Polymers in Medicine
2013, vol. 43, nr 2, April-June, p. 111–118
Publication type: experimental paper
Language: Polish
Sieciowa postać równań Kedem-Katchalsky’ego dla ternarnych roztworów nieelektrolitów. 3. Ocena współczynników Peusnera Hij membrany polimerowej
Network form of the Kedem-Katchalsky equations for ternary non-electrolyte solutions. 3. Evaluation of Hij Peusner’s coefficients for polymeric membrane
1 Katedra Informatyki Ekonomicznej, Uniwersytet Ekonomiczny, Katowice, Polska
2 Instytut Marketingu, Politechnika Częstochowska, Częstochowa, Polska
3 Katedra Zdrowia Publicznego, Politechnika Częstochowska, Częstochowa, Polska
Streszczenie
Wprowadzenie. Poprzez symetryczną lub hybrydową transformację, równania Kedem-Katchalsky’ego (K-K) dla roztworów ternarnych można przekształcić do symetrycznych (Rij lub Lij) lub hybrydowych (zawierających współczynniki Hij, Wij, Sij, Nij, Kij lub Pij) postaci sieciowych.
Cel. Wyprowadzenie sieciowej postaci równań K-K dla jednorodnych ternarnych roztworów nieelektrolitów zawierających współczynniki Peusnera Hij (i, j ∈ {1, 2, 3}), oraz obliczenie tych współczynników dla roztworów zawierających rozpuszczalnik i dwie substancje rozpuszczone, oraz ich porównanie ze współczynnikami Rij i Lij przedstawionymi w pierwszej i drugiej części pracy (Polim. Med. ). Do obliczeń wykorzystano wyznaczone doświadczalnie parametry transportowe, tj. współczynniki przepuszczalności hydraulicznej (Lp), przepuszczalności solutu (ω) i odbicia (σ).
Materiał i metody. Materiałem badawczym była membrana Nephrophan o znanych parametrach transportowych dla wodnych roztworów glukozy i etanolu, a narzędziem badawczym – formalizm termodynamiki sieciowej Peusnera (PNT) oraz równania K-K dla ternarnych roztworów nieelektrolitów.
Wyniki. Korzystając z hybrydowych transformacji sieci termodynamicznych Peusnera przedstawiono sieciową postać równań K-K dla roztworów ternarnych, składających się z rozpuszczalnika i dwóch substancji rozpuszczonych. Obliczono zależności współczynników Peusnera Hij (i, j ∈ {1, 2, 3}) dla warunków jednorodności roztworów od średniego stężenia jednego składnika roztworu w membranie (C1) przy ustalonej wartości drugiego (C2).
Wnioski. Analiza współczynników Peusnera Hij (i, j ∈ {1, 2, 3}) jest nowym narzędziem, które można zastosować do badania transportu membranowego. Wykonane obliczenia dowiodły, że jedynie współczynniki H12, H21, H22 i H32 są czułe na stężenie i skład roztworów nieelektrolitów rozdzielanych przez membranę polimerową.
Abstract
Introduction. Using symmetrical or hybrid transformation Kedem-Katchalsky membrane transport equations (K-K) for ternary solutions can be transformed to symmetrical (Rij lub Lij) or hybrid (contain coefficients Hij, Wij, Sij, Nij, Kij or Pij) network form.
Purpose. Derivation of network form of K-K equations for homogeneous ternary non-electrolyte solutions containing Peusner’s coefficients Hij (i, j ∈ {1, 2, 3}) and calculation of these coefficients for solutions consisting of solvent and two dissolved substances. Moreover comparison of these coefficients with coefficients Rij and Lij presented in the first and second part of the paper (Polim. Med.) was shown. Coefficients Hij (i, j ∈ {1, 2, 3}) can be calculated on the basis of experimentally determined transport parameters i.e. the hydraulic permeability coefficients (Lp), solute permeability (ω) and reflection (σ).
Material and Methods. The research material was the membrane (Nephrophan) with known parameters for the transport of aqueous solutions of glucose and ethanol and the research tool was the formalism of Peusner’s network thermodynamics (PNT) and K-K equation for ternary non-electrolyte solutions.
Results. Using the hybrid transformation of the Peusner’s thermodynamic networks, the network form of K-K equations for ternary solution consisting of solvent and two dissolved substances was presented. Dependences of Peusner’s coefficients Hij (i, j ∈ {1, 2, 3}) in the conditions of solutions homogeneity from the average concentration of one component of solution in the membrane (C1) with a constant value of second component (C2).
