- teilweise oder vollständig ionisiertes Gas, das aus neutralen Atomen (oder Molekülen) und geladenen Teilchen (Ionen und Elektronen) gebildet wird. Die wichtigste Eigenschaft des Plasmas ist seine Quasi-Neutralität, was bedeutet, dass die Volumendichten der positiv und negativ geladenen Teilchen, aus denen es gebildet wird, nahezu gleich ausfallen. Ein Gas geht in einen Plasmazustand über, wenn einige seiner konstituierenden Atome (Moleküle) aus irgendeinem Grund ein oder mehrere Elektronen verloren haben, d.h. in positive Ionen umgewandelt. In manchen Fällen können auch negative Ionen im Plasma entstehen, wenn Elektronen an neutralen Atomen „haften“. Wenn keine neutralen Teilchen im Gas verbleiben, wird das Plasma als vollständig ionisiert bezeichnet.

Es gibt keine scharfe Grenze zwischen Gas und Plasma. Jeder Stoff, der sich zunächst in festem Zustand befindet, beginnt bei steigender Temperatur zu schmelzen und verdampft bei weiterer Erwärmung, d.h. wird gasförmig. Handelt es sich um ein molekulares Gas (z. B. Wasserstoff oder Stickstoff), dann zerfallen die Gasmoleküle bei anschließender Temperaturerhöhung in einzelne Atome (Dissoziation). Bei einer noch höheren Temperatur ionisiert das Gas, positive Ionen und freie Elektronen treten darin auf. Frei bewegliche Elektronen und Ionen können elektrischen Strom transportieren, daher ist eine der Definitionen eines Plasmas, dass ein Plasma ein leitendes Gas ist. Das Erhitzen einer Substanz ist nicht die einzige Möglichkeit, ein Plasma zu erhalten.

Plasma ist der vierte Aggregatzustand, es gehorcht den Gesetzen der Gase und verhält sich in vielerlei Hinsicht wie ein Gas. Gleichzeitig erweist sich das Verhalten von Plasma in einigen Fällen, insbesondere bei Einwirkung elektrischer und magnetischer Felder, als so ungewöhnlich, dass es oft als neuer vierter Aggregatzustand bezeichnet wird. 1879 schrieb der englische Physiker W. Crooks, der die elektrische Entladung in Röhren mit verdünnter Luft untersuchte: "Phänomene in evakuierten Röhren eröffnen eine neue Welt für die Physik, in der Materie im vierten Zustand existieren kann." Die alten Philosophen glaubten, dass die Grundlage des Universums vier Elemente sind: Erde, Wasser, Luft und Feuer. . Das entspricht gewissermaßen der heute gängigen Einteilung in Aggregatzustände der Materie, und das vierte Element ist Feuer und entspricht offensichtlich Plasma.

Der Begriff "Plasma" selbst, wie er auf ein quasi neutrales ionisiertes Gas angewendet wird, wurde 1923 von den amerikanischen Physikern Langmuir Tonks eingeführt, als er Phänomene in einer Gasentladung beschrieb. Bis zu diesem Zeitpunkt wurde das Wort "Plasma" nur von Physiologen verwendet und bezeichnete einen farblosen flüssigen Bestandteil von Blut, Milch oder lebendem Gewebe, aber bald wurde der Begriff "Plasma" im internationalen physikalischen Wörterbuch fest etabliert, nachdem er die weiteste Verbreitung gefunden hatte .

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Ein und derselbe Stoff in der Natur hat die Fähigkeit, seine Eigenschaften je nach Temperatur und Druck radikal zu verändern. Ein hervorragendes Beispiel dafür ist Wasser, das als festes Eis, Flüssigkeit und Dampf existiert. Dies sind die drei Aggregatzustände dieses Stoffes, der die chemische Formel H 2 O hat. Andere Stoffe können unter natürlichen Bedingungen ihre Eigenschaften auf ähnliche Weise verändern. Aber zusätzlich zu den aufgeführten gibt es in der Natur einen anderen Aggregatzustand - Plasma. Es ist unter irdischen Bedingungen ziemlich selten und mit besonderen Eigenschaften ausgestattet.

Molekulare Struktur

Wovon hängen die 4 Aggregatzustände ab, in denen sich Materie befindet? Aus der Wechselwirkung der Elemente des Atoms und der Moleküle selbst, ausgestattet mit den Eigenschaften der gegenseitigen Abstoßung und Anziehung. Diese Kräfte kompensieren sich im Festkörper selbst, wo die Atome geometrisch korrekt sind und ein Kristallgitter bilden. Gleichzeitig ist ein materieller Gegenstand in der Lage, beide oben genannten qualitativen Eigenschaften beizubehalten: Volumen und Form.

Aber sobald die kinetische Energie der Moleküle zunimmt und sich chaotisch bewegt, zerstören sie die etablierte Ordnung und verwandeln sich in Flüssigkeiten. Sie sind fließend und zeichnen sich durch das Fehlen geometrischer Parameter aus. Gleichzeitig behält diese Substanz jedoch ihre Fähigkeit, das Gesamtvolumen nicht zu verändern. Im gasförmigen Zustand fehlt die gegenseitige Anziehung zwischen den Molekülen vollständig, sodass das Gas formlos ist und sich unbegrenzt ausdehnen kann. Gleichzeitig sinkt aber die Konzentration des Stoffes deutlich. Die Moleküle selbst verändern sich unter normalen Bedingungen nicht. Dies ist das Hauptmerkmal der ersten 3 der 4 Aggregatzustände.

Zustandsumwandlung

Der Prozess der Umwandlung eines Feststoffs in andere Formen kann durchgeführt werden, indem die Temperatur allmählich erhöht und der Druck variiert wird. In diesem Fall treten die Übergänge abrupt auf: Der Abstand zwischen Molekülen nimmt merklich zu, intermolekulare Bindungen werden mit einer Änderung der Dichte, Entropie und der Menge an freier Energie zerstört. Es ist auch wahrscheinlich, dass ein fester Körper unter Umgehung von Zwischenstufen sofort in eine gasförmige Form übergeht. Es heißt Sublimation. Ein solcher Vorgang ist unter gewöhnlichen irdischen Bedingungen durchaus möglich.

Aber wenn die Temperatur- und Druckindikatoren ein kritisches Niveau erreichen, wird die innere Energie der Substanz so stark gebildet, dass die Elektronen, die sich mit rasender Geschwindigkeit bewegen, ihre intraatomaren Umlaufbahnen verlassen. In diesem Fall werden positive und negative Partikel gebildet, aber ihre Dichte in der resultierenden Struktur bleibt nahezu gleich. So entsteht Plasma - ein Aggregatzustand der Materie, der eigentlich ein vollständig oder teilweise ionisiertes Gas ist, dessen Elemente die Fähigkeit besitzen, über große Entfernungen miteinander zu interagieren.

Hochtemperaturplasma des Weltraums

Plasma ist in der Regel eine neutrale Substanz, obwohl es aus geladenen Teilchen besteht, da sich die darin enthaltenen positiven und negativen Elemente, die ungefähr gleich viele sind, gegenseitig kompensieren. Dieser Aggregatzustand ist unter normalen terrestrischen Bedingungen seltener als die anderen zuvor erwähnten. Trotzdem bestehen die meisten kosmischen Körper aus natürlichem Plasma.

Ein Beispiel dafür ist die Sonne und andere zahlreiche Sterne des Universums. Dort herrschen traumhaft hohe Temperaturen. Tatsächlich erreichen sie auf der Oberfläche des Hauptleuchtkörpers unseres Planetensystems 5.500 ° C. Dies ist mehr als fünfzig Mal höher als die Parameter, die zum Kochen von Wasser erforderlich sind. Im Zentrum der feuerspeienden Kugel beträgt die Temperatur 15.000.000°C. Es überrascht nicht, dass dort Gase (hauptsächlich Wasserstoff) ionisiert werden und den Aggregatzustand des Plasmas erreichen.

Niedertemperaturplasma in der Natur

Auch das interstellare Medium, das den galaktischen Raum ausfüllt, besteht aus Plasma. Aber es unterscheidet sich von seiner zuvor beschriebenen Hochtemperaturvariante. Eine solche Substanz besteht aus ionisierter Materie, die durch die von Sternen emittierte Strahlung entsteht. Dies ist ein Niedertemperaturplasma. Auf die gleiche Weise erzeugen die Sonnenstrahlen, die die Grenzen der Erde erreichen, die Ionosphäre und den darüber liegenden Strahlungsgürtel, der aus Plasma besteht. Die Unterschiede liegen nur in der Zusammensetzung des Stoffes. Obwohl alle im Periodensystem dargestellten Elemente in einem ähnlichen Zustand sein können.

