Метод пептизації. Довільне диспергування

Метод пептизації. Довільне диспергування. Очищення колоїдної системи.

Метод пептизації Пептизацією - називають перехід у колоїдний розчин осадів, що утворилися під час коагуляції. Пептизацію тільки умовно можна віднести до диспергаційних методів, оскільки в цьому методі відсутній процес подрібнення більших частинок до колоїдного ступеня дисперсності. Пептизація відбувається під впливом дисперсійного середовища, в якому є той чи інший пептизатор. Під час промивання осаду вилучаються йони, що зумовили коагуляцію, а колоїдні часточки адсорбують йони пептизатора. На поверхні часточок утворюється подвійний електричний шар, який стабілізує дисперсну систему, при цьому сили відштовхування між часточками починають переважати над силами притягання. Формуючись, колоїдні частки під впливом теплового руху розподіляються рівномірно по всьому об’єму рідини, утворюючи колоїдний розчин. Проте не всі осади піддаються пептизації. Пухкі та свіжі осади легко переходять у золь, а осади, що зазнали старіння, як правило, не пептизуються. Пептизацію можна спостерігати під час «відновлення» сухого молока, де пептизатором є білок. Так отримують золі з осадів гідроксидів цинку, феруму, алюмінію.

На пептизацію впливає:механічна дія, так, перемішування сприяє пептизації. Температура, швидкість пептизації збільшується і з підвищенням температури. З пептизацією, наприклад, пов'язане очищення поверхонь від забруднення. Часточки бруду за допомогою мила (пептизатор) відриваються від поверхні (пептизують), переходячи в стан золю. Пептизацію використовують у різних технологічних процесах для одержання рідких дисперсних систем з паст і порошків. Пептизація – часто небажаний процес, наприклад, за взаємодії бурового розчину з глинистими породами, що складають стінки стовбура бурової свердловини, під час очищення води коагулянтами. Пептизація відіграє важливу роль у природних процесах: генезисі осадових порід, зміні складу та структури ґрунтів, перерозподілі в земній корі речовин біогенного й абіогенного походження.

Розрізняють три способи пептизації: адсорбційну (безпосередню), дисолюційну (хімічну, опосередковану), промивання осаду розчинником (дисперсійним середовищем). Адсорбційна пептизація відбувається в разі, якщо до промитого осаду добавляють електроліт, що містить йон, який може вибірково (за правилом Панета-Фаянса) адсорбуватися на агрегаті (молекулах осаду), добудовуючи міцелу. За дисолюційної пептизації на частинках осаду адсорбуються не йони добавленого електроліту, а продукти його взаємодії з поверхневими молекулами осаду. За такої пептизації дуже важливо, щоб кількість реагенту, який розчиняє осад, була малою, інакше може розчинитися весь осад. Пептизації промиванням розчинником (дисперсійним середовищем) зазнають осади, що були отримані за умови значного надлишку одного з реагентів. Під час промивання осаду розчинником або дисперсійним середовищем надлишок електроліту вимивається і утворюється стійкий золь.

Методи очищення колоїдних розчинів Отримані будь-яким способом дисперсні системи набувають стійкості після очищення їх від домішок молекул низькомолекулярних речовин та йонів електролітів. З цією метою використовують різницю в розмірах колоїдних частинок, йонів і молекул. Молекули та йони проходять крізь пори напівпроникних мембран (колодій, пергамент, целофан, тваринний міхур), а більші за розмірами колоїдні частинки затримуються ними. На цьому ґрунтуються такі методи очищення золів, як: діаліз, електродіаліз та ультрафільтрація.

