주로 2가지 방법이 사용됩니다.

1. 분산 방식 –고체를 콜로이드에 해당하는 크기의 입자로 분쇄하는 방법을 사용합니다. 연삭이 수행됩니다.

• 기계적으로볼 밀, 균질화기 또는 초음파 분해기를 사용하고;
• 사용하여 물리적, 화학적 방법, 해교, 계면활성제 첨가 등.

1. 응축방식- 콜로이드에 해당하는 크기로 분자 또는 이온을 응집하여 입자를 확대합니다. 이 작업은 다음과 같은 방법으로 수행할 수 있습니다.

• 용매 증발;
• 용매 교체;
• 분해, 가수분해 등 난용성 또는 불용성 물질을 형성하는 반응을 수행합니다.

콜로이드 시스템의 정제 방법

콜로이드 용액에는 안정성을 감소시키는 불순물이 포함될 수 있으며 그 결과 정제됩니다. 이를 위해 투석, 전기투석, 여과, 한외여과 등의 방법이 사용됩니다.

콜로이드 용액을 용기에 붓고 아래쪽에 막이 있고 물이 담긴 용기에 넣습니다. 저분자량 ​​불순물의 이온과 분자만 용매에 침투합니다.

투석 과정은 느리며 속도를 높이기 위해 전기장을 사용합니다.

콜로이드 시스템은 입자 크기에서 거친 시스템과 실제 용액 사이의 중간 위치를 차지하므로 준비 방법은 분산과 응축의 두 그룹으로 나눌 수 있습니다.

분산 방법분산상의 분쇄를 기반으로 합니다. 친액성 콜로이드 시스템이 형성되는 분산은 열 이동으로 인해 자발적으로 발생합니다. 소수성 콜로이드 시스템의 형성에는 에너지가 필요합니다. 필요한 분산 정도를 얻으려면 다음을 사용하십시오.

볼 또는 콜로이드 밀을 사용한 기계적 분쇄;

초음파 연삭;

전기적 분산(금속 졸을 얻기 위해);

화학적 분산(해교).

분산은 일반적으로 안정제 존재 하에 수행됩니다. 이는 시약, 계면활성제, 단백질, 다당류 중 하나가 과잉일 수 있습니다.

응축 방법콜로이드 크기의 입자 형성과 실제 용액 분자의 상호 작용으로 구성되며 이는 물리적 및 화학적 방법으로 달성할 수 있습니다.

물리적 방법은 용매 대체 방법입니다(예를 들어, 알코올에 로진을 섞은 실제 용액에 물을 첨가한 다음 알코올을 제거합니다).

화학적 응축은 난용성 화합물의 형성과 화학 반응을 통해 콜로이드 용액을 얻는 것으로 구성됩니다.

AgNO 3 + KI = AgI(s) + KNO 3

2HAuCl4 + 3H2O = 2Au(t) + 8HCl + 3O2

초기 용액은 희석되어야 하며 과량의 시약 중 하나를 포함해야 합니다.

3. 콜로이드 용액의 정제 방법

콜로이드 용액에 용해된 저분자 물질과 거친 입자의 불순물이 포함되어 있으면 그 존재가 졸의 특성에 부정적인 영향을 미쳐 안정성을 감소시킬 수 있습니다.

불순물로부터 콜로이드 용액을 정제하려면 다음을 사용하십시오. 여과, 투석, 전기투석, 한외여과.

여과법이는 콜로이드 입자가 기존 필터의 기공을 통과하는 능력을 기반으로 합니다. 이 경우 더 큰 입자가 유지됩니다. 여과는 거친 입자의 불순물로부터 콜로이드 용액을 정제하는 데 사용됩니다.

투석- 멤브레인을 사용하여 콜로이드 용액 및 IUD 용액에서 저분자량 화합물을 제거합니다. 이 경우 작은 분자와 이온을 통과하고 콜로이드 입자와 거대분자를 유지하는 막의 능력이 사용됩니다. 투석될 액체는 적절한 막에 의해 순수한 용매로부터 분리됩니다. 작은 분자와 이온은 막을 통해 용매로 확산되며, 자주 교체하면 투석된 체액에서 거의 완전히 제거됩니다. 저분자량 ​​물질에 대한 막의 투과성은 작은 분자와 이온이 막을 관통하는 모세관을 자유롭게 통과하거나 막 물질에 용해된다는 사실에 의해 결정됩니다. 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀로판, 젤라틴 및 기타 재료로 만든 천연(소 또는 돼지 방광, 생선 수영 방광 및 인공) 등 다양한 필름이 투석용 막으로 사용됩니다.

인공 막은 다양하고 재현성이 높은 투과성을 갖도록 준비할 수 있기 때문에 천연 막에 비해 장점이 있습니다. 멤브레인 재료를 선택할 때 멤브레인 물질 자체의 해리 또는 이온의 선택적 흡착으로 인해 발생하는 특정 용매 내 멤브레인의 전하를 고려해야 하는 경우가 많습니다. 또는 막 양쪽에 이온이 고르지 않게 분포되어 있습니다. 멤브레인에 전하가 존재하는 것이 때때로 원인이 될 수 있습니다. 응고콜로이드 용액의 투석 중에 입자는 막의 전하와 반대되는 전하를 운반합니다. 물과 수용액에서 셀로판과 콜로디온 막의 표면은 일반적으로 음전하를 띠고 있습니다. 단백질의 등전점보다 pH가 낮은 환경의 단백질 막은 양전하를 띠고 pH가 높은 환경에서는 음전하를 띕니다.

