Мембраны потоки ионов

При действии раздражителя на нервное или мышечное волокно мембранный потенциал в месте раздражения нарушается. Это нарушение начинает распространяться вдоль волокна приблизительно с постоянной скоростью. В первый момент состояния возбуждения резко возрастает проницаемость мембраны для ионов Ыа+, поток которых устремляется внутрь клетки. Затем возникает ток ионов К+, направленный во внешнюю среду. Распространяющаяся по волокну волна называется волной потенциала действия. Схема распространения нервного импульса может быть смоделирована на основе некоторых электрохимических систем, а само явление можно феноменологически описать, если задаться электрической емкостью, сопротивлением утечки мембраны, формой нервного импульса, и рассматривать его как распространение электрического сигнала в кабеле с определенными параметрами. [c.159]

Поместим плоскости, через которые будем подсчитывать потоки ионов, в тонкие мембраны солевых мостов (время / = О — начало электролиза 4 , одинаковы во всех пространствах). Напомним, что в системе отсчета Гитторфа количество растворителя справа и слева от плоскости отсчета потока остается неизменным в процессе электролиза. Так как в течение электролиза концентрации электролитов в окрестности тонких мембран остаются неизменными, то числа переноса каждого вида ионов на этих границах не есть функция времени, и [c.469]

Потенциал действия возникает благодаря другому каналу-потенциалзависимому Na -каналу. При возбуждении мембраны этот канал открывается, что позволяет ионам Na войти в клетку. Величина результирующего мембранного потенциала определяется разностью концентраций Na по две стороны мембраны. Поток ионов Na , входящий в клетку, приводит к снижению мембранного потенциала на данном участке мембраны, что вызывает открывание соседних с ним каналов для Na и одновременно распространение потенциала действия от участка первоначальной стимуляции. [c.324]

Далее, если бы плоскость отсчета потоков ионов была бы выбрана несколько выше относительно тонких мембран (пунктир на рисунке), то получился аналогичный результат, так как согласно методике концентрация электролитов на этой границе та же, что и в тонких мембранах. Это означает, что для успешного применения метода Гитторфа раствор в катодном и анодном пространствах следует анализировать после электролиза, предварительно объединив растворы пространств с растворами соответствуюших солевых мостов по этой причине толстые мембраны делают съемными. [c.470]

Возможная степень концентрирования ограничивается количеств БОМ БОДЫ, переносимой через мембраны вместе с ионами путем осмоса и электроосмоса. Поток воды, переносимый вместе с потоком ионов, в значительной мере определяется природой мембран. Сопутствующий друг другу перенос воды и ионов широко не изучался, но некоторые сведения даны в работах /4,5/ . В общем случае количество воды, перенесенной одним фарадеем электричества, уменьшается при возрастании плотности тока, повышении концентрации раствора и снижении содержания воды в мембране. [c.50]

Возникновение диффузионного потенциала в мембране ионообменного электрода объясняется тем, что в общем случае растворы, прилегающие к обеим сторонам мембраны, имеют различные состав и активности ионов Н и Ме. Поэтому в результате ионообменного процесса должны быть разными активности и концентрации этих ионов в поверхностных слоях мембраны, прилегающих к тому и другому раствору. При этом, если концентрация ионов Н будет больше в одном из слоев, то для ионов Ме соотношение концентраций в слоях будет обратным. Это приведет к встречной их диффузии от одного слоя к другому и при различии в скоростях движения ионов возникнет градиент электрического потенциала, который и определяется как диффузионный. В стеклянных мембранах, в отличие от собственно ионитовых, практически в течение всего срока существования электрода остается незатронутым этим процессом слой в толще мембраны [10—12]. Поэтому здесь имеется два слоя (прилегающие к наружному и внутреннему растворам), в которых потоки ионов Ме направлены из толщи мембраны к ее поверхности, а ионов Н в обратном направлении. Таким образом возникает градиент потенциала в том и другом поверхностном слое мембраны, а в толще мембраны его нет. [c.305]

