхности насыщенная поверхностная фаза в растворе каприлата калия не успевает сформироваться. Это хорошо видно на рис. 4 и 5, где представлены зависимости поверхностного натяжения от концентрации ПАВ лаура-та и каприлата калия в щелочном растворе для различного времени жизни поверхности.
Рис. 4. Зависимость о от концентрации лаурата калия для различного возраста межфазной поверхности Тиг, с: 1 - 0.01, 2 - 0.1, 3 - 1, 4 - 10
Сравнение результатов вновь показывает существенное различие в динамике образования поверхностного слоя. Поверхностное натяжение раствора лаурата калия довольно быстро перестает меняться, достигая постоянного значения при С = 0.028 моль/л, т.е. по достижении критической концентрации мицеллообразования. Видно также, что точки, соответствующие времени жизни поверхности Т > 0.1 с, практически совпадают. Это значит, что при концентрациях, близких к ККМ, характерное время выхода данного ПАВ на поверхность раздела, соответствующее формированию монослоя, составляет приблизительно 0.1 с.
Поверхностное натяжение каприлата калия, при равных с лаура-том концентрациях, заметно больше, что свидетельствует о его меньшей поверхностной активности. Точки, соответствующие различному времени жизни поверхности, не совпадают. При концентрациях С > Сккм поверхностное натяжение продолжает изменяться даже при максимально возможном в приборе времени жизни поверхности. Очевидно, что характерное время адсорбции каприла-
та на поверхность воды, т.е. время образования монослоя, больше, чем позволяет реализовать данный прибор (Т > 10 с). Таким образом, выбранные ПАВ значительно отличаются один от другого как по поверхностной активности, так и по характерному времени адсорбции.
Рис. 5. Зависимость а от концентрации каприлата калия для различного возраста межфазной поверхности Ти/, с: 1 - 0.01, 2 - 0.1, 3 - 1, 4 - 10
Представляет интерес динамика формирования поверхностной фазы в растворе, содержащем эти два ПАВ одновременно. Рассмотрим серию экспериментов с раствором двух ПАВ: смесь лаура-та и каприлата калия. Молярная концентрация раствора (суммарное число молекул обоих ПАВ в единице объема) остается постоянной, в то время как относительное содержание лаурата и каприлата меняется. Для измерения относительной доли одного из компонентов смеси применяется величина, называемая молярной долей ПАВ в смеси:
П +п’
где у и п2 - количество молей первого и второго ПАВ в смеси. Зависимость <7(Ту) для различных молярных концентраций
смеси и при разных молярных долях лаурата и каприлата представлена на рис. 6.
Рис. 6. Зависимость а от времени жизни поверхности для растворов с постоянной молярной концентрацией: С = 0.0023 (а), 0.0090 (б), 0.0363 (в) и 0.1445 моль/л (г); 1 - каприлат, 2 - % каприлата+ У лаурата, 3 - У каприлата + У лаурата, 4 - У каприлата + % лаурата, 5 - лаурат
Видно, что зависимости а(Тщ) сильно отличаются при разных
концентрациях. При малых концентрациях ПАВ в растворе замена молекул лаурата молекулами каприлата приводит к монотонному росту поверхностного натяжения, что связано с его меньшей поверхностной активностью. Молекулы обоих ПАВ присутствуют в поверхностной фазе, формируя совместно поверхностное натяжение раствора. При этом можно говорить о некотором аддитивном вкладе двух ПАВ. При больших суммарных концентрациях, особенно по достижении лауратом ККМ, ситуация резко меняется. Добавление в смесь каприлата вместо лаурата, т.е. при уменьшении X, практически не меняет поверхностного натяжения, что свидетельствует о том, что молекулы каприлата не участвуют в образовании поверхностного слоя, оставаясь в объеме раствора. Меньшая поверхностная активность и несоизмеримо большие времена адсорбции молекул каприлата являются причиной такого поведения.
Вклад ПАВ в формирование поверхностной фазы перестает быть аддитивным.
На рис. 7 представлена зависимость поверхностного натяжения смеси двух ПАВ от суммарной молярной концентрации при различных значениях молярной доли лаурата X. Кривые, представленные на графике, соответствуют одному времени жизни поверхности Т = 10 с.