투석기(투석용 장치)는 매우 다양합니다. 모든 투석기는 동일한 원리로 제작됩니다. 투석되는 체액(“내부 체액”)은 멤브레인에 의해 물이나 다른 용매(“외부 체액”)와 분리되는 용기에 담겨 있습니다. 투석 속도는 온도, 투석된 액체의 혼합 강도, 외부 액체의 변화율이 증가함에 따라 막 표면, 다공성 및 기공 크기가 증가함에 따라 증가하고 막 두께가 증가함에 따라 감소합니다. .

그림 31.1 . 투석기: 1 -투석 가능한 액체; 2 - 용제; 3 - 투석막; 4 - 교반기

전기투석저분자량 ​​전해질의 투석 속도를 높이는 데 사용됩니다. 이를 위해 투석기에는 일정한 전기장이 생성됩니다. 전기장에서 투석을 수행하면 콜로이드 용액의 정제 속도를 수십 배 가속화할 수 있습니다.

보상투석콜로이드 용액에서 저분자량 불순물의 일부만 제거해야 할 때 사용됩니다. 투석기에서 용매는 콜로이드 용액에 남아 있어야 하는 저분자량 물질의 외부 용액으로 대체됩니다.

보상투석의 종류 중 하나는 다음과 같습니다. 혈액 투석– 기기를 이용한 혈액 정화 인공신장. 정맥혈은 혈액과 동일한 농도로 혈액에 보존되어야 하는 물질(당, 나트륨 이온)을 함유한 외부 용액과 막을 통해 접촉하게 됩니다. 이 경우 혈액은 막을 통과하여 외부 용액으로 들어가는 독소(요소, 요산, 빌리루빈, 아민, 펩타이드, 과도한 칼륨 이온)를 제거합니다. 혈청 내 유리당은 다양한 양의 설탕이 첨가된 등장성 식염수 용액에 대한 혈청의 보상 투석을 통해 결정됩니다. 식염수 용액의 당 농도는 혈액 내 유리당 농도와 같아야 투석 중에도 변하지 않습니다.

한외여과콜로이드 크기의 입자(졸, IUD 용액, 박테리아 및 바이러스 현탁액)를 포함하는 세척 시스템에 사용됩니다. 이 방법은 저분자량 물질의 분자와 이온만 통과시키는 구멍이 있는 필터를 통해 혼합물을 강제로 분리하는 방식입니다. 어느 정도 한외여과는 압력 투석으로 생각할 수 있습니다. 한외여과는 물, 단백질, 핵산, 효소, 비타민을 정제하는 데 널리 사용되며 미생물학에서는 바이러스 및 박테리오파지의 크기를 결정하는 데에도 사용됩니다.

투석– 그 중 가장 중요한 것. 이 방법의 핵심은 반투막(콜로디온, 셀로판, 양피지, 폴리실록산, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌)으로 분리된 두 개의 용기입니다. 한 용기에는 정제할 콜로이드 용액이 있고, 다른 용기에는 순수한 용매가 있습니다. 확산으로 인해 멤브레인 구멍을 통과할 수 있는 콜로이드 용액의 모든 이온은 용매로 전달되고 더 큰 콜로이드 입자는 용액에 남게 됩니다. 이 방법의 장점: 단순성과 저렴한 비용. 단점 : 투석 시간이 며칠입니다. 온도로 인해 속도가 증가할 수 있지만 거의 증가하지 않습니다.

그러나 전기장에서 이온의 방향성 이동으로 인해 속도가 증가할 수 있습니다. 투석기에는 전극(정전압)이 있는 추가 챔버가 장착되어 있습니다. 투석 시간은 몇 시간 또는 몇 분 정도 걸릴 수 있습니다. 이 방법은 생화학, 약학, 의학, 수질 정화 및 식품 생산에 널리 사용됩니다.

또 다른 유형의 투석이 종종 사용됩니다 - 보상 투석 방법 (생생 투석)의 본질은 분산 시스템을 순수한 용매가 아닌 특정 물질 (또는 물질)의 농도가 다른 용액으로 세척한다는 것입니다. 예: 혈청 내 설탕 측정. 혈청은 등장성 설탕 용액으로 세척됩니다. 외부 용액의 설탕 농도는 혈당 농도와 같으면 변하지 않습니다. 인공 신장은 생체투석을 기반으로 합니다. (혈액 투석). 인공 신장은 혈액에서 대사 산물을 제거하고, 급성 및 만성 신부전의 전해질-수분 및 산-염기 균형을 교정하고, 중독의 경우 투석 가능한 독성 물질을 제거하고 부종의 경우 과도한 수분을 제거하는 데 사용됩니다.