Plasma im Labor und seine Anwendung

Gemäß den Gesetzen ist es leicht unter den uns bekannten Bedingungen zu erhalten. Für Laborversuche genügen ein Kondensator, eine Diode und ein Widerstand in Reihe geschaltet. Eine ähnliche Schaltung wird für eine Sekunde an eine Stromquelle angeschlossen. Und wenn Sie mit den Drähten eine Metalloberfläche berühren, werden die Partikel davon selbst sowie die in der Nähe befindlichen Dampf- und Luftmoleküle ionisiert und befinden sich im Aggregatzustand des Plasmas. Ähnliche Eigenschaften von Materie werden verwendet, um Xenon- und Neonbildschirme und Schweißmaschinen herzustellen.

Plasma und Naturphänomene

Unter natürlichen Bedingungen kann Plasma im Licht des Nordlichts und bei Gewittern in Form von Kugelblitzen beobachtet werden. Eine Erklärung für einige Naturphänomene, die früher mystischen Eigenschaften zugeschrieben wurden, hat nun die moderne Physik geliefert. Plasma, das sich in einem besonderen Zustand der Atmosphäre an den Enden hoher und scharfkantiger Objekte (Masten, Türme, riesige Bäume) bildete und leuchtete, wurde vor Jahrhunderten von Seeleuten als Glücksbote verwendet. Deshalb wurde dieses Phänomen "Fires of St. Elmo" genannt.

Als Reisende während eines Gewitters in einem Sturm eine Koronaentladung in Form von leuchtenden Quasten oder Strahlen sahen, nahmen sie dies als gutes Omen und erkannten, dass sie die Gefahr vermieden hatten. Kein Wunder, denn die aus dem Wasser ragenden Objekte, passend zu den „Zeichen des Heiligen“, könnten von der Annäherung des Schiffes an das Ufer erzählen oder eine Begegnung mit anderen Schiffen prophezeien.

Nicht im Gleichgewicht befindliches Plasma

Die obigen Beispiele zeigen beredt, dass es nicht notwendig ist, die Substanz auf fantastische Temperaturen zu erhitzen, um den Zustand des Plasmas zu erreichen. Für die Ionisierung genügt es, die Stärke des elektromagnetischen Feldes zu nutzen. Gleichzeitig gewinnen die schweren Bestandteile der Materie (Ionen) keine nennenswerte Energie, da die Temperatur während dieses Prozesses einige zehn Grad Celsius nicht überschreiten darf. Unter solchen Bedingungen bewegen sich leichte Elektronen, die sich vom Hauptatom lösen, viel schneller als trägere Teilchen.

Ein solches kaltes Plasma wird als Nichtgleichgewicht bezeichnet. Neben Plasmafernsehern und Neonlampen wird es auch zur Reinigung von Wasser und Lebensmitteln sowie zur Desinfektion für medizinische Zwecke verwendet. Darüber hinaus kann kaltes Plasma dabei helfen, chemische Reaktionen zu beschleunigen.

Nutzungsprinzipien

Ein hervorragendes Beispiel dafür, wie künstlich erzeugtes Plasma zum Wohle der Menschheit eingesetzt wird, ist die Herstellung von Plasmamonitoren. Die Zellen eines solchen Bildschirms sind mit der Fähigkeit ausgestattet, Licht zu emittieren. Das Paneel ist eine Art "Sandwich" aus nahe beieinander liegenden Glasscheiben. Dazwischen befinden sich Kästen mit einem Inertgasgemisch. Sie können Neon, Xenon, Argon sein. Und Leuchtstoffe mit blauer, grüner und roter Farbe werden auf die Innenfläche der Zellen aufgebracht.

Außerhalb der Zellen sind leitfähige Elektroden angeschlossen, zwischen denen eine Spannung erzeugt wird. Dadurch entsteht ein elektrisches Feld und dadurch werden die Gasmoleküle ionisiert. Das resultierende Plasma sendet ultraviolette Strahlen aus, die von den Leuchtstoffen absorbiert werden. Angesichts dessen tritt das Phänomen der Fluoreszenz durch die dabei emittierten Photonen auf. Durch die komplexe Verbindung der Strahlen im Raum entsteht ein helles Bild in den unterschiedlichsten Schattierungen.

Plasma-Horror

Diese Materieform nimmt während einer nuklearen Explosion ein tödliches Aussehen an. Bei diesem unkontrollierten Prozess entsteht Plasma in großen Mengen unter Freisetzung einer großen Menge verschiedener Energiearten. der beim Abschuss des Zünders entsteht, bricht aus und heizt die Umgebungsluft in den ersten Sekunden auf gigantische Temperaturen auf. An diesem Punkt erscheint ein tödlicher Feuerball, der mit beeindruckender Geschwindigkeit wächst. Der sichtbare Bereich der hellen Kugel wird durch ionisierte Luft vergrößert. Gerinnsel, Keulen und Strahlen aus Explosionsplasma bilden eine Schockwelle.

Zuerst absorbiert die leuchtende Kugel, die sich fortbewegt, sofort alles auf ihrem Weg. Nicht nur menschliche Knochen und Gewebe werden zu Staub, sondern auch festes Gestein, sogar die haltbarsten künstlichen Strukturen und Gegenstände werden zerstört. Gepanzerte Türen zu sicheren Unterständen retten nicht, Panzer und andere militärische Ausrüstung werden dem Erdboden gleichgemacht.

Plasma ähnelt in seinen Eigenschaften einem Gas, da es keine bestimmten Formen und Volumina hat, wodurch es sich unbegrenzt ausdehnen kann. Aus diesem Grund sind viele Physiker der Meinung, dass es sich nicht um einen separaten Aggregatzustand handeln sollte. Die signifikanten Unterschiede zu reinem Heißgas sind jedoch offensichtlich. Dazu gehören: die Fähigkeit, elektrische Ströme zu leiten und Magnetfeldern ausgesetzt zu sein, Instabilität und die Fähigkeit von Verbundpartikeln, unterschiedliche Geschwindigkeiten und Temperaturen zu haben, während sie kollektiv miteinander interagieren.

Jahrtausende intensiver Entwicklung, Erforschung des Lebens und der Natur haben den Menschen zur Kenntnis der vier Aggregatzustände geführt. Plasma erwies sich als der mysteriöseste von ihnen. Von dem Moment an, als der Mensch zum ersten Mal seine Existenz entdeckte, ist das Studium des Plasmas und seiner praktischen Anwendung sprunghaft vorangeschritten. Eine heute so vielversprechende Wissenschaft wie die Plasmachemie entstand und begann sich aktiv zu entwickeln.

Bereits in den Tagen des antiken Griechenlands wusste der Wissenschaftler Aristoteles, dass alle Körper aus vier niederen Elementen bestehen: Erde, Wasser, Luft und Feuer. Heute haben diese Konzepte ihre Namen geändert, aber nicht die Bedeutung. Tatsächlich weiß jeder, dass Materie in vier Zuständen vorliegen kann: fest, flüssig, gasförmig und Plasma.

Der vierte Aggregatzustand wurde 1879 von W. Crookes entdeckt und 1928 von I. Langmuir „Plasma“ genannt.

Plasma (aus dem Griechischen. Plasma - geformt, geformt), teilweise oder vollständig ionisiertes Gas, bei dem die Dichte positiver und negativer Ladungen nahezu gleich ist.

Plasma ist ein Gas, das aus positiv und negativ geladenen Teilchen in solchen Verhältnissen besteht, dass ihre Gesamtladung Null ist. Frei bewegliche geladene Teilchen können elektrischen Strom transportieren, daher ist Plasma ein Gas mit elektrischer Leitfähigkeit. Im Vergleich zu bekannten Leitern, insbesondere Metallen - Elektrolyten, ist Plasma tausendfach leichter.

In mancher Hinsicht gibt es keinen Unterschied zwischen Gasen und Plasmen. Plasma gehorcht den Gasgesetzen und verhält sich in vielerlei Hinsicht wie ein Gas.

Ein wichtiges Merkmal eines Plasmas ist die einem Gas innewohnende chaotische Teilchenbewegung, die in einem Plasma geordnet sein kann. Unter dem Einfluss eines äußeren magnetischen oder elektrischen Feldes ist es möglich, der Bewegung von Plasmateilchen eine Richtung zu geben. Daher kann man sich Plasma als ein flüssiges Medium vorstellen, das die Eigenschaft hat, elektrischen Strom zu leiten.

Das Konzept des Plasmas oder des Plasmazustands der Materie umfasst sowohl heiße als auch kalte Gase, die Lumineszenz und elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Es gibt zwei Arten von Plasma: isometrisches Plasma, das bei einer Gastemperatur entsteht, die hoch genug für eine starke thermische Ionisation ist, und Gasentladung, die bei elektrischen Entladungen in Gasen entsteht.

