Материал: 1_metodichka_po_khimii
методы анализа, как нефелометрия и ультрамикроскопия, которые исполь-
зуются для определения концентрации частиц и их размеров в гетероген-
ных биологических средах.
Диализ. Биологические жидкости, как правило, содержат од-
новременно вещества в коллоидном состоянии и в виде отдельных моле-
кул и ионов. Очистка коллоидных растворов от истинно растворенных ве-
ществ основывается на том, что относительно крупные коллоидные части-
цы, в отличие от молекул и ионов, не проникают сквозь поры животных и растительных мембран. На практике в качестве мембраны используется пленка из коллодия или целлофана (производные целлюлозы), а также ки-
шечная ткань.
Диализ - процесс очистки коллоидных растворов от ионов и молекул низкомолекулярных примесей в результате их диффузии в чистый раство-
ритель сквозь полупроницаемую мембрану.
Простейший способ диализа заключается в том, что коллоидный рас-
твор помещают во внутренний сосуд, дно или стенки которого представ-
ляют собой мембрану с избирательной проницаемостью, погруженный во внешний сосуд с чистым растворителем (обычно вода). В результате диф-
фузии молекулы и ионы, способные проникать сквозь поры мембраны, пе-
реходят в наружный сосуд. В обычных условиях диализ протекает очень медленно. Для ускорения процесса необходимо увеличить градиент кон-
центраций растворенных веществ по обе стороны мембраны. Это легко осуществить периодической или непрерывной сменой растворителя в наружном сосуде (рис. 6.8 а).
Для ускорения очистки коллоидных растворов от ионов рас-
творенных электролитов используют также метод электродиализа. В этом случае во внешний сосуд помещают электроды и подают постоянный электрический ток (рис. 6.8 б).
Электродиализ - это диализ в условиях наложения постоянного электри-
ческого поля, под действием которого катионы и анионы приобретают
171
направленное движение к электродам. Электродиализ особенно эффекти-
вен при малых концентрациях удаляемого электролита, когда градиент
концентраций невелик.
Рис. 6.8. Схемы диализатора (а) и электродиализатора (б):
1 - диализуемый коллоидный раствор; 2 - мембрана; 3 - подача растворителя; 4 - мешалка; 5 - электроды
В биологических жидкостях количественное определение низ-
комолекулярных веществ часто проводят методом компенсационного диализа, или вивидиализа. В этом случае биологическая жидкость в диа-
лизаторе омывается не чистым растворителем, а растворами с различными концентрациями определяемого вещества. Так, содержание сахара в сыво-
ротке крови определяется путем диализа сыворотки по сравнению с изото-
ническим раствором, к которому добавляют различные количества сахара.
Концентрация сахара во внешнем растворе не изменяется лишь в том слу-
чае, когда она равна концентрации сахара в анализируемой сыворотке. Та-
ким образом было выявлено наличие глюкозы и мочевины в крови.
По принципу диализа работает аппарат «искусственная почка» (АИП),
применяемый при острой почечной недостаточности, которая может наступить в результате отравления сулемой, сульфаниламидными препара-
тами, при уремии после переливания крови, при тяжелых ожогах и т.п.
АИП подключается к системе кровообращения больного, и кровь протека-
ет через систему, снабженную мембранами с избирательной проницаемо-
стью, которые снаружи омываются физиологическим раствором. При этом
172
кровь в процессе диализа очищается от вредных примесей, после чего по-
ступает обратно в организм.
6.7. Устойчивость коллоидных растворов: седиментационная,
агрегативная. Факторы, влияющие на устойчивость лиозолей
Биологические жидкости живого организма, такие как кровь, плазма,
лимфа, спинномозговая жидкость, моча, представляют собой коллоидные системы. О состоянии организма можно судить по многим показателям этих жидкостей, и прежде всего крови. Наличие патологических процессов сопровождается изменением количества форменных элементов крови
(эритроцитов, лейкоцитов и др.), скорости оседания эритроцитов (СОЭ),
свертываемости крови и др. Все эти свойства связаны с устойчивостью биологических жидкостей, поэтому изучение устойчивости коллоидных растворов и факторов, влияющих на нее, очень важно для медиков и био-
логов.