투석의 가장 유망한 적용 분야 중 하나는 약물 작용의 연장입니다. 제어 방출 기간은 2일에서 수년까지이며, 이는 약물의 균일한 공급을 보장합니다. 약물을 주사 또는 정제 형태로 복용하는 일반적인 방법은 체내 농도를 극적으로 증가시켜 원치 않는 부작용을 일으킬 수 있습니다. 따라서 전통적인 "펄스" 주사와 함께 호르몬을 함유한 약물은 내분비 장애를 일으킬 수 있습니다. 따라서 멤브레인층으로 코팅된 약물을 사용한다. 투여 후 짧은 시간이 지나면 약물이 체내로 들어가는 속도가 일정해지며 막의 두께에 따라 설정될 수 있습니다.

한외여과 -이것은 액체가 자발적으로 여과되지 않고 반투과성 칸막이를 통해 압력을 받아 "밀어지는" 사실로 구성된 바로막 공정입니다. 이 방법은 막 반대쪽에 용매가 없다는 의미에서 건식 투석이라고도 합니다. 한외여과막의 구멍(기공) 크기는 5nm에서 0.05~0.1μm입니다. 한외여과막 제조에 사용되는 재료는 주로 고분자 물질(셀룰로오스 아세테이트, 폴리설폰, 폴리아미드, 폴리이미드 등)입니다. 대부분의 막은 수십 미크론 두께의 얇은 선택층과 기계적 강도를 제공하는 다공성 기재로 구성됩니다. . 대부분의 현대 고분자막은 넓은 pH 범위에서 미생물과 화합물에 대한 내성이 있고, 선택성과 생산성이 높으며, 유리 염소, 오존과 같은 강한 산화제에 단기간 노출될 수 있습니다. 한외 여과막 생산에는 Al 2 O 3, TiO 2, ZnO 산화물을 기반으로 한 무기 (세라믹 및 금속-세라믹) 재료도 사용됩니다. 세라믹 멤브레인은 내구성, 높은 물리적, 화학적, 세균 저항성을 특징으로 하여 가장 가혹한 조건에서도 작동할 수 있습니다. 산업계에서 한외여과는 폐수를 정화하고 미생물 합성 생성물을 분리하며 생물학적 활성 물질을 농축하는 데 사용됩니다. 최근에는 독소의 혈액을 정화하고 신체에서 과도한 체액을 제거하기 위해 한외 여과가 사용되었습니다.

초원심분리- 원심력 분야에서 100nm보다 작은 입자를 분리하고 연구하는 방법, 즉 원을 그리며 빠르게 움직일 때. 이를 통해 입자 혼합물을 분획 또는 개별 구성 요소로 분리하고 분자량 등을 찾을 수 있습니다.
이는 초원심분리기를 사용하여 수행됩니다. 소위 분석 원심분리(용액 분석에 사용됨), 시험량(수 마이크로그램에서 mg까지의 입자 무게를 갖는 0.01~2ml)이 구별됩니다. 및 예비 원심분리(복잡한 혼합물에서 성분을 분리하는 데 사용됨), 액체의 부피 및 시험 샘플의 질량은 다음과 같을 수 있습니다. 분석용 초원심분리보다 몇 배 더 큰 규모입니다. 초원심분리기의 원심 가속도는 500,000g에 이릅니다. 최초의 분석용 초원심분리기는 T. Svedberg(1923; 5000g)에 의해 만들어졌습니다.

5. 콜로이드계의 분자운동학적 성질실제 솔루션의 속성과 근본적으로 다르지 않습니다. 확산, 삼투 등의 특징도 있지만 이러한 모든 현상에는 고유한 특성이 있습니다. 확산- 왜냐하면 콜로이드 입자는 분자 및 이온보다 크기와 질량이 훨씬 크므로 열 이동 속도가 느리므로 확산 속도도 몇 배 더 낮습니다. 콜로이드 입자는 하루, 때로는 몇 주 내에 1cm 이동합니다. 몇 시간 만에 진정한 솔루션을 얻을 수 있습니다.

삼투압. P=CRT인 것으로 알려져 있다. 그러나 콜로이드 용액의 입자 농도는 용질의 질량 분율이 높더라도 작으므로 콜로이드 용액의 삼투압이 낮습니다. (1% 설탕 용액 - 79.46kPa, 1% 젤라틴 용액 - 1kPa, 황화비소 콜로이드 용액 - 0.0034kPa.) 이러한 삼투압을 감지하기 어렵다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 게다가 그것은 영구적이지 않습니다. 바이오폴리머의 삼투압은 용액의 온도와 pH에 의해 크게 영향을 받습니다. 온도 - 해리가 증가하므로 용액의 입자 수가 증가합니다. pH의 효과는 양전하 그룹과 음전하 그룹 간의 비율 변화와 관련이 있습니다. 등전점에서 삼투압은 최소가 되며, pH가 IEP에서 산성 또는 알칼리성 쪽으로 이동하면 증가합니다. 혈액 삼투압혈액의 경우 0보다 0.56-0.58 ° C 높은 우울증 (용액의 어는점)을 결정하여 극저온 방법을 사용하여 계산됩니다. 혈액의 삼투압은 약 7.6atm이다. 혈액의 삼투압은 주로 혈액에 용해된 저분자량 화합물, 주로 염에 따라 달라집니다. 이 압력의 약 60%는 NaCl에 의해 생성됩니다. 혈액, 림프, 조직액, 조직의 삼투압은 거의 동일하고 일정합니다. 상당한 양의 물이나 염분이 혈액에 들어가는 경우에도 삼투압에는 큰 변화가 없습니다. 과도한 수분이 혈액에 들어가면 신장에서 빠르게 배설되어 조직과 세포로 전달되어 삼투압의 원래 값이 회복됩니다. 혈액 내 염분 농도가 증가하면 조직액의 물이 혈관층으로 들어가고 신장이 염분을 집중적으로 제거하기 시작합니다. 혈액과 림프로 흡수되는 단백질, 지방, 탄수화물의 소화 산물과 저분자량 세포 대사 산물은 삼투압을 작은 한계 내에서 변화시킬 수 있습니다. 일정한 삼투압을 유지하는 것은 세포의 생명에 있어서 매우 중요한 역할을 합니다.

