Діаліз - Хімія
Домішки колоїдних систем. 1
Компенсаційний діаліз та вивідіаліз, значення методів
очищення колоїдних систем у медицині. 4 Домішки колоїдних систем.
При отриманні колоїдних розчинів за допомогою різних методів, особливо за допомогою хімічних реакцій, неможливо використовувати еквімолярні співвідношення реагентів. З цієї причини в золях може бути присутня надлишкова кількість електролітів, що значною мірою знижує стійкість колоїдних розчинів. Приготовлений будь-яким способом колоїдний розчин може містити, крім електролітів, інші речовини, наприклад стабілізатори, ВМВ та ін.
Всі ці домішки можуть міститися в колоїдному розчині також через забруднення вихідних продуктів або з інших причин:
1. Внаслідок взаємодії металів з водою і гідролізу солей, що утворюються при використанні диспергаційного методу отримання золів - електророзпилення.
2. Внесення електроліту під час використання пептизації опадів електролітами.
3. Часткове розчинення (дисоціація) осаду під час використання пептизації промиванням.
4. Внесення електролітів під час використання хімічної пептизації.
5. Внесення ПАР при пептизації ними.
6. Утворення побічних продуктів при отриманні колоїдних систем хімічними реакціями.
Як можна помітити, всі види небажаних домішок представлені переважно низькомолекулярними речовинами, а тому очищення колоїдних систем має на меті звільнення колоїдних систем від низькомолекулярних домішок.
Діаліз є найпростішим методом очищення колоїдних систем. Очищення колоїдних методом діалізу полягає в тому, що за допомогою напівпроникної перегородки (мембрани) колоїдніміцели можуть бути відокремлені від домішок розчинених у дисперсійному середовищі низькомолекулярних речовин. При діалізі молекули розчиненої низькомолекулярної речовини проходять через мембрану, а колоїдні частинки, які не здатні діалізувати (проникати через мембрану), залишаються за нею у вигляді очищеного колоїдного розчину. Явище діалізу для колоїдних систем можливе завдяки тому, що розмір міцел набагато більше розміру молекул низькомолекулярних речовин.
Найпростішим приладом для діалізу - діалізатором - є мішечок з напівпроникного матеріалу (колодія), в який міститься рідина, що диализируется. Мішечок опускається в посудину з розчинником (водою). Періодично або постійно змінюючи розчинник у діалізаторі можна практично повністю видалити з колоїдного розчину домішки електролітів та низькомолекулярних неелектролітів. Недоліком методу є тривалість процесу очищення (тижня, місяці). Почасти також недоліком діалізу є факт, що тривалий діаліз обумовлює не тільки видалення розчину домішок, але й стабілізатора, що може спричинити коагуляцію колоїдного розчину.
В даний час існує багато удосконалених конструкцій діалізаторів, що прискорюють процес діалізу. Інтенсифікація процесу досягається збільшенням поверхні, через яку йде діаліз, безперервною заміною розчинника та нагріванням, що прискорює процес.
Процес діалізу зумовлений процесами осмосу та дифузії, що пояснює методи інтенсифікації процесу діалізу.
Електродіаліз – процес діалізу, що прискорюється дією електричного струму. Електродіаліз застосовують для очищення колоїдних розчинів, забруднених електролітами. У разі необхідності очищення колоїдних розчинів від низькомолекулярних неелектролітів,процес електродіалізу малоефективний. В принципі, процес електродіалізу мало відрізняється від звичайного діалізу. Істотна відмінність полягає в тому, що за допомогою зовнішнього електричного поля вдається швидше і повно відокремити катіони та аніони електролітів від колоїдного розчину.
Найпростіший електродіалізатор є посудиною, розділеною на 3 камери. У середню камеру, забезпечену мішалкою, наливають колоїдний розчин, що підлягає очищенню. У бічні камери поміщені електроди, підключені до джерела постійного струму та трубки для підведення та відведення розчинника (води). Під дією електричного поля відбувається перенесення катіонів із середньої камери до катодної камери, а аніонів - до анодної.
Перевагою електродіалізу перед звичайним діалізом є мала кількість часу, необхідне очищення (хвилини, годинник).
