CC BY
17
УДК 539.143.43:541.182
О ФРАКТАЛЬНОЙ СТРУКТУРЕ МЕЖФАЗНЫХ СЛОЕВ
Б.Н.Тарасевич
(кафедра органической химии)
На основании анализа зависимости предельных напряжений сдвига от толщины межфазных слоев желатины, образующихся на жидких границах раздела, высказано предположение о фрактальной структуре этих образований.
На границах раздела жидких несмешивающихся фаз (водный раствор белка / неполярная углеводородная фаза) образуются межфазные слои (МС), для которых разработаны методы измерения различных характеристик [1,2]. Толщину МС измеряют методом спектроскопии внутреннего отражения (НПВО). Полученные величины коррелируют с величинами, измеренными независимым эллипсометричес-ким методом [3]. МС образуются в результате процессов массопереноса к границе раздела и структурообразования [4].
Представления о фракталах были введены Мандельбро-том [5]. Фрактальные подходы и основанные на них модели довольно быстро проникли в разные области естественных наук [6 - 9], в том числе и в химию [10]. Было показано, что ряд реальных физических явлений диффузионной природы носят фрактальный характер [6].
В качестве примера объекта с фрактальными свойствами мы предлагаем рассмотреть МС желатины. Ранее были выполнены исследования различных свойств МС [1,2], в том числе такой реологической характеристики, как предельное напряжение сдвига Рг для ряда белков. Определение толщины МС проводили по методике, изложенной в [ 11] с использованием метода внутреннего отражения в ИК-области спектра.
Метод анализа фрактальных структур при размерах порядка ангстрем и выше (применимый и к поверхностным фракталам) состоит в определении зависимости некоторого свойства Де), от геометрического параметра е:
1(6) ~
где £> - размерность фрактала. В логарифмической системе координат зависимость Це) от е представляет прямую, тангенс угла наклона которой дает значение фрактальной размерности £> [10 ]. На подобном подходе основаны методы определения фрактальной размерности многих самоподобных структур [12 ].
На рисунке показаны зависимости 1п Рг предельных напряжений сдвига двумерной структуры МС (дин/см) от
-19,0 -18,5 -18,0 -17,5
1пё
Зависимости 1пР от 1ш/ для: 1 - четыреххлористого углерода (Л = 0,994) и 2 - бензола (Д = 0,997)
1пс? толщины МС (см). Экспериментальные точки укладываются на прямые 1п/>1=22,614+ 1,361т/ для границы с четыреххлористым углеродом и 1п/>1 = 31,18 + 1,751ш/ для границы с бензолом. Величины £> для границы с бензолом и четыреххлористым углеродом составляют 1,75 и 1,36, соответственно.
Из полученных данных можно заключить, что на начальных стадиях образования МС, когда процесс носит преимущественно диффузионный характер, прочность МС определяется главным образом количеством
адсорбирующихся макромолекул и их агрегатов, т.е. процессами массопереноса. В этот период МС проявляет фрактальные свойства. После достижения слоем предельной толщины </...„. (около 20 - 30 нм) его прочность определяется процессами структурирования и представленная зависимость теряет линейность. Не исключено, что подобные зависимости будут получены и для таких белков, как сывороточный альбумин человека, яичный альбумин, а-химотрипсин, бычий сывороточный альбумин и некоторых других.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Измайлова В.Н., РебиндерП.А. //Струюурообразование в белковых системах. М., 1974. С. 268.
2. Измайлова В.Н., ЯмпольскаяГ.П., СуммБ.Д. //Поверхностные явления в белковых системах. М., 1988. С. 240.
3. Тарасевич Б.Н., Бусол Т.Ф., Пшеницын В.И., Измайлова В Н. И
Высокомолек. соединения. 1984.26. № 5. Р. 1106.
4. Тарасевич Б.Н., Измайлова В.Н. II Вести. Моск. ун-та. Сер. 2, Химия. 1997.38. С.
5. Mandelbrot B.B. The fractal geomeüy nature. N.Y., 1983. С. 327.
6. Фракталы в физике. / Тр. VI Международного симпоз. по фракталам / Под ред. Л.Пьетронеро, Э.Тозатга. М., 1988. С. 672.
7. Фрактальные объекты в математике, физике, биологии //Тез. докл. семинара-совещания, Славянск. Киев, 1991.
8. Фракталы в прикладной физике / Под ред. А^Е.Дубнова. Арзамас-16, 1995.
9. Смирнов Б.М. Физика фрактальных кластеров. М., Наука. 1991.
10. Иванова B.C., Баланкин B.C., Бунин И.Ж., Оксогоев A.A. Синергетика и фракталы в материаловедении. М., 1994. С. 384.
11. Тарасевич Б.Н., Измайлова В.Н.// Ж. научной и прикладной фотографии.. 1997.42. С. 46.
12. ФедерЕ. //Фракталы. М., 1991. С. 254.
Поступила в редакцию 29.05.97