용액 내 고분자 화합물(단백질)의 함량에 따라 달라지는 혈액의 삼투압 부분을 삼투압이라고 합니다. 종양압력. 혈장 내 단백질 농도는 상당히 높지만, 분자량이 크기 때문에 총 분자 수는 상대적으로 적습니다. 따라서 종양 압력은 30mmHg를 초과하지 않습니다. 종양압력은 주로 알부민에 의존하며(종양압의 80%는 알부민에 의해 생성됨), 이는 상대적으로 분자량이 낮고 혈장 내 분자 수가 많기 때문입니다. 종양압은 수분 대사 조절에 중요한 역할을 합니다. 단백질은 수분이 잘 공급되어 혈류에 수분을 유지합니다. 종양압이 클수록 혈관층에 더 많은 물이 유지되고 조직으로 통과하는 물이 적어지며 그 반대도 마찬가지입니다. 종양압은 장의 조직액, 림프, 소변 및 수분 흡수의 형성에 영향을 미칩니다. 따라서 혈액 대체 용액에는 수분을 보유할 수 있는 생체 고분자가 포함되어야 합니다. 혈장 내 단백질 농도가 감소하면 물이 더 이상 혈관층에 유지되지 않고 조직으로 통과하기 때문에 부종이 발생합니다.

침강- 왜냐하면 입자는 확산뿐만 아니라 중력의 영향을 받아 충분한 질량을 가진 입자가 침전될 수 있습니다. 입자의 침전 속도는 질량에 따라 달라집니다(다른 조건은 동일함). 혈액검사로 결정 혈액의 현탁 안정성(적혈구 침강 속도 - ESR). 혈액은 형성된 요소가 혈장에 부유하기 때문에 현탁액 또는 현탁액입니다. 혈장 내 적혈구 현탁은 표면의 친수성 특성과 적혈구(다른 형성된 요소와 마찬가지로)가 음전하를 띠고 있어 서로 반발한다는 사실에 의해 유지됩니다. 피브리노겐, γ-글로불린, 파라단백질 등과 같은 양전하를 띤 단백질의 흡착으로 인해 형성된 요소의 음전하가 감소하면 적혈구 사이의 정전기적 "분산"이 감소합니다. 이 경우 적혈구는 서로 달라붙어 이른바 동전기둥을 형성하게 된다. 모세 혈관에 갇힌 이러한 "동전 기둥"은 조직과 기관에 대한 정상적인 혈액 공급을 방해합니다. 혈액을 시험관에 넣으면 응고를 방지하는 물질을 첨가한 후 잠시 후 혈액이 두 개의 층으로 나뉘는 것을 볼 수 있습니다. 위쪽 층은 혈장으로 구성되고 아래쪽 층은 주로 빨간색의 형성된 요소로 구성됩니다. 혈액 세포.

콜로이드 시스템의 특수한 특성.콜로이드 시스템의 경우 특징적인 광학 특성은 광 산란이며 이 점에서 실제 용액의 특성과 크게 다릅니다. 빛의 산란 현상(유백광) Faraday(1857)와 Tyndall(1864)이 발견했습니다. 그들은 측면 조명 하에서 광선이 콜로이드 용액을 통과할 때 발광 원뿔이 형성되는 것을 관찰했습니다. 레일리(Rayleigh)의 광 산란 이론에 따르면, 광파가 콜로이드 시스템을 통과할 때 전자기장이 분산된 입자의 분극을 유발합니다. 신흥 쌍극자는 새로운 방사선의 원천입니다.

레일리 방정식:

여기서: Io는 입사광의 강도, V는 입자의 부피, K는 분산상과 분산 매체의 굴절률 비율, 분산상의 농도-파장입니다.

왜냐하면 강도는 파장의 4제곱에 반비례합니다. 즉, 백색광 빔이 통과할 때 가장 짧은 파동(즉, 파란색과 보라색)이 우선적으로 산란되어야 함을 의미합니다. 따라서 무색 분산상 물질을 포함하는 시스템은 측면에서 조명할 때 파란색 유백광을 나타냅니다. 이것은 타는 가스, 담배 연기, 하늘, 탈지유의 푸른색을 설명합니다. 반대로, 투과된 빛에서는 스펙트럼의 파란색 부분이 손실되면서 빨간색 색조가 관찰됩니다. 이것이 빨간색이 위험 신호로 선택된 이유입니다. 이는 소멸되지 않으므로 멀리서도 볼 수 있습니다. 콜로이드 용액은 스펙트럼의 특정 부분을 흡수할 수도 있습니다. 예를 들어, 고도로 분산된 금 졸은 스펙트럼의 녹색 부분을 흡수하여 빨간색으로 표시됩니다. 입자 크기가 증가함에 따라 용액의 색상이 차가운 영역으로 이동합니다. 다양한 광물, 보석, 준귀석(자수정, 사파이어, 루비)의 색상은 빛의 흡수 및 산란 현상과 관련이 있습니다.