К основным свойствам ионообменных мембран и процессам, происходящим с их участием, относят набухаемость, осмотический перенос, диффузию, селективность, мембранное равновесие, мембранные потенциалы, электрическую про--водимость и др. Так как ток переносится в электродиализных аппаратах потоком ионов, проводимость системы зависит от числа ионов в обрабатываемой воде, т. е. от нормальности раствора электролита. Если отношение плотности тока к нормальности будет чрезмерно большим, то не будет хватать ионов для переноса тока. Это явление наблюдается прежде всего на границах раздела мембраны с раствором в обессоливающих камерах и называется поляризацией или обеднением заряженного слоя. Поляризация — важнейший фактор, ограничивающий плотность тока, а следовательно, эффективность процесса. [c.20]

Основным ограничением производительности электродиализных аппаратов является концентрационная поляризация на мембранах. Возникает она вследствие того, что числа переноса ионов через мембрану гораздо выше, чем в растворе. Иначе говоря, ионы проходят через мембрану быстрее, чем через раствор. Поэтому концентрация ионов у поверхности мембраны со стороны камеры обессоливания резко обеднена. С другой стороны мембраны ионы недостаточно быстро отводятся в глубь раствора, и у поверхности создается повышенная концентрация ионов (рис. 5.9). Поэтому в итоге устанавливается определенный поток ионов через мембрану, который регулируется диффузионными процессами доставки и отвода ионов. Концентрационная поляризация является причиной явления, при кото-112 [c.112]

Рис. 9.9. Измерение ионной проницаемости биологическоУ мембраны in vivo. Теория метода заключается в том, что постсинаптическая мембрана образует замкнутые везикулы при приготовлении этих препаратов, В эти везикулы могут быть введены радиоактивные ноны, затем путем разбавления может быть создан концентрационный градиент и путем измерения радиоактивности определен выходящий поток ионов после фильтрации образцов суспензии через различные интервалы временп. Выход ионов стимулируется агонистами (здесь

Основным ограничением производительности электродиализ-ных аппаратов является концентрационная поляризация на мембранах. Возникает она вследствие того, что числа переноса ионов через мембрану гораздо выше, чем в растворе. Иначе говоря, ионы проходят через мембрану быстрее, чем через раствор. Поэтому концентрация ионов у поверхности мембраны со стороны камеры обессоливания резко обеднена. С другой стороны мембраны ионы недостаточно быстро отводятся в глубь раствора, и у поверхности создается повышенная концентрация ионов. Поэтому в итоге устанавливается определенный поток ионов через мембрану, который регулируется диффузионными процессами доставки и отвода ионов. Концентрационная поляризация является причиной явления, при котором повышение плотности тока уже не приводит к интенсификации перехода ионов через мембрану. При предельной плотности тока концентрация ионов со стороны входа ионов в мембрану стремится к нулю и начинается перенос Н и ОН ионов, образующихся при диссоциации и электролизе воды, что нежелательно, так как это вызывает излишний расход энергии, изменяет pH воды и не приводит к изменению ее солесодержания. [c.137]

На основе представлений о перенапряжении и рассмотрения потока ионов в системе мембрана — раствор получено уравнение, позволяющее оценить концентрационные изменения, возникающие в мембране при прохождении постоянного тока, а также толщину диффузионных слоев в растворе на мембранных границах. [c.75]

При расчете профилей концентрации ионов в пористом слое в некоторой точке (точка В на рис. 5.5) концентрации ионов ОН- или Н+, образующихся на электродах, обращаются в нуль и при дальнейшем движении к активному слою мембраны принимают отрицательные значения. Учитывая отсутствие других источников ионов, был сделан вывод о том, что в точке В происходит нейтрализация истоков ионов ОН- или Н+ от электрода равными по величине и противоположными по направлению потоками ионов Н+ или ОН от активного слоя, поэтому при расчете профилей концентрации ионов от точки В до активного слоя мембраны вводили соответствующую корректировку. Аналогичная картина наблюдалась в работе [202] при расчете профилей концентрации ионов в диффузионном слое ионообменной мембраны в запредельном режиме работы электродиализатора. Авторы [7] объяснили эту аномалию диссоциацией во- [c.121]

