Оглавление.
Примеси коллоидных систем
Диализ
Электродиализ
Ультрафильтрация
Компенсационный диализ и вивидиализ, значение методов
очистки коллоидных систем в медицине
Примеси коллоидных систем.
При получении коллоидных растворов с помощью различных методов, особенно с помощью химических реакций, является невозможным использовать эквимолярные соотношения реагентов. По этой причине в образовавшихся золях может присутствовать избыточное количество электролитов, что в значительной степени снижает устойчивость коллоидных растворов. Приготовленный каким-либо способом коллоидный раствор может содержать, помимо электролитов, и другие вещества, например стабилизаторы, ВМВ и др.
Все эти примеси могут содержаться в коллоидном растворе также в следствие загрязненности исходных продуктов или по другим причинам:
1. Вследствие взаимодействия металлов с водой и гидролиза образующихся солей при использовании диспергационного метода получения золей - электрораспыления.
2. Внесение электролита при использовании пептизации осадков электролитами.
3. Частичное растворение (диссоциация) осадка при использовании пептизации промыванием.
4. Внесение электролитов при использовании химической пептизации.
5. Внесение ПАВ при пептизации ими.
6. Образование побочных продуктов при получении коллоидных систем с помощью химических реакций.
Как можно заметить, все виды нежелательных примесей представлены в основном низкомолекулярными веществами, а поэтому очистка коллоидных систем преследует своей целью освобождение коллоидных систем от низкомолекулярных примесей.
Диализ.
Диализ является простейшим методом очистки коллоидных систем. Очистка коллоидных методом диализа заключается в том, что с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны) коллоидные мицеллы могут быть отделены от примесей растворенных в дисперсионной среде низкомолекулярных веществ. При диализе молекулы растворенного низкомолекулярного вещества проходят через мембрану, а коллоидные частицы, неспособные диализировать (проникать через мембрану), остаются за ней в виде очищенного коллоидного раствора. Явление диализа для коллоидных систем возможно благодаря тому, что размер мицелл гораздо больше размера молекул низкомолекулярных веществ.
Простейшим прибором для диализа - диализатором - является мешочек из полупроницаемого материала (коллодия), в который помещается диализируемая жидкость. Мешочек опускается в сосуд с растворителем (водой). Периодически или постоянно меняя растворитель в диализаторе можно практически полностью удалить из коллоидного раствора примеси электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов. Недостатком метода является большая длительность процесса очистки (недели, месяцы). Отчасти также недостатком диализа является факт, что длительный диализ обусловливает не только удаление из раствора примесей, но и стабилизатора, что может повлечь за собой коагуляцию коллоидного раствора.
В настоящее время существует много усовершенствованных конструкций диализаторов, ускоряющих процесс диализа. Интенсификация процесса достигается увеличением поверхности, через которую идет диализ, непрерывной заменой растворителя и нагреванием, ускоряющем процесс.
Процесс диализа обусловлен процессами осмоса и диффузии, что объясняет методы интенсификации процесса диализа.
Электродиализ.
Электродиализ - процесс диализа, ускоряемый действием электрического тока. Электродиализ применяют для очистки коллоидных растворов, загрязненных электролитами. В случае необходимости очистки коллоидных растворов от низкомолекулярных неэлектролитов, процесс электродиализа малоэффективен. В принципе, процесс электродиализа мало отличается от обычного диализа. Существенное отличие заключается в том, что с помощью внешнего электрического поля удается более быстро и полно отделить катионы и анионы электролитов от коллоидного раствора.
Простейший электродиализатор представляет собой сосуд, разделенный на 3 камеры. В среднюю камеру, снабженную мешалкой, наливают подлежащий очистке коллоидный раствор. В боковые камеры помещены электроды, подключенные к источнику постоянного тока и трубки для подвода и отвода растворителя (воды). Под действием электрического поля происходит перенос катионов из средней камеры в катодную камеру, а анионов - в анодную.
Преимуществом электродиализа перед обычным диализом является малое количество времени, необходимое для очистки (минуты, часы).