Conclusion. Analysis of Peusner’s coefficients Hij (i, j ∈ {1, 2, 3}) is a new tool, which can be used for examination of the membrane transport. The calculations proved, that the values of coefficients H12, H21, H22 and H32 are sensitive to the concentration and composition of the non-electrolyte solutions separated by the polymer membrane.
Słowa kluczowe
transport membranowy, termodynamika sieciowa Peusnera, równania Kedem Katchalsky’ego, współczynniki Peusnera, roztwory ternarne
Key words
membrane transport, Peusner’s network thermodynamics, KedemKatchalsky equations, the Peusner’s coefficients, ternary solutions
References (18)
- Katchalsky A., Curran P.F.: Nonequilibrium thermodynamics in biophysics, Harvard Univ. Press, Cambridge,1965.
- Peusner L.: Studies in network thermodynamics. Elsevier, Amsterdam, 1986.
- Peusner L.: Hierarchies of irreversible energy conversion systems: a network thermodynamics approach. I. L inear steady state without storage. J. Theoret. Biol. (1983), 102, 7–39.
- Ślęzak A.: Zastosowanie sieci termodynamicznych do interpretacji transportu w mikroukładach: transport jednorodnych roztworów nieelektrolitów przez membranę polimerową. Polim. Med. (2011), 41, 29–41.
- Ślęzak A., Grzegorczyn S., Batko K.M.: Resistance coefficients of polymer membrane with concentration polarization. Transp. Porous Med. (2012), 95, 151–170.
- Batko K., Ślęzak-Prochazka I., Grzegorczyn S., Ślęzak A.: Membrane Transport in Concentration Polarization Conditions: Network Thermodynamics Model Equations. J. Porous Media (2013)
- Batko K., Ślęzak-Prochazka I., Ślęzak A.: Sieciowa postać równań Kedem-Katchalsky’ego dla ternarnych roztworów nieelektrolitów. 1. Ocena współczynników Peusnera Rij membrany polimerowej. Polim. Med. (2013), 43, 2, 93–102.
- Batko K., Ślęzak-Prochazka I., Ślęzak A.: Sieciowa postać równań Kedem-Katchalsky’ego dla ternarnych roztworów nieelektrolitów. 2. Ocena współczynników Peusnera Lij membrany polimerowej. Polim. Med. (2013), 43, 2, 103–109.
- Kargol M., Przestalski S., Suchanek G.: Practical description of passive transport through membranes separating multicomponent solutions. Studia Biophys. (1987), 121, 143–152.
- Suchanek G.: Mechanistic equations for multicomponent solutions. Gen. Physiol. Biophys. (2006), 25, 53–63.
- Ślęzak A., Grzegorczyn S.: Teoretyczna analiza transportu membranowego niejednorodnych roztworów nieelektrolitów: wpływ bodźców termodynamicznych na grubość stężeniowych warstw granicznych w roztworach binarnych. Polim. Med. (2007), 37, 67–79.
- Ślęzak A.: Zastosowanie termodynamiki sieciowej Peusnera do interpretacji biernego transportu membranowego binarnych roztworów nieelektrolitów: ocena współczynników Pij membrany polimerowej w warunkach polaryzacji stężeniowej. Polim. Med. (2011), 41, 61–71.
- Ślęzak A.: Modyfikacja relacji Katchalsky’ego między efektywnym i rzeczywistym współczynnikiem przepuszczalności solutu przez membranę polimerową. Polim. Med. (2011), 41, 63–69.
- Ślęzak A.: Opis transportu membranowego przy pomocy termodynamiki Peusnera: relacje między współczynnikami Rik, Lik, Hik i Pik. Polim. Med. (2011), 41, 57–61.
- Ślęzak A.: Zastosowanie sieci termodynamicznych do interpretacji transportu w mikroukładach: transport jednorodnych roztworów nieelektrolitów przez membranę polimerową. Polim. Med. (2011), 41, 29–41
- Jasik-Ślęzak J., Ślęzak A.: Relacja między efektywnym i rzeczywistym współczynnikiem przepuszczalności solutu przez membranę polimerową. Polim. Med. (2010), 40, 29–36.
- Trajdos T.: Matematyka cz. III., Wyd. N-T, Warszawa 1974.
- Ślęzak A.: Irreversible thermodynamic model equations of the transport across a horizontally mounted membrane. Biophys. Chem. (1989), 34, 91–102.


