澳大利亚的研究人员发现了溶液中阴离子的特定离子效应的静电起源。通过建立一系列阴离子的库仑相互作用与其溶液性质之间的相关性,科学家们证实了在生物和化学环境中,阴离子的不同效应是由静电引起的。这些发现为霍夫迈斯特系列提供了新的物理基础,该系列根据离子对蛋白质的盐析能力来排序。该小组希望他们的工作将帮助科学家更好地理解和预测特定的离子效应,对研究这些物理科学现象具有广泛的影响。

离子特异性效应最早是由弗朗茨·霍夫迈斯特在1888年发现的,他发现一系列盐对蛋白质在溶液中的溶解度有不同的影响。自发现以来,特定离子效应已被证明是一系列生物和化学过程中不可或缺的,包括酶活性、细胞运动和蛋白质结晶。尽管特定离子效应在实验室和自然界中无处不在,但科学家们对其物理起源仍存在激烈的争论。

最近的研究努力采取了各种各样的实验、计算和混合方法来揭示特定离子效应的物理起源。然而,到目前为止,还没有模型能够可靠地预测特定的离子效应现象。更重要的是,溶液温度和pH值的变化导致了既定趋势的彻底逆转,从而混淆了为这些神秘效应建立清晰的分子基础的努力。

显示各种阴离子C m−1中ϸ值的图像

资料来源:©Alister Page/纽卡斯尔大学

例子ϸC m值−1常见的霍氏迈斯特离子

现在,有一群人阿利斯特页面澳大利亚纽卡斯尔大学的研究人员采用静电方法来探索水和非水溶剂中的特定离子效应。利用量子力学计算,该小组提出了一个新参数ϸ(发音为' sho ')来量化特定的离子效应。令人惊讶的是,研究小组发现,对于超过15个阴离子,ϸ与许多特定离子效应现象的趋势密切相关,包括粘度和扩散系数、胶体稳定性、化学反应速率以及病毒和酶的相对活性。研究人员得出结论,对于阴离子来说,离子与周围溶剂环境之间的特定库仑相互作用产生了特定的离子效应,这种差异导致了霍夫迈斯特系列离子的顺序。

然而,将他们的方法转换到阳离子上,研究小组发现这幅图并不那么简单。在这里,特定的离子效应趋势更容易变化和逆转,并发现微弱的相关性,如果有的话ϸ.“我们认为这是这项研究中最有趣的发现之一——负离子的特定离子效应的行为显然是由静电支配的,但对阳离子来说并非总是如此。”“似乎对于阳离子来说,至少有一种其他的量子力学相互作用——比如色散、感应或交换——需要预测一般的特定离子效应,”佩奇说必威体育 红利账户

安德里亚萨利·意大利卡利亚里大学的一名物理化学家将这项研究描述为“对讨论的重要贡献”,但他表示,还有更多的工作要做。“虽然把负离子电荷密度(与特定的离子效应趋势)联系起来的方法很有趣,也足够可靠……我觉得这个参数。ϸ“并不是特定离子效应的结论性故事……还有其他悬而未决的问题,比如在缓冲液中观察到的特定离子效应,这在生物学和化学中都是至关重要的。”

佩奇补充说:“很明显,我们正在研究阳离子的微妙影响。”但我们也有兴趣申请ϸ例如,对于更有挑战性的系统,包含不同盐混合物的溶液显示出有趣和微妙的行为,目前还没有完全了解,这对生物化学非常重要。”