In einem isometrischen Plasma ist die durchschnittliche kinetische Energie von Teilchen: Elektronen, Ionen, neutralen und angeregten Atomen und Molekülen gleich. Im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung kann ein solches Plasma unbegrenzt existieren. Ein Gasentladungsplasma ist nur in Gegenwart eines elektrischen Feldes im Gas stabil, das Elektronen beschleunigt. Die Temperatur des Gasentladungsplasmas ist höher als die Temperatur des neutralen Gases. Somit ist der Plasmazustand instabil, und wenn das elektrische Feld aufhört, verschwindet das Gasentladungsplasma innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde, nämlich 10 –5 und 10 –7 Sekunden, da während dieser Zeit eine Entionisierung von Gasen stattfindet. Plasma ist also einerseits der Zustand eines Gases und andererseits ein Gemisch aus mehreren Gasen. Es besteht aus normalen Molekülen, freien Elektronen, Ionen und Photonen. Die Menge der Teilchen jeder Art bildet ein eigenes Gas, bestehend aus neutralen Molekülen, Elektronen, Ionen und Photonen. Alle diese Gase zusammen bilden das sogenannte Plasma.

Plasma entsteht durch Ionisation von Molekülen: wenn zwei Teilchen von Molekülen mit hoher Energie kollidieren, wenn Moleküle mit Elektronen oder Ionen kollidieren, wenn Photonen auf Moleküle einwirken. Alle diese Prozesse sind reversibel, da die Rekombinationsprozesse im Plasma stattfinden - die Wiederherstellung des neutralen Zustands. In der Praxis kann Plasma entstehen, wenn ein Feuer brennt, wenn ein elektrischer Strom durch ein Gas geleitet wird, bei erhöhten Temperaturen usw.

Nach heutiger Vorstellung ist der Phasenzustand der meisten Materie (massebezogen ca. 99,9 %) im Universum Plasma. Alle Sterne bestehen aus Plasma, und sogar der Raum zwischen ihnen ist mit Plasma gefüllt, wenn auch sehr verdünnt. Zum Beispiel hat der Planet Jupiter fast die gesamte Materie des Sonnensystems in sich konzentriert, die sich in einem "Nicht-Plasma" -Zustand (flüssig, fest und gasförmig) befindet. Gleichzeitig beträgt die Masse des Jupiters nur etwa 0,1 % der Masse des Sonnensystems, und das Volumen ist sogar noch geringer: nur 10–15 %. Gleichzeitig können die kleinsten Staubpartikel, die den Weltraum ausfüllen und eine bestimmte elektrische Ladung tragen, in ihrer Gesamtheit als Plasma betrachtet werden, das aus superschwer geladenen Ionen besteht.

Plasma hat unterschiedliche Eigenschaften. Die wichtigsten sind:

• 1. Die elektrische Leitfähigkeit ist die Haupteigenschaft des Plasmas. Mit der elektrischen Leitfähigkeit ist eine weitere Eigenschaft verbunden, nämlich die Lumineszenz durch Anregung von Molekülen. Die innere Energie des Plasmas beträgt 3 cal/deg * mol für ein einatomiges Gas und 12 cal/deg * mol für mehratomige Moleküle wie Benzol. Für den Plasmazustand beträgt die Wärmekapazität 100-200 cal / deg - mol, d.h. 40-50 mal größer als die von Gasen. Die hohe Wärmekapazität erklärt sich aus der Tatsache, dass beim Übergang einer Substanz vom gewöhnlichen in den Plasmazustand ein Teil der Energie für die Ionisierung aufgewendet wird. Diese Energie ist, wie wir sehen, ziemlich groß.
• 2. Plasma hat eine bestimmte Bewegung. Sie wird durch das Vorhandensein einer Vielzahl von Ladungen verursacht, die die elektrische Leitfähigkeit des Plasmas bestimmen, was zu einer Neubewegung des Plasmas führt, die in keinem der anderen Aggregatzustände vorhanden ist. Bekanntlich tritt es in nichtionisierten Systemen unter Einwirkung von Schwerkraft, Trägheit, Elastizität und hier - unter dem Einfluss magnetischer und elektrischer Kräfte auf. Die zufällige Bewegung von Elektronen und Ionen führt dazu, dass die Dichte gleich geladener Teilchen in einigen Bereichen größer oder geringer wird, wodurch die Ladungsintensität in einigen Bereichen entweder zunimmt oder abnimmt, was die Bewegung positiv geladener Teilchen verursacht hin zu stärkeren Ladungen negativer Teilchen. Als Folge dieser Bewegung entstehen Pendelschwingungen, da die Bewegung eines negativ geladenen Feldes in ein positives wiederum neue Abschnitte mit unterschiedlichen Ladungsdichten gleichen Vorzeichens, also Wellen positiver und negativer Elektrizität, hervorruft entstehen.
• 3. Eine der wichtigsten Eigenschaften eines Plasmas ist die Möglichkeit des Auftretens elektromagnetischer Schwingungen in einem extrem weiten Bereich unter dem Einfluss einer im Plasma selbst auftretenden Bewegung oder unter dem Einfluss eines im Plasma fließenden elektrischen Stroms. In Gegenwart eines äußeren starken Magnetfelds beginnt sich das Plasma in der Richtung senkrecht zum Strom zu bewegen, was es ermöglicht, durch Einwirkung eines elektromagnetischen Felds die Plasmabewegung in einem Kreis zu schließen.

Diese Eigenschaft des Plasmas ist sehr wichtig, um hohe Temperaturen zu erreichen.

Kernsynthese

Es wird angenommen, dass die Reserven an chemischem Brennstoff für die Menschheit für mehrere Jahrzehnte ausreichen werden. Auch die erkundeten Reserven an Kernbrennstoff sind begrenzt. Kontrollierte thermonukleare Reaktionen im Plasma können die Menschheit vor dem Energiehunger retten und zu einer praktisch unerschöpflichen Energiequelle werden.

1 Liter normales Wasser enthält 0,15 ml schweres Wasser (D2O). Die Verschmelzung von Deuteriumkernen aus 0,15 ml D2O setzt so viel Energie frei, wie bei der Verbrennung von 300 Litern Benzin entsteht. Tritium kommt in der Natur praktisch nicht vor, kann aber durch Beschuss des n-Isotops von Lithium mit Neutronen gewonnen werden.

Der Kern eines Wasserstoffatoms ist nichts anderes als ein Proton p. Der Deuteriumkern enthält zusätzlich noch ein Neutron und der Tritiumkern zwei Neutronen. Deuterium und Tritium können auf zehn verschiedene Arten miteinander reagieren. Aber die Wahrscheinlichkeiten solcher Reaktionen unterscheiden sich manchmal um das Hundert-Billionen-fache und die freigesetzte Energiemenge um das 10- bis 15-fache. Nur drei davon sind von praktischem Interesse.

Wenn alle Kerne in einem bestimmten Volumen gleichzeitig reagieren, wird sofort Energie freigesetzt. Es kommt zu einer thermonuklearen Explosion. Im Reaktor soll die Synthesereaktion langsam ablaufen.

Eine kontrollierte thermonukleare Fusion ist bisher nicht gelungen und verspricht erhebliche Vorteile. Die Energie, die bei thermonuklearen Reaktionen pro Masseneinheit Brennstoff freigesetzt wird, ist millionenfach höher als die Energie von chemischem Brennstoff und daher hundertmal billiger. Bei thermonuklearer Energie gibt es keine Freisetzung von Verbrennungsprodukten in die Atmosphäre und keine radioaktiven Abfälle. Schließlich wird eine Explosion in einem thermonuklearen Kraftwerk ausgeschlossen.

Bei der Fusion wird der Großteil der Energie (mehr als 75%) als kinetische Energie von Neutronen oder Protonen freigesetzt. Werden Neutronen in einem geeigneten Stoff abgebremst, heizt er sich auf; Die dabei entstehende Wärme lässt sich leicht in elektrische Energie umwandeln. Die kinetische Energie geladener Teilchen – Protonen – wird direkt in Elektrizität umgewandelt.

Bei einer Fusionsreaktion müssen sich die Kerne verbinden, aber sie sind positiv geladen und stoßen sich daher nach dem Coulombschen Gesetz ab. Selbst die Kerne von Deuterium und Tritium, die die kleinste Ladung (Z. = 1) haben, benötigen zur Überwindung der Abstoßungskräfte eine Energie von etwa 10 oder 100 keV. Dies entspricht einer Temperatur in der Größenordnung von 108-109 K. Bei solchen Temperaturen befindet sich jede Substanz in einem Zustand eines Hochtemperaturplasmas.

Aus Sicht der klassischen Physik ist die Fusionsreaktion unmöglich, aber hier hilft ein reiner Quantentunneleffekt. Es wird berechnet, dass die Zündtemperatur, ab der die Energiefreisetzung ihre Verluste übersteigt, für die Deuterium-Tritium (DT)-Reaktion etwa 4,5 x 107 K und für die Deuterium-Deuterium (DD)-Reaktion etwa 4 x 108 K beträgt. Natürlich, die DT-Reaktion ist bevorzugt. Plasma wird durch elektrischen Strom, Laserstrahlung, elektromagnetische Wellen und andere Methoden erhitzt. Aber es ist nicht nur die Hitze, die zählt.

