Методы очистки золей: диализ, электродиализ, ультрафильтрация.

Диализ основан на применении мембран, задерживающих крупные коллоидные частицы и пропускающих ионы и молекулы низкомолекулярных веществ. Диализ протекает медленно, но он может быть ускорен путем пропускания электрического тока через золь, подлежащий очистке. Такой процесс получил название электродиализа, а соответствующий прибор – электродиализатора.

Ультрафильтрация – отделение дисперсной фазы от дисперсионной среды путем продавливания золя через плотные фильтры, непроницаемые для частиц дисперсной фазы.

Фильтрование обычно проводят под давлением или в вакууме. Применяя мембраны с определенной степенью пористости, можно не только разделять коллоидные частицы, но и определять их размеры. Этим методом впервые были определены размеры целого ряда вирусов и бактериофагов.

Процесс ультрафильтрации лежит в основе функции почек. Вещества с молярной массой до 10 000 проходят через сито базальной мембраны свободно, а с молярной массой свыше 50 000 - только в ничтожных количествах.

Примером сочетания диализа и ультрафильтрации является аппарат "искусственная почка", предназначенный для временной замены функции почек при почечной недостаточности. Аппарат подключают к системе кровообращения больного. Кровь под давлением, создаваемым пульсирующим насосом ("искусственное сердце"), протекает в зазоре между двумя мембранами, омываемыми снаружи физ. раствором. Благодаря большой площади мембран (~15000 см²) из крови сравнительно быстро (3-4 ч) удаляются "шлаки" – продукты обмена и распада тканей (мочевина, креатинин, ионы калия и др.).

16.3 Строение мицеллы лиофобных золей.

Согласно мицеллярной теории, золь состоит из мицелл и интермицеллярной жидкости.

Мицелла – это электронейтральная частица дисперсной фазы, окруженная двойным электрическим слоем ионов.

Интермицеллярная жидкость – это дисперсионная среда, разделяющая мицеллы.

Основу мицеллы составляют микрокристаллы трудно-растворимого вещества, называемые агрегатом. В результате избирательной адсорбции на поверхности агрегата адсорбируются ионы электролита-стабилизатора.

Пример 1. Рассмотрим строение мицеллы золя AgI, образующегося в результате реакции:

AgNO₃ + KI → AgI + KNO₃

Электролит в избытке (AgNO₃) является стабилизатором т.к. сообщает устойчивость коллоидным частицам. Из его ионов формируется двойной электрический слой вокруг агрегата:

AgNO₃ → Ag⁺ + NO₃^-

ПОИ – потенциалопредляющие ионы, адсорбирующиеся на поверхности агрегата,

ПРИ – противоионы, адсорбирующиеся на поверхности ядра; они входят как в состав адсорбционного, так и в состав диффузного слоя

Коллоидная частица (гранула) – это часть мицеллы, состоящая из агрегата и адсорбционного слоя. Заряд гранулы рассчитывают как алгебраическую сумму ионов, входящих в ее состав: +n -1(n-х) = +n – n + х = + x

Пример 2. Рассмотрим строение мицеллы золя AgI, образующегося в результате реакции: AgNO3 + KI → AgI + KNO3

В данном случае электролитом-стабилизатором является КI: KI → K⁺ + I^-

Из его ионов формируется двойной электрический слой вокруг агрегата.

Образование двойного электрического слоя (ДЭС) приводит к тому, что на поверхности раздела адсорбционного и диффузного слоя появляется электрический потенциал, называемый электрокинетическим (дзета) потенциалом (ξ, В) ξ– потенциал служит

• мерой устойчивости коллоидных частиц,

• мерой размеров межклеточных пространств

16.4 Физические свойства золей: молекулярнокинетические, оптические, электрокинетические.

Важнейшие молекулярно-кинетические свойства:

1) Броуновское движение – хаотическое движение частиц дисперсной фазы под воздействием ударов молекул дисперсионной среды

2) Диффузия – самопроизвольный процесс выравнивания концентраций частиц по всему объему раствора в результате броуновского движения. Характеристикой диффузии является ее коэффициент D, зависящий от размеров частиц (r) и вязкости среды (h):

D = RT / 6πhrN_A

Седиментация – процесс оседания частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести. В золях седиментации противостоит броуновское движение, что приводит к установлению седиментационного равновесия.

Седиментационное равновесие характеризуется постепенным увеличением концентрации дисперсной фазы от верхних слоев к нижним:

Определение скорости оседания положено в основу седиментационного анализа. Он широко используется для качественной оценки сос-тояния эритроцитов. Определение СОЭ – важный диагностический тест.

Особые оптические свойства дисперсных систем обусловлены тем, что размеры коллоидных частиц сопоставимы с длиной волны видимого света. Это приводит к рассеянию света, проходящего через золь.

Если луч света направить на коллоидный раствор сбоку, то его путь будет обнаруживаться на темном фоне в виде светящегося конуса, называемого конусом Тиндаля.

Основанные на эффекте Тиндаля методы определения размера и концентрации коллоидных частиц (ультрамикроскопия и нефелометрия) широко применяются в научных исследованиях и промышленной практике.

Короткие волны (синяя и фиолетовая часть спектра) рассеиваются сильнее, чем длинные (желто-красная часть спектра). Этим объясняется голубой цвет неба.

Электрокинетическими явлениями называются процессы, протекающие в золях под воздействием внешнего электрического поля.

К важнейшим электрокинетическим явлениям относятся: электрофорез, электроосмос.

Электрофорез (электро... и греч. phoresis - несение) -это направленное движение коллоидных частиц или макроионов под действием внешнего электрического поля относительно неподвижной дисперсионной среды. Электрофорез был открыт Ф. Рейсом в 1807.

Скорость движения частиц к электродам (u) связана с напряжённостью электрического поля (Е) уравнением Смолуховского:

u = ξ* εE/ kπh

где h - вязкость среды, ε - диэлектрическая постоянная

Электрофорез широко применяется в медицине и биологии, т.к. коллоидные частицы белков, бактерии и вирусы несут заряд и способны двигаться в электрическом поле к катоду или аноду с определенной скоростью.

Этот метод применяется в медицине для диагностики и контроля за ходом болезни, т.к. в электрофореграммах белков сыворотки крови при различных патологических состояниях наблюдается резкие изменения, специфичные для каждого заболевания.

Введение лекарственных веществ методом электрофореза имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными способами их использования:

• лекарственное вещество поступает в виде ионов, что повышает его фармакологическую активность;

• образование «кожного депо» увеличивает продолжительность действия лекарственного средства;

• высокая концентрация лекарственного вещества создается непосредственно в патологическом очаге;

• не раздражается слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта;

обеспечивается возможность одновременного введения нескольких (с разных полюсов) лекарственных веществ.

Благодаря этим преимуществам лекарственный электрофорез находит все большее применение, в том числе при лечении заболеваний сердечно-сосудистой системы, в онкологической практике, при лечении туберкулеза.

Электроосмос – это движение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы через полупроницаемую мембрану во внешнем электрическом поле. В медицине электроосмос применяется для очистки лечебных сывороток.