Слід зазначити, що електродіаліз особливо ефективний тільки після попереднього очищення за допомогою звичайного діалізу, коли швидкість дифузії через падіння градієнта концентрації електролітів між золем і водою мала і можна застосовувати електричне поле великої напруги, не боячись сильного розігріву золю.
Ультрафільтрація - фільтрування колоїдних розчинів через напівпроникну мембрану, що пропускає дисперсійне середовище з низькомолекулярними домішками і затримує частинки дисперсної фази або макромолекули. Для прискорення процесу ультрафільтрації її проводять при перепаді тиску з обох боків мембрани: під вакуумом або підвищеним тиском. Тобто ультрафільтрація є ніщо інше, як діаліз, що проводиться під тиском.
Ультрафільрація дозволяє швидше відокремити від колоїдного розчину електроліти та інші домішки (низькомолекулярні неелектроліти), ніж це відбувається при діалізі.
При ультрафільтрації досягають високого ступеня очищення золю, періодично розбавляючи останній водою. При розведенні водою золь міститиме менше низькомолекулярних домішок, але водночас і стабілізаторів.
На кінцевій стадії шляхом відсмоктування дисперсійного середовища можна концентрувати колоїдний розчин. При цьому важливо, що підвищується концентрація лише дисперсної фази, а склад дисперсійного середовища залишається практично постійним.
Ультрафільтрація може застосовуватися в поєднанні з електродіаліз (електроультрафільтрація), завдяки чому значно прискорюється видалення електролітів з колоїдного розчину.
Застосування мембран з певним розміром пор дозволяє розділити колоїдні частинки на фракції за розмірами та орієнтовно визначити ці розміри.
Запропоновано багато приладів для ультрафільтрації. Так як ультрафільтрація завжди проходить під тиском, то у всіх приладах для ультрафільтрації мембрана або накладається на пластинку з дрібними отворами, що служить для неї опорою, або безпосередньо виходить на стінках порцелянової посудини, що неглазурована. Наприклад, ультрафільтри Бехгольда отримують шляхом нанесення на стінки пористої порцелянової судини розведеного колодію і подальшого висушування.
Все це говорить про те, що ультрафільтрація є не лише методом очищення колоїдних систем, але й може бути використана для дисперсійного аналізу та препаративного поділу дисперсних систем.
Компенсаційний діаліз та вивідіаліз, значення методів очищення колоїдних систем у медицині.
Компенсаційний діаліз та вивідіаліз - методи, розроблені для дослідження біологічних рідин, що являють собою колоїдні системи.
Принцип методу компенсаційного діалізуполягає в тому, що в діалізаторі замість чистого розчинника використовують розчини низькомолекулярних речовин різної концентрації, що визначаються. Наприклад, для визначення вільного, не пов'язаного з білками цукру крові проводять її діаліз проти ізотонічного сольового розчину, що містить різні концентрації цукру. У тому розчині, де концентрація цукру дорівнює концентрації вільного цукру в сироватці крові, під час діалізу концентрація цукру не змінюється. Цей метод дозволив виявити присутність у крові глюкози та сечовини у вільному стані.
До цього методу близький метод вивідіалізу для прижиттєвого визначення крові низькомолекулярних речовин. Для проведення аналізу в кінці перерізаної кровоносної судини вставляють скляні канюлі, розгалужені частини яких з'єднані між собою трубками з напівпроникного матеріалу, і всю систему поміщають у посудину, заповнену фізіологічним розчином солі або водою. Таким методом було виявлено, що в крові, крім глюкози, знаходяться вільні амінокислоти.
Принцип компенсаційного вівідіалізу був використаний при створенні апарату, названого "штучною ниркою". За допомогою нього можна очищати кров хворого від різних низькомолекулярних речовин - продуктів обміну, тимчасово заміщаючи функцію хворої нирки при таких показаннях, як гостра ниркова недостатність в результаті отруєнь, при важких опіках і т.п.
1. Ребіндер П.А. Про термодинамічно рівноважні двофазні дисперсійні системи. Колоїдн. ж., 1970, т.32, стор 480.
2. К.І. Євстратова та авт. Фізична та колоїдна хімія - М: Вищ. шк., 1990, стор 420.