Je höher die Konzentration, desto häufiger kollidieren die Teilchen miteinander, sodass es den Anschein hat, dass es besser ist, hochdichtes Plasma zur Durchführung thermonuklearer Reaktionen zu verwenden. Wenn jedoch 1 cm 3 Plasma 1019 Teilchen enthalten würde (die Konzentration von Molekülen in einem Gas unter normalen Bedingungen), würde der Druck darin bei Temperaturen thermonuklearer Reaktionen etwa 106 atm erreichen. Keine Struktur kann einem solchen Druck standhalten, und deshalb muss das Plasma verdünnt werden (mit einer Konzentration von etwa 1015 Teilchen pro 1 cm 3). Kollisionen von Partikeln treten in diesem Fall seltener auf, und um die Reaktion aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, ihre Verweilzeit im Reaktor oder ihre Verweilzeit zu erhöhen. Das bedeutet, dass für die Durchführung einer thermonuklearen Reaktion das Produkt aus der Konzentration von Plasmateilchen und der Zeit ihrer Verweildauer betrachtet werden muss. Für DD-Reaktionen beträgt dieses Produkt (das sogenannte Lawson-Kriterium) 1016 s/cm 3 und für die DT-Reaktion 1014 s/cm 3 .

Blutplasma: Bestandteile (Stoffe, Proteine), Funktionen im Körper, Verwendung

Blutplasma ist der erste (flüssige) Bestandteil des wertvollsten biologischen Mediums namens Blut. Blutplasma nimmt bis zu 60 % des gesamten Blutvolumens ein. Der zweite Teil (40 - 45%) der im Blutkreislauf zirkulierenden Flüssigkeit wird von Formkörpern übernommen: Erythrozyten, Leukozyten und Blutplättchen.

Die Zusammensetzung des Blutplasmas ist einzigartig. Was nicht da ist? Verschiedene Proteine, Vitamine, Hormone, Enzyme - im Allgemeinen alles, was das Leben des menschlichen Körpers in jeder Sekunde sicherstellt.

Zusammensetzung des Blutplasmas

Eine gelblich transparente Flüssigkeit, die bei der Bildung einer Windung in einem Reagenzglas freigesetzt wird - ist es Plasma? Nein das Blutserum, in dem es kein geronnenes Protein (Faktor I) gibt, ging es in ein Gerinnsel über. Wenn Sie jedoch Blut mit einem Antikoagulans in ein Reagenzglas geben, kann es (Blut) nicht gerinnen, und schwere geformte Elemente sinken nach einer Weile auf den Boden, während sich oben auch ein gelbliches, aber befindet etwas trüb, im Gegensatz zu Serum, flüssig, hier ist es und essen Blutplasma, dessen Trübung durch die darin enthaltenen Proteine, insbesondere Fibrinogen (FI), gegeben ist.

Die Zusammensetzung des Blutplasmas besticht durch seine Vielfältigkeit. Darin befinden sich neben Wasser, das 90 - 93% ausmacht, Bestandteile von Protein- und Nichtproteinnatur (bis zu 10%):

Plasma im Blut

• , die 7 - 8% des Gesamtvolumens des flüssigen Teils des Blutes einnehmen (1 Liter Plasma enthält 65 bis 85 Gramm Proteine, die Norm des Gesamtproteins im Blut in der biochemischen Analyse: 65 - 85 g / l). Die wichtigsten Plasmaproteine ​​​​werden erkannt (bis zu 50% aller Proteine ​​​​oder 40 - 50 g / l), (≈ 2,7%) und Fibrinogen;
• Andere Substanzen mit Proteincharakter (Ergänzungskomponenten, Kohlenhydrat-Protein-Komplexe usw.);
• Biologisch aktive Substanzen (Enzyme, hämatopoetische Faktoren - Hämozytokine, Hormone, Vitamine);
• Peptide mit niedrigem Molekulargewicht sind Zytokine, die im Prinzip Proteine ​​sind, aber mit einem niedrigen Molekulargewicht hauptsächlich von Lymphozyten produziert werden, obwohl auch andere Blutzellen daran beteiligt sind. Trotz ihres "kleinen Wachstums" sind Zytokine mit den wichtigsten Funktionen ausgestattet, sie führen die Interaktion des Immunsystems mit anderen Systemen durch, wenn sie die Immunantwort auslösen;
• Kohlenhydrate, die an Stoffwechselprozessen beteiligt sind, die ständig in einem lebenden Organismus stattfinden;
• Produkte, die aus diesen Stoffwechselprozessen resultieren und anschließend von den Nieren ausgeschieden werden (usw.);
• Im Blutplasma wird die überwiegende Mehrheit der Elemente der Tabelle von D. I. Mendeleev gesammelt. Einige Vertreter der anorganischen Natur (Kalium, Jod, Calcium, Schwefel usw.) in Form von zirkulierenden Kationen und Anionen sind zwar leicht zu zählen, andere (Vanadium, Kobalt, Germanium, Titan, Arsen usw.) - aufgrund von die magere Menge, schwer berechnet. Mittlerweile liegt der Anteil aller im Plasma vorhandenen chemischen Elemente bei 0,85 bis 0,9 %.

Plasma ist also ein sehr komplexes kolloidales System, in dem alles „schwimmt“, was im Körper von Menschen und Säugetieren enthalten ist und alles, was zur Entnahme aus ihm vorbereitet wird.

Wasser ist eine H 2 O-Quelle für alle Zellen und Gewebe, da es im Plasma in so erheblichen Mengen vorhanden ist, dass es ein normales Niveau (BP) liefert und ein mehr oder weniger konstantes Volumen des zirkulierenden Blutes (BCC) aufrechterhält.

Proteine, die sich in Aminosäureresten, physikalisch-chemischen Eigenschaften und anderen Merkmalen unterscheiden, bilden die Grundlage des Körpers und geben ihm das Leben. Durch Aufteilen von Plasmaproteinen in Fraktionen kann man den Gehalt einzelner Proteine, insbesondere Albumine und Globuline, im Blutplasma ermitteln. Dies geschieht zu diagnostischen Zwecken in Laboratorien, dies geschieht im industriellen Maßstab, um sehr wertvolle therapeutische Medikamente zu erhalten.

Unter den Mineralstoffen haben Natrium und Chlor (Na und Cl) den größten Anteil an der Zusammensetzung des Blutplasmas. Diese beiden Elemente nehmen ≈ 0,3% der Mineralzusammensetzung des Plasmas ein, dh sie sind sozusagen die Hauptelemente, die häufig verwendet werden, um das Volumen des zirkulierenden Blutes (BCC) bei Blutverlust wieder aufzufüllen. In solchen Fällen wird ein erschwingliches und billiges Medikament hergestellt und transfundiert - isotonische Natriumchloridlösung. Gleichzeitig wird 0,9% NaCl-Lösung als physiologisch bezeichnet, was nicht ganz richtig ist: Die physiologische Lösung sollte neben Natrium und Chlor weitere Makro- und Mikroelemente enthalten (entspricht der mineralischen Zusammensetzung des Plasmas).

Video: Was ist Blutplasma?

Die Funktionen des Blutplasmas werden von Proteinen bereitgestellt

Die Funktionen des Blutplasmas werden durch seine Zusammensetzung, hauptsächlich Protein, bestimmt. Diese Frage wird in den folgenden Abschnitten, die den wichtigsten Plasmaproteinen gewidmet sind, ausführlicher behandelt, es schadet jedoch nicht, kurz auf die wichtigsten Aufgaben hinzuweisen, die dieses biologische Material löst. Also, die Hauptfunktionen von Blutplasma:

1. Transport (Albumin, Globuline);
2. Entgiftung (Albumin);
3. Schützend (Globuline - Immunglobuline);
4. Gerinnung (Fibrinogen, Globuline: Alpha-1-Globulin - Prothrombin);
5. Regulation und Koordination (Albumin, Globuline);

Hier geht es kurz um den funktionellen Zweck der Flüssigkeit, die sich als Teil des Blutes ständig durch die Blutgefäße bewegt und so die normale Funktion des Körpers gewährleistet. Dennoch hätte man einigen seiner Bestandteile mehr Aufmerksamkeit schenken sollen, zum Beispiel, was hat der Leser über Blutplasmaproteine ​​gelernt, nachdem er so wenig Informationen erhalten hat? Aber sie lösen hauptsächlich die aufgeführten Aufgaben (Funktionen des Blutplasmas).

Blutplasmaproteine

Natürlich ist es wahrscheinlich schwierig, in einem kleinen Artikel, der dem flüssigen Teil des Blutes gewidmet ist, die größtmögliche Menge an Informationen zu geben, die alle Eigenschaften der im Plasma vorhandenen Proteine ​​​​beeinflussen. Inzwischen ist es durchaus möglich, den Leser mit den Eigenschaften der Hauptproteine ​​​​(Albumine, Globuline, Fibrinogen - sie gelten als die Hauptplasmaproteine) vertraut zu machen und die Eigenschaften einiger anderer Substanzen mit Proteinnatur zu erwähnen. Zumal sie (wie oben erwähnt) mit dieser wertvollen Flüssigkeit für die hochwertige Erfüllung ihrer funktionellen Aufgaben sorgen.

