автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.18, диссертация на тему:Локальная гетерогенность структуры ионообменных мембранных систем по данным мессбауэровской спектроскопии

ргв од

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ^ 2 Г.гН > РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени Л.Я. Карпова

На правах рукописи Костюченко Ирина Георгиевна

ЛОКАЛЬНАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ СТРУКТУРЫ ИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАННЫХ СИСТЕМ ПО ДАННЫМ МЕССБАУЭРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

05.17.18 - мембраны и мембранная технология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА -2000 г

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор С.Ф. Тимашев, кандидат физико-математических наук, Ф.Х.Чибирова

Официальные оппоненты: доктор физико математических наук,

Ю. К. Товбин, кандидат химических наук, А. С. Плачинда.

Ведущая организация: Институт нефтехимического

синтеза имени А.В.Топчиева РАН.

Защита состоится $ июня 2000г. в н час. на заседании Специализированного ученого совета Д. 138.02.06 при ГНЦ РФ НИФХИ им. Л Л.Карпова по адресу: 103064, Москва,

ул. Воронцово поле 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ НИФХИ им. Л.Я.Карпова.

Автореферат разослан £ 2000г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета, Кандидат химических наук

А.В.Воробьев

\NJrn СГ^РГ--(Г\Л - О. О. /С (О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Гетерогенность структуры ионообменных мембранных материалов на различных

пространственных масштабах является одной из важнейших особенностей, определяющих функциональные свойства мембранных систем. Многочисленные исследования показали, что в широком классе химических и биологических ионообменных мембран трансмембранпый перенос заряженных ионов осуществляется через ионные каналы- специализированные "пути переноса" ионов, вдоль которых локализованы гидрофильные функциональные (ионогенные, полярные) группы. Изучение субмикроструктуры ионных каналов, условий их формирования, механизмов трансмембранного переноса, зависимости функциональных свойств мембран от конкретного вида локальной гетерогенности структуры является актуальной научной задачей, которая решается с помощью различных физико-химических методов.

Применение метода мессбауэровской спектроскопии для изучения субмикроструктуры ионных каналов мембран, когда в качестве противоионов используются ионы железа, оказалось весьма перспективным. В мессбауэровских спектрах ионообменных мембран сосредоточена уникальная информация о локальной симметрии и пространственном окружении мессбауэровского иона в мембране, о его зарядовом состоянии и характере магнитных взаимодействий с другими ионами, а также о степени подвижности самого мессбауэровского иона и фрагментов полимерных цепей, с которыми он связан. Анализ этой информации позволяет делать выводы о степени гетерогенности гидрофильных участков и с большой точностью оценивать взаимное расположение и размеры структурных элементов. Поэтому развитие методик анализа наноструктуры мембранных систем, основанных на применении мессбауэровской спектроскопии, проведенное в данной работе, позволяет продвинуться в решении проблем взаимосвязи структуры и функциональных возможностей ионообменных мембранных материалов различной природы.

В качестве одного из объектов исследования были выбраны мембраны, полученные из смеси двух ароматических полиамидов, один из которых содержит сульфокислотные функциональные группы. Полнмерч такого типа успешно используются для создания первапорационных, ионообменных и обратно-осмотических мембран. В настоящее время па их основе разрабатываются новые мембраны для дегидратации простых газов.

Поэтому проведенное в данной работе исследование конечной зависимости структуры полимеров от процентного состава компонентов смеси является актуальной задачей.

Другим объектом настоящего исследования была пурпурная мембрана галобактерий, содержащая бактериородолсин - фоточувствительный мембранный белок, который является одним из наиболее перспективных объектов для применения в биомолекулярной электронике. Несмотря на детально изученный механизм внутримембранного протонного переноса, остаются невыясненными характер процессов на поверхности пурпурных мембран при протонном обмене бактериородопсипа с внешней средой и роль в этих процессах двухзарядных катионов металлов. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей диссертации является развитие методов анализа структуры мембранных материалов, основанных на применении мессбауэровской спектроскопии, и использование разработанных методик для анализа гетероструктуры синтетических и природных мембранных систем.

Были поставлены следующие задачи:

- выявить возможности регистрации с помощью метода мессбауэровской спектроскопии локальных структурных перестроек, сопровождающих процессы дегидратации, в матрице ионообменных материалов (на примере восстановления железа в мембране из трехвалентного в двухвалентное состояние, в том числе при нейтрализации мембраны ионами Ре3+ в растворе БеСЬ);

. - разработать методику определения локальной гетерогенности распределения внутри ионного канала функциональных групп путем определения микроструктуры осажденных в поры мембраны железосодержащих частиц, проявляющейся в релаксационных мессбауэровских спектрах;

- установить зависимость конечной структуры полимерных матриц с последовательно меняющимся составом от процентного состава компонентов смеси на примере сульфонатсодержащих ароматических полиамидов с различной концентрацией сульфокислотных групп;

- выявить структурные особенности мест связывания катионов металлов с пурпурными мембранами галобактерий в зависимости от количества катионов на одну

молекулу белка и возможный механизм влияния катионов металлов на характер процессов на поверхности мембраны при протонном обмене мембраны с внешней средой.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

В данной работе впервые были получены следующие результаты.

Экспериментально установлено, что при дегидратаций полностью нейтрализованной ионами железа ионообменной мембраны до 4-6 молекул НгО на ионогенную группу происходит полное восстановление трехвалентного железа до двухвалентного состояния. Предложен механизм этого процесса, объясняющий эффект восстановления Ре3+- Ре2+ непосредственно при входе иона Рел+ в мембрану из раствора трехвалентного железа наличием в ионных каналах мембраны тупиковых гидрофобных ответвлений.

На основе анализа релаксационных мессбауэровских спектров развита методика выявления микроструктуры ультрамалых железосодержащих частиц и связанной с ней локальной гетерогенности ионных каналов.

Установлена зависимость структуры ионной фазы сульфонатсодержащих ароматических полиамидов с различной концентрацией сульфокислотных групп от процентного состава компонентов смеси и объяснена причина этой зависимости.

Выявлено различие мест локализации катионов металлов на поверхности пурпурной мембраны в зависимости от их количества, приходящегося на одну молекулу белка, и предложен механизм участия этих катионов в фотозависимом трансмембранном переносе протона.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Развитая в диссертации методология анализа локальной гетерогенности мембранных систем, основанная на привлечении уникальных возможностей техники мессбауэровской спектроскопии, может быть использована для выявления особенностей структуры на характерных манометровых масштабах в широком классе наногетерогенпых систем, в том числе для контроля структуры мембранных

материатов при их синтезе, в условиях функционирования, при разнообразных модиф икациях.

Выявленная зависимость структуры нового типа полимерных мембран от процентного состава компонентов смеси для пленок, состоящих из сульфонатсодержащих ароматических полиамидов с различной концентрацией сульфокислотных групп, и установленный для этого класса полимеров состав, оптимальный для формирования ионных каналов, могут быть использованы при разработке различных типов мембран на основе ароматических полиамидов.

Полученные экспериментальные данные о локализации ионов металлов в ПУРПУРНЫХ мембранах галобактерий и предложенная модель роли катионов металлов в механизме активного транспорта могут быть использованы при разработке фотохромных и электрохромных систем на основе бактериородопсина.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

Восстановление трехвалентного железа до двухвалентного состояния в мембране, полиостью нейтрализованной ионами железа, связано с дегидратацией мембраны, не сопровождается деструкцией полимера и происходит вследствие гетеролитической диссоциации воды, вызванной конформационными перестройками в ионном канале мембраны.

В мембране, полностью нейтрализованной ионами Ре3+, определяемые из анализа мессбауэровских спектров относительные доли фракций димеров, заряженных кластеров и изолированных ионов трехвалентного железа, характеризуют степень гетерогенности ионного канала. Относительная доля фракции двухв&тентного железа может характеризовать долю тупиковых гидрофобных ответвлений в ионных каналах мембраны, участие которых в ионном обмене затруднено.

Принципиальная возможность на основе анализа мессбауэровских релаксационных спектров выявления микроструктуры железосодержащих частиц, осаждаемых в поры ионообменной мембраны в Бе - форме при ее нейтрализации в щелочи, связанной с локальной гетерогенностью распределения ионогенных групп в ионном канале мембраны. На наличие такой микроструктуры указывает обнаруженная зависимость

среднего объема указанных частиц от температуры при теоретическом описании, в предположении справедливости модели Морупа, температурной зависимости релаксационных мессбауэровских спектров этих частиц.

Выявленная зависимость структуры сульфанатсодержащих ароматических полиамидов с различной концентрацией сульфокислотных групп от процентного состава компонентов смеси. Установленные наиболее благоприятные условия для формирования ионных каналов при равном соотношении компонентов.

Выявленное разделение мест связывания ионов Ре3+ с пурпурной мембраной галобактерий в зависимости от их количества в мембране. Предложенный механизм участия катионов металлов в активном транспорте протона, состоящий в создании условий обогащения протонами устья Н+- транспортного канала.

ПУБЛИКАЦИИ

По теме диссертации опубликовано 6 работ. ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, трех глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 84 стр., содержит таблиц, 19 рисунков и 103 библиографические ссылки. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты работы представлялись на Ш всесоюзном совещании по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий (Алма-Ата, 1989г.), на юбилейной конференции НИФХИ им. Л.Я.Карпова (1998г.), на Всероссийской научной конференции "Мембраны-98" (г.Москва, 1998г.)

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется цель работы, кратко обсуждается ее актуальность, отмечена новизна полученных результатов и их научная ценность. В литературном обзоре (Глава 1) рассмотрены следующие вопросы:

Роль локальной гетерогенности в формировании свойств мембранных систем и методы ее исследования.