비탁법– 빛의 산란 현상을 기반으로 한 분석 방법. 레일리 방정식에 따라 입자의 농도와 크기를 결정하도록 설계된 장비를 비탁계라고 합니다. 일반적으로 이러한 장치는 표준 용액과 테스트 용액에 의해 산란되는 빛의 강도를 비교합니다. 비탁계는 탁도를 결정합니다. 수질 정화 또는 주스 및 와인 생산 중 다양한 용액에 있는 콜로이드 입자의 농도...

초현미경.기존 현미경에서는 콜로이드 입자가 보이지 않습니다. 그러나 어두운 배경에 측면 조명을 사용하여 콜로이드 시스템을 비추면 빛나는 점을 볼 수 있습니다. 각 입자는 산란된 빛의 원천이 됩니다. 측면 조명 아래 어두운 배경에서 콜로이드 입자를 볼 수 있는 장치를 초현미경이라고 합니다. 최대 3 nm 크기의 입자가 보입니다. 이러한 현미경은 1903년 Siedentopf와 Zsigmondy에 의해 설계되었습니다. 그의 도움으로 브라운 운동 이론이 확인되고 아보가드로 수가 결정되었습니다. 그러나 우리는 입자 자체를 보는 것이 아니라 입자의 반사를 화면에 본다는 점을 이해해야 합니다. 따라서 입자의 농도는 알 수 있지만 크기나 모양은 알 수 없습니다.

동전기 현상콜로이드 시스템에서 이것은 서로에 대한 분산 시스템의 입자 이동과 이러한 상 사이 인터페이스의 전기적 특성 사이에 존재하는 관계를 반영하는 특성 그룹입니다. 동전기 현상에는 전기삼투, 전기영동, 유동 전위 및 침강 전위의 네 가지 유형이 있습니다.

전기삼투– 이것은 전류의 영향으로 고정된 고체상에 대한 액체상의 이동입니다(1808, 모스크바 주립 대학, Reiss). 석영사와 물을 채운 U자형 관에 직류를 흘려보냈을 때 음극(음극)이 있는 팔꿈치 부분의 물은 더 높이 올라가고 다른 쪽의 물은 떨어졌다. 저것들. 액체상은 전류의 영향으로 움직였습니다.

전기영동- 전류의 영향으로 고정된 액체상에 대한 고체상의 이동. 젖은 점토에 담긴 두 개의 물로 채워진 유리관으로 구성된 장치에 직류(100V)를 흘려 Reise는 점토 입자가 점토 표면에서 떨어져 나와 (중력에 반대하여!) 양극을 향해 위쪽으로 이동한다는 사실을 발견했습니다( 양극). 저것들. 고체상은 전기장의 영향으로 움직였습니다.

현재 잠재력– 전기삼투와 반대되는 현상. Quincke는 1859년에 물이 다공성 막을 통해 여과될 때 양면 사이에 전위차가 발생한다는 사실을 발견했습니다. Quincke는 고체의 표면이 하나의 기호로 충전되어 있고 인접한 액체 층이 다른 기호로 충전되어 있다고 제안했습니다. 결과적으로, 이 아이디어는 인터페이스에서 이중 전기층이라는 놀라운 현상을 발견하게 되었습니다. 침강 가능성– 전기영동과 반대되는 현상. 석영 모래를 물이 담긴 긴 원통에 부었습니다. 석영 입자가 물에 침전되면 서로 다른 높이에 위치한 전극 사이의 전위차가 기록되었습니다.

Reiss 교수가 발견한 전기영동과 다른 동전기 현상은 콜로이드 입자 표면의 이중 전기층을 연구하고 콜로이드 입자의 일반적인 구조를 연구하는 방법을 만드는 기초가 되었습니다. 현대 개념에 따르면 어떤 신체의 표면에도 ODS 발생, 해리 과정, 선택적 이온 흡착 등으로 인해 전기 이중층(EDL)이 형성됩니다. 서로 근접한 공간에 위치한 반대 전하를 띤 이온의 두 층입니다. DES는 내부-밀도 및 외부-확산의 두 부분으로 구성됩니다. 치밀층은 고체 표면에 단단히 결합되어 있는 전위 결정 이온과 정전기적 인력 및 특정 흡착력으로 인해 끌어당겨진 반대 이온의 일부로 구성됩니다. DES의 내부 부분을 흡착층이라고 합니다. 흡착층의 전위 결정 이온과 양성자 전하의 합은 0이 아닙니다. 일반적으로 반대 이온의 수가 적습니다. 전위 결정 이온의 전하를 보상하기에 불충분한 일정량의 반대 이온이 외부 확산층에 위치합니다. 확산층은 정전기적 상호작용에 의해 용액으로부터 표면으로 끌어당기는 반대이온에 의해 형성되나, 용액이 이동할 때 흡착층(표면에 단단하게 부착된)과 표면과의 결합이 매우 약하다. 확산층(용액층에 위치한 이온). 우리는 하전 입자의 방향성 움직임, 즉 전류를 가지고 있습니다. 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 전기장에서는 과립(고체상)이 한 방향으로 이동하고 확산층(액체상)의 반대 이온이 다른 방향으로 이동합니다. 콜로이드 시스템의 위상이 이동합니다.