Перенос ионов разделяемых веществ через активный слой мембран для обратного осмоса практически не изучен. Заслуживают внимания исследования [207], в которых с помощью радиоактивных индикаторов измеряли диффузионные и конвективные потоки ионов Na+ через мембраны для обратного осмоса. При этом пришли к выводу, что коэффициенты диффузии ионов в связанной воде активного слоя крайне низки и, следовательно, диффузионная составляющая ионного потока в активном слое пренебрежимо мала. К аналогичному выводу пришли авторы работы [208], которые показали, что концентрация ионов в активном слое мембраны не изменяется. [c.125]

Уравнение ионного потока через мембрану (5.9) позволяет определить факторы, влияющие на селективность мембраны по иону и объяснить ионную специфичность мембран для обратного осмоса. Последняя характеризуется коэффициентом разделения ионов. Различают формальный коэффициент разделения ионов 1 и / не учитывающий концентрационную поля- [c.126]

Однако экспериментально было зарегистрировано значение только —70 мВ. Чем вызвано такое расхождение До сих пор мы считали, что мембрана пропускает только К+, но не пропускает Ыа+. Но в действительности мембрана в некоторой степени проницаема и для Ыа+, а так как для концентрации Ыа+ характерен противоположный градиент по сравнению с градиентом концентрации К" ", поток ионов натрия в противоположном потоку ионов калия направлении уменьшает измеряемый потенциал мембраны (такое явление называется потоком покоя для отличия от натриевого потока при возбуждении мембраны) (рис. 5.2). Это достаточно просто доказать экспериментально если Ыа+ заменить на объемный ион, например холин [(СНз)зК-СН2-СН20Н]+, то мембранный потенциал окажется равным —75 мВ, т. е. устанавливается теоретическое значение калиевого равновесного потенциала, так как ион хо-лина не проникает через мембрану из-за своих размеров. [c.113]

Кроме того, метод анализа так называемого щума возбудимой мембраны (рис. 5.12) позволил расширить количество применяемых методов изучения ионных каналов [6—8]. Рассмотрим кратко этот подход без вывода математических формул. Нервный импульс состоит из потоков ионов, проходящих через мембрану. Они проходят через каналы, регулирующие проницаемость мембраны, например, для Ыа+ или К+. Как показано в гл. 6, в состав этих каналов входят два функцнональ- [c.125]

Вновь обсудим электровозбудимые каналы, которые обеспечивают пассивный транспорт ионов Ыа+ и К+. Тщательный анализ возникновения потенциала действия гигантского аксона кальмара, проведенный Ходжкин и Хаксли [1—3], показал, что существуют по крайней мере два различных (отдельных) капала после деполяризации мембраны открывается натриевый канал, обусловливающий входящий поток ионов Ыа+ через некоторое время открывается калиевый канал и поток ионов К+ устремляется в противоположном направлении (рис. 6.1). Известно, что проницаемость мембраны для ионов Ыа+ и К+ не увеличивается одновременно. Кроме того, имеются еще два факта, которые доказывают существование двух отдельных каналов. [c.132]

