Фрагмент

Вопрос 13

Методы очистки коллоидных растворов

При получении коллоидных растворов тем или иным методом, особенно с помощью химических реакций, практически невозможно точно предусмотреть необходимое количественное соотношение реагентов. По этой причине в образовавшихся золях может при­сутствовать чрезмерный избыток электролитов, что снижает устой­чивость коллоидных растворов. Для получения высокоустойчивых систем и для изучения их свойств золи подвергают очистке как от электролитов, так и от всевозможных других низкомолекулярных примесей.

Очистку коллоидных растворов можно проводить либо методом диализа, либо ультрафильтрацией.

Диализ заключается в извлечении из золей низкомолекуляр­ных веществ чистым растворителем с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны), через которую не проходят коллоидные частицы. Периодически или непрерывно сменяя растворитель в при­боре для диализа — диализаторе (рис. 1), можно практически полностью удалить из коллоидного раствора примеси электро­литов и низкомолекулярных неэлектролитов.

Недостатком метода является большая длительность процесса очистки (недели, месяцы).

Электродиализ — это процесс диализа, ускоренный путем приме­нения электрического тока. Прибор для его осуществления назы­вают электродиализатором (рис. 2). Простейший электродиали­затор представляет собой сосуд, разделенный двумя мембранами на три камеры. В среднюю камеру наливают подлежащий очистке коллоидный раствор. В боковые камеры помещают электроды от источника постоянного тока и обеспечивают подвод и отвод рас­творителя (воды). Под действием электрического поля происходит перенос катионов из средней камеры в катодную камеру, анионов — в анодную. Раствор в средней камере может быть в течение корот­кого времени (минуты, часы) очищен от растворенных солей.

Компенсационный диализ и вивидиализ — методы, разработан­ные для исследования биологических жидкостей, представляющих собой коллоидлые системы. Принцип метода компенсационного диализа состоит в том, что в диализаторе вместо чистого раство­рителя используют растворы определяемых низкомолекулярных веществ различной концентрации. Например, для определения не связанного с белками, т. е. свободного, сахара в сыворотке 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 в крови присутствие глюкозы и мочевины в свободном состоянии.

К этому методу близок метод вивидиализа (вивидиффузии) для прижизненного определения в крови низкомолекулярных со­ставных частей. 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, запол­няемый физиологическим раствором соли или водой. Таким путем было найдено, что в крови помимо свободной глюкозы находятся свободные аминокислоты.

Принцип компенсационного вивидиализа был использован при создании аппарата, названного «искусственной почкой». С помощью «искусственной почки» можно очищать кровь от продуктов обмена веществ, временно замещая функцию больной почки при таких показаниях, как острая почечная недостаточность в результате отравлений, при тяжелых ожогах и т. п.

Ультрафильтрация — фильтрование коллоидного раствора 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 разрежением (вакуумом) или под повышен­ным давлением. Вакуум создают откачиванием воздуха из распо­ложенного под фильтром сосуда, повышенное давление — нагне­танием воздуха в сосуд, расположенный над фильтром. Для предот­вращения разрыва мембраны ее помещают на твердую пористую пластинку (рис. 3). Ультрафильтрация позволяет скорее отделить от коллоидного раствора электролиты и другие примеси (низкомолекулярные органические соединения), чем это происходит при диализе. При ультрафильтрации достигают высокой сте­пени очистки золя, периодически раз­бавляя последний водой. На конечной ста­дии путем отсасывания дисперсионной сре­ды можно сконцентрировать коллоидный раствор. Ультрафильтрация может приме­няться в сочетании с электродиализом (электроультрафильтрация), благодаря чему значительно ускоряется удаление со­лей из коллоидного раствора.

Поскольку поры обычной фильтроваль­ной бумаги легко пропускают коллоидные частицы, при ультрафильтрации в каче­стве мембраны применяют специальные фильтры (целлофан, пергамент, асбест, керамические фильтры и т. п.). Примене­ние мембраны с определенным размером пор позволяет разделить коллоидные ча­стицы на фракции по размерам и ориен­тировочно определить эти размеры. Так были найдены размеры некоторых вирусов и бактериофагов. Все это говорит о том, что ультрафильтрация является не только методом очистки коллоид­ных растворов, но может быть использована для целей дисперсион­ного анализа и препаративного разделения дисперсных систем.