예를 들어, 질산은 용액을 요오드화칼륨 용액에 한 방울씩 첨가하면(즉, 과잉) 요오드화은 침전물이 침전되지 않습니다. 용액에는 결정 성장에 필요한 은 이온이 거의 포함되어 있지 않습니다. 그리고 작은 결정체도 동일한 전하를 갖기 때문에 연결되지 않습니다. 저것들. 용액에 안정제 전해질이 포함되어 있으면 결정화 과정의 시작으로 인해 침전물이 형성되지 않습니다. 입자가 포함된 요오드화은의 콜로이드 용액이 형성되며 그 구조는 일반적으로 특별한 "미셀" 공식으로 표현됩니다.

( mnI - (n-x)K + ) x - xK +, 여기서 m은 핵심입니다. 약간 용해되는 요오드화은의 작은 결정;

m nI - (n-x)K + - 결정에 선택적으로 흡착된 전위 결정 요오드 이온(용액에 과잉 존재함)과 요오드 이온에 단단히 결합된 일정량의 칼륨 반대 이온으로 구성된 흡착층; xK + - 칼륨 이온의 이동 확산층; ( m nI - (n-x)K + ) x - 전기장에서 독립적으로 움직이는 콜로이드 입자의 과립입니다. 과립의 전하는 콜로이드 입자 표면의 크기와 전하(제타) 전위(동전위)를 결정합니다.

생물학적 시스템에서 DES는 표면 작용기의 선택적 흡착 또는 이온화로 인해 발생할 수도 있습니다. 흡착은 주로 다당류, 지질, 콜레스테롤에 발생하며 단백질에서는 일반적으로 DES가 카르복실기와 아미노기의 해리로 인해 발생합니다. 아미노산은 환경의 pH에 ​​따라 중성 이중이온, 양이온 또는 음이온 형태의 단백질 형태로 용액에 존재하는 것으로 알려져 있습니다.

흡착층의 반대 이온 수가 증가하면 전위는 감소하며, 반대 이온의 총 전하가 전위 결정 이온의 전하와 같아지면(등전 상태) 0이 될 수 있습니다. 이는 용액의 반대이온 농도가 증가할 때 발생할 수 있습니다. 더 - 잠재력이 높을수록 CS가 더 안정적입니다.왜냐하면 전하의 존재는 입자가 서로 달라붙는 것을 방지합니다.

전위의 크기는 측정할 수 없으며 Helholtz-Smoluchowski 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

는 매체의 점도, 는 매체의 유전 상수, 는 전극 사이의 거리, U는 전기 영동 속도, E는 전위차입니다.

동전기적 현상의 응용. Reise가 동전기 현상을 발견한 지 70년 후(19세기), 전기삼투는 이탄 건조와 목재 건조에 사용되었습니다. 20세기 60년대부터 전기삼투는 건물 건설 중 토양을 건조 및 강화하고, 댐 건설 중 산사태 방지, 지하수 수준 낮추기, 철로 수리 및 건물 건조에 사용되었습니다.

지각에서 지하수는 토양과 암석을 통해 흐르고, 지구물리학자들이 광물을 검색하고, 지하수 지도를 작성하고, 물이 댐을 통해 스며드는 방법을 찾는 데 사용하는 소위 유동 전위를 동반합니다. 액체 연료를 운송하는 동안, 탱크, 탱크, 유조선 및 항공기 가스 탱크를 채울 때 유동 잠재력이 발생합니다. 연료가 파이프를 통해 흐를 때 파이프라인 끝 부분에 상당히 높은 전위차가 발생하여 유조선에서 대규모 화재가 발생했습니다. 또한 대기 중 번개 방전의 원인인 구름 속의 물방울이 침전(이것은 흐름, 즉 움직임이기도 함)될 가능성도 있습니다.

전기화학적 방법은 의학에서 널리 사용됩니다. 혈액이 순환계의 모세혈관을 통해 흐를 때 생체 전위의 원천 중 하나인 흐름 전위가 발생합니다. 예를 들어, 최고봉 중 하나가 다음과 같이 확립되었습니다. 심전도심장의 관상동맥에서 혈류 전위가 발생하여 발생합니다. 이러한 잠재력은 심장병 진료소와 실험실에서 측정됩니다.

전기영동은 단백질을 결정하고 분리하는 방법으로 사용됩니다.(및 기타 전하를 띤 입자))을 용액에 전류를 통과시켜 용액에 담습니다. 전기장 내에서 콜로이드 입자의 이동 속도는 전하와 질량에 따라 달라지므로 점차적으로 분리되어 전극의 다른 극으로 이동합니다. 전기영동을 사용하면 약물과 생물학적 활성 물질을 얻을 수 있습니다.