Фрагменты постсинаптической мембраны проявляют одно важное свойство, использование которого помогает переброспть мост понимания между физиологией интактного организма и его биохимией. Они легко образуют замкнутые везикулы (не путать с синаптическими везикулами, содержащими пресинаптическпй медиатор), которые сохраняют основные биологические свойства мембраны так, например, поток ионов через мембрану активируется ацетилхолином и другими агонистами и ингибируется а-нейротоксинами и другими антагонистами. В эти везикулы вводили суспензию разбавляли физиологическим буфером, взятую через известные промежутки времени аликвоту отфильтровывали с тем, чтобы измерить количественно выход радиоактивности (рис. 9.9). Если растворяющий буфер содержал агонист, выход 2 Na+ увеличивался. Зависимость доза — ответ, построенная по полученным данным, была очень близка кривой, полученной при измерениях in vivo. [c.261]

Градиенты концентрации в граничных слоях показаны на фиг. 1. Катионообменная мембрана легко проницаема для катионов (т.е. 7 близко к 1) и почти непроницаема для анионов (т.е. Ц близко к п ). Катионы переносятся через мембрану быстрее, чем они могут двигаться под действием электрической силы иэ раствора справа от мембраны или в раствор слева от нее. Поэтому концентрация правее границы уменьшается, а концентрация левее границы увеличивается, пока градиенты концентрации не гфимут таких значений, при которых необходимые для поддержания установившихся в граню -ных слоях условий дополнительные потоки ионов обеспечиваются диффузией. [c.38]

Обычно при соприкосновении ионпроводящей мембраны с разл. по составу р-рами электролитов возникают потоки ионов через мембрану, а на границах мембраны с р-рами устанавливается электрохим. равновесие. М. п. складывается из равновесных межфазных скачков потенциала ПО обе стороны мембраны на границе с р-рами (см. Потенциала скачки межфазные) и диффузионного потенциала внутри мембраны, обусловленного разл. подвижностью в ней ионов. Экспериментально М. п. определяют как эдс элемента электрод сравнения 1 р-р 1 мембрана р-р2 электрод сравнения 2 . Однако это значение условно из-за неопределенности потенциалов электродов сравнения по от-вошению к р-ру. [c.322]

Торнер осуществлял эксперименты на электродиализном аппарате с активной площадью мембран 190 м . Проводился электродиализ раствора поваренной соли. Плотность тока составляла 330 A/м при скорости протока раствора, которой соответствовала толщина поляризационной пленки 8 =0,045 мм. Это случай очень сильной поляризации. Поток ионов СГ через анионообменную мембрану со стороны дилюата составлял 738 кмоль/м , ионов N3+—11,2 кмоль/м и ионов ОН — 228 кмоль/м. Незначительный поток ионов Ма обусловлен неидеальной селективностью анионообменной мембраны. Причиной большого потока ионов Н является разложение воды. Оно фактически вызывает и более интенсивный поток ионов СГ. Замечено, что перенос катионов через катинообменную мембрану аномально возрастает. Например, с увеличением напряжения перенос ионов Ыа продолжает возрастать со скоростью, которая не может быть объяснена разложением воды. Также показано, что разложение воды на катионообменной мембране происходит в меньшей степени, чем на анионообменной мембране при прочих равных условиях. [c.30]

Теоретически потенциал покоя объясняется малой пропускной способностью мембраны, ограничивающей клетку, по отношению к ионам натрия, концентрация которых вне клетки значительно больше, чем внутри нее. С другой стороны, пропускная способность мембраны по отношению к ионам калия велика, так что внутри клетки находятся нреимущественно катионы калия. Нри раздражении клетки двойной электрический слой, образованный на ее мембране, частично разряжается, и значение потенциала покоя несколько уменьшается. Когда оно снижается более чем на 15—20 мв, пропускная способность мембраны по отношению к иоттям натрия ре.чко возрастает, и эти ионы устремляются внутрь клетки. При этом разность потенциалов между внутренней и внешней частью клетки продолн ает падать, а затем изменяет свой знак. Эта разность потенциалов получила название потенциала действия. После перезарядки клеточной мембраны, под действием электрического поля начинается переток ионов калия из клетки во внеклеточную жидкость. Этот поток больше, чем поток ионов натрия внутрь клетки, благодаря чему разность потенциалов в данном месте клеточной мембраны вновь достигает потенциала покоя. Однако кратковременной перезарядки мембраны достаточно для того, чтобы снизить потенциал покоя в соседних с ней участках, и там повторяется весь описанный процесс. В результате потенциал действия перемещается вдоль волокна нервной клетки, например от центральной нервной системы к мыш- [c.82]