Die wichtigsten Plasmaproteine ​​werden etwas weiter unten besprochen, aber ich möchte dem Leser eine Tabelle präsentieren, die zeigt, welche Proteine ​​die wichtigsten Blutproteine ​​darstellen, sowie deren Hauptzweck.

Tabelle 1. Hauptplasmaproteine

Wichtige Plasmaproteine	Gehalt im Plasma (Norm), g/l	Die Hauptvertreter und ihr funktionaler Zweck
Albumine	35 - 55	"Baustoff", ein Katalysator für immunologische Reaktionen, Funktionen: Transport, Neutralisation, Regulation, Schutz.
Alpha-Globulin α-1	1,4 – 3,0	α1-Antitrypsin, α-Säureprotein, Prothrombin, Cortisol-transportierendes Transcortin, Thyroxin-bindendes Protein, α1-Lipoprotein, Transport von Fetten zu Organen.
Alpha-Globulin α-2	5,6 – 9,1	α-2-Makroglobulin (das Hauptprotein in der Gruppe) ist an der Immunantwort beteiligt, Haptoglobin bildet einen Komplex mit freiem Hämoglobin, Ceruloplasmin trägt Kupfer, Apolipoprotein B transportiert Lipoproteine ​​​​niedriger Dichte ("schlechtes" Cholesterin).
Beta-Globuline: β1+β2	5,4 – 9,1	Hämopexin (bindet Hämoglobin-Häm, das die Entfernung von Eisen aus dem Körper verhindert), β-Transferrin (überträgt Fe), Komplementkomponente (beteiligt sich an immunologischen Prozessen), β-Lipoproteine ​​- ein „Vehikel“ für Cholesterin und Phospholipide.
Gammaglobulin γ	8,1 – 17,0	Natürliche und erworbene Antikörper (Immunglobuline von 5 Klassen - IgG, IgA, IgM, IgE, IgD), die hauptsächlich einen Immunschutz auf der Ebene der humoralen Immunität ausüben und einen Allergostatus des Körpers schaffen.
Fibrinogen	2,0 – 4,0	Der erste Faktor des Blutgerinnungssystems ist FI.

Albumine

Albumine sind einfache Proteine, die im Vergleich zu anderen Proteinen:

Albuminstruktur

• Sie zeigen die höchste Stabilität in Lösungen, lösen sich aber gleichzeitig gut in Wasser auf;
• Sie vertragen Minustemperaturen gut und werden beim Wiedereinfrieren nicht besonders geschädigt;
• Beim Trocknen nicht zusammenbrechen;
• Wenn sie 10 Stunden lang bei einer Temperatur bleiben, die für andere Proteine ​​​​ziemlich hoch ist (60 ° C), verlieren sie ihre Eigenschaften nicht.

Die Fähigkeit dieser wichtigen Proteine ​​​​ist auf das Vorhandensein einer sehr großen Anzahl polar zerfallender Seitenketten im Albuminmolekül zurückzuführen, die die wichtigsten funktionellen Aufgaben von Proteinen bestimmen - die Teilnahme am Stoffwechsel und die Umsetzung einer antitoxischen Wirkung. Die Funktionen von Albumin im Blutplasma lassen sich wie folgt darstellen:

1. Teilnahme am Wasserstoffwechsel (durch Albumine wird das erforderliche Flüssigkeitsvolumen aufrechterhalten, da sie bis zu 80% des gesamten kolloidosmotischen Blutdrucks ausmachen);
2. Die Teilnahme am Transport verschiedener Produkte, insbesondere solcher, die schwer in Wasser löslich sind, z. B. Fette und Gallenfarbstoffe - Bilirubin (Bilirubin, das mit Albuminmolekülen in Kontakt gekommen ist, wird für den Körper unschädlich und in diesem Zustand in die Leber übertragen );
3. Wechselwirkung mit Makro- und Mikroelementen, die in das Plasma gelangen (Kalzium, Magnesium, Zink usw.), sowie mit vielen Medikamenten;
4. Bindung toxischer Produkte in Geweben, in die diese Proteine ​​frei eindringen;
5. Kohlenhydratübertragung;
6. Bindung und Übertragung von freien Fettsäuren - Fettsäuren (bis zu 80%), die aus Fettdepots an die Leber und andere Organe gesendet werden, und umgekehrt zeigen Fettsäuren keine Aggression gegen rote Blutkörperchen (Erythrozyten) und es findet keine Hämolyse statt;
7. Schutz vor Fetthepatose von Leberparenchymzellen und Degeneration (Fett) anderer parenchymaler Organe und zusätzlich ein Hindernis für die Bildung von atherosklerotischen Plaques;
8. Regulierung des "Verhaltens" bestimmter Substanzen im menschlichen Körper (da die Aktivität von Enzymen, Hormonen, antibakteriellen Medikamenten in gebundener Form abfällt, helfen diese Proteine, ihre Wirkung in die richtige Richtung zu lenken);
9. Gewährleistung des optimalen Gehalts an Kationen und Anionen im Plasma, Schutz vor den negativen Auswirkungen von Schwermetallsalzen, die versehentlich in den Körper gelangen (sie werden mit Thiolgruppen mit ihnen komplexiert), Neutralisierung von Schadstoffen;
10. Katalyse immunologischer Reaktionen (Antigen→Antikörper);
11. Aufrechterhaltung eines konstanten Blut-pH-Werts (die vierte Komponente des Puffersystems sind Plasmaproteine);
12. Unterstützung beim „Aufbau“ von Gewebeproteinen (Albumine bilden zusammen mit anderen Proteinen eine „Baustoffreserve“ für eine so wichtige Angelegenheit).

Albumin wird in der Leber synthetisiert. Die durchschnittliche Halbwertszeit dieses Proteins beträgt 2 - 2,5 Wochen, obwohl einige eine Woche "leben", während andere bis zu 3 - 3,5 Wochen "arbeiten". Durch die Fraktionierung von Proteinen aus dem Plasma von Spendern wird ein wertvolles Therapeutikum (5%ige, 10%ige und 20%ige Lösung) gewonnen, das einen ähnlichen Namen hat. Albumin ist die letzte Fraktion in dem Verfahren, daher erfordert seine Herstellung beträchtliche Arbeits- und Materialkosten, daher die Kosten des therapeutischen Mittels.

Indikationen für den Einsatz von Spenderalbumin sind verschiedene (meist recht schwere) Zustände: ein großer lebensbedrohlicher Blutverlust, ein Abfall des Albuminspiegels und ein Abfall des kolloidosmotischen Drucks aufgrund verschiedener Erkrankungen.

Globuline

Diese Proteine ​​nehmen im Vergleich zu Albumin einen geringeren Anteil ein, sind aber unter anderen Proteinen ziemlich greifbar. Unter Laborbedingungen werden Globuline in fünf Fraktionen unterteilt: α-1-, α-2-, β-1-, β-2- und γ-Globuline. Unter Produktionsbedingungen werden zur Gewinnung von Präparaten aus Fraktion II + III Gammaglobuline isoliert, die anschließend zur Behandlung verschiedener Krankheiten, die mit einer Verletzung des Immunsystems einhergehen, eingesetzt werden.

Vielzahl von Formen von Plasmaproteinspezies

Im Gegensatz zu Albuminen ist Wasser nicht zum Auflösen von Globulinen geeignet, da sie sich darin nicht auflösen, aber neutrale Salze und schwache Basen sind gut geeignet, um eine Lösung dieses Proteins herzustellen.

Globuline sind sehr wichtige Plasmaproteine, in den meisten Fällen handelt es sich um Akute-Phase-Proteine. Obwohl ihr Gehalt innerhalb von 3% aller Plasmaproteine ​​​​liegt, lösen sie die wichtigsten Aufgaben für den menschlichen Körper:

• Alpha-Globuline sind an allen Entzündungsreaktionen beteiligt (im biochemischen Bluttest wird eine Erhöhung der α-Fraktion festgestellt);
• Alpha- und Beta-Globuline, die Teil von Lipoproteinen sind, erfüllen Transportfunktionen (Fette im freien Zustand im Plasma treten sehr selten auf, außer nach einer ungesunden fetthaltigen Mahlzeit, und unter normalen Bedingungen sind Cholesterin und andere Lipide mit Globulinen verbunden und bilden ein Wasser -lösliche Form , die leicht von einem Organ zum anderen transportiert werden kann);
• α- und β-Globuline sind am Cholesterinstoffwechsel beteiligt (siehe oben), was ihre Rolle bei der Entstehung von Atherosklerose bestimmt. Daher ist es nicht verwunderlich, dass sich bei Pathologien, die mit Lipidakkumulation auftreten, die Werte der Beta-Fraktion nach oben ändern ;
• Globuline (Alpha-1-Fraktion) enthalten Vitamin B12 und bestimmte Hormone;
• Alpha-2-Globulin ist Bestandteil von Haptoglobin, das sehr aktiv an Redoxprozessen beteiligt ist – dieses Akute-Phase-Protein bindet freies Hämoglobin und verhindert so die Entfernung von Eisen aus dem Körper;
• Ein Teil der Beta-Globuline löst zusammen mit Gamma-Globulinen die Probleme der körpereigenen Immunabwehr, dh sie sind Immunglobuline;
• Vertreter der Alpha-, Beta-1- und Beta-2-Fraktionen vertragen Steroidhormone, Vitamin A (Carotin), Eisen (Transferrin), Kupfer (Ceruloplasmin).