전기영동은 콜로이드 시스템의 구성을 분석하는 데에도 사용될 수 있습니다..크로마토그래피와 마찬가지로 전기영동도 종이에 수행할 수 있습니다. 혈장 단백질의 전기영동도는 모든 건강한 사람에게 거의 동일합니다. 병리학에서는 각 질병에 특유한 특징적인 모습을 얻습니다. 전기영동은 신체 조직의 화학적 조성을 연구하는 데 널리 사용됩니다. 예를 들어, 혈청 내 각종 단백질 및 지단백질 분석, 소변 내 단백질 조성 분석 등

전기영동은 치료 목적으로 매우 자주 사용됩니다.예를 들어, 피부를 통해 약물을 투여하는 경우(약물은 콜로이드 용액임) 백혈구가 염증 부위로 이동하는 것을 가속화합니다 (염증 중에 산성 생성물의 형성으로 세포 구조가 파괴됩니다. 이 경우 조직 표면은 양전하를 얻습니다). 또는 저산소증으로 고통받는 조직으로 적혈구의 이동을 가속화합니다 (인간 적혈구의 잠재력은 안정적이며 -16.3mV와 같습니다).

전기영동은 통증 완화 방법 중 하나로 치과 치료 진료소에서 더욱 널리 보급되었습니다. 이를 위해 노보카인, 디카인, 트리메카인 및 니코틴산의 5~10% 용액이 사용됩니다.

CS 안정성 문제는 콜로이드 화학의 주요 문제 중 하나입니다. IUD 용액과 일부 친액성 콜로이드(점토, 비누)는 열역학적으로 안정하고 자연적으로 형성됩니다. 소액성 CS가 형성되는 동안 이러한 공정의 기계적 또는 기타 작업으로 인해 분산(분쇄)이 발생합니다. G> 0, 즉 열역학적으로 불안정한 시스템이 형성됩니다. 그러나 그럼에도 불구하고 그러한 시스템은 꽤 오랫동안 존재할 수 있습니다.

콜로이드 시스템에는 동역학적 안정성과 집합적 안정성이 있습니다. . 아래에 운동 안정성분산상의 능력이 침전되지 않고 현탁 상태에 있다는 것을 이해합니다. 고도로 분산된 시스템은 역학적으로 더 안정적입니다. 입자가 작을수록 더 빠르게 움직이며, 입자에 작용하는 중력도 줄어듭니다. 따라서 졸은 고전적인 유제 및 현탁액보다 역학적으로 더 안정적입니다. 역학적 안정성은 매체의 밀도와 점도에도 영향을 받습니다. 점성 액체에서는 큰 입자라도 천천히 침전됩니다. 기체 환경에서는 밀도와 점도가 매우 낮으므로 매우 작은 입자(에어로졸)만 있는 시스템이 기체 환경에 존재할 수 있습니다.

총체적인 안정성어느 정도의 분산을 유지하는 시스템의 능력입니다. 더 큰 입자로 결합하지 마십시오.

CS의 집합적 안정성에 기여하는 것? 또는: 입자가 서로 달라붙는 것을 방지하는 것은 무엇입니까?

입자에 전하가 존재합니다. 선택적 이온 흡착의 결과로 입자에 전하가 나타납니다. (콜로이드 입자의 구조, 전기 이중층 참조) 이는 일반적으로 전해질 수용액에서 발생합니다.

계면활성제 입자에 흡착. 이 과정은 표면 장력을 감소시키고 시스템의 총 에너지를 감소시켜 시스템을 더욱 안정적으로 만듭니다. 그러나 이는 주로 솔루션에서도 발생합니다.

콜로이드 입자의 수화. 이 현상은 수용액에서 관찰되지만 단백질 용액과 같은 친액성 콜로이드에서만 관찰됩니다.

입자가 큰 응집체로 서로 달라붙어 침전되는 결과로 발생하는 응집 안정성 위반을 호출합니다. 응고.

고려된 방법 중 하나로 얻은 이 물질에는 용해된 저분자 물질과 거친 입자의 불순물이 포함되어 있으며, 그 존재는 졸의 특성에 부정적인 영향을 미쳐 안정성을 감소시킬 수 있습니다(섹션 12.5 참조).

불순물로부터 콜로이드 용액을 정제하기 위해 여과, 투석, 전기투석 및 한외여과가 사용됩니다.

여과법(라틴어 filtrum - 펠트에서 유래)은 콜로이드 입자가 기존 필터의 기공을 통과하는 능력을 기반으로 합니다. 이 경우 더 큰 입자가 유지됩니다. 여과는 거친 입자의 불순물로부터 콜로이드 용액을 정제하는 데 사용됩니다.

투석(그리스어 dyalisis에서 유래 - 분리) - 막을 사용하여 콜로이드 용액 및 IUD 용액에서 저분자량 화합물을 제거합니다. 이 경우 작은 분자와 이온을 통과하고 콜로이드 입자와 거대분자를 유지하는 막의 능력이 사용됩니다. 투석될 액체는 적절한 막에 의해 순수한 용매로부터 분리됩니다. 작은 분자와 이온은 막을 통해 용매로 확산되며, 자주 교체하면 투석된 체액에서 거의 완전히 제거됩니다.