В работе П. Мерса [25] были определены коэффициенты диффузии ионов натрия и хлора в мембране из катионообменной смолы при различных концентрациях хлорида натрия. В равновесии с водой при 25° смола имела емкость 0,411 мг-экв1г и содержала 74 объемн. % воды. В качестве радиоактивных индикаторов применялись Ыа " и СР . Концентрации растворов по обе стороны от мембраны были одинаковы, причем в одной секции раствор был помечен. В течение опыта отбирали пробы растворов для измерения радиоактивности, что дало возможность подсчитать поток ионов через мембрану I моль/см сек.). Зная толщину мембраны 8 и среднюю концентрацию ионов внутри мембраны С, рассчитывали коэффициенты диффузии по формуле [c.750]

Для описания процесса переноса ионов электролитов через границу разделяемый раствор—мембрана пользуются теорией активированного комплекса [2]. Согласно этой теории поток ионов сорта п через меж-фазную границу можно представить как разность вхо-дящеххз (->) и выходящего (<-) ионных потоков [c.386]

При обратном осмосе и электроосмофильтрации перенос ионов сопровождается потоком растворителя, направленным под действием рабочего давленш из исходного раствора в мембрану. Поток растворителя должен резко снижать поток ионов из мембраны в исходный раствор (х 0), поэтому вторым членом правой [c.386]

Перенос ионов разделяемых веществ через активный слой мембран для обратного осмоса практически не изучен. Заслуживают внимания исследования [8], в которых с помощью радиоактивных индикаторов измеряли диффузионные и конвективные потоки ионов Ка через мембраны для обратного осмоса. При этом пришли к вьшоду, что коэффициенты диффузии ионов в связанной воде акпгеного слоя крайне низки и, следовательно, диффузионная составляющая ионного потока в активном слое пренебрежимо мала. [c.386]

Вследствие того, что мембраны обладают ионной полупро ницаемостью (катионитовые мембраны проницаемы для катио нитов, а анионитовые — для анионов), в одних камерах проис ходит опреснение воды, а в других — увеличение концентрацщ солей. Опресненная вода и концентрированный солевой рас твор выводятся из электродиализатора различными потоками Очищаемая вода может подаваться одновременно во все камеры (параллельно),как это показано на рис.38,или последовательно через все камеры двумя потоками (рис. 39). [c.161]

При действии раздражителя на нервное или мышечное волокно мембранный потенциал Е в месте раздражения нарушается. Нерв воспламеняется , и поляризация мембраны меняется на обратную (рис. 55, б). Поток ионов Ма+ устремляется внутрь клетки (заса сывается), а затем (рис. 55, в) ионы К+направляются во внешнюю среду. Возвращение к исходному положению (рис. 55, г) происходит спустя одну-две миллисекунды. Нервный импульс пиковый потенциал (потенциал действия) передается по нервному волокну дальше. Мембраны играют важную роль в процессах освобождения и запасания энергии в живых организмах. Ее накопление происходит в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), а при необходимости энергия освобождается за счет разрыва одной из трех богатых энергией связей Р—О—Р. На мембране митохондрии — одного из компонентов клетки — происходит превращение энергии химических связей в мембранный потенциал. При этом важную роль играют проницаемость и электронная проводимость мембран. [c.159]