Возможности метода мессбауэровской спектроскопии в исследовании локальной гетерогенности мембранных систем.

Краткие результаты мессбауэровских исследований гидратных комплексов железа в растворах и в перфторировапной сульфокатионитовой мембране в Бе -форме; результаты мессбауэровских исследований железосодержащих частиц, в том числе частиц, осажденных в поры перфторированной сульфокатионитовой мембраны.

Глава 2 посвящена разработке методик исследования локальной гетерогенности ионообменных мембранных систем на основе анализа их мессбауэровских спектров.

В качестве образца для разработки методик была выбрана перфторированная сульфокагжшитовая мембрана, структура которой интенсивно изучалась в ряде работ сотрудников нашего института и описана моделями, представленной в [Тимашев С.Ф. Физико- химия мембранных процессов. //1988. М. Изд. Химия С.179-218; Товбин Ю.К. ЖФХ 1998 т.72 N1. 55-59.]. Эти модели были приняты за основу при разработке методик, представленных в данной диссертации. Для проведения мессбауэровских исследований в мембрану в качестве противоионов ионогенных групп вводились ионы 57Ре3+. Перед измерениями образцы быстро замораживались до температуры 77К. Из анализа литературных данных известно [Р1асЫпсЗа А.Б., Макагоу Е.Б. Chem.Phys.Lett. 1972 15(4) 627-630], что при этом в ионообменных материалах не происходит кластерирования присутствующих в них обменных катионов.

Измерение мессбауэровских спектров проводили на спектрометре, работающем в режиме постоянного ускорения. Скорость движения калибровали лазерным интерферометром. В качестве источников излучения использовали 57Со(Сг) и 57Со(Р<1). Регистрацию спектров осуществляли при помощи резонансного детектора, разработанного в НИИЯФ МГУ. Отличительной особенностью таких детекторов является селективная чувствительность к резонансным ^-квантам, позволяющая эффективно исключать нерезонансный фон. Для измерений в низкотемпературной области использовали проточный гелиевый криостат с регулятором, поддерживающим заданную температуру с точностью +0.5К. Измерения проводились в диапазоне скоростей ± 10 мм/с.

В главе 2.2 обсуждается методика, основанная на исследовании влияния локальной гетерогенности мембранных материалов на образование в них гидратных комплексов железа. На рис.1 суммирована информация о форме комплексных

СРе^ОНТ * Т" Я 2° , У О »РгО [ 1'!! О! И1 и ¡1 1 « \1 ¡| 1, Г 1Б= 0.4-0.6 мм/с Н^ 560-585 КЭ а Ре-Ее >1.2 нм

1 1 ! 1 ' [ ¡5! А • - В2 . 1Б= 0.4-0.5 мм/с С>Б= 0.3-0.5 мм/с с1 Ре - Бе < 1.2 нм

/ Л 1 /\ /_ч Л ■/"Л ¡^ 15=0.4-0.5 мм/с Нст= 430-450 КЭ ё Ре -Ре ~ 0.3 нм

и «г.О - ■ „ _ Л . Г - 1 ' 1 ! 5 1 1 1 1: 1! I 15= 0.4-0.5 мм/с С>81= 1.6-1.73 мм/С С>82= 0.7-0.9 мм/с ё Ре - Ре ~0. 3 нм

С 1; ■■! 1 1 ! 1! '1 '1 1 1 БЗ 1.3-1.4 мм/с С>8=2.6-3.5 мм/с

-ГО --5 0 5 1'0 V [ мм/с ]

Рис.1. Схематический вид различных комплексных противоионов железа в мембране, соответствующие им мессбауэровские спектры и диапазоны значений параметров, наблюдаемых нами в исследованных мембранах приТ=5К.

противоионов железа (в соответствии с принятыми моделями ионной фазы мембраны), наблюдавшихся нами в различных мембранных системах, и о соответствующих им мессбауэровских спектрах, с указанием параметров этих спектров. Указанные расстояния между ионами железа характеризуют и расстояния между нейтрализуемыми ими функциональными группами.

Из представленной схемы видно, что гидратированные ионы Бе*3 наблюдаются в мембране в форме мономеров, отстоящих друг от друга на различных расстояниях, димеров и многоядерных комплексов. Существенное различие в значении мессбауэровских параметров, соответствующих каждому из этих комплексов, позволяет надежно идентифицировать их в сложном спектре мембраны.

Таблица 1. Процентное содержание различных форм железа в мессбауэровских спектрах (Т=5К) перфторированных сульфокатионитовых мембранах с одинаковой (в пределах 3%) обменной емкостью, произведенных разными фирмами. Гидролиз проводился в смеси ЫаОН с метанолом; "-гидролиз в смеси этилен-диамина с этилен-гликолем.ч-НгО

№ Наименование Процентное содержание разных форм желез перфтор. мембранах (%)

Чехосл. Москва Ленингр. Ленингр.*

1 [Реа*(0Н)]х5Н20 с1(Ре-Ре) > 12 А 75 60 50 15

2 [Ре'+(0Н)]х5Н20 с!(Ре-Ре) < 12 А 5 10 10 10

3 [Ре-0-Ре]4+х ЮН20 10 25 35 75

4 [Ре2+(0Н)]х5Н20 10 5 5 -

Статистический характер распределения БОз -групп в аморфной части мембраны обуславливает формирование всех этих комплексов даже в мембране, полностью нейтрализованной ионами железа. На основе опыта, накопленного в лаборатории, была разработана методика получения образцов перфторированной сульфокатионитовой

мембраны, в которых происходит полный ионный обмен ионов № на ионы железа. Нами были исследовано содержание разных гидратных комплексов Ре3+ в различных образцах таких мембран (таблица 1). Оказалось, что соотношение долей рассмотренных комплексов железа в этих мембранах различается более чем вдвое, указывая на локальные различия в субмикроструктуре ионных каналов разных мембран.

I

Следует особо отметить тот факт, что, наряду со всеми перечисленными возможными комплексами трехвалентного железа, как нами, так- и рядом других исследователей в мембране наблюдалась более или менее значительная фракция ионов двухвалентного железа, в то время как ионы железа вводились в мембрану из раствора РеС1з. Из этого следует, что восстановление железа происходит в процессе образования ^комплекса мембрана-ион.)Для этого мембрана в № -форме выдерживалась несколько !суток в 0.01М растворе БеСЬ с рН=2, в котором количество ионов Ре+3 в 1000 раз превышало количество, необходимое для полного ионного обмена. Измерения, проведенные ранее с помощью радиоактивного изотопа 59Ре, показали, что в мембране,

.Обработанной таким образом, содержится 1Ре/280з.

1—

В данной работе ставилась задача понять механизм процесса восстановления железа в мембране и установить его связь с локальными особенностями структуры мембран. С этой целью была детально изучена зависимость количества образующейся фракции ионов Ре24" от влагосодержания мембраны.

Было подготовлено 13 одинаковых образцов мембраны в Ре -форме, полностью нейтрализованных ионами железа. Далее эти образцы подвергались дегидратации, каждый в определенном режиме, причем режимы существенно отличались по жесткости: от дегидратации на воздухе при комнатной температуре до дегидратации в вакууме при температуре 200°С. Дегидратация проводилась в сушильном шкафу, оснащенном терморегулятором. Для создания условий вакуумной дегидратации образец, кроме того, помещался в колбу из термостойкого стекла, из которой откачивался воздух до давления 10"3атм., после чего колба запаивалась. На рисунке 2 показаны некоторые из полученных при Т=5К мессбауэровских спектров указанных образцов, демонстрирующие последовательную трансформацию мессбауэровского спектра, связанную с изменением состояния ионного каната в процессе дегидратации

мембраны. В таблице 2 приведены мессбауэровские параметры составляющих этих спектров, соответствующие указанным выше комплексам железа.

Таблица 2 Мессбауэровские параметры различных форм железа, наблюдаемые в спектрах перфторированных сульфокатионитовых мембран, подвергавшихся дегидратации (параметры 031 и 032 получены для максимально дегидратированного образца; параметры комплексов ре3+ в пределах ошибки не изменялись ). Т=5К.

Изомерный Квадрупольное Сверхтонкое

№ Наименование сдвиг, расщепление, поле,

5, мм/с мм/с Нет, кэ

01 [Ре-0-Ре]4+хЮН20 с1(Ре-Ре)=3.1нм 0.45 + 0.02 1,68 ±0,05

02 [Ре3+(0Н)]х5Н20 с!(Ре-Ре)< 1.2нм 0.4 + 0.02 0,45 + 0,05

03 [Ре2+(0Н)]х5Н20 1,34 ±0,01 3,36 + 0,05 -

031 3.32 ±0,08

032 2,73 ± 0,08

4 [Ре3+(0Н)]х5Н20 с)(Ре-Ре) > 1.2нм 0.45 ± 0,05 575 + 5

Из рис.2 видно, что в результате обработке образца в вакууме при температуре 200°С в течение двух часов (рис. 2с1) все трехвалентное железо в мембране восстанавливалось до двухвалентного состояния. Более детальный анализ мессбауэровского спектра двухвалентного железа показал, что соответствующий ионам Ре2+ дублет (03) состоит из двух (031 и 032), различающихся величиной квадрупольного расщепления ((381=3.32 и <382=2.73). Как следует из литературных данных, полученные нами для двух дублетов значения квадрупольного расщепления соответствуют ионом Ре2+ координирующим различное количество молекул воды (6 или меньше). На рис.2е показан спектр образца 2с1, который затем выдерживался на воздухе при комнатных

°> :! Г=5Х

-Ю -3 О +5 -1-Ю

V [тт/с]

Рис. 2. Влияние разных режимов дегидратации на форму месссбауэровских спектров образцов перфторированной сулфокатионитовой мембраны, полностью нейтрализованной ионами Ре3+ а)спектр исходных образцов Ь) 4 месяца в вакууме при Т=20 0 С; с) 80 мин. в вакууме при Т=100° С; ()) 120 мин. в вакууме при Т=200° С; е) образец (с!) после 4 месяцев на воздухе при комнатной температуре и влажности.