Рис. 7. Зависимость о от суммарной концентрации смеси при различной молярной доле сурфактантов
Видно, что при добавлении даже небольшой доли лаурата (X = 0.1) поверхностное натяжение заметно уменьшается, а кривая для смеси приближается к кривой, соответствующей чистому лау-рату. Причем все кривые, соответствующие различным X > 0, стремятся к единой асимптотике - горизонтальному участку, соответствующему значению поверхностного натяжения для насыщенного монослоя лаурата.
Интересно отметить, что значения концентрации, при которых кривые пересекают горизонтальный участок, соответствуют содержанию лаурата калия, равному ККМ, что ещё раз подтверждает, что при этом в построении поверхностной фазы участвуют только молекулы лаурата калия, в то время как все молекулы каприлата калия находятся в объемной фазе раствора.
Наиболее ярко сделанные выше выводы демонстрируются зависимостью поверхностного натяжения от относительной доли лаура-та при различных суммарных молярных концентрациях обоих ПАВ
(рис. 8, Т = 10 с; кривые, соответствующие другим временным срезам Т, качественно идентичны и здесь не приведены).
80
В
60
Ь'
40
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00
Рис. 8. Зависимость s от молярной доли лаурата для возраста межфазной поверхности T = 10 с при различных значениях суммарной молярной концентрации C, моль/л: 1 - 0.0011, 2 - 0.0023, 3 - 0.0045, 4 - 0.0090, 5 -0.0180, 6 - 0.0363, 7 - 0.0723, 8 - 0.1445, 9 - 0.5780
Форма кривой сильно зависит от общей концентрации ПАВ в растворе. Для малых концентраций, C < 0.005 моль/л, наблюдается линейная зависимость. Этот участок соответствует аддитивному вкладу ПАВ, когда в формировании поверхностной фазы участвуют оба сурфактанта. По мере увеличения суммарной концентрации ПАВ зависимость становится все более нелинейной. Молекулы лаурата калия начинают играть большую роль в определении поверхностных свойств раствора. Наконец, по достижении лауратом критической концентрации мицеллообразования появляется горизонтальный участок, ширина которого увеличивается с ростом C . Горизонтальный участок начинается при значениях X, при которых относительная концентрация лаурата превышает ККМ. В этом случае вклад становится существенно неаддитивным: только молекулы лаурата участвуют в формировании поверхностного слоя.
Одной из задач исследования является выяснение возможности определения содержания каждого из компонентов в сложном по составу растворе ПАВ на основании только измерений поверхностного натяжения раствора. Наличие линейной зависимости при малых концентрациях позволяет достаточно просто реализовать такие
измерения путем сравнения и анализа кривой а(Тщ) неизвестной
концентрации и соотношения ПАВ с аналогичной зависимостью, соответствующей смеси с известной концентрацией и долевым составом. Действительно, при некотором фиксированном времени жизни поверхности можно составить функцию зависимости <г(Х, С), однозначно связывающую поверхностное натяжение смеси с суммарной молярной концентрацией С обоих ПАВ и с относительной долей X какого-либо ПАВ в растворе. Для определения этих двух величин в неизвестном растворе необходимо измерить поверхностное натяжение для данного раствора и для раствора, разбавленного в два раза, при постоянном времени жизни поверхности. Величина относительной доли X при этом не изменится, а суммарная концентрация уменьшится вдвое. Учитывая это и подставляя измеренные значения поверхностного натяжения для исходного и разбавленного растворов в найденную ранее функцию, получим систему двух уравнений для двух неизвестных. Если изначально имеется сильно концентрированный раствор, то его следует разбавлять в два раза до тех пор, пока полученные решения не удовлетворят исходному уравнению, т.е пока метод последовательного разбавления не позволит попасть в область малых концентраций, соответствующих линейному закону.
Заключение. Методом максимального давления в пузырьке исследована динамика формирования поверхностной фазы в растворе двух ПАВ, сильно различающихся по степени поверхностной активности и характерному времени адсорбции. Показано, что вклад ПАВ в формирование поверхностной фазы носит аддитивный характер только при малых концентрация обоих ПАВ в растворе. При больших концентрациях, начиная примерно с 1/10 ККМ, вклад ПАВ неаддитивен: определяющую роль играет ПАВ с меньшим временем адсорбции и большей поверхностной активностью. Предложена методика определения концентрации каждого из ПАВ в двухкомпонентной смеси неизвестной концентрации, основанная только на измерении поверхностного натяжения, т.е. без привлечения аналитических методов исследования.