Следует отметить, что электродиализ особенно эффективен только после предварительной очистки с помощью обычного диализа, когда скорость диффузии из-за падения градиента концентрации электролитов между золем и водой мала и можно применять электрическое поле большого напряжения, не боясь сильного разогревания золя.
Ультрафильтрация.
Ультрафильтрация - фильтрование коллоидных растворов через полупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с низкомолекулярными примесями и задерживающую частицы дисперсной фазы или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрации ее проводят при перепаде давления по обе стороны мембраны : под вакуумом или повышенным давлением. То есть, ультрафильтрация есть ничто иное, как диализ, проводимый под давлением.
Ультрафильрация позволяет скорее отделить от коллоидного раствора электролиты и другие примеси (низкомолекулярные неэлектролиты), чем это происходит при диализе.
При ультрафильтрации достигают высокой степени очистки золя, периодически разбавляя последний водой. При разбавлении водой золь будет содержать меньше низкомолекулярных примесей, но одновременно и стабилизаторов.
На конечной стадии путем отсасывания дисперсионной среды можно сконцентрировать коллоидный раствор. При этом важно, что повышается концентрация только дисперсной фазы, состав же дисперсионной среды остается практически постоянным.
Ультрафильтрация может применяться в сочетании с электродиализом (электроультрафильтрация), благодаря чему значительно ускоряется удаление электролитов из коллоидного раствора.
Применение мембран с определенным размером пор позволяет разделить коллоидные частицы на фракции по размерам и ориентировочно определить эти размеры.
Предложено много приборов для проведения ультрафильтрации. Так как ультрафильтрация всегда проходит под давлением, то во всех приборах для ультрафильтрации мембрана либо накладывается на пластинку с мелкими отверствиями, служащую для нее опорой, либо непосредственно получается на стенках неглазурованного фарфорового сосуда. Например, ультрафильтры Бехгольда получают путем нанесения на стенки пористого фарфорового сосуда разбавленного коллодия и последующего его высушивания.
Все это говорит о том, что ультрафильтрация является не только методом очистки коллоидных систем, но и может быть использована для дисперсионного анализа и препаративного разделения дисперсных систем.
Компенсационный диализ и вивидиализ, значение методов очистки коллоидных систем в медицине.
Компенсационный диализ и вивидиализ - методы, разработанные для исследования биологических жидкостей, представляющих собой коллоидные системы.
Принцип метода компенсационного диализа состоит в том, что в диализаторе вместо чистого растворителя используют растворы определяемых низкомолекулярных веществ различной концентрации. Например, для определения свободного, не связанного с белками, сахара крови проводят ее диализ против изотонического солевого раствора, содержащего различные концентрации сахара. В том растворе, где концентрация сахара равна концентрации свободного сахара в сыворотке крови, в ходе диализа концентрация сахара не изменяется. Этот метод позволил выявить присутствие в крови глюкозы и мочевины в свободном состоянии.
К этому методу близок метод вивидиализа для прижизненного определения в крови низкомолекулярных веществ. Для проведения анализа в концы перерезанного кровеносного сосуда вставляют стеклянные канюли, разветвленные части которых соединены между собой трубками из полупроницаемого материала, и всю систему помещают в сосуд, заполненный физиологическим раствором соли или водой. Таким методом было обнаружено, что в крови помимо глюкозы находятся свободные аминокислоты.
Принцип компенсационного вивидиализа был использован при создании аппарата, названного "искусственной почкой". С помощью него можно очищать кровь больного от различных низкомолекулярных веществ - продуктов обмена, замещая временно функцию больной почки при таких показаниях, как острая почечная недостаточность в результате отравлений, при тяжелых ожогах и т.п.
Библиография.
1. Ребиндер П.А. О термодинамически равновесных двухфазных дисперсионных системах. Коллоидн. ж., 1970, т.32, стр. 480.
2. К.И. Евстратова и авт. Физическая и коллоидная химия - М: Высш. шк., 1990, стр. 420.