Offensichtlich unterscheiden sich Globuline innerhalb ihrer Gruppe etwas voneinander (hauptsächlich in ihrem funktionellen Zweck).

Zu beachten ist, dass mit zunehmendem Alter oder bei bestimmten Erkrankungen die Leber beginnen kann, nicht mehr ganz normale Alpha- und Beta-Globuline zu produzieren, während sich die veränderte räumliche Struktur des Proteinmakromoleküls nicht optimal auf die Funktionsfähigkeit der Globuline auswirkt.

Gammaglobuline

Gammaglobuline sind Blutplasmaproteine ​​mit der geringsten elektrophoretischen Mobilität, diese Proteine ​​machen den Großteil der natürlichen und erworbenen (Immun-)Antikörper (AT) aus. Gammaglobuline, die im Körper gebildet werden, nachdem sie auf ein fremdes Antigen gestoßen sind, werden als Immunglobuline (Ig) bezeichnet. Gegenwärtig ist es mit dem Aufkommen zytochemischer Methoden im Labordienst möglich geworden, Serum zu untersuchen, um Immunproteine ​​​​und ihre Konzentrationen darin zu bestimmen. Nicht alle Immunglobuline, und es gibt 5 Klassen von ihnen, haben die gleiche klinische Bedeutung, außerdem hängt ihr Plasmagehalt vom Alter und von Veränderungen in verschiedenen Situationen ab (entzündliche Erkrankungen, allergische Reaktionen).

Tabelle 2. Klassen von Immunglobulinen und ihre Eigenschaften

Immunglobulin (Ig)-Klasse	Plasma (Serum)-Gehalt, %	Hauptfunktionszweck
G	OK. 75	Antitoxine, Antikörper gegen Viren und grampositive Mikroben;
EIN	OK. dreizehn	Anti-Insel-Antikörper bei Diabetes mellitus, Antikörper gegen Kapselmikroorganismen;
M	OK. 12	Richtung - Viren, gramnegative Bakterien, Forsman- und Wasserman-Antikörper.
E	0,0…	Reagine, spezifische Antikörper gegen verschiedene (bestimmte) Allergene.
D	Im Embryo, bei Kindern und Erwachsenen lassen sich Spuren nachweisen	Sie werden nicht berücksichtigt, da sie keine klinische Bedeutung haben.

Die Konzentration von Immunglobulinen verschiedener Gruppen weist bei Kindern jüngerer und mittlerer Altersgruppen merkliche Schwankungen auf (hauptsächlich aufgrund von Immunglobulinen der Klasse G, bei denen ziemlich hohe Raten festgestellt werden - bis zu 16 g / l). Nach etwa 10 Jahren, wenn Impfungen durchgeführt werden und die wichtigsten Kinderinfektionen übertragen werden, nimmt der Ig-Gehalt (einschließlich IgG) jedoch ab und wird auf das Niveau von Erwachsenen eingestellt:

IgM - 0,55 - 3,5 g / l;

IgA - 0,7 - 3,15 g / l;

IgG - 0,7 - 3,5 g / l;

Fibrinogen

Der erste Gerinnungsfaktor (FI - Fibrinogen), der während der Bildung eines Gerinnsels in Fibrin übergeht, das eine Faltung bildet (das Vorhandensein von Fibrinogen im Plasma unterscheidet es von Serum), bezieht sich tatsächlich auf Globuline.

Fibrinogen wird leicht mit 5%igem Ethanol, das bei der Proteinfraktionierung verwendet wird, sowie mit halbgesättigter Natriumchloridlösung, Plasmabehandlung mit Ether und erneutem Einfrieren ausgefällt. Fibrinogen ist thermolabil und faltet sich bei einer Temperatur von 56 Grad vollständig.

Ohne Fibrinogen wird kein Fibrin gebildet und die Blutung hört ohne Fibrinogen nicht auf. Der Übergang dieses Proteins und die Bildung von Fibrin erfolgt unter Beteiligung von Thrombin (Fibrinogen → Zwischenprodukt - Fibrinogen B → Thrombozytenaggregation → Fibrin). Die Anfangsstadien der Gerinnungsfaktorpolymerisation können jedoch rückgängig gemacht werden, jedoch unter dem Einfluss eines Fibrin-stabilisierenden Enzyms (Fibrinase), es kommt zu einer Stabilisierung und der Verlauf der Rückreaktion wird ausgeschlossen.

Die Teilnahme an der Blutgerinnungsreaktion ist der Hauptfunktionszweck von Fibrinogen, aber es hat auch andere nützliche Eigenschaften, zum Beispiel stärkt es bei der Erfüllung seiner Aufgaben die Gefäßwand, macht eine kleine „Reparatur“ und haftet am Endothel und dabei kleine Mängel schließen, die dann im Laufe des Lebens eines Menschen entstehen.

Plasmaproteine ​​als Laborparameter

Um die Konzentration von Plasmaproteinen unter Laborbedingungen zu bestimmen, können Sie mit Plasma arbeiten (Blut wird mit einem Antikoagulans in ein Reagenzglas gegeben) oder eine Studie mit Serum durchführen, das in eine trockene Schale gegeben wird. Serumproteine ​​unterscheiden sich nicht von Plasmaproteinen, mit Ausnahme von Fibrinogen, das, wie Sie wissen, im Blutserum fehlt und ohne Antikoagulans ein Gerinnsel bildet. Basische Proteine ​​ändern ihre digitalen Werte im Blut während verschiedener pathologischer Prozesse.

Ein Anstieg der Albuminkonzentration im Serum (Plasma) ist das seltenste Phänomen, das bei Dehydratation oder bei übermäßiger Aufnahme (intravenöse Verabreichung) hoher Albuminkonzentrationen auftritt. Verringerte Albuminspiegel können auf eine Erschöpfung der Leberfunktion, Nierenprobleme oder Störungen im Magen-Darm-Trakt hinweisen.

Eine Zunahme oder Abnahme der Proteinfraktionen ist charakteristisch für eine Reihe pathologischer Prozesse, Beispielsweise können die Akutphasenproteine ​​Alpha-1- und Alpha-2-Globuline, die ihre Werte erhöhen, auf einen akuten Entzündungsprozess hinweisen, der in den Atmungsorganen (Bronchien, Lunge) lokalisiert ist und das Ausscheidungssystem (Nieren) oder den Herzmuskel betrifft (Herzinfarkt).

Einen besonderen Stellenwert in der Diagnostik verschiedener Erkrankungen nimmt die Fraktion der Gammaglobuline (Immunglobuline) ein. Die Bestimmung von Antikörpern hilft, eine Infektionskrankheit nicht nur zu erkennen, sondern auch ihr Stadium zu differenzieren. Genauere Informationen über die Veränderung der Werte verschiedener Proteine ​​​​(Proteinogramm) kann der Leser in einem separaten finden.

Abweichungen von der Norm des Fibrinogens äußern sich als Störungen im Hämokoagulationssystem, daher ist dieses Protein der wichtigste Laborindikator für die Blutgerinnungsfähigkeit (Koagulogramm, Hämostasiogramm).

Bei anderen für den menschlichen Körper wichtigen Proteinen findet man bei der Untersuchung von Serum mit bestimmten Methoden fast alle, die für die Diagnose von Krankheiten interessant sind. Indem er beispielsweise die Konzentration (Beta-Globulin, Akute-Phase-Protein) in der Probe berechnet und sie nicht nur als „Vehikel“ betrachtet (obwohl dies wahrscheinlich in erster Linie der Fall ist), wird der Arzt den Grad der Proteinbindung kennen Eisen, das von roten Blutkörperchen freigesetzt wird, da Fe 3+ , wie Sie wissen, in freiem Zustand im Körper vorhanden ist, eine ausgeprägte toxische Wirkung hat.

Die Untersuchung des Serums zur Bestimmung des Gehalts (Akutphasenprotein, Metallglykoprotein, Kupferträger) hilft bei der Diagnose einer so schweren Pathologie wie der Konovalov-Wilson-Krankheit (hepatozerebrale Degeneration).

Durch Untersuchung von Plasma (Serum) ist es daher möglich, den Gehalt sowohl an lebenswichtigen Proteinen als auch an solchen zu bestimmen, die in einem Bluttest als Indikator für einen pathologischen Prozess (z. B.) erscheinen.