условиях в течение двух месяцев. На спектре явно заметны дублеты, соответствующие трехвалентному железу в форме димера и в форме мономера. Следовательно, появление в мембране дополнительного количества воды приводит к окислению железа, которое вновь образует в ней формы, свойственные исходному образцу до термической дегидратации.

Чтобы учесть возможное влияние полимерной матрицы и функциональных групп на процесс восстановления железа в мембране в условиях термической сушки, мы провели аналогичный эксперимент с перфорированной мембраной типа Кайоп производства США, Чехословакии и с сулфонатсодержащей мембраной с матрицей из ароматических полиамидов, а также с перфторированной мембраной с карбоксильными группами. Во всех случаях происходило полное восстановление Ре3+ в Ре2^ после дегидратации образца при Т=200С в вакууме и частичное восстановление на воздухе при комнатных условиях. В ИК спектре образца (2(1), подвергнутого термообработке в вакууме при Т=200С было отмечено существенное уменьшение количества воды по сравнению с исходным образцом (2а) и не было зарегистрировано продуктов деструкции полимерной матрицы. Все представленные результаты говорят о том, что наблюдаемое восстановление железа в мембране происходит вследствие взаимодействия иона Ре3+ с молекулами воды из его ближайшей гидратной оболочки, а причиной являются конформационные изменения, происходящие в ионном канале в процессе удаления из него воды и увеличения жесткости полимерной матрицы. Заметим, что в максимально обезвоженной мембране расстояние иона Ре2+ до второй 803-группы должно оказаться не больше, чем ~0.3-0.4нм, чтобы он мог связывать две сульфогруппы. Выполнение этого условия может оказаться затруднительным из-за возникающих при обезвоживании мембраны механических напряжений, связанных с увеличением жесткости основной полимерной цепи.

Указанные конформационные изменения можно представить следующим образом: в процессе ухода молекул воды, формирующих ионную связь [Ре3+ОН"]пНгО— вО'з, кулоновское притяжение иона Ре3+ и двух ЭОз- групп вызывает прогиб полимерных цепей, сопровождающийся возникновением механического напряжения, и сильную поляризацию связи Н+ — ОН' в молекуле воды. Когда механическое напряжение превосходит силу кулоновского притяжения, происходит разрыв связи —

БОэ- —тН20 [Ре3+0Н"]пН20— вОз- с образованием ионов Н+ и ОН", т.е. гетеролитическая диссоциация воды в присутствии 503- группы. При этом образовавшийся ион Н+ нейтрализует освободившуюся сульфогруппу, а ОН" образует с ионом Ре3+ комплекс с переносом заряда [Те2+ОН], который диссоциирует на Ре2+ и ОН. Образующиеся в этой реакции радикалы ОН' могут участвовать в образовании перекиси водорода и, затем, Ог и Н2.

Исходя из предложенного механизма, эффект восстановления железа непосредственно при входе иона Ре3+ в мембрану из раствора может быть объяснен наличием в ионных канатах мембраны тупиковых фрагментов, обедненных функциональными группами, в которые проникновение воды затруднено из-за гидрофобности полимерной матрицы.

Таким образом, показано, что относительная концентрация различных гидратных комплексов железа в мембране может служить характеристикой степени локальной гетерогенности в распределении ионогенных групп по длине ионного канала. Так, в мембране, полностью нейтрализованной ионами железа, введенными из раствора РеС1з, определяемые из анализа мессбауэровских спектров . относительные доли фракций димеров, заряженных кластеров и изолированных ионов железа характеризуют степень гетерогенности ионного канала. Относительная доля фракции двухвалентного железа может характеризовать долю тупиковых гидрофобных ответвлений в ионных каналах мембраны, участие которых в ионном обмене затруднено.

В разделе 2.3 обсуждается возможность выявления локальной гетерогенности мембран из анализа температурной зависимости мессбауэровских релаксационных спектров железосодержащих частиц, сформированных .в порах мембраны.

Для получения таких частиц мембрана в Ре - форме выдерживалась в 6К растворе №ОН в течение 12 часов при температуре 20°С. Известно, что при этом в порах мембраны образуются железосодержащие частицы на основе уже существующих в ионных каналах зародышей в виде заряженных гидратных комплексов железа разного размера. В процессе формирования эти мелкие кластеры, вырастая за счет мигрирующих из соседних областей ионов, соединяются в одну частицу. Поэтому логично предположить, что такая частица может быть не однородной по составу, а

представляет собой конгломерат более мелких частиц. При этом степень дисперсности частиц, составляющих конгломератную частицу, отражает локальную гетерогенность распределения функциональных групп вдоль ионного канала.

Поэтому следующая цель данной диссертации была разработать на основе использования техники мессбауэровской спектроскопии методику определения субмикроструктуры осажденных в поры мембраны железосодержащих частиц, связанной с локальной гетерогенностью распределения внутри ионного канала функциональных групп. Такую возможность дает анализ температурной зависимости мессбауэровских релаксационных спектров таких частиц, представленных на рис.3.

Для количественного описания полученных спектров мы воспользовались физической моделью суперпарамагнитной релаксации [Morup S., Dumesic J.A. and Topsoc H.// Application of Mosbauer Spectroscopy 1980. v. 11 ed.R.L.Colen (Academic Press,N-Y,) p.1-53]. Для ультрамалых однодоменных частиц энергия магнитной анизотропии сравнима с тепловой энергией даже при достаточно низких температурах. Это вызывает флуктуации вектора намагниченности частиц. При этом существует два механизма релаксации.

Первый из них, так называемые коллективные магнитные возбуждения, связан с флуктуациями вектора намагниченности вблизи оси легкого намагничивания. Обычно эти флуктуации быстры по сравнению с характерными временами (10"7с) эффекта Мессбауэра на ядре 57Fe. Поэтому они приводят к определенному виду распределения сверхтонких полей :

где Но- -магнитное сверхтонкое поле в отсутствие флуктуаций, 9 -угол между вектором намагниченности и осью легкого намагничивания, < > означает усреднение по распределению д( 0), где

Нет =HO<COi(0) >,

(О

(2)

Здесь Е- энергия анизотропии, которая в аксиально симметричном случае может быть представлена в виде:

где К- константа энергии анизотропии, приходящаяся на единицу объема; К-объем частицы. Выбор энергии анизотропии аксиально симметричного вида продиктован в данном случае реальной вытянутой формой осажденных в поры мембраны частиц.

по размеру, Р(У), при достаточно низких температурах должно наблюдаться распределение магнитных сверхтонких полей (1), отражающих распределение Р(У).

Второй механизм релаксации (суперпарамагнитная релаксация) связан с флуктуациями вектора намагниченности между двумя направлениями оси легкого намагничивания. Если частота этих флуктуаций у попадает в окно мессбауэровских частот, то мессбауэровские спектры сильно трансформируются в зависимости от величины у. Сама скорость релаксации у зависит от объема частицы и в случае КУ > кТ и энергии анизотропии (3) может быть представлена в виде:

где у о -некоторая постоянная. Наличие распределения по размерам частиц Р(У) приводит к тому, что наблюдаемый мессбауэровский спектр является суперпозицией спектров, соответствующих различным скоростям релаксации. В частности при определенной температуре более крупным частицам соответствует сверхтонкая структура, а более мелким - парамагнитный дублет в центральной части спектра.

С точки зрения суперпарамагнитной релаксации под частицами разумно понимать такие области, магнитный момент которых флуктуирует как единое целое в поле магнитной анизотропии. В случае неоднородной по составу частицы повышение температуры и увеличение тепловой энергии может вызвать разрыв магнитных и обменных связей между близкими областями с высокой концентрацией магнитных атомов и таким образом приводить к уменьшению (в смысле суперпарамагнитной

Е=КУ*т7 в ,

(3)

Поскольку в действительности всегда имеется некоторое распределение частиц

(4)

Рис.?. Температурная зависимость вида мессбауэровских спектров железосодержащих частиц, осажденных в поры перфторированной сульфокатионитовой мембраны. Точками показаны экспериментально измеренные значения поглощения; неприрывная кривая показывает результаты теоретических расчетов, основанных на двухуровневой модели суперпарамагнитной релаксации и учитывающих вклад коллективных возбуждений.

релаксации) их 'эффективных' размеров. Это, естественно, должно сказываться на форме соответствующих мессбауэровских спектров.

Для того, чтобы выделить из распределения «эффективных размеров» осажденных частиц ту его составляющую, которая определяется ее внутренней структурой, необходимо было сначала из независимых измерений получить распределение по размерам этих частиц без влияния внутренней структуры. Такую возможность, как следует из формул (1-3), дает мессбауэровский спектр, измеренный при Т=5К (рис.3), поскольку на его форму, в соответствии с принятой моделью, влияют только коллективные возбуждения. Спектр представляет из себя секстет уширенных линий с явно выраженной (особенно у крайних компонент) ассиметрией, обусловленной распределением сверхтопких полей. Его параметры (18=0.48 ± 0.03мм/с, Нст=510± 5КЭ) соответствуют а -РеООН. На рисунке 4 представлено полученное из этого спектра распределение частиц по параметру КУ/кТ.

Рис.4. Распределение по размерам железосодержащих частиц, осажденных в поры перфторированной сульфокатионитовой мембраны, полученное из- распределения сверхтонких полей.