저분자량 ​​물질에 대한 막의 투과성은 작은 분자와 이온이 막을 관통하는 모세관을 자유롭게 통과하거나 막 물질에 용해된다는 사실에 의해 결정됩니다. 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀로판, 젤라틴 및 기타 재료로 만든 천연(소 또는 돼지 방광, 생선 수영 방광 및 인공) 등 다양한 필름이 투석용 막으로 사용됩니다.

투석기(투석용 장치)는 매우 다양합니다. 모든 투석기는 동일한 원리로 제작됩니다. 투석되는 유체(“내부 유체”)는 멤브레인에 의해 물이나 다른 용매(“외부 유체”)와 분리되는 용기에 담겨 있습니다(그림 12.3). 투석 속도는 온도, 투석된 액체의 혼합 강도, 외부 액체의 변화율이 증가함에 따라 막 표면, 다공성 및 기공 크기가 증가함에 따라 증가하고 막 두께가 증가함에 따라 감소합니다. .

전기투석저분자량 ​​전해질의 투석 속도를 높이는 데 사용됩니다.

이를 위해 투석기에는 20-250V/cm 이상의 전위 강하로 일정한 전기장이 생성됩니다. 전기 투석기의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 12.4. 전기장에서 투석을 수행하면 콜로이드 용액의 정제 속도를 수십 배 가속화할 수 있습니다.

보상투석콜로이드 용액에서 저분자량 불순물의 일부만 제거해야 할 때 사용됩니다. 투석기에서 용매는 콜로이드 용액에 남아 있어야 하는 저분자량 물질 용액으로 대체됩니다.

한외여과(라틴어 - ultra - over, filtrum - 펠트)는 콜로이드 크기의 입자(졸, IUD 용액, 박테리아 및 바이러스 현탁액)가 포함된 시스템 청소에 사용됩니다. 이 방법은 기공이 있는 필터를 통해 혼합물을 강제로 분리하는 방법을 기반으로 합니다.

종종 생성된 분산 시스템에는 미셀, 안정제 및 용매 외에도 저분자량 물질(불순물)이 포함되어 있습니다. 이는 DS의 안정성을 감소시킵니다(콜로이드 입자의 전하를 중화시켜 콜로이드 시스템의 응고 및 파괴를 초래할 수 있음). 투석, 전기투석 및 한외여과는 저분자 불순물로부터 콜로이드 시스템을 정제하는 데 사용됩니다.

투석(T. Graham이 제안하고 명명함)은 반투막을 통해 콜로이드 용액을 통과시키는 방법을 기반으로 합니다. 가장 간단한 투석기(그림 5)는 콜로이드 용액을 붓는 반투막 재질의 백으로, 이 백은 물(용매)이 담긴 용기에 담깁니다. 구멍의 크기가 작기 때문에 반투막은 콜로이드 입자를 유지하고 저분자량 입자는 막을 통과하여 용매로 들어갑니다. 결과적으로 콜로이드 용액에서 저분자량 물질이 제거됩니다. 이전에는 요로나 담낭의 벽, 내장, 양피지를 반투막으로 사용했습니다. 현재 막은 콜로디온(셀룰로오스 질산염 용액) - 셀로판으로 만들어집니다. 그들은 매우 편리하기 때문에... 멤브레인은 어떤 구멍 크기로도 제조될 수 있습니다.

쌀. 5. T. 그레이엄 투석기.

장기 투석은 용액에서 불순물을 제거하는 것 외에도 안정제 제거로 인해 시스템이 응고될 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

전기투석.졸에 포함된 저분자량 불순물은 전해질이기 때문에 전류를 가하면 투석이 가속화될 수 있다. 이를 위해 콜로이드 용액을 두 개의 막 사이에 배치합니다.

투석은 생명공학 및 의약품 분야에서 소금 불순물로부터 단백질과 IUD를 정제하고 글로불린, 응집제 등 가치 있는 약물을 생산하는 데 사용됩니다. 투석은 임상에서 간 질환 환자의 치료 방법(“혈액투석”)으로 사용됩니다. , 신장 질환, 장기 압박 증후군, 급성 중독. 이 경우 환자의 혈액은 '인공신장' 장치를 통과하게 된다. 멤브레인을 갖춘 시스템으로 한쪽은 혈장과 동일한 조성의 식염수(생리)용액으로, 다른 한쪽은 환자의 혈액으로 세척합니다. 혈액투석 중에 저분자량 대사산물은 막을 통해 혈액 밖으로 나가지만 단백질은 크기가 크기 때문에 혈액에 남아 있습니다. 몸에 꼭 필요한 염분도 보존되어 있기 때문에 혈액과 식염수 사이에는 농도 구배가 없습니다.

한외여과는 투석 및 전기투석과 동일한 방식으로 사용되며, 특히 항생제를 생성하는 박테리아체에서 배양액을 정제하고, 단백질을 분리하고, 용액을 멸균하는 데 사용됩니다. 이 경우 필터에는 박테리아와 바이러스가 남아 있고 여과액에서 필요한 의약 물질(혈청, 백신)이 분리됩니다.

강의 번호 5. 전기 이중층 이론