Blutplasma ist ein Heilmittel

Die Aufbereitung von Plasma als Therapeutikum begann in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts. Nun wird natives Plasma, das durch spontane Sedimentation gebildeter Elemente innerhalb von 2 Tagen gewonnen wird, schon lange nicht mehr verwendet. Die veralteten wurden durch neue Methoden der Bluttrennung (Zentrifugation, Plasmapherese) ersetzt. Blut wird nach der Aufbereitung zentrifugiert und in Komponenten (Plasma + geformte Elemente) aufgeteilt. Der flüssige Teil des so gewonnenen Blutes wird üblicherweise eingefroren (frisches gefrorenes Plasma) und zur Vermeidung einer Infektion mit Hepatitis, insbesondere Hepatitis C, die eine ziemlich lange Inkubationszeit hat, zur Quarantänelagerung geschickt. Das Einfrieren dieses biologischen Mediums bei ultraniedrigen Temperaturen ermöglicht es, es ein Jahr oder länger zu lagern, damit es später für die Herstellung von Präparaten (Kryopräzipitat, Albumin, Gammaglobulin, Fibrinogen, Thrombin usw.) verwendet werden kann.

Derzeit wird der flüssige Teil des Blutes für Transfusionen zunehmend durch Plasmapherese aufbereitet, die für die Gesundheit der Spender am sichersten ist. Nach der Zentrifugation gebildete Elemente werden durch intravenöse Injektion zurückgeführt, und Proteine, die mit Plasma im Körper einer Person, die Blut gespendet hat, verloren gehen, werden schnell regeneriert, erreichen eine physiologische Norm, ohne die Funktionen des Körpers selbst zu verletzen.

Neben frischem gefrorenem Plasma, das bei vielen pathologischen Zuständen transfundiert wird, wird Immunplasma, das nach Immunisierung eines Spenders mit einem spezifischen Impfstoff, beispielsweise Staphylokokken-Toxoid, erhalten wird, als therapeutisches Mittel verwendet. Ein solches Plasma, das einen hohen Titer an Anti-Staphylokokken-Antikörpern aufweist, wird auch zur Herstellung von Anti-Staphylokokken-Gammaglobulin (humanes Anti-Staphylokokken-Immunglobulin) verwendet - das Medikament ist ziemlich teuer, da seine Herstellung (Proteinfraktionierung) einen erheblichen Arbeits- und Materialaufwand erfordert Kosten. Und der Rohstoff dafür ist Blutplasma immunisiert Spender.

Anti-Brand-Plasma ist auch eine Art Immunumgebung. Es ist seit langem bekannt, dass das Blut von Menschen, die einen solchen Horror erlebt haben, zunächst toxische Eigenschaften hat, aber nach einem Monat werden darin Antitoxine (Beta- und Gamma-Globuline) nachgewiesen, die "Freunden im Unglück" helfen können die akute Phase der Verbrennungskrankheit.

Natürlich ist die Beschaffung eines solchen therapeutischen Mittels mit gewissen Schwierigkeiten verbunden, obwohl während der Erholungsphase der verlorene flüssige Teil des Blutes mit Spenderplasma wieder aufgefüllt wird, da der Körper von verbrannten Menschen einen Proteinmangel erfährt. Jedoch Spender muss erwachsen und ansonsten gesund sein und sein Plasma muss einen bestimmten Antikörpertiter (mindestens 1:16) aufweisen. Die Immunaktivität von Rekonvaleszentenplasma hält etwa zwei Jahre an und kann einen Monat nach Genesung rekonvaleszenten Spendern ohne Entschädigung entnommen werden.

Aus dem Plasma von Spenderblut für Menschen, die an Hämophilie oder anderen Gerinnungsstörungen leiden, die von einer Abnahme des Antihämophiliefaktors (FVIII), des von-Willebrand-Faktors (VWF) und der Fibrinase (Faktor XIII, FXIII) begleitet wird, wird ein blutstillendes Mittel namens Kryopräzipitat hergestellt vorbereitet. Sein Wirkstoff ist der Gerinnungsfaktor VIII.

Video: über die Gewinnung und Verwendung von Blutplasma

Fraktionierung von Plasmaproteinen im industriellen Maßstab

Mittlerweile ist der Einsatz von Vollplasma unter modernen Bedingungen keineswegs immer gerechtfertigt. Darüber hinaus sowohl aus therapeutischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht. Jedes der Plasmaproteine ​​hat seine eigenen einzigartigen physikalisch-chemischen und biologischen Eigenschaften. Und ein so wertvolles Produkt gedankenlos einer Person zu infundieren, die ein bestimmtes Plasmaprotein und nicht das gesamte Plasma benötigt, macht keinen Sinn, außerdem ist es materiell teuer. Das heißt, die gleiche Dosis des flüssigen Teils des Blutes, aufgeteilt in Komponenten, kann mehreren Patienten zugute kommen und nicht einem Patienten, der ein separates Medikament benötigt.

Die industrielle Herstellung von Arzneimitteln wurde weltweit nach den Entwicklungen in dieser Richtung von Wissenschaftlern der Harvard University (1943) anerkannt. Die Plasmaproteinfraktionierung basierte auf der Kohn-Methode, deren Kern die Ausfällung von Proteinfraktionen durch allmähliche Zugabe von Ethylalkohol (Konzentration in der ersten Stufe - 8%, in der Endstufe - 40%) bei niedrigen Temperaturen (- 3ºС - Stufe I, -5ºС - letzte). Natürlich wurde die Methode mehrmals modifiziert, aber jetzt wird sie (in verschiedenen Modifikationen) verwendet, um Blutprodukte auf der ganzen Welt zu gewinnen. Hier seine kurze Gliederung:

• Im ersten Schritt wird Protein ausgefällt Fibrinogen(Präzipitat I) - dieses Produkt wird nach spezieller Verarbeitung unter seinem eigenen Namen an das medizinische Netzwerk geliefert oder in ein Set zur Blutstillung namens "Fibrinostat" aufgenommen);
• Die zweite Stufe des Prozesses ist der Überstand II + III ( Prothrombin, Beta- und Gammaglobuline) - dieser Bruchteil wird zur Herstellung eines Arzneimittels namens verwendet normales menschliches Gammaglobulin, oder wird als Abhilfe genannt freigegeben Antistaphylokokken-Gammaglobulin. In jedem Fall ist es möglich, aus dem in der zweiten Stufe erhaltenen Überstand ein Präparat herzustellen, das eine große Menge an antimikrobiellen und antiviralen Antikörpern enthält;
• Die dritte, vierte Stufe des Prozesses werden benötigt, um zum Sediment V ( Eiweiß+ Beimischung von Globulinen);
• 97 – 100% Eiweiß es kommt erst im Endstadium heraus, danach wird es lange dauern, mit Albumin zu arbeiten, bis es in medizinische Einrichtungen gelangt (5, 10, 20% Albumin).

Aber dies ist nur ein kurzer Umriss, eine solche Produktion ist tatsächlich sehr zeitaufwändig und erfordert die Beteiligung zahlreicher Mitarbeiter unterschiedlicher Qualifikation. In allen Phasen des Prozesses steht das zukünftig wertvollste Medikament unter ständiger Kontrolle verschiedener Labors (klinisch, bakteriologisch, analytisch), da alle Parameter des Blutprodukts am Ausgang alle Eigenschaften von Transfusionsmedien strikt einhalten müssen.

So kann Plasma neben der Tatsache, dass es im Blut die normale Funktion des Körpers sicherstellt, auch ein wichtiges diagnostisches Kriterium sein, das den Gesundheitszustand anzeigt, oder es kann durch seine einzigartigen Eigenschaften anderen Menschen das Leben retten. Und es geht nicht nur um Blutplasma. Wir haben nicht damit begonnen, eine vollständige Beschreibung aller seiner Proteine, Makro- und Mikroelemente zu geben, um seine Funktionen gründlich zu beschreiben, da alle Antworten auf die verbleibenden Fragen auf den Seiten von VesselInfo zu finden sind.

Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation

Bundesamt für Bildung

Pacific State Economic University

Abteilung für Physik

Thema: Plasma - der vierte Aggregatzustand

Aufgeführt:

Aggregatzustand - ein Zustand der Materie, der durch bestimmte qualitative Eigenschaften gekennzeichnet ist: die Fähigkeit oder Unfähigkeit, Volumen und Form beizubehalten, das Vorhandensein oder Fehlen von Fern- und Nahordnung und andere. Eine Änderung des Aggregatzustands kann von einer sprunghaften Änderung der freien Energie, der Entropie, der Dichte und anderer grundlegender physikalischer Eigenschaften begleitet sein.

Es ist bekannt, dass jede Substanz nur in einem von drei Zuständen existieren kann: fest, flüssig oder gasförmig, ein klassisches Beispiel dafür ist Wasser, das in Form von Eis, Flüssigkeit und Dampf vorliegen kann. Es gibt jedoch nur sehr wenige Substanzen, die in diesen als unbestreitbar und allgemein geltenden Zuständen existieren, wenn wir das gesamte Universum als Ganzes betrachten. Sie überschreiten kaum das, was in der Chemie als vernachlässigbare Spuren gilt. Alle andere Materie des Universums befindet sich im sogenannten Plasmazustand.