Используя это распределение и температурную зависимость в виде (4), нам удалось в деталях описать теоретически все измеренные экспериментально мессбауэровские спектры (непрерывная линия на рис.3), только при условии изменения на порядок

значения параметра у0 с изменением температуры (рис.5). Такое значительное изменение у о мы связываем с ожидаемым изменением с температурой «эффективных размеров» осажденных частиц.

Чтобы получить зависимость эффективного объема частицы от температуры из зависимости у 0(Т), нужно использовать следующие уравнения:

.„. [кТ КУ. 0 I кТ . КУ(Т). ,,,

Уо(Т),-ехр{--}=го ,-ехр{--—} (5)

' \КУ У кТ \КУ(Т) кТ

где У° =2.5нм3 и ^0°=7мм/с это средний объем и параметр частоты осцилляций при Т=5К.

100-

£ Е

50-

Т-г 10

I I 1 ( I I I I ' I > 1 -1

20 30 40

■ЛТП

50

Т, К

■1111111 60 70

Рис. 5. Температурная зависимость у „ (предэкспоненциального коэффициента в выражении для зависимости скорости сулерларамагнитной релаксации магнитного момента частицы от ее объема). Значения у „ получены из экспериментальных данных в предположении температурно- независимого распределения частиц по объему. После простых преобразований получаем:

/■О

кТ" Т

о о

1 V0

КУ%Т°\ У(Т) I

Го

к

Где Т"=5К и KV" о /кТ°~6.5 максимум в распределении по размерам частиц (рис.5); СТ^У^А ttO/\UZ4€M V(T) (рис. 6). Значение константы анизотропии К=1.7 105 Дж м"3 мы взяли из литературных данных для аналогичных частиц, осажденных в поры мембраны. Видно, что «эффективный объем» частиц изменяется на порядок.

Таким образом, исследование температурной зависимости мессбауэровских спектров ультрамалых частиц, сформированных в порах полимерной ионообменной мембраны, с применением указанной модели магнитной релаксации показало, что с их помощью можно получать информацию о субмикроструктуре железосодержащих частиц, осажденных в поры мембраны..

3.0

2.0 -

1.0 -

0.0

I \ I I I I I 1 I I Г I I I I I I I I 1 I I ' ' | I I I I 1 I I I I 1

10 20 30 40 50 60 70

Т, К

Рис.6. Температурная зависимость среднего эффективного магнитного объема частиц, осажденных в поры перфторированной сульфокатионитовой мембраны, полученная из температурной зависимости у „ в соответствии с формулами (5-6).

Из приведенных формул была получена зависимость среднего эффективного объема формируемых в порах мембраны частиц, которая может служить доказательством локальной гетерогенности структуры ионного канала мембраны.

В главе 3 разработанные на основе применения техники мессбауэровской спектроскопия методики использованы для исследования особенностей структуры мембран, создаваемых в нашей лаборатории, которые получаются из смеси двух ароматических полиамидов: один содержит две сульфокислотные группы на звено

(ПА), а другой представляет собой поли-т-фениленфтатамид (ПФ), не содержащий этих групп.

Целью исследования указанных полимеров было установить зависимость их структуры от процентного состава компонентов смеси.

Строение используемых полимеров ПА и ПФ можно представить в следующем виде:

о о ,__.

с

-С-1У1Н-<Ч />—<ч />-N1-1-

V "

//

503 №+ БОз^а-№ соль поли-2,2'-дисульфокислоты- 4,4'-дифенилизофталамида (ПА)

О О

I1 ¡1 - ын ^ V Ш - С с

поли-т-фениленизофталамид (ПФ)

Образцы мембран готовили из смеси этих полиамидов (ПА и ПФ) в диметилформамиде методом полива. Были получены пленки толщиной 50-70 мкм из смесей с различным мольным содержанием ПА, а именно 70 ( ПА-70), 55 (ПА-55),45 (ПА-45) и 25 мол %(ПА-25). Приготовление образцов в Ре -форме и осаждение в порах мембран железосодержащих частиц проводили в соответствии с описанной в главе 2 методикой.

Мессбауэровские спектры ионов Ре3+ в исследуемых пленках из ПА-ПФ показаны на рис.7. Экспериментальные значения параметров этих спектров приведены в Таблице 3, а значения процентного содержания различных форм железа в исследованных образцах пленок ПА-ПФ представлены в Таблице 4. Из таблицы следует, что в зависимости от концентрации функциональных групп в полимере формируется больше или меньше димеров, а также соответствующие количества мономеров обоих сортов. Двухвалентное железо наблюдается в спектрах пленок из ПА-ПФ при 70% и 25% концентрации ПА, причем восстановленным оказывается до 60% железа. В то же время в спектрах пленок средних концентраций (45% и 55%) все или почти все железо оказывается в трехвалентном состоянии.

105

100

95'

90

-- ..Т..—

С( 1

П-

а)

Т=5К

85—+

-10

-5

105

О

V [тт/с]

+5

+10

100- —

V У -

95

ш

оз О 1

I

; I ЬгГА \ 1

' ¡и

90

1

85 г

ь)

Т=5К

-10

+5

НО

21

-5 О

\/ [тт/с]

Рпс. 7. Мессбауэровские спектры исследуемых пленок из ПА-ПФ в Ре- форме со схематическим указанием вклада различных комплексов железа: (а) ПА55- все железо находится в Ре3+- форме; ( Ь) ПА70- существенная часть ионов Ре3+ восстановилась до в

Таблица 3. Мессбауэровские параметры форм железа, наблюдаемые в пленках из ПА-ПФ.

№ Наименование Изомерный сдвиг, 8, мм/с относит а -Ре Квадрупольное расщепление, Д, м Сверхтонкое пол' Нет, КЭ

1 [Ре3*(0Н)]х5Н20 с!(Ре-Ре)< 1.2нм 0.45 + 0.02 0,45 ±0,05

2 [Ре-0-Ре]4+хЮН20 <1(Ре-Ре)=3.1нм 0.45 ± 0.02 1,73 + 0,05

3 [Ре^(0Н)]х5Н20 1, 34 + 0,01 3,55 + 0,05

4 [Ре3,(СИ)]х5Н20 с!(Ре-Ре) > 1.2нм 0.5 ± 0,05 572 ± о

Таблица 4. Процентное содержание различных форм железа в мессбауэровских спектрах пленок из ПА-ПФ разного состава (Т=5К).

№ Наименование Процентное содержание разных форм желез пленках:

ПА(70) ПА(55) ПА(45) ПА(25)

1 [Ре3ч"(0Н)]х5Н20 с1(Ре-Ре) >12 А 30 20 15

2 [Ре3*(0Н)]х5Н20 с1(Ре-Ре)< 12 А 20 30 15 15

3 [Ре-0-Ре]4+х ЮН20 10 70 60 10

4 [Ре2+(0Н)]х5Н20 40 - 5 60

Следует подчеркнуть, что ионы железа вводились в пленку из раствора трехвалентного железа РеС13. Поэтому появление в мембранах фракции двухвалентного железа вызвано, по-видимому, процессом, аналогичным тому, что подробно рассмотрен в главе 2. Следует, однако, учитывать специфику рассматриваемого полимера, который является несшитой механической смесью двух полимеров: жесткость полимерных цепей как ПА, так и ПФ и жесткое прикрепление к ним функциональных групп. Полученная ранее для полимеров такого типа зависимость содержания воды от состава пленок ПА-ПФ в Ыа форме указывает на нелинейный рост среднего размера гидрофобных пор мембраны с ростом количества сульфогрупп.. При этом одновалентные ионы № координируется только с одной 803 -группой, что не создает препятствий для проникновения воды в пору. Нами была получена (рис.8) линейная зависимость среднего объема частиц, осажденных в пора исследуемых мембран, от количества полимера с (ПА) при условии одинаковой константы анизотропии для частиц, осажденных во всех образцах. Однако, в данном случае константа анизотропии может различаться для частиц, сформированных в полимерах разного состава. Как следует из литературных данных, для ультрамалых частиц значение константы анизотропии уменьшается с увеличением объема частицы. Учет этого фактора приведет к нелинейному росту среднего объема частиц, сформированных в порах

полимеров ПА+ПФ, е увеличением количества сульфогрупп на среднее звено полимерной цепи. Такая зависимость подтверждает наличие в ПА70 значительных по объему участков ионной фазы.

4\ ■ 1 1 ' 1 1 ......... ■ - - ■ '-■-- . 1 ! 1

Е с

+20

+30

+40 +50 РА(%)

+60

+70

+80

Рис. 8 Зависимость среднего объема железосодержащих частиц, осажденных в поры пленок из ПА+ПФ от процентного количества полимера с сульфогруппами (ПА).

Из полученных экспериментальных данных следует, что большое количество фракции восстановленного до двухвалентного состояния железа в мембране с 25% ПА объясняется малым размером гидрофильных участков и, связанным с этим, ее низким влагосодержанием. В полимере с 70% ПА наличие гидрофильных участков большого размера приводит к свободному доступу в них гидратированных ионных комплексов из раствора РеС13. В этой ситуации в ионном обмене с № могут принимать участие целиком димеры, которые способны эффективно сшивать разные полимерные цепи. Процесс сшивки должен сопровождаться уменьшением объема полимера и, следовательно, эффективной дегидратацией. Уменьшение степени разбухания полимеров из ПА+ПФ с увеличением количества введенных в него для сшивки ионов Са2+ отмечалось ранее в работах нашей лаборатории. Указанные дегидратация и конформационные перестройки приводят к уже рассмотренному выше механизму возникновения внутренних напряжений в ионной фате мембраны и конечной гетеролитической диссоциации молекул воды из гидратной оболочки железа, сопровождающейся восстановлением Ре3+ до Ре2+. Этот процесс снимает напряжение,

и часть димеров и мономеров остается невосстановленной. Таким образом причина восстановления железа в пленках из ПА+ПФ при 70% ПА состоит, по-видимому, в сшивании полимера двухзарядными и четырехзарядными гидратными комплексами Ре3+.

