Применение метода оптической микроскопии для изучения кристаллизации одноводного оксалата кальция

ХИМИЯ

Вестн. Ом. ун-та. 2007. № 1. С. 23-25.

УДК 542.913

А.А. Рабинович, О.А. Голованова, Т.В. Панова

Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ОПТИЧЕСКОЙ МИКРОСКОПИИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОДНОВОДНОГО ОКСАЛАТА КАЛЬЦИЯ*

The crystallization of calcium oxalate monohydrate under next conditions was studied: a) in presence of NaCl (ionic strength I=0,3); b) in presence of NaCl (ionic strength I=0,15); c) in absence of NaCl (ionic strength I=0,03). The time of crystallization does not influence on medium sizes of crystals of calcium oxalate monohydrate by fixed ionic strength. With the increase of ionic strength medium size of crystals of calcium oxalate monohydrate is decreased.

Минерал, как известно, это твердый продукт природных процессов, имеющий характерный состав и характерную атомную или ионную структуру. Установлено, что минералы могут образовываться во многих тканях и органах человека. Среди минералообразований патогенного характера наиболее распространенными являются камни мочевой системы - уролиты. В составе уролитов преобладают оксалаты, что объясняет интерес к изучению кристаллизации оксалата кальция в условиях, близких к среде, существующей в организме человека.

Литературные данные о влиянии ионной силы раствора на кристаллизацию оксалата кальция противоречивы [1]. Целью данного исследования является изучение формы и размера кристаллов одноводного оксалата кальция в зависимости от величины ионной силы раствора и времени кристаллизации.

Методика эксперимента. В данном исследовании геометрическую форму, размеры и количество микрочастиц одноводного оксалата кальция изучали с помощью оптического микроскопа Neophot-2 (увеличение 400 крат). Образцы фотографировали, всего было сделано 65 снимков.

Образцы для исследования получали по разработанной нами методике

[2] по уравнению химической реакции Ca2+ + C2O42- = CaC2O4j. Реагенты смешивали в стехиометрических отношениях, при этом концентрации ионов кальция и оксалата превышали (в конечном разбавлении) концентрацию насыщенного раствора в 35 раз [3]. Ионную силу раствора создавали добавлением хлорида натрия. Все растворы были в области рН=6,0. Опыты проводили при постоянном перемешивании. Через определенные промежутки времени (от 1 до 5 минут с шагом 1 минута; от 5 до 40 минут с шагом 5 минут) брали пробы и наносили на предметное стекло.

* Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (проект № 06-05-65165). © А.А. Рабинович, О.А. Голованова, Т.В. Панова, 2007

24

А.А. Рабинович, О.А. Голованова, Т.В. Панова

Для изучения влияния на процесс кристаллизации одноводного оксалата кальция ионной силы раствора был проведен эксперимент, состоящий из трех серий.

Опыты первой серии проводили в отсутствие хлорида натрия. На втором этапе эксперимента кристаллизацию одноводного оксалата кальция осуществляли в растворе с ионной силой 1=0,15. В опытах третьей серии кристаллизацию одноводного оксалата кальция проводили в присутствии хлорида натрия (при этом ионная сила раствора 1=0,3, что соответствует биологической жидкости (моче человека)).

Влияние ионной силы раствора на форму кристаллов оксалата кальция. При отсутствии в растворе ЫаС1 (серия 1) обнаруживаются микрочастицы крестообразной формы (рис. 1). Угол между осями кристаллизации этих микрочастиц составляет 90°. Форма крестообразных частиц соответствует форме кристаллов одноводного оксалата кальция [4]. Идентификацию этих частиц подтверждают данные рентгенофазового анализа.

Рис. 1. Типичные продукты кристаллизации одноводного оксалата кальция в отсутствие №О!

Во второй серии образцов (ионная сила 1=0,15), помимо частиц крестообразной формы, были обнаружены микрообразования квадратной формы (рис. 2а). По данным рентгенофазового анализа это кристаллы хлорида натрия. Размеры крестообразных частиц (звездочек) примерно равны друг другу, угол между осями кристаллизации отличен от 90°.

