甘氨酸水溶液体系渗透系数的测定及其热力学性质研究

摘要

溶液体系中组分的渗透系数和活度数据是溶液热力学研究的重要内容，是溶液化学理论研究的基础。蛋白质和多肽的基本组成单位是氨基酸，甘氨酸是氨基酸的一种，所以研究甘氨酸水溶液体系的热力学性质将为进一步探究氨基酸和多肽的结构和性质提供重要的基础数据。对于甘氨酸溶液体系，由于缺乏一种可靠的实验测定方法，难以获得低浓度范围特别是浓度小于0.20 mol/kg下的各种甘氨酸溶液体系准确渗透系数数据，致使甘氨酸溶液体系长期以来缺乏准确的活度数据，也最终导致甘氨酸溶液的各种热力学性质的研究受到很大局限。
　　在应用一种新型等压设备的基础上，本论文尝试对低浓度(小于0.20 mol/kg)下甘氨酸溶液体系的渗透系数进行测定，主要研究内容如下：
　　(1)基于等压法，以NaCl为标准参比测定了温度在298.15 K和308.15 K，浓度范围为0.020~1.279 mol/kg的甘氨酸+H2O二元溶液体系的渗透系数，在298.15K实验数据平均标准误差为0.0078，308.15 K平均标准误差为0.0096。
　　(2)采用当前普遍应用的、适用于中性电解质体系的Pitzer模型方程，以多元线性回归的方法拟合甘氨酸溶液体系从0.02mol/kg至饱和浓度范围渗透系数数据，得到 Pitzer模型参数：在298.15K，CΦ=0.01943，BΦ=-0.09819，R2?0.98491，308.15K，CΦ=0.01753，BΦ=-0.08378，R20.94515。利用拟合得到的Pitzer参数，将拟合计算值和实验值对比，最大相对偏差小于1.0％，说明Pitzer模型能够较好的适用于甘氨酸溶液体系。将拟合计算值与文献值进行对比，最大相对偏差小于0.020，说明所得Pitzer模型参数相对可靠。同时，为了研究甘氨酸分子与水分子间的相互作用，利用正规模型拟合甘氨酸体系活度数据，得到拟合参数：在298.15 K，=0.38 kJ/mol，在308.15 K，=0.41 kJ/mol。
　　(3)计算了甘氨酸溶液体系在298.15K和308.15 K下的溶解平衡常数KS、过量吉布斯自由能G E、标准反应吉布斯自由能?r m? G和温度范围(298K→308K)内反应热焓变r mH；同时，基于以上研究，得到了298.15 K下NH3 CH2COO在水溶液体系中标准状态的各种热力学函数数据：fm G、fm H和fm S。结果表明，溶解平衡常数KS随着温度各种的升高而增大，即升高温度，有利于甘氨酸溶解反应的进行；体系的过量吉布斯自由能GE均为负值，并且随甘氨酸溶液浓度的增大而减小，该现象可用静电相互作用模型和混合溶剂的性质来解释；标准反应吉布斯自由能rm G<0，得出甘氨酸在水溶液中处于较低的自由能状态；标态下的焓变rm H>0，可知甘氨酸在溶解过程中吸热。
　　(4)分析讨论了甘氨酸-水溶液体系中甘氨酸分子之间以及溶质与溶剂的相互作用情况。利用Φ~m和γ~m关系作图，发现在一定范围内随着甘氨酸溶液浓度的增大，其活度系数和渗透系数逐渐减小；对dγ/dm~m进行了作图，得出在实验测定的浓度范围内，298.15K下甘氨酸溶液体系的活度系数随浓度的变化程度大于308.15K。

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第1章 绪 论

1.1 甘氨酸的性质与用途

1.2 甘氨酸溶液体系热力学性质的研究现状

1.3 本课题的提出以及研究内容

第2章 甘氨酸水溶液体系渗透系数的等压法测定

2.1 等压实验理论基础

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 小结

第3章 甘氨酸水溶液体系活度模型的拟合

3.1 引言

3.2 运用Pitzer模型对甘氨酸水溶液体系进行模型拟合

3.3 运用正规溶液模型对甘氨酸水溶液体系进行模型拟合

3.4 小结

第4章 甘氨酸水溶液体系的热力学性质研究

4.1 引言

4.2 甘氨酸溶液体系的热力学性质分析

4.3 甘氨酸溶液体系分子间相互作用研究

4.4 小结

结论

参考文献

致谢