Из таблицы 4 видно, что в пленке из ПА-55 присутствуют 70% димеров и 30% мономеров трехвалентного железа, расположенных на расстояниях меньших, чем 12А (или мелких олигомеров). В образце ПА-45 найдено димеров 60% и 30% мономеров. Такие соотношения гидратных комплексов характерны для перфторированных сульфокатионитовых мембран, гидролизованных в этилен-гликоле.+этилен-диамине^-МгС морфолине. Отсутствие в пленках с близким процентным соотношением ПА и ПФ восстановленного железа говорит о том, что жесткости полимерной матрицы в этом случае оказывается достаточно, чтобы была сформирована устойчивая структура с относительно равномерным распределением в ней 803-групп, когда сшивка многозарядовыми гидратными комплексами железа не приводит к возникновению сильных напряжений. Такая ситуация может реализоваться, если гидрофильные области пленки ПА-55 и ПА-45, которые сформированы из полимерных цепей ПА с сульфогруппами, имеют структуру, аналогичную структуре гидрофильной части перфторированного полимера.

Таким образом, мессбауэровские исследования пленок из ПА-ПФ в Бе-форме и полученные данные о размерах осажденных в поры полимера из ПА+ПФ железосодержащих частиц показали, что структура и конформационные свойства ионной фазы мембран, состоящих из смеси двух ароматических полиамидов (содержащего и не содержащего сульфогруппы), существенно зависят от количественного соотношения компонентов смеси. При близких значениях процентного состава компонентов смеси формируется устойчивая структура гидрофильных участков мембраны с сульфогруппами в виде ионных каналов. Увеличение доли полимера с сульфогруппами до 70% приводит к ослаблению армирующих функций полимерной матрицы, росту среднего объема участков ионной фазы и сильной зависимости влагосодержания и конформационной структуры ионной фазы мембраны от заряда противоионов.

В главе 4 приведены результаты исследования биологической мембраны-бактериородопсина.

Бактериородопсин (БР) является интегральным мембранным белком пурпурных мембран галобактерий (ИМ), переносящим протоны из клетки во внешнюю среду под действием света. Известна первичная структура БР, имеются обширные данные о пространственном расположении различных аминокислотных остатков, а также об их участии в протонном транспорте. В нативных ПМ с каждой молекулой БР связаны 4 -5 ионов Са2+ и М§24\ Эти ионы играют важную роль в поддержании функционального состояния БР и в кинетике фотозависимого протонного переноса через ПМ. Замещение связанных с ПМ катионов ионами железа и позволяет использовать мессбаузровскую спектроскопию для изучения химической природы катион- связывающих групп в БР и влияния связанных ионов железа на функциональные свойства БР. Был использован накопленный нами опыт исследования .гидратных комплексов железа в синтетическох мембранах, в соответствии с которым считалось, что изолированный ион Ре3+ присутствует в БР как фактически двухзарядный комплекс Ре3+ОН" 5Н2О.

Методика получения образцов пурпурных мембран с введенными в них ионами Ре3+ подробно описана в диссертации.

Из литературных данных известно, что ингибирующее влияние ионов Ре3+ на перенос протонов отсутствует при соотношениях Ре3+/БР <2, тогда как присутствие Ре3+ в больших концентрациях приводит к замедлению транспорта Н4 примерно на порядок величины. Выбранный широкий диапазон соотношений Ре /БР (от 0,6 до 300) в исследованных образцах ставил целью получить различные формы ассоциатов железа с белком и проанализировать их влияние на функциональные свойства БР. Полученные низкотемпературные мессбауэровские спектры образцов Ре-ПМ (рис.9) отвечают различным аквакомплексам Бе3+ в координации с кислородсодержащими лигандами. Их мессбауэровские параметры приведены в таблице 5. Обнаружено, что изменение соотношения Ре/БР существенно влияет на форму спектров. При относительном содержании железа 0.6 и 1.5 Бе/БР наблюдаемые при 5К спектры представляют собой суперпозицию двух квадрупольных дублетов (рис. 1а, Ь). Интенсивный центральный дублет (01) характеризуется небольшим квадрупольным расщеплением ОЭ ~ 0.3 мм/с, наряду с ним присутствует менее интенсивный дублет

101 100 99 99

97; 96;

100

У1'..

58

96 ^

94 32 г 9088: 5

56

1„ ., ... ,

■4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4

]/[тт/с] ___ У[ттА]

100

98!

96

941.....

5

102 - ^ ) 100 - ^Цгг^,^ 98- 'А /' " ■

96 ; '

94 ■ 92: 90-

„_' д)/ъ / ВЯ=15

оо: 66

- ■

1 |

:

■10 -5 0 +5 -И -5 0 +5 +ГО

У[ттЛ:] V[mm/c]

100>

■.'У.У ч

> /

; < У

9 )Н/т= за

100 ^

■ г

11 ]! п;; у

66:-

-И -5 0 +5 +10

У[тт/с]

-10 -5 0+5 +10 \/[тт/с]

С} ш =

Рис.9. Мессбауэровские спектры препаратов пурпурных мембран при Т=5К с различной стехиометрией Ре3+ /бактериородопсин (соотношение указано на рисунках).

(02) ОБ ~ 0.7- 0.9мм/с. Спектры этих образцов, полученные в широком интервале

скоростей, обнаруживают отсутствие сверхтонкой магнитной структуры (рис. 1с, с1).

Таблица 5. Параметры мессбауэровских спектров препаратов пурпурных мембран, регенерированных ионами Ре3т при различной стехиометрии ре /БР,измеренные при Т=5К. Обозначения: 15 - изомерный сдвиг относительно нержавеющей стали, ОЭ - квадрупольное расщепление, Нст - величина сверхтонкого поля.

№ Ре О! Б2 8, /Б 2 Нп(кЭ)

/БР IБ (мм/с) С>5(мм/) Щмм/с) (^(мм/)

1 0,6 0,45 + 0,05 0,7 ±0,08 0,5 ± 0,05 0,3 ±0,04 0,15 -

2 1,5 0,4 ± 0,05 0,8 ±0,08 0,5 ±0,05 0,3 ± 0,04 0,15 -

2* 1,5 0,5 ± 0,05 0,9 ±0,08 0,5 + 0,05 0,3 + 0,04 0,65 440

3 3,5 0,5 + 0,05 0,9 ±0,08 0,5 ±0,05 0,3 ± 0,04 0,62 440

Примечание. Образец 2 исследован непосредственно после приготовления, а образец 2* -после трех месяцев хранения при комнатных условиях.

1,7к Э

Рис.10. Спектр ЭПР образца пурпурных мембран с соотношением Ре/бактериородопсин. равном 0,6: а) д-фактор 4.3, отнесенный к изолированным ионам Ре3*, находящимся в низкосимметричном кристаллическом поле; б) g-фaicтop 2, отнесенный к димерной и кластерной формам, в которых ионы Ре3+ связаны обменным взаимодействием. Измерения выполнены в Х-диапазоне при температуре 77 К.

Сопоставление указанных параметров с результатами исследований форм железа в перфторированных сульфокатионитовых мембранах позволило отнести дублет О! к связанным с ПМ изолированным ионам железа, находящимся на расстоянии, не превышающем 1-1.2нм.

Существование изолированных ионов железа в комплексах с ПМ при малом относительном содержании Ре3+ подтверждается данными ЭПР (рис.10). Спектральная компонента в виде квадрупольного дублета 1)2 соответствует мессбауэровскому спектру гидроксодимеров железа [Ре-(0Н)2-Ре]8Н20 , которые существуют в исходном растворе при рН ~2. При стехиометрическом соотношении, 3.5Ре3+/БР , в спектре при Т=5К (рис. 1е) появляется дополнительная магнитная компонента в виде зеемановского секстета, что характерно для кластерных структур, формируемых с участием сложных заряженных противоионов. Очень малая величина НсТ = 440 кЭ объясняется чрезвычайно малыми размерами кластеров. При стехиометрии ЗООРе3+/БР в мессбауэровском спектре при Т=5К присутствует только магнитный зеемановский секстет (рис. 911), указывая на интенсивное формирование нейтральных кластеров.

Г, К

Рис.11. Температурная зависимость среднеквадратичных смещений ядер железа в препаратах пурпурных мембран с преимущественным содержанием мономерной (1) и кластерной (2) форм комплексов Ре3+ -бактериородопсин.