Соли, или электролиты, представляют собой соединения, которые диссоциируют вводе на положительно (катионы) и отрицательно заряженные (анионы) ионы. Если постоянный электрический ток пропускать через раствор, то катионы и анионы будут проводить ток и двигаться в противоположных направлениях. Скорость и направление потока ионов будут зависеть от 1ютенциала и плотности тока, а также от сопротивления растворов и мембран и характеристик индивидуальных ионов — заряда и валентности. Электродиализ — исключительно экономически важный электромембранный процесс, который используется для обеднения (или концентрирования) водных растворов, содержащих ионы растворенных веществ низкой молекулярной массы. Описано много разновидностей этого процесса [39] наиболее распространенный вид электродиализа — перемещение ионов через селективные катионо- и анионообменные мембраны в результате прохождения электрического тока. Электродиализ может использоваться для отделения электролитов от неэлектролитов [40] для обеднения [41] или концентрирования [42] электролитов в ионном обмене [43] реакциях обмена [39] при фракционировании электролитов [44] и разделении продуктов электролиза [45]. [c.42]

Предполагается, что токи действия возникают как результат поляризации клеточной мембраны. Эта поляризация возникает ив различной проницаемости мембраны по отношению к ионам. При возбуждении дифференциальная проницаемость моментально теряется и сквозь мем1брану цроникает поток ионов при этом воз шакаетток. [c.125]

В данной работе делается попытка расчета концентрационного профиля в мембране на основе представления о поляризации в примембран-ных слоях раствора и рассмотрения потока ионов через мембраны. [c.70]

Экспериментами установлено, что через мембрану, кроме ионов, содержащихся в исходном растворе, переносятся также ионы Н+ (или ОН-), образующиеся на электродах в процессе электролиза. Потоки ионов Н+ (или 0Н ) направлены через мембраны из соответствующих пермеатов в исходный раствор навстречу объемному потоку растворителя, поэтому их назвали встречными ионными потоками. Встречные ионные потоки возрастают с увеличением плотности тока (рис. 4-22) и изменяют pH разделяемого раствора около поверхности мембраны у прикатодной мембраны раствор подщелачивается, у прианод-ной подкисляется. В результате подщелачивания раствора на прикатодной мембране в виде осадка выпадают гидроксиды металлов, ионы которых склонны к гидролизу. Опытами обнаружено образование осадка на прикатодной мембране из растворов, содержащих ЬпСЦ. Аналогичное явление наблюдалось и с другими солями (СаСЬ и т. п.). Необходимо отметить, что [c.93]

До сих пор при обсуждении имеющегося экспериментального материала основное внимание было уделено проявлению в мембранном потенциале сопряженности потоков ионов и комплексона. Однако результаты, которые получены для фоновых мембран, не содержащих валиномицина, указывают на то, что изменения потенциала во времени связаны не только с перераспределением комплексона. Естественно предположить, что для фоновых мембран в области концентрированных растворов динамику потенциала определяют два ввда ионов, существенно преобладающих в мембране и С1 . Вопрос о причинах высокой катионной селективности мембран, не содержащих значительных количеств ионообменных центров, до настоящего времени остается дискуссионным. Низкая подвижность ионов С1 в мембране [б] может быть обусловлена как специфическим взаимодействием их с полимерной основой мембраны, так и образованием в мембране водных мицелл, поглощающих избыточное количество анионов. Мицеллы могут возникать при участии любых поверхностно-активных агентов, в том числе содержащихся в мембране комплексона и пластификатора, если молекулы последних именгг соответствующее строение. Если образование водных глицелл в мембране и проникновение в них ионных компонентов происходит с меньшей скоростью, чем поступление в мембрану электролита в первые моменты контакта ее с концентрированным раствором, то во времени потенциал электрода должен изменяться, поскольку по мере формирования мицелл должно уменьшаться относительное участие ионов, преимущественно поглощаемых мицеллами, в переносе электричества. Если таковыми являются анионы, то потенциал должен изменяться в направлении, соответствущем полной катионной функции. Шенно такое направление изменения потенциала наблюдалось в наших опытах для фоновых мембран при резком увеличении концентрации электролита в рас- [c.118]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология