Polymers in Medicine

Polim. Med.
Scopus CiteScore: 3.5 (CiteScore Tracker 3.6)
Index Copernicus (ICV 2023) – 121.14
MEiN – 70
ISSN 0370-0747 (print)
ISSN 2451-2699 (online) 
Periodicity – biannual

Download PDF

Polymers in Medicine

2011, vol. 41, nr 2, April-June, p. 49–55

Publication type: original article

Language: Polish

Ocena wartości współczynnika osmotycznego van’t Hoffa w warunkach polaryzacji stężeniowej układu membranowego

Evaluation of the vant’Hoff’s osmotic coefficient in concentration polarization conditions of membrane system

Jolanta Jasik-Ślęzak1,, Kornelia Olszówka2,, Andrzej Ślęzak1,

1 Katedra Zdrowia Publicznego Politechnika Częstochowska

2 Katedra Informatyki Ekonomicznej Uniwersytet Ekonomiczny, Katowice

Streszczenie

Opracowano metodę oceny wartości współczynnika osmotycznego van’t Hoffa (f) w układzie membranowym, której podstawę stanowi oryginalne równanie trzeciego stopnia dla współczynnika f. To równanie, wyprowadzone na bazie formalizmu termodynamicznego Kedem-Katchalsky’ego, zawiera parametry transportowe membrany (Lp, σ, ω), stężenia roztworów (C), strumień objętościowy (Jvm), grubość stężeniowej warstwy granicznej (δ), etc. Owe wielkości można wyznaczyć w serii niezależnych eksperymentów. Wykonane obliczenia dla roztworów amoniaku w wodnym roztworze KCl i membrany polimerowej pokazują, że wartość współczynnika f spełnia warunek 1≤f≤2 oraz, że istnieje zakres stężenia amoniaku, w którym zmiany f zachodzą niemonotonicznie.

Abstract

In this paper the method of evaluation the value of osmotic vant’t Hoff’s coefficient (f) in membrane system, which is based on the original equation of third degree for the coefficient f was elaborated. This equation, obtained on the basis of Kedem-Katchalsky equation, contains the transport parameters of membrane (Lp, σ, ω), solution concentration (C), volume flux (Jvm), thickness of concentration boundary layer (δ), etc. These parameters can be determined in a series of independent experiments. The calculation performed for the solution of ammonia in aqueous solution of KCl and polymer membranes show that, the value of coefficient f fulfill the condition 1≤f≤2 and that there is a range of concentrations of ammonia, in which the changes f occur nonmonitically

Słowa kluczowe

transport membranowy, równania Kedem-Katchalsky’ego, współczynnik osmotyczny van’t Hoffa, polaryzacja stężeniowa

Key words

membrane transport, KedemKatchalsky equations, van’t Hoff’s osmotic coefficient, concentration polarization

References (22)

  1. Kedryna T.: Chemia ogólna z elementami biochemii. Wyd. Zamiast Korepetycji. Kraków 1998.
  2. Katchalsky A., Curran P. F.: Nonequilibrium thermodynamics in biophysics. Harvard Univ. Press, Cambridge,1965.
  3. Friedman M. H., Meyer R. A.: Transport across homoporous and heteroporous membranes in nonideal, nondilute solutions. I. Inequality of reflection coefficient for volume and solute flow. Biophys. J. (1981), 34, 535–544.
  4. Kargol M., Kargol A.: Mechanistic equations for membrane substance transport and their identity with Kedem-Katchalsky equations. Biophys. Chem. (2003), 103, 117–127.
  5. Krol J. J., Wessling M., Strathman N.: Concentration polarization with monopolar ion exchange membranes: current-voltage curves and water dissociation. J. Membr. Sci. (1999), 162, 145–154.
  6. Naiki T., Karino T.: Visualization of flowdependent concentration polarization of macromolecules at the surface of a cultured endothelial cell monolayer fluorescence microscopy. Biorheology (2000), 37, 371–384.
  7. Ślęzak A., Ślęzak I. H., Ślęzak K. M.: Influence of the concentration boundary layers on membrane potential in a single membrane system. Desalination (2005), 184, 113–123.
  8. Dworecki K., Ślęzak A., Ornal-Wąsik B., Wąsik S.: Evolution of concentration field in a membrane system. J. Biochem. Biophys. Methods (2005), 62, 153–162.
  9. Rubinstein I., Zaltzmann B.: Electroosmotic slip of the second kind and instability in concentration polarisation at electrodialisis membranes. Mathemat. Models Method. Appl. Sci. (2001), 11, 263–300.
  10. Dworecki K., Ślęzak A., Wąsik S.: Temporal and spatial structure of the concentration boundary layers in membrane system. Physica A (2003), 326, 360–369.
  11. Bary P. H.: Diamond J. M.: Effects of unstirred layers on membrane phenomena. Physiol. Rev. (1984), 64, 763–872.
  12. Grzegorczyn S., Ślęzak A.: Time characteristics of electromotive force in single-membrane cell for stable and unstable conditions of reconstructing of concentration boundary layers. J. Membr. Sci. (2006), 280, 485–493.
  13. Dworecki K.: Interferometric investigations of the near-membrane diffusion layers. J. Biol. Phys. (1995), 21, 37–49.
  14. Ślęzak A.: Irreversible thermodynamic model equations of the transport across a horizontally mounted membrane. Biophys. Chem. (1989), 34, 91–102.
  15. Peppenheimer J. R.: Role of pre-epitheial “unstirred” layers in a absorption of nutrients from the human jejunum. J. Membr. Biol. (2001), 179, 185–204.
  16. Winne D.: Unstirred layer as a diffusion barrier in vitro and in vivo. W: Intestinal absorption and secretion, F. Skadhause and K. Heintse (eds.) MTP-Press, Lancaster, 1981, 21–38.
  17. Ślęzak A.: Membrane transport of the nonhomogeneous non-electrolyte solutions: mathematical model based on the Kedem-Katchalsky and Rayleigh equations. Polym. Med. (2007), 37, 57–66.
  18. Grzegorczyn S., Jasik-Ślęzak J., MichalskaMałecka K., Ślęzak A.: Transport of non-electrolyte solutions through membrane with concentration polarization. Gen. Physiol. Biophys. (2008), 27, 315–321.
  19. Jasik-Ślęzak J., Ślęzak A.: Model matematyczny transportu roztworów substancji dysocjujących przez membranę polimerową z polaryzacją stężeniową. Polim. Med. (2009), 39, 77–82.
  20. Ślęzak A.: Metoda szacowania grubości stężeniowych warstw granicznych w układzie 1-membranowym zawierającym roztwory binarne. Polim. Med. (2008), 38, 47–51.
  21. Pohl P., Saparov S. M., Antonenko.: The size of the unstirred layer as a Function of the solute diffusion coefficient. Biophys. J. (1998), 75, 1403–1409.
  22. Fernández-Sempre J., Ruiz-Beviá F., GarciaAlgado P., Salcedo-Diaz R.: Visualization and modeling of the polarization layer and reversible adsorption process in PEG-10000 deadend ultrafiltration. J. Membr. Sci. (2009), 342, 279–290.
© Wroclaw Medical University