Температурные зависимости площади лика поглощения в месбауэровском спектре, характеризующие подвижность ионов железа, зависящую от окружения, для двух

образцов с содержанием 0.6Ре/БР и 3.5Ре/БР приведена на рис.11. Подвижность характеризуется абсолютными величинами средних квадратов смещений мессбауэровского иона полученных в предположении справедливости модели Дэбая. Характерной особенностью полученных зависимостей является нарушение их линейности в некотором узком температурном интервале и резкое возрастание <х2> в высокотемпературной области, что отражает переход к квазидиффузионному движению мессбауэровской метки. Оказалось, что температура 'размораживания' зависит от стехиометрии

Ре3+/БР. При значении Ре3+/БР=0.6 (формирование преимущественно мономерной и, отчасти, димерной форм железа) температура перехода из твердофазного состояния находится в пределах -195- 200К, что является типичным для размораживания конформационпой гибкости белков и говорит о связи мономерной и димерной гидратных форм Ре3+ непосредственно с молекулой белка. При соотношениях Ре3+/БР (формирование димерной и кластерной форм Ре3т) температура перехода в подвижное состояние возрастает до 230-240 К. Исследования методами ЯМР структурно -динамических характеристик связанной с ПМ воды, выполненные ранее в нашей лаборатории, показали, что подвижность протонов воды регистрируется вплоть до температуры ~220К. Из этого следует, что кластерная форма ассоциатов Ре3+ (в отличие от моно- и димерной форм) слабо связана с функциональными группами ПМ, а ее динамика в значительной мере определяется свойствами гидратационной воды в межмембранном пространстве препаратов ПМ. Более высокая температура размораживания квазидиффузионной подвижности в случае кластерной формы комплексов Ре3+ по сравнению с моно- и димерной формами наблюдалась нами также в синтетических мембранах. Принципиальным для понимания функциональной роли связанных с ПМ катионов двухзарядных металлов является вопрос о локализации мест связывания. Анализ пространственной структуры БР в сочетании с тем фактом, что катионы Ре3+ относятся к классу "жестких", наряду с ионами М§2+ и Са2+, присутствующими в нативных ПМ, позволил заключить, что наиболее благоприятные условия для катионов металлов, участвующих в функциональной активности БР, реализуются в кластерах карбоксилсодержащих аминокислотных остатков, расположеных вблизи Н+ - транспортного канала.

Возможный механизм участия ионов Fe3+ в протонном транспорте может состоять в следующем. Двухзарядный мономерный комплекс [Fe(H20)50H]2+ , связываясь с карбоксильными группами, образует нейтральный ассоциат [Fe(H20)30H]2+(C00')2 Расположение карбоксильных групп на поверхности ГШ таково, что образующиеся ассоциаты будут окружать устье протон- транспортного канала. Известно, что присутствие жестких анионных групп катализирует дальнейший гидролиз иона железа:

[Fe(H20)50H]2+(-СООЪ < > [Fe(H20)4 (ОН)2]+(-СОО")2 + Н+,

При этом однозарядная частица [Fe(H20)4 (ОН)2]+ (-СОО )3 взаимодействует с одной из СОО' - групп, тогда как вторая может быть нейтрализована высвободившимся протоном. Однако, функционирование протонной помпы БР может приводить к тому, что высвободившийся Н+ будет захвачен в протонный канал, а нарушенное равновесие будет восстанавливаться путем захвата протона из окружающей водной среды.

Блокирование фотоцикла БР при соотношении Fe/БР > 2 , когда ионы Fe связываются с ПМ в виде димеров и кластеров, связано, по-видимому, с сильным поляризующим влиянием гидроксодимеров и кластеров как на лигандные группы БР, так и на гидратные оболочки комплексов, что должно приводить к значительным возмущениям конформации БР и увеличению структурной жесткости, блокирующей необходимые на поздних стадиях фотоцикла структурные изменения. Кроме того, сильное кулоновское отталкивание препятствует в этом случае внедрению Н+ в протон-транспортный канал. '

Развитые на основании полученных данных представления о роли связанных катионов в механизме протонного транспорта дополняют предложенную ранее модель функционирования БР, в которой рассматривались внутримембранные стадии переноса, обсуждением процессов протонного обмена со средой на границе ПМ/водная фаза.

Заключительные выводы.

1. Обнаружен эффект обратимого восстановления противоионов железа Fe3+ < <~> > Fe2+ в мембране в Ре^-форме, который прявляется в мессбауэровских спектрах

дегидратированных мембран. Показано, что степень восстановленное™ противоионов железа зависит от влагосодержания мембраны. Максимальной дегидратации мембраны (4-6 НгО^Осоответствует полное восстановление противоионов Ре3+ Ре2+. Доказано, что этот процесс не связан с деструкцией полимера, носит обратимый характер и для широкого класса исследованных мембран с жесткой гидрофобной матрицей не зависит от состава матрицы и сорта функциональных групп.

2. Предложен механизм процесс восстановления пртивоиона Ре5+ при дегидратации мембраны, согласно которому механические напряжения, возникающие в обезвоженной мембране/приводят к разрыву одной из связей (функциональная группа — Ре3+), который выражается в гетеролитической диссоциации НгО, координированной с ионом Ре3+. При этом образовавшийся ион Нт становится противоионом функциональной группы, а ОН" группа входит в комплекс с переносом заряда [Те2+ ОН ], восстанавливая ион Ре3+. В радикальной реакции двух ОН образуется перекись водорода.

3. На базе обнаруженного в мессбауэровских спектрах дегидратированных мембран эффекта обратимого восстановления противоиона железа значительно расширена разработанная в лаборатории мембранных процессов мессбауэровская методика определения локальной гетерогенности в распределении ионогенных групп по длине ионного канала.. По относительной доле фракции двухвалентного железа в месбауэровском спектре не подвергавшихся принудительной дегидротации мембран в Ре3+-форме можно оценить долю тупиковых гидрофобных ответвлений в ионных каналах мембраны, участие которых в ионном обмене затруднено.

4. Результаты применения модели комбинированной релаксации к анаиизу релаксационных мессбауэровских спектров ультрамалых железосодержащих частиц, осажденных в поры мембраны при обработке мембраны в Ре -форме в щелочи, указывают на возможное комплексное строение таких частиц и позволяют оценить размеры составных частец этого комплекса.

5. На примере анализа мессбауэровских спектров смеси ароматических полиамидов, один из которых содержит сульфогруппы, установлено, что в ионообменных полимерах с ) переменным составом структура и конформационные свойства ионной фазы существенно звисят от количественного соотношения компонентов смеси. Показано, что при близких значениях процентного состава компонентов смеси формируется

устойчивая структура гидрофильных участков мембраны с системой ионных каналов вдоль которых локализованы сульфогруппы. При увеличении доли полимера t сульфогруппами до 70% введение ионов трехвалентного железа приводит к существенной дегидрогации мембраны, о чем свидетельствует появление в мессбауэровском спектре мембран такого состава 70% доли ионов Fe2+.

6. Из анализа зависимости вида мессбауэровских спектров бактериородопсина от количества введенных в мембрану ионов трехвалентного железа, приходящихся на одну молекулу белка, установлено различие способа связывания катионов металлов с бактериородопсином. Показано, что 1-2 катиона металла, участвующие в протонном обмене, связаны неросредственно с лигандными группами бактериородопсина, причем места их локализации, как предполагается, находятся с цитоплазматической стороны мембраны вблизи устья протонного канала. Предложен механизм участия катионов двухвалентных металлов в активном транспорте протона, согласно которому каталитическая роль катионов в протонном переносе обусловливается гидролитическим процессом диссоциации молекул воды, результатом которого является повышение локальной концентрации Н+ вблизи места захвата протона.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. T.Yu. Tsimbal, F.Kh.Chibirova, I.G.Kostyuchenko. Magnetic relaxation and submicrostructure of irön hydroxide precipitates in ionomer membrane.// Journal of Magnetism and Magnetic Materials 1994. V.136. P.197-203.

2. Максимычев A.B., Костюченко И.Г., Чибирова Ф.Х., Жилинская Е.А., ■ Чекулаева Л.Н., Тимашев С.Ф. Характер взаимодействия ионов Fe3+ с пурпурными мембранами галобактерий по данным мессбауэровской спектроскопии. // Биологические мембраны. 1996. Т.13. №5. С.453-466.

3. Чибирова Ф.Х., Костюченко И.Г., Кирш Ю.Э. Особенности структуры полимерных ионообменных мембран из сулфонатосодержащих ароматических полиамидов по данным мессбауэровской спектроскопии. // Журнал физической химии. 1998. Т.72. № 12. С.2253-2259.

4. Костюченко И.Г., Чибирова Ф.Х., Тимашев С.Ф. Ступин Н.П., Рейман С.И. Об эффекте восстановления железа в полимерных мембранах при термической сушке. // Тезисы

докладов Ш всесоюзного совещания по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтопких взаимодействий. Ллма-Лта 28-30 марта 1989г. Часть 4. С.42.

5. Чибирова Ф.Х., Костюченко И.Г., Кирш Ю.Э. Тезисы докладов на Всероссийской научной конференции "Мембраны-98" (г.Москва, 1998г.)

6. Максимычев Л.В., Костюченко И.Г., Чибирова Ф.Х., Жилннская Е.А., Чекулаева JI.H., Тимашев С.Ф. // Тезисы докладов на Всероссийской научной конференции "Мембраны-98" (г.Москва, 1998г.)

1. Литературный обзор.

1.1 Роль локальной гетерогенности в формировании свойств мембранных систем и методы ее исследования.

1.2 Возможности метода мессбауэровской спектроскопии в исследовании локальной гетерогенности мембранных систем.

1.2.1 Эффект Мессбауэра.

1.2.2. Мессбауэровские спектрометры.

1.2.3. Параметры мессбауэровских спектров.

1.2.4. Краткие результаты мессбауэровских исследований гидратных комплексов железа в растворах.

1.2.5. Краткие результаты мессбауэровских исследований перфторированной сульфокатионитовой мембраны в Бе -форме.

1.2.6. Краткие результаты мессбауэровских исследований железосодержащих частиц, осажденных в поры перфторированной сульфокатионитовой мембраны.

2. Методика получения и анализа мессбауэровских спектров при исследовании локальной гетерогенности перфторированных сульфокатионотовых мембран.

2.1 Мессбауэровский детектор, использованный для проведения измерений.

2.2 Методика анализа спектральной информации при исследовании влияния локальной гетерогенности перфторированных сульфокатионитовых мембран на образование в ней гидратных комплексов железа.