Работа выполнена при поддержке интеграционного проекта СО, УрО и ДВО РАН № 116.
Авторы статьи благодарят К.Г. Костарева за помощь при проведении экспериментов и подготовке материала статьи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бестужева С. В. Современное состояние вопроса о сурфактантной системе легких // Терапевт. арх. 1995. Т. 67. № 3. С. 50-54.
2. Kazakov V.N., Sinyachenko O.V., Trukhin D.V., Pison U., Miller R. Dynamic surface tensiometry in medicine. Elsevier, Amsterdam, 2000. 373 p.
3. Казаков В.Н., Синяченко О.В., Постовая М.В. и др. Межфазная тензиометрия биологических жидкостей: Вопросы теории, методы и перспективы использования в медицине // Арх. клин. экпе-рим. мед. 1998. Т. 7. № 1. С. 5-12.
4. Козаков В.Н., Возианов А.Ф. Межфазная тензиометрия и реомет-рия биологических жидкостей в терапевтической практике // Донецк: Изд-во медуниверситета. 2000. 180 с.
5. Robertson B. Long-term cycling of surfactant films in Wilhelmy balance // Rep. Fertil Dev. 1996. V. 8. № 1. P. 173-181.
6. Liu M. Synchronized changing of transinterface pressure, bubble radius and surface tension: A unique feature of lung surfactant // Chem. Phys. Lipids. 1997. V. 89. P. 55-65.
7. Enhorning G. Pulmonary surfactant function studied with the pulsating bubble surfactometer (PBS) and the capillary surfactometer (CS) // Comp. Biochem. Physiol. A. 2001. V. 129. P. 221-226.
8. Lu J.Y., Distefano J., Philips K. Effect of the compression ratio on properties of lung surfactant (bovine lipid extract surfactant) films // Resp. Phys. 1999. 115. P. 55-71.
9. Possmaye, F., Nag K., Rodriguez K. Surface activity in vitro: role of surfactant proteins // Comp. Biochem. Physiol. A. 2001. 129. P. 209220.
10.Schurch S., Bachofen H., and Possmayer F. Surface activity in situ, in vivo, and in the captive bubble surfactometer // Comp. Biochem. Physiol. A. 2001. 129. P. 195-207.
11.Гельцер Б.И., Кривенко Л.Е., Невзорова В.А., Лукьянов П.А. Респираторное влаговыделение и значение его исследования в пульмонологии // Терапевт. арх. 2000. Т. 72. № 3. С. 46-50.
12.Анаев Э.Х., Чучалин А.Г. Конденсат выдыхаемого воздуха в диагностике и оценке эффективности лечения болезней органов дыхания // Пульмонология. 2006. № 4. С. 12-20.
13.Русанов А.И., Прохоров В.А. Межфазная тензиометрия. СПб.: Химия, 1994. 398 с.
14.www.ksvltd.com
15.McBain J.W., Sierichs W.C. The solubility of sodium and potassium soaps and the phase diagrams of aqueous potassium soaps // J. Amer. Oil Chem. Soc. 1948. № 6. P. 221-225.
DYNAMICS OF A SURFACE SUBPHASE FORMATION IN A MULTICOMPONENT SURFACTANT SOLUTION
A.I. Mizev, A.I. Lutcik
Abstract. Dynamics of surface subphase formation in an aqueous solution of two surface-active substances, which are strongly different in a surface activity and in a characteristic adsorption time, were studied experimentally. An additive contribution of molecules of both surfactants in surface layer formation is found out under small total concentration. Increase of concentration leads to a dominant role of the surfactant with larger surface activity. When the concentration of the more active surfactant reaches the critical micelle one the only molecules of this surfactant form the surface subphase whereas the molecules of the less active surfactant remain at the solution volume. On the base of the experimental results the method for definition of a total molar concentration of both surfactants and a partial concentration of each surfactant, measuring only the surface tension of the mixture solution, is devised.
Key words: interface, surface-active substance, biological liquids, multicomponent solution, tensiometry.