Устойчивость дисперсных систем характеризует способность дис-
персной фазы сохранять состояние равномерного распределения частиц дисперсной фазы во всем объеме дисперсионной среды.
В дисперсных системах различают седиментационную и агрегатив-
ную устойчивость.
Седиментационная устойчивость характеризует способность ча-
стиц дисперсной фазы находиться во взвешенном состоянии и не оседать под действием сил тяжести.
Агрегативная устойчивость характеризует способность частиц дисперсной фазы противодействовать их слипанию между собой и тем са-
мым сохранять неизменными cвои размеры.
Грубодисперсные системы гетерогенны и неустойчивы. Они само-
произвольно расслаиваются на дисперсную фазу и дисперсионную среду,
так как относительно крупные частицы дисперсной фазы под действием
173
сил тяжести оседают (седиментируют).
Истинные растворы гомогенны и неограниченно устойчивы, по-
скольку в них не происходит самопроизвольное выделение растворенного вещества из системы.
Коллоидные растворы относятся к ультрамикрогетерогенным систе-
мам и по устойчивости занимают промежуточное положение между гру-
бодисперсными системами и истинными растворами. Коллоидные раство-
ры обычно представляют собой седиментационно устойчивые системы,
что обусловлено малыми размерами частиц и их интенсивным броунов-
ским движением.
Агрегативная устойчивость коллоидных растворов с ионным стаби-
лизатором обусловлена наличием на поверхности частиц «рыхлой» ионной атмосферы из гидратированных противоионов, которая увеличивает срод-
ство коллоидных частиц к дисперсной среде и препятствует их слипанию
(коагуляции). Ее можно рассматривать как результат взаимодействия двух противоположно направленных сил, которые одновременно действуют на сближающиеся коллоидные частицы: вандерваальсовых сил межмоле-
кулярного притяжения и электростатических сил отталкивания, которые возникают между одноименно заряженными частицами. При сближении коллоидных частиц на расстояние 10-9-10-6 м в области перекрывания их ионных атмосфер, в тонких жидких пленках, разделяющих две твердые поверхности (поверхности ядер), возникает так называемое расклиниваю-
щее давление. Оно складывается из трех основных составляющих:
электростатическое отталкивание одноименно заряженных ча-
стиц за счет большого скопления противоионов в области контакта ионных атмосфер;
расклинивание за счет упругих свойств гидратных оболочек, окру-
жающих противоионы и состоящих из ориентированных (упорядоченных)
диполей воды;
расклинивание за счет осмотического всасывания молекул раствори-
174
теля в область контакта ионных атмосфер, т. е. в область большого скоп-
ления противоионов.
Рис. 6.9. Схема агрегативной устойчивости мицелл коллоидных растворов
В коллоидных растворах с ионным стабилизатором главной составля-
ющей расклинивающего давления является электростатическое отталкива-
ние одноименно заряженных частиц. Величина расклинивающего давления зависит от заряда твердой фазы, т.е. от значения межфазного потенциала Фмф, а также от толщины ионной атмосферы, главным образом ее диффуз-
ного слоя, т. е. от значения ζ-потенциала (рис. 6.9). Чем выше заряд твер-
дой фазы, чем больше толщина диффузного слоя и больше значение ζ-
потенциала, тем больше расклинивающее давление между частицами и выше агрегативная устойчивость коллоидного раствора. Когда диффузный слой мицеллы тонкий и ζ-потенциал меньше 30 мВ, упругие свойства диффузного слоя невелики, и поэтому при столкновении мицелл происхо-
дит перекрывание этих слоев, что приводит к преобладанию сил притяже-
ния и потере агрегативной устойчивости. Таким образом, коллоидные рас-
творы с ионным стабилизатором агрегативно неустойчивы, если их мицел-
лы имеют ζ<30 мВ относительно устойчивы, если 30 < ζ < 50 мВ и устой-
чивы, если ζ > 50т мВ.
175