У дисертаційній роботі досліджено поведінку одного з ключових параметрів водних розчинів – водневого показника – за зміни температури, концентрації солей та білків у розчині. Водневий показник (показник рН) визначається концентрацією вільних іонів водню у розчині та відіграє вирішальну роль у формуванні фізико-хімічних властивостей розчину. Дослідження поведінки показника рН є актуальним, адже показник кислотно-лужного балансу впливає також на електрофізичні властивості білка, структурну організацію водного середовища, стабільність колоїдних систем та перебіг біохімічних процесів у живих організмах.
Відомо [1], що показник рН крові людини є жорсткою фізіологічною константою і набуває значень в межах 7.36–7.44 одиниць. Вихід за межі вказаного інтервалу призводить до порушення процесів гомеостазу, а відхилення нормального показника рН на 0.4–0.5 одиниць може спричинити незворотні зміни, несумісні з життям. Зміни кислотно-основного стану крові впливають на функціонування ферментних систем, проникність клітинних мембран, транспорт кисню та вуглекислого газу, а також на електрокінетичні властивості білків плазми крові. Крім того, зниження концентрації хлориду натрію в крові є причиною виходу води з кров’яного русла у міжклітинний простір, що призводить до загущення крові, порушень роботи нервової та серцево-судинної систем, а також змін водно-сольового балансу організму. Таким чином, дослідження закономірностей формування кислотно-основного балансу є важливим як з фундаментальної, так і з прикладної точки зору.
Проблемі визначення водневого показника розчинів та дослідженню температурних і концентраційних залежностей показника рН присвячено значну кількість наукових праць. Для опису кислотно-основних властивостей водних систем традиційно використовуються термодинамічні підходи, теорія електролітичної дисоціації, моделі активності іонів та уявлення про автопротоліз води. Значна частина існуючих моделей базується на припущенні про однорідність структури води та незалежність процесів переносу протонів від локальної організації водневих зв’язків. Однак такі підходи не завжди дозволяють пояснити особливості поведінки показника рН у концентрованих сольових та білкових системах, де суттєву роль відіграють колективні ефекти, гідратаційні процеси та структурна перебудова водного середовища.
У сучасних дослідженнях також активно застосовуються статистичні та молекулярно-динамічні підходи до опису структури води й механізмів переносу протонів. Проте значна складність міжмолекулярних взаємодій у воді та білкових розчинах не дозволяє сформувати універсальну модель, яка б одночасно враховувала вплив температури, концентрації електролітів, білкових макромолекул, діелектричної проникності та системи водневих зв’язків на кислотно-основний баланс. Недостатньо дослідженим залишається також взаємозв’язок між показником рН та дзета-потенціалом білкових розчинів, хоча саме ці параметри значною мірою визначають стабільність біоколоїдних систем та особливості міжмолекулярної взаємодії.
Особливий інтерес становлять водні розчини альбуміну, оскільки альбумін є одним з основних білків плазми крові та відіграє важливу роль у підтриманні онкотичного тиску, транспорті біологічно активних речовин та регуляції кислотно-основної рівноваги організму. Конформаційний стан молекул альбуміну, ступінь їх гідратації та поверхневий заряд істотно залежать від кислотності середовища, що, у свою чергу, впливає на електрокінетичні характеристики системи. У висококонцентрованих білкових розчинах додатково виникають кооперативні ефекти та процеси просторової самоорганізації, які можуть впливати на рухливість протонів і механізми формування водневого показника.