2.2.1 Введение. Постановка задачи.

2.2.2 Получение образцов перфторированных сульфокатионотовых мембран, полностью нейтрализованных ионами железа (в Ре-форме), с различным влагосодержанием.

2.2.3 Обсуждение результатов и выводы.

2.3 Выявление локальной гетерогенности мембран из анализа температурной зависимости релаксационных мессбауэровских спектров.

2.3.1 Постановка задачи.

2.3.2 Возможности мессбауэровской спектроскопии при исследовании микроструктуры ультрамалых частиц.

2.3.3 Экспериментальная часть.

2.3.4 Результаты и обсуждение.

3. Особенности формирования субмикроструктур в мембранах на основе ароматических полиамидов.

3.1 Объекты исследования.

3.2 Экспериментальная часть.

3.2 Обсуждение результатов и выводы.

4. Локальная гетерогенность структуры мембран бактериородопсина и некоторые ее проявления в функциональной активности пурпурных мембран.

4.1 Введение и постановка задачи.

4.2 Экспериментальная часть.

4.3 Результаты.

4.4 Обсуждение результатов и выводы. Заключительные выводы.

Гетерогенность структуры мембранных материалов на различных пространственных масштабах является одной из важнейших особенностей, определяющих функциональные свойства мембранных систем. Многочисленные исследования показали, что в широком классе химических и биологических мембран трансмембранный перенос заряженных ионов осуществляется через ионные каналы- специализированные гидрофильные участки мембран, содержащие функциональные (ионогенные, полярные) группы. Изучение субмикроструктуры ионных каналов, условий их формирования, механизмов трансмембранного переноса, зависимости функциональных свойств мембран от конкретного вида локальной гетерогенности структуры является актуальной научной задачей, которая решается с помощью различных физико-химических методов.

Применение для решения таких задач метода мессбауэровской спектроскопии, когда в качестве противоионов полимерной системы используются ионы железа, оказалось весьма перспективным. В мессбауэровских спектрах ионообменных мембран сосредоточена уникальная информация о локальной симметрии и пространственном окружении мессбауэровского иона в мембране, о его зарядовом состоянии и характере магнитных взаимодействий с другими ионами, а также о степени подвижности самого мессбауэровского иона и фрагментов полимерных цепей, с которыми он связан. Анализ этой информации позволяет делать выводы о степени гетерогенности гидрофильных участков и с большой точностью оценивать взаимное расположение и размеры структурных элементов.

Целью настоящей диссертации является развитие методик анализа структуры мембранных материалов, основанных на использовании техники мессбауэровской спектроскопии, и применение разработанных методик для анализа гетероструктуры синтетических и природных мембранных материалов. Решение этой задачи позволяет продвинуться в решении проблем взаимосвязи структуры и функциональных возможностей ионообменных мембранных материалов различной природы, в том числе при контроле структуры мембранных материалов при их синтезе, в условиях функционирования, при разнообразных модификациях.

В качестве объектов исследования были выбраны пленки, полученные из смеси двух ароматических полиамидов, один из которых содержит сульфокислотные функциональные группы. Полимеры такого типа успешно используются для создания первапорационных, ионообменных и обратно-осмотических мембран. В настоящее время на их основе разрабатываются новые мембраны для осушки простых газов. Поэтому впервые выявленная зависимость структуры нового типа полимерных мембран от процентного состава компонентов смеси и установленный для этого класса полимеров состав, оптимальный для формирования ионных каналов, могут быть использованы при разработке различных типов мембран на основе ароматических полиамидов.

Другим объектом исследования была биологическая мембрана-бактериородопсин - фоточувствительный мембранный белок, который является одним из наиболее перспективных объектов для применения в биомолекулярной электронике. Полученные экспериментальные данные о локализации ионов металлов в пурпурных мембранах галобактерий и предложенная модель роли катионов металлов в механизме активного транспорта могут быть использованы при разработке фотохромных и электрохромных систем на основе бактериородопсина.

1. Тимашев С.Ф. Физико- химия мембранных процессов. //1988. М. Изд. Химия С. 179218.

2. Озерин А.Н., Ребров А.В., Якунин А.Н. и др. // Высокомол. Соед. А. 1986. Т.28. № 2. С.254-259.

3. Товбин Ю.К., Васюткин Н.Ф. // ЖФХ. 1993. Т. 67. № 3. С. 524.

4. Товбин Ю.К. Рентгеноструктурный анализ аморфной части перфторированных сульфокатионитовых мембран. // ЖФХ. 1998. Т. 72. № 1. С. 55-59.

5. Зезина Е.А., Попков Ю.М., Тимашев С.Ф, Конкурирующий электро-массо перенос ионов и через перфторированную мембрану. // Электрохимия 1997.

6. Валуев В.В., Нидченко О.Ю., Семина Н.В. и др. // Сорбционные свойства сульфонатсодержащих ароматических полиамидов. // ЖФХ. 1994. Т.68. 9. С.1667-1672.

7. Волков В.И и др. //ДАН СССР. 1984. Т.276. №2. С.395-400.

8. Волков В.И., Сидоренкова Е.А., Тимашов С.Ф., Лакеев С.Г. Состояние и диффузионная подвижность молекул воды в перфторированных сольфокатионитовых мембранах по данным протонного магнитнитного резонанса. // ЖФХ 1993 Т.6. №5. С.1014-1018.

9. Воробьев А.В. Влияние структуры перфторированных сульфокатионитовых мембран на «облегченный» перенос диоксида углерода. ЖФХ 1998 Т72 н11 с2027-2032.

10. Химические применения мессбауэровской спектроскопии. Под редакцией Гольданского В.И., Крижанского Л.М., Храпова В.В. //1970. Изд. «Мир». С. 9-247; 437494.

11. Tovbin Y.K., Vasyatkin N.F. Theoretical ivestigation of water sorption in perfluorinated sulfocationoc membranes. // Colloids and Surfaces A 1999. V.158. p. 385-397.

12. Morup S. and Knudsen J.E. Messbauer spectroscopy applied to solution chemistry. // Acta Chemica Hungaria. 1986 V.121 (1-2) p.147-171.

13. Vertes A., Koreez L., Burger K. Messbauer Spectroscopy. 1979. Elsever. Amsterdam.

14. Vertes A. and Czaco-Nacy I. Messbauer studies on the structure of solutions. // Acta Chemica Hungaria. 1986 V.121 (1-2) p.215-231.

15. Mulay L. N. Stlwood P.W. // J.Am.Chem.Soc. 1955. V.77. p.2693.

16. Суздалев И.П. Динамические эффекты в гамма- резонансной спектроскопии. // 1979. Атомиздат. С. 94-97.

17. Rodmacq В. et.al. Messbauer investigation of Nafïon membranes. // Rev. Phys. Appl. 1980. V.15 p. 1179- 1182.

18. Rodmacq B. et.al. Messbauer spectroscopy of Nafion polymer membranes exchanged with Fe2+, Fe3+ and Eu3+. // Journal of Polymer Science 1982 Y.20 p.603-621.

19. Rodmacq B. et.al. Water Absorption in Neutralized Nafion Membranes. Water in Polymers American Chemical Society 1980. p.487-501.

20. Morup S., Dumesic J.A. and Topsoc H. //Application of Mosbauer Spectroscopy 1980. v. 11 ed.R.L.Colen (Academic Press,N-Y,) p. 1-53.

21. Brawn W.F, // J.Appl.Phys. 1959, v.30. Suppl.1305; Appl.Phis. 34 (1963) p.1319; Phys.Rev. 130 (1963) p. 1677.

22. Aharani A. Phis.Rev. 1964. v.135. p.1447.

23. Wilkler W. Mossbauer studies of small magnetite particles of magnetic fluid. // Phys. Stat. Sol. 1984. V.84. p. 193-198.

24. Meagher A., Rodmaq В., Coey J.M.D. and Pinery M. Mossbauer and electron microprobe studies of precipitation in Nafion ion exchange membranes. // Reactive Polimers. Elsever Science Publishers B.V. Amsterdam. 1984. V.2. p.51-59.

25. Pinery M., Jesior J.C. and Coey J.M.D. Iron oxide particles in perfluorosulfonate membrane. //J. Membr. Sci. 1985. V.24. p. 325-334.

26. Rodmaq B. Superparamagnetic properties of small iron hidroxide precipitates in ion exchangr membranes. // J.Phys.Chem. Solids. 1984. T.45. p. 1110.

27. Van der Kraan A.M. and Van Loef J.J. // Phys. Lett. 1966. N 20. p.614 .

28. Plachinda A.S., Makarov E.F. Mossbauer investigation of the glass to cristall transformation in frozen aqueous FeCl3 solutions // Chem.Phys.Lett. 1972 15(4) 627-630

29. Чибирова Ф.Х. и др. Применение эффекта Мессбауэра для исследования перфторированных ионообменных мембран. // Изв. АН сер.физ. 1986. Т. 50. № 12. С. 2425-2430.

30. Чибирова Ф.Х. и др. Применение эффекта Мессбауэра для исследования субмикроструктуры перфторированных ионообменных мембран. ЖФХ 1988. T. LXII. №З.С. 645-651.

31. Чибирова Ф.Х., Захарьин Д.С., Седов Д.Е. и др. // Химическая физика. 1987. Т.6. № 8. С.1137.

32. Chibirova F.Kh. and Timashev S.F. The impact of external conditions on the structure of prefluorinate ion-exchange membranes, determined by means of Mossbauer spectroscopy. // Macromol. Chem., Macromol. Symp. 1989. T.27. P.311-318.

