Temel olarak 2 yöntem kullanılır:

1. Dispersiyon yöntemi – Bir katının kolloidlere karşılık gelen boyuttaki parçacıklara ezilmesini kullanın. Taşlama gerçekleştirilir:

• mekanik olarak bilyalı değirmenlerin, homojenleştiricilerin veya ultrasonik parçalayıcıların kullanılması;
• kullanarak fiziksel ve kimyasal yöntemler peptizasyon, yüzey aktif maddelerin eklenmesi gibi.

1. Yoğunlaşma yöntemi- Moleküllerin veya iyonların kolloidlere karşılık gelen boyutlara toplanmasıyla parçacıkların genişlemesi. Bu aşağıdaki şekillerde yapılabilir:

• solvent buharlaşması;
• solvent değişimi;
• az çözünen veya çözünmeyen maddelerin oluşumuyla sonuçlanan reaksiyonların gerçekleştirilmesi - ayrışma, hidroliz vb.

Kolloidal sistemleri saflaştırma yöntemleri

Kolloidal çözeltiler, stabilitelerini azaltan safsızlıklar içerebilir ve bunun sonucunda saflaştırılırlar. Bu amaçla diyaliz, elektrodiyaliz, filtrasyon ve ultrafiltrasyon gibi yöntemler kullanılmaktadır.

Kolloidal çözelti, alt kısmında membran bulunan bir kaba dökülür ve su dolu bir kaba yerleştirilir. Sadece düşük molekül ağırlıklı yabancı maddelerin iyonları ve molekülleri çözücüye nüfuz eder.

Diyaliz işlemi yavaştır ve hızlandırmak için bir elektrik alanı kullanılır.

Kolloidal sistemler, parçacık boyutu açısından kaba sistemler ile gerçek çözeltiler arasında bir ara pozisyonda bulunduğundan, bunların hazırlanmasına yönelik yöntemler iki gruba ayrılabilir: dispersiyon ve yoğunlaşma.

Dispersiyon yöntemleri dağılmış fazın öğütülmesine dayanır. Liyofilik koloidal sistemlerin oluşumu ile dispersiyon, termal hareket nedeniyle kendiliğinden meydana gelir. Liyofobik kolloidal sistemlerin oluşumu enerji gerektirir. Gerekli dağılım derecesini elde etmek için şunları kullanın:

bilyalı veya kolloid değirmenler kullanılarak mekanik kırma;

ultrasonik taşlama;

elektriksel dağılım (metal solleri elde etmek için);

kimyasal dispersiyon (peptizasyon).

Dispersiyon genellikle bir stabilizatörün varlığında gerçekleştirilir. Bu, reaktiflerden, yüzey aktif maddelerden, proteinlerden, polisakkaritlerden birinin fazlalığı olabilir.

Yoğunlaşma yöntemleri gerçek bir çözeltinin moleküllerinin, hem fiziksel hem de kimyasal yöntemlerle elde edilebilecek kolloidal boyutlarda parçacıkların oluşumu ile etkileşiminden oluşur.

Fiziksel yöntem, çözücü değiştirme yöntemidir (örneğin, alkol içindeki gerçek bir reçine çözeltisine su eklenir, ardından alkol çıkarılır).

Kimyasal yoğunlaşma, az çözünen bileşiklerin oluşumuyla kimyasal reaksiyonlar yoluyla koloidal çözeltilerin elde edilmesinden oluşur:

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

2HAuCl4 + 3H20 = 2Au(t) + 8HCl + 3O2

Başlangıç ​​çözeltileri seyreltilmiş olmalı ve reaktiflerden birinin fazlasını içermelidir.

3. Koloidal çözeltilerin saflaştırılmasına yönelik yöntemler

Kolloidal çözeltiler, çözünmüş düşük moleküler maddelerin ve kaba parçacıkların safsızlıklarını içeriyorsa, bunların varlığı solların özelliklerini olumsuz yönde etkileyerek stabilitelerini azaltabilir.

Kolloidal çözeltileri safsızlıklardan arındırmak için Filtrasyon, diyaliz, elektrodiyaliz, ultrafiltrasyon.

Filtrasyon koloidal parçacıkların geleneksel filtrelerin gözeneklerinden geçme kabiliyetine dayanmaktadır. Bu durumda daha büyük parçacıklar tutulur. Filtrasyon, koloidal çözeltileri kaba parçacıkların safsızlıklarından arındırmak için kullanılır.

Diyaliz- düşük molekül ağırlıklı bileşiklerin koloidal çözeltilerden ve RİA çözeltilerinden membranlar kullanılarak çıkarılması. Bu durumda membranların küçük moleküller ve iyonlardan geçerek kolloidal partikülleri ve makromolekülleri tutabilme yeteneğinden yararlanılır. Diyaliz edilecek sıvı uygun bir membran ile saf solventten ayrılır. Küçük moleküller ve iyonlar membrandan solvente yayılır ve yeterince sık değiştirildiğinde diyaliz sıvısından neredeyse tamamen uzaklaştırılır. Membranın düşük molekül ağırlıklı maddelere karşı geçirgenliği, küçük moleküllerin ve iyonların zarlara nüfuz eden kılcal damarlardan serbestçe geçmesi veya zar maddesinde çözünmesiyle belirlenir. Nitroselüloz, selüloz asetat, selofan, jelatin ve diğer malzemelerden hem doğal - sığır veya domuz mesanesi, balık yüzme mesanesi hem de yapay - diyaliz için membran olarak çeşitli filmler kullanılır.

Yapay membranlar, farklı ve tekrarlanabilirliği yüksek geçirgenliklerle hazırlanabilmesi