Діаліз уперше був запропонований Т. Гремом у1861 р. Його проводять у приладі діалізаторі, що складається з двох посудин - внутрішньої А та зовнішньої Б (рис. 4). Внутрішню посудину з напівпроникною мембраною М наповнюють золем, а у зовнішній посудині циркулює вода. Низькомолекулярні домішки, концентрація яких у золі більша, проходять крізь мембрану в розчинник і виносяться проточною водою. З метою інтенсифікації процесу діалізу сучасні діалізатори мають велику площу мембран, однак все-таки діаліз потребує значної затрати часу. Слід зауважити, що проводити діаліз до повного очищення золю від домішок недоцільно, оскільки певна кількість йонів електролітів відіграє роль стабілізатора і тому, якщо відмити усі йони, може настати коагуляція золю. Це стосується і біологічних рідин. Наприклад, щоб не допустити руйнування клітин під час діалізу крові (гемодіалізу), як зовнішнє середовище застосовують не воду, а розчин тих речовин, які потрібно зберегти в системі. Цей принцип покладено в основу компенсаційного діалізу та вівідіалізу.

Компенсаційний діаліз використовують для визначення вмісту низькомолекулярних речовин у біологічних рідинах, наприклад, вільного, не зв'язаного з білками, цукру. З цією метою сироватку крові в діалізаторі омивають не водою, а ізотонічним сольовим розчином, до якого додають різні кількості цукру Подібним до компенсаційного методу діалізу є вівідіаліз (вівідифузія), за допомогою якого можна також визначати вміст низькомолекулярних речовин у крові хворого. З цією метою у надрізану кровоносну судину вставляють скляну канюлю, яка сполучена з розгалуженою системою трубок із напівпроникного матеріалу, занурених у посудину з фізіологічним розчином (рис. 5). Під час діалізу крові в розчин дифундують низькомолекулярні компоненти. Очищення крові (гемодіаліз) від продуктів розпаду (сечовини, сечової кислоти, надлишків йонів Калію, Хлору та ін.) триває 3-4 год. Застосовують його при гострій нирковій недостатності у разі отруєнь сульфаніламідними препаратами, сулемою, при тяжких опіках, уремії, токсикозі вагітні. За принципом компенсаційного діалізу проводять гемодіаліз в апараті «штучна нирка». Апарат підключають до системи кровообігу хворого. Кров під тиском, що створюється пульсуючим насосом — «штучним серцем», проті­кає у вузькій щілині між двома мембранами з великими робочими поверхнями, які зовні омиваються фізіологічним розчином. Загальна поверхня мембран гемодіалізатора становить приблизно 1,5 м2 при об'ємі заповнення кров'ю 150-200 см3

Електродіаліз - це процес очищення золів від домішок електролітів в електричному полі, яке прискорює рух йонів. Електродіалізатор складається з трьох камер, середня з яких, заповнена золем, відокремлена від бічних напівпроникними мембранами. За умови подавання струму катіони електролітів дифундують крізь мембрани у бічні камери до катода, аніони - до анода і виносяться з проточною водою, яка циркулює у бічних камерах. Перевагами електродіалізу є значне скорочення тривалості очищення золів (у десятки разів), а також можливість усунення навіть слідових кількостей електролітів. Метод використовують для очищення розчинів білків, вакцин, сироваток, промислових стоків. Очищену від солей молочну сироватку, яка містить велику кількість білків, лактози, використовують при виробництві дієтичних продуктів.

Ультрафільтрація - метод очищення колоїдних розчинів фільтруванням їх під тиском або у вакуумі крізь ультрафільтри, які пропускають дисперсійне середовище разом із низькомолекулярними домішками, але затримують частинки колоїдних розмірів. Як мембранні фільтри у біохімії використовують полімерні плівки з розміром пор 10-8-10-7 м, які виготовлені з нітроцелюлози, ацетату целюлози, скловолокна. Застосовуючи ультрафільтри з певними розмірами пор, досягають фракціонування дисперсних систем, а також визначають розміри частинок. Так було визначено розміри деяких вірусів і бактеріофагів. Ультрафільтрація забезпечує високий рівень і швидкість очищення золів, особливо в поєднанні з електродіалізом. Цей метод дістав назву електроультра-фільтрації. Він набув широкого застосування для очищення та розділення білків. Для тонкого фракціонування дисперсних систем застосовують метод ультрацентрифугування, основою якого є розділення частинок з різною масою за допомогою значної відцентрової сили. Ультрацентрифуги здатні розділити частинки розміром менш як 10-7 м. Методом ультрацентрифугування користуються в медико-біологічних дослідженнях для розділення біополімерів, вірусів, субклітинних елементів.