14.2. A detergensek fizikai-kémiai tulajdonságai

A detergensek amfipatikus karakterükből adódóan víz/levegő fázishatáron az apoláros molekularészlet a levegő, míg a poláros rész a vizes oldat felé helyezkedik el és monomolekuláris filmet alkot, csökkentve az oldat felületi feszültségét. Ugyanakkor a detergensek vizes oldatban hajlamosak aggregációra és meghatározott térbeli rendezettséget vesznek fel. Míg kis koncentrációban monomerként oldódnak, adott hőmérsékleten, egy adott koncentráció felett micellákat képeznek. Ez a koncentráció, a kritikus micelláris koncentráció (CMC – Critical Micellization Concentration) jellemző az adott detergens molekulára. A micellákban a molekulák apoláris részei egymás felé és a vizes közegtől ellenkező irányba fordulva, apoláros belső teret, magot (core) alkotnak, míg a poláros részük a vizes fázis felé néz. A micellákat felépítő molekulák száma, az aggregációs szám (N), az adott detergensre nézve jellemző. Apoláros oldószerekben kifordított, inverz micellák jöhetnek létre

14.2.1. Kritikus micelláris hőmérséklet (CMT – Critical Micellar Temperature)

A CMT az a minimális hőmérsékleti érték, amelynél a detergens micellákat képes létrehozni vizes oldatban feltéve, ha eléri a kritikus micelláris koncentrációt (CMC). A CMT alatti hőmérsékleteken a detergens általában kristályos állapotban van. A legtöbb detergens CMT értéke jóval a 0oC alatt van.

14.2.2 Kritikus micelláris koncentráció (CMC – Critical Micellization Concentration)

A CMC az a minimális detergens koncentráció az oldatban, amikor megindul a micellák képződése, azaz a CMC érték felett a detergens molekulák már jórészt micellákba épülnek feltéve, ha a hőmérséklet a CMT felett van. Így a micellaképződés egy „hirtelen” bekövetkező változás, egy szűk detergens koncentráció tartományban. Léteznek olyan detergensek is, amelyek micellaképződés egy elég széles koncentráció skála mentén alakul ki. Ilyenkor a CMC nem értelmezhető. Több módszer is ismeretes a CMC meghatározására, amelyek a micellizáció látható, mérhető tulajdonságait, illetve azok változását követik nyomon. Ezek a felületi feszültség, a fényszórás, illetve a festék szolubilizáció mérése (14.2. ábra). A mért paraméternek a detergens koncentráció függvényében mutatott inflexiós pontja jelzi a CMC értékét. Ezek a módszerek különböző érzékenységűek és az általuk mért CMC értékek kissé különbözhetnek. A mérési eredmények általában több paramétertől is függenek. Ilyenek a hőmérséklet, a pH, az ionerő, más molekulák, illetve szennyezések jelenléte.

14.2.3. Az aggregációs szám (N)

Az oldatban kialakuló micellák nem statikus képződmények. Dinamikus egyensúly alakul ki a monomerek és a micellák között, de maguk a micellák stabilak és jól definiálható számú detergens molekula építi fel őket. Az micellák aggregációs száma a molekulatömegük mérésen keresztül állapítható meg. A micella méret ugyanúgy érzékeny számos kísérleti paraméterre, ahogy a CMC is. Több detergens esetén megfigyelhető, hogy a micella mérete, és így az N is változik a detergens koncentrációjának növelésével. Ezért egy időben különböző méretű micellák jelenléte is lehetséges.

Egy detergens kritikus micelláris koncentrációjának (CMC) meghatározása különböző módszerekkel.

14.2. ábra Egy detergens kritikus micelláris koncentrációjának (CMC) meghatározása különböző módszerekkel. Fszol – festék szolubilizáció, Fsz – fényszórás, FF – felületi feszültség

14.2.4. Micelláris molekulatömeg (micellar Mr)

A tiszta detergens egy micellájának átlagos mérete [micellar Mr = monomer Mr x (N)]. Általában az alacsony CMC-jú detergenseknek magas a micelláris Mr-je, a magas CMC-juaknak alacsony.

14.2.5. Felhő-pont (cloud-point)

A felhő-pont a polietoxilált nem-ionos detergensek jellegzetes tulajdonsága. Az a hőmérsékleti érték, amikor a detergens micellák szuperaggregátumokat képeznek. A felhő-pont feletti hőmérsékleten az oldat zavarossá válik, ami azért következik be, mert csökken a fejcsoportok hidratáltsága. Az ilyen oldatban egy detergens-gazdag fázis különül el. Pl. a TRITON X-144 felhőpontja 22oC. A normál szolubilizásás 0oC-on történik, majd az oldatot lassan 30oC-ra melegítve, elválik a fehérjéket tartalmazó detergens-gazdag fázis, amit az oldat többi részétől centrifugálással el lehet választani.

14.2.6. Hidrofil-hidrofób egyensúlyi szám (HLB – hydrophile-lipophile balance number)

A detergensek hidrofil/hidrofób jellegének meghatározására használják a HLB értéket, ami a következő egyenlet alapján számítható:

HLB = Mhidrofil / Mmolekula ×100 /5

Ahol Mhidrofil a molekula hidrofil részének tömege, Mmolekula a teljes molekulatömeg. A HLB tehát közvetlenül jellemzi az adott detergens hidrofil karakterét. Minél nagyobb ez az érték annál hidrofílebb a molekula. A HLB értéket az irodalmi leírások, illetve a gyártási ismertetők is megadják. Egy detergens keverék a különböző komponensek HLB értékeinek súlyozott számtani átlagával jellemezhető. A HLB felvilágosítást ad az adott detergens biokémiai felhasználhatóságáról. Egyes membrán komponensek szolubilizálhatósága jól korrelál az adott detergens HLB értékével. Általában a 10-20 közötti HLB értékű detergensek alkalmasak membrán proteinek nem-denaturáló szolubilizásához. E tartomány alsó értékeivel bíró detergensek (12-14.5) megfelelőek az integrális fehérjéknek a membránból való eltávolításához, illetve szolubilizásához, míg a tartomány felső értékeivel rendelkezők jók a membránhoz lazán kapcsolódó proteinek szolubilizásához. Ugyanakkor a HLB érték felvilágosítást adhat arra is, hogy a detergens eltávolítható-e az oldatból, például hidrofób adszorpciós módszerrel. Ha a HLB túl magas, a detergens nem oszlik meg jól a hidrofób fázis és a vizes oldat között.