Das Wort "Plasma" (aus dem Griechischen "Plasma" - "geschmückt") in der Mitte des XIX

in. fing an, den farblosen Teil des Blutes (ohne rote und weiße Körper) zu nennen und

Flüssigkeit, die lebende Zellen füllt. 1929 nannten die amerikanischen Physiker Irving Langmuir (1881-1957) und Levi Tonko (1897-1971) das ionisierte Gas in einer Entladungsröhre Plasma.

Englischer Physiker William Crookes (1832-1919), der Elektrotechnik studierte

Entladung in Röhren mit verdünnter Luft, schrieb: „Phänomene in evakuierten

Röhren eröffnen der Physik eine neue Welt, in der Materie in einem vierten Zustand existieren kann.“

Je nach Temperatur ändert jede Substanz ihre

Zustand. Wasser befindet sich also bei negativen (Celsius) Temperaturen in einem festen Zustand, im Bereich von 0 bis 100 "C - in einem flüssigen Zustand, über 100 ° C - in einem gasförmigen Zustand. Wenn die Temperatur weiter steigt, Atome und Moleküle beginnen, ihre Elektronen zu verlieren - sie werden ionisiert und Gas verwandelt sich in Plasma. Bei Temperaturen über 1000000 ° C ist das Plasma absolut ionisiert - es besteht nur noch aus Elektronen und positiven Ionen. Plasma ist der häufigste Aggregatzustand in der Natur für etwa 99% der Masse des Universums. Die Sonne, die meisten Sterne und Nebel sind vollständig ionisiertes Plasma. Der äußere Teil der Erdatmosphäre (Ionosphäre) ist ebenfalls Plasma.

Noch höher sind die Strahlungsgürtel, die Plasma enthalten.

Polarlichter, Blitze, einschließlich Kugeln, sind allesamt verschiedene Arten von Plasma, die unter natürlichen Bedingungen auf der Erde beobachtet werden können. Und nur ein unbedeutender Teil des Universums besteht aus fester Materie - Planeten, Asteroiden und Staubnebel.

Unter Plasma wird in der Physik ein Gas verstanden, das aus Elektrik besteht

geladene und neutrale Teilchen, bei denen die elektrische Gesamtladung Null ist, t. die Bedingung der Quasi-Neutralität ist erfüllt (daher ist beispielsweise ein im Vakuum fliegender Elektronenstrahl kein Plasma: Er trägt eine negative Ladung).

1.1. Die typischsten Plasmaformen

Die typischsten Plasmaformen
Künstlich erzeugtes Plasma Plasmapanel (TV, Monitor) Substanz in Leuchtstoff- (einschließlich Kompakt-) und Neonlampen Plasmaraketentriebwerke Gasentladungskorona eines Ozongenerators Forschung zur kontrollierten thermonuklearen Fusion Lichtbogen in einer Bogenlampe und beim Lichtbogenschweißen Plasmalampe (siehe Abbildung) Bogenentladung vom Tesla-Transformator Einschlag von Laserstrahlung in Materie Glühende Kugel einer Atomexplosion	Terrestrisches natürliches Plasma Lightning Fires of Saint Elmo Ionosphere Flames (Niedertemperaturplasma)	Platz und Astrophysik Plasma Sonne und andere Sterne (die aufgrund thermonuklearer Reaktionen existieren) Sonnenwind Weltraum (der Raum zwischen Planeten, Sternen und Galaxien) Interstellare Nebel

Eigenschaften und Parameter von Plasma

Plasma hat folgende Eigenschaften:

Ausreichende Dichte: Geladene Teilchen müssen nahe genug beieinander liegen, damit jedes von ihnen mit einem ganzen System eng benachbarter geladener Teilchen wechselwirkt. Die Bedingung gilt als erfüllt, wenn die Anzahl der geladenen Teilchen im Einflussbereich (einer Kugel mit Debye-Radius) ausreicht, um kollektive Wirkungen auftreten zu lassen (solche Erscheinungsformen sind eine typische Eigenschaft von Plasma). Mathematisch lässt sich diese Bedingung wie folgt ausdrücken:

, wobei die Konzentration geladener Teilchen ist.

Priorität interner Wechselwirkungen: Der Debye-Screening-Radius muss klein sein im Vergleich zur charakteristischen Größe des Plasmas. Dieses Kriterium bedeutet, dass die im Inneren des Plasmas auftretenden Wechselwirkungen bedeutender sind als die Effekte an seiner Oberfläche, die vernachlässigt werden können. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann das Plasma als quasi-neutral betrachtet werden. Mathematisch sieht das so aus:

Plasmafrequenz: Die durchschnittliche Zeit zwischen Teilchenkollisionen muss groß sein im Vergleich zur Periode von Plasmaoszillationen. Diese Schwingungen werden durch die Einwirkung eines elektrischen Feldes auf die Ladung verursacht, die durch die Verletzung der Quasi-Neutralität des Plasmas entsteht. Dieses Feld versucht, das gestörte Gleichgewicht wiederherzustellen. Bei der Rückkehr in die Gleichgewichtsposition passiert die Ladung diese Position durch Trägheit, was wiederum zum Auftreten eines starken Rückfeldes führt, es treten typische mechanische Schwingungen auf. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, überwiegen die elektrodynamischen Eigenschaften des Plasmas die molekularkinetischen. In der Sprache der Mathematik hat diese Bedingung die Form:

2.1. Einstufung

Plasma wird normalerweise in ideal und nicht ideal, niedrige Temperatur und hohe Temperatur, Gleichgewicht und Nichtgleichgewicht unterteilt, während kaltes Plasma ziemlich oft ein Nichtgleichgewicht und heißes Plasma ein Gleichgewicht ist.

2.2. Temperatur

Beim Lesen populärwissenschaftlicher Literatur sieht der Leser oft Plasmatemperaturen in der Größenordnung von zehn, hunderttausend oder sogar Millionen von °C oder K. Um Plasma in der Physik zu beschreiben, ist es zweckmäßig, die Temperatur nicht in °C, sondern zu messen in Einheiten der charakteristischen Energie der Teilchenbewegung, beispielsweise in Elektronenvolt (eV). Um die Temperatur in eV umzurechnen, können Sie die folgende Beziehung verwenden: 1 eV = 11600 K (Kelvin). Damit wird deutlich, dass eine Temperatur von „zehntausend °C“ durchaus erreichbar ist.

In einem Nichtgleichgewichtsplasma übersteigt die Elektronentemperatur die Temperatur der Ionen erheblich. Dies ist auf den Massenunterschied zwischen Ion und Elektron zurückzuführen, der den Energieaustausch behindert. Diese Situation tritt bei Gasentladungen auf, wenn Ionen eine Temperatur von etwa Hunderten und Elektronen etwa Zehntausende von K haben.

In einem Gleichgewichtsplasma sind beide Temperaturen gleich. Da der Ionisationsprozess Temperaturen erfordert, die mit dem Ionisationspotential vergleichbar sind, ist das Gleichgewichtsplasma normalerweise heiß (mit einer Temperatur von mehr als mehreren tausend K).

Das Konzept des Hochtemperaturplasmas wird normalerweise für Fusionsplasmen verwendet, die Temperaturen von Millionen K erfordern.

2.3. Grad der Ionisierung

Damit das Gas in den Plasmazustand übergehen kann, muss es ionisiert werden. Der Grad der Ionisierung ist proportional zur Anzahl der Atome, die Elektronen abgeben oder aufnehmen, und hängt vor allem von der Temperatur ab. Auch ein schwach ionisiertes Gas, in dem sich weniger als 1 % der Teilchen in einem ionisierten Zustand befinden, kann einige typische Plasmaeigenschaften aufweisen (Wechselwirkung mit einem externen elektromagnetischen Feld und hohe elektrische Leitfähigkeit). Der Ionisationsgrad α ist definiert als α = ni/(ni + na), wobei ni die Konzentration der Ionen und na die Konzentration der neutralen Atome ist. Die Konzentration freier Elektronen in einem ungeladenen Plasma ne wird durch die offensichtliche Beziehung bestimmt: ne= ni, wo - der Durchschnittswert der Ladung von Plasmaionen.

Ein Niedertemperaturplasma zeichnet sich durch einen geringen Ionisationsgrad (bis 1 %) aus. Da solche Plasmen häufig in technologischen Prozessen verwendet werden, werden sie manchmal als technologische Plasmen bezeichnet. Meistens werden sie durch elektrische Felder erzeugt, die Elektronen beschleunigen, die wiederum Atome ionisieren. Durch induktive oder kapazitive Kopplung werden elektrische Felder in das Gas eingebracht (siehe induktiv gekoppeltes Plasma). Zu den typischen Anwendungen von Niedertemperaturplasmen gehören Plasmaoberflächenmodifikation (Diamantfilme, Metallnitrierung, Benetzbarkeitsmodifikation), Plasmaoberflächenätzen (Halbleiterindustrie), Gas- und Flüssigkeitsreinigung (Wasserozonisierung und Rußverbrennung in Dieselmotoren).