Study of Processes Associated with Freezing of Aqueous Solutions

Větsina latek rozpustěných ve vodnim roztoku je prakticky nerozpustna v ledu. Při mrazeni vodných roztoků můžeme proto pozorovat zajimave jevy. Ve sve disertaci popisuji a vysvětluji některe z nich – zakoncentrovani mrazenim, selektivni zabudovani iontů a změnu kyselosti při mrazeni. Tato prace se zaměřuje hlavně na změny kyselosti při mrazeni roztoků pufrů a soli a vliv těchto změn kyselosti na stabilitu a reaktivitu ostatnich latek přitomných v roztoku. Kyselost v pevnem stavu byla stanovena spektroskopicky s použitim acidobazických indikatorů, a numericky vyhodnocena jako Hamettova aciditni funkce. Disertacni prace popisuje a diskutuje ctyři projekty. Prvni projekt se zabýva změnami kyselosti při mrazeni a lyofilizaci fosfatových pufrů. Kyselosti mrazených a lyofilizovaných pufrů byly monitorovany jako funkce původniho pH roztoku. I když byly kyselosti lyofilizatů do jiste miry podobne původnimu pH, nenasli jsme žadnou podobnost mezi původnim pH a kyselosti zmrazeneho pufru, ani mezi kyselosti zmrazeneho pufru a výsledneho lyofilizatu. Zavěrem projektu je, že monitorovani kyselosti výsledneho lyofilizatu neni dostatecne na předpovidani vsech změn kyselosti během celeho procesu lyofilizace. Ve druhem projektu byly kyselosti zmrazených roztoků pufrů korelovany s obnovenou aktivitou modeloveho enzymu DbjA, který byl podroben několika cyklům zmrazeni a rozmrazeni v danem pufru. Změny kyselosti při mrazeni byly nasledně potlaceny přidavkem vhodne soli, což mělo za nasledek uplne obnoveni aktivity modeloveho enzymu po zmrazeni a rozmrazeni. Tyto výsledky demonstruji silný vliv lokalni kyselosti ve zmrazenem stavu na stabilitu zmrazených proteinů. Třeti projekt se zaměřuje na hledani důvodu zrychleni redoxni reakce mezi 4 chlorofenolem a chromanem v ledu oproti reakci v nezmrazenem roztoku. Tato reakce zacala probihat v roztoku jen tehdy, když byla koncentrace jednoho z reaktantů zvýsena 100-nasobně a pH roztoku pokleslo o 3 jednotky. Z toho vyvozujeme, že důvod pro zrychleni teto reakce v ledu je kombinace zakoncentrovani roztoku a poklesu pH při mrazeni. Posledni projekt se zabýva ledovými květy – dendritickými ledovými utvary, ktere vznikaji na cerstvem ledu. O ledove květy se zajimaji environmentalni chemici kvůli jejich předpokladane roli při tvorbě solných aerosolů v polarnich oblastech. Proto jsme pozorovali integritu laboratorně připravených ledových květů pomoci environmentalniho rastrovaciho elektronoveho mikroskopu. Výsledky teto studie ukazuji, že ledove květy pravděpodobně nejsou přimým zdrojem solných aerosolů v polarnich oblastech.