33. Rodmaq B. et.al. // Ibid. 1982.V.20. P.603-621.

34. Mitrofanov K.P., Gor'kov V.P., Plotnikova M.V., Reiman S.I. Determination of the Messbauer effect probability using resonance detectors. // Nuclear Instruments and Methods. 1978. № 155. P.539-542.

35. Mitrofanov K.P., Gor'kov V.P., Plotnikova M.V. The parameters of messbauer spectra taken by means of resonance detectors. // Nuclear Instruments and Methods. 1977. № 144. P. 263269.

36. Николаев B.H., Русаков B.C. Мессбауэровские исследования ферритов. // 1985. Издательство Московского Университета.

37. A.M.Afanas'ev, E.Yu.Tsymbal. Hyp.Int. 1990. Т.62. с. 959.

38. Tsimbal Е.А., Chibirova F.Kh., Kostjuchenko I.G. Magnetic relaxation and submicristructure of iron hydroxide precipitates in ionomer membrane. // J. Magnet. Materials. 1994 v. 136 P.197.

39. Dormann. J.L. //Rev.Phys.Appl. 1981. V.16. p.275.

40. S.Morup, M.B.Madsen, J.Franc, J.Villadsen and C.J.W Koch. // J.Magn.Mater. 1983. У.40. p.163-174.

41. F.Hartmonn-Boutron, A.Aot-Bahammon and C.Meyer. //J.Physique 1987. У. 48. p.435.

42. Кирш Ю.Э. Тимашев С.Ф. // ЖФХ. 1991 т.65 № 9 С.2469

43. Кирш Ю.Э. // Журн. прикл. химии. 1994. Т. 67. №2. С. 177.

44. Кирш Ю.Э., Федотов Ю.А., Иудина Н.А., Артемов Д.Ю., Януль Н.А. Некрасова Т.Н. Высокомолек соед. 1991. т 33 А № 5 С 1127.

45. Максимычев А.В., Волков В.И., Левин Е.В., Гасюк О.В., Муромцев В.И., Тимашев С.Ф., Чекулаева Л.Н. //Биол. мембраны 1991. Т.8. 42. С.1260-1268.

46. Максимычев А.В, Волков В.И., Левин Е.В., Хуцишвили В.Г., Чекулаева Л.Н., Тимашев С.Ф. //ЖФХ 1994. Т.68. №9. С.1701-1708.

47. Oesterhelt D, Krippahl G. //FEBS Lett. 1973. V.36. P.72-76.

48. Khorana H.G. //J. Biol. Chem. 1988. V.263. No.16. P.7439-7442.

49. Greenhalgh D.A., Altenbach C., Hubbell W.L, Khorana H.G. //Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1991. V.88. P.8626-8630.

50. Stern L.J., Ahl P.L., Marti Т., Mogi Т., Dunach M., Berkowitz S., Rothschild K.J., Khorana H.G. //Biochem. 1989. V.28. No.26. P.10035- 10042.

51. Henderson R., Baldwin J.M., Ceska T.A., Zemlin F., Beckmann E., Downing K.H. //J. Mol. Biol. 1990. V.213. P.899-929.

52. Zimanyi L., Varo G., Chang M., Ni В., Needleman R., Lanyi J.K. //Biochem. 1992. V.31. P.8535-8543.

53. Greenhalgh D.A., Altenbach С., Hubbel W.L., Khorana H.G. //Proc. Natl. Acad. Sei. USA1991. V.88. P.8626-8631.

54. Marti Т., Otto H„ Rosselet S.J., Heyn M.P., Khorana H.G. //Proc. Natl. Acad. Sei. USA1992. V.89. P.1219-1223.

55. Subramaniam S., Greenhalgh D.A., Rath P., Rothschild K.J., Khorana H.G.// Proc. Natl. Acad. Sei. USA 1991. V.88. P.6873-6877.

56. Greenhalgh D.A., Subramaniam S., Alexiev U., Otto H., Heyn M.P., Khorana H.G. //J. Biol. Chem. 1992. V.267. No.36. P.25734-25738.

57. Gervert K., Hess В., Engelhard M. //FEBS Lett. 1990. V.261. No.2. P.449-454.

58. Subramaniam S., Greenhalgh D.A., Khorana H.G. //J. Biol. Chem. 1992. V.267. No.36. P.25730-25733.

59. Kates M., Kushwaha S., Sprott G. //Meth. Enzymol. 1982. V.88. P.98-111.

60. Sternberg В., L'Hostis C., Whiteway C.A., Watts A.// Biochim. Biophys. Acta 1992. V.l 108. P.21-30.

61. Oesterhelt D. //Progr. Mol. Subcell. Biol. 1976. V.4. P.136

62. Bayley S.T., Morton R.A. //Crit. Rev. Microbiol. 1978. V.6. P.151

63. Чекулаеа Л.Н., Циренина M.JI., Вавер B.A. //Укр. Биохим журн. 1980. Т.52. Ч. С.429-433.

64. Chang С.-Н., Chen J.-G., Govindje R, Ebrey T.G.// Proc. Natl. Acad. Sei USA 1985. V.82. No.2. P.396-400.

65. Szundi I., Stoeckenius W. //Biophys. J. 1989. V.56. P.369-383.

66. Dunach M., Padros E., Muga A., Arrondo J.L.R. //Biochem. 1989. V.28. P.8940-8945.

67. Roux M., Seigneuret M., Pigaud J.-L. //Biochem. 1988. V.27. No.18. P.7009-7015.

68. Chang C.-H., Jonas R., Govindje R., Ebrey T.G.// Photochem. Photobiol. 1988. V.47. No.2. P.261-265.

69. Chronister E.L., Corcoran T.C., Song Li, El-Sayed M.A. //Proc. Natl. Acad. USA 1986. V.83. No.23 P.8580-8584.

70. Drachev L.A., Kaulen A.D., Khitrina L.V., Skulachev V.P. //Eur. J. Biochem. 1981. V.l 17. No.3. P.461-467.

71. Шкроб A.M., Родионов A.B.// Биоорган химия 1978. Т4. Ч. С.500-513.

72. Engelhard M, Kohl K.D., Muller K.H., Hess В., Heidemeier J., Fischer M., Parak F. //Eur. Biophys. J. 1991. V. 19. No.l. P.l 1-18.

73. Parak F., Finck P., Kucheida D., Mossbauer R.L. //Hyperfine Interactions 1981. V.10. P. 1075-1078.

74. Parak F., Knapp E.W, Kucheida D. //J. Mol. Biol. 1982. V. 161. P.l77-194.76. 76.Parak F, Reinisch L. //Meth. Enzym. 1986. V.131. P.568-607.

75. Zhilinskaya E.A, Lazukin V.N, Bychkov E.A, Likholit I.L. //J. Non-Crystal line Solids 1990. V.119. P.263-268.

76. Дьяков Ю.А,ТовбинЮ.К.//ЖФХ 1995. No7 1233-1236.

77. Kim S.R, Galland D. Pineri M. Coey J.M.D. Microstructure studies of perflurocarboxylated ionomer membranes. // J. Membr.Sci. 1987. 30. 171-189.

78. Волков В.И, Гладких C.H, Тимашев С.Ф. // Хим. Физика 1984. № 1. С. 49-53.

79. Хитрина Л.В., Каулен АД. //Биол. мембраны 1992. Т.9. '3. С.259-262.

80. Papadopulos G, DencherN.A, Zaccai G, Bueldt G. //J. Mol. Biol. 1990. V.214. No.l. P.l5-22.

81. Неорганическая биохимия/ Ред. Г. Эйхгорн. М. Мир, 1978. Т.1. 711 с.

82. Zhang Y.N, Sweetman L.L, Awad E.S, El-Sayed M.A. //Biophys. J. 1992. V.62. P.1201-1206.

83. Jaffe J.S, Glasser R.M. //Ultramicroscopy 1987. V.23. No.l. P.17-28.

84. Ariki M, Lanyi J.K. //J. Biol. Chem. 1986. V.261. No.l8. P.8167-8174.

85. Engelhard M, Pevec B, Hess B. // Biochem. 1989. V.28. No.13. P.5432-5438.

86. Dunach M, Seigneuret M„ Rigaut J.L. Padros E. //Biochem. 1987. V.26. No.4. P.l 1791186.

87. Mitra A.K, Stroud R.M. //Biophys. J. 1990. V.57. No.2. P.301- 311.

88. Di Cera E. //J. Chem. Phys. 1992. V.96. No.9. P.6515-6522.

89. Renthal R, Shuler K, Regalado R. //Biochim. Biophys. Acta 1990. V.1016. No.3. P.378-384.

90. Bashford D, Gerwert K. //J. Mol. Biol. 1992. V.224. P.473-486.

91. Marque J., Kinosita К., Govindjee R., Ikegami A., Ebrey T.G., Otomo J. //Biochem. 1986. V.25. P.5555-5559.

92. Katre N.V, Kimura Y., Stroud R.M. //Biophys. J. 1986. V.50. P.277-284.

93. Dunach M., Seigneuret M., Rigaut J.L. Padros E. //J. Biol. Chem. 1988. V.263. P.17378-17384.

94. Corcoran T.C., Ismail K.Z, El-Sayed M.A.// Proc. Natl. Acad. Sei. USA 1987. V.84. P.4094-4098.

95. Nienhaus G.U. et al. //Nature 1989 V.338. p.665-666.

96. Parak F. Et.al. //Eur.Biophys.J. 1987. V.l5. p.237-249.

97. БалашовС.П., Литвин Ф.Ф. Фотохимические превращения бактериородопсина. // М. Изд-во МГУ, 1985. 163 с.

98. Koch M.H.J., Dencher N.A., Oesterhelt D., Plohn H.-J, Rapp G, Buldt G. //EMBO J. 1991. V.10. No.3. P.521-526.