При увеличении концентрации ЫаС1 (ионная сила 1=0,3) в осадке обнаруживаются микрочастицы правильной геометрической формы в виде квадратов (кристаллы хлорида натрия) и образования, имеющие неопределенную форму (кристаллы одноводного оксалата кальция). Причём количество квадратов заметно меньше, чем микрообразований неправильной формы (рис. 2б).

Влияние времени на кристаллизацию одноводного оксалата кальция. В сериях образцов в отсутствие (ионная сила 1=0,03) и присутствии (ионная сила 1=0,15) хлорида натрия для микрообразований крестообразной формы были выполнены измерения размеров частиц по осям кристаллизации х и у для различного времени кристаллизации. Измерения для каждого времени кристаллизации проводили 30 раз. Результаты усредняли и проводили статистическую обработку. В процессе измерений было установлено, что размеры по обеим осям для каждой частицы одинаковы, поэтому в дальнейшем измерения вели лишь по одной оси кристаллизации.

а) б)

Рис. 2. Типичные продукты кристаллизации одноводного оксалата кальция в присутствии ЫаО!:

а) ионная сила 1=0,15; б) ионная сила 1=0,3

Применение метода оптической микроскопии...

25

м

р, 4 е

І З з а р2

>s

І 1 ч ре 0

о

1 2 З 4 5 10 15 20 25 З0 З5 40

Время кристаллизации, мин

Время кристаллизации, мин

Рис. 3. Размеры кристаллов одноводного оксалата кальция в отсутствие (а) и присутствии (б) хлорида натрия

6

На рис. 3 представлены зависимости средних размеров кристаллов одноводного оксалата кальция в зависимости от времени кристаллизации (вертикальные отрезки - доверительные интервалы для Р=0,95).

В третьей серии образцов (ионная сила 1=0,3) кристаллы оксалата кальция даже через максимальный промежуток времени (40 мин) имели такие малые размеры, что измерить их оптическим методом не представлялось возможным. При этом наблюдается значительный рост кристаллов хлорида натрия во времени.

Во всех случаях при разных значениях ионной силы крестообразные частицы (а в третьей серии микрообразования неопределенной формы) - это кристаллы одноводного оксалата кальция, что подтверждено рентгенофазовым анализом.

Таким образом, размеры частиц моногидрата оксалата кальция зависят от условий кристаллизации. А именно в отсутствие ЫаС1 средний размер равен 4 мкм, в присутствии ЫаС1 при относительно невысокой ионной силе - 8 мкм. При высокой ионной силе, соответствующей биологическим условиям, образуются

очень мелкие кристаллы, размер которых с помощью данной методики установить не удалось. Причины данных наблюдений требуют дополнительных исследований. Но во всех сериях время кристаллизации не оказывает воздействия на средние размеры кристаллов одноводного оксала-та кальция при определенном значении ионной силы (за выбранный временной промежуток).

[1] Barros M.E., Schor N., Boim M.A. Effects of an aqueous extracts from Phyllanthus niruri on calcium oxalate crystallization in vitro // Urol Res. 2003. № 30. P. 374-379.

[2] Рабинович А.А., Голованова О.А., Изатулина А.Р, Блинов В.И. Моделирование образования моногидрата оксалата кальция в живых организмах. Влияние условий эксперимента на фазовый состав осадка // Вестн. Ом. ун-та. 2006. № 3. С. 48-50.

[3] Ачкасова Е.Ю., Голованова О.А., Когут В.А., Желяев Е.В. Кристаллизация оксалата кальция в присутствии органических добавок // Минералогия техногенеза. Миасс: Имин Уро РАН, 2005. С. 137-139.

[4] Рашкович Л.Н., Петрова Е.В. Кристаллизация оксалата кальция // Химия и жизнь. 2006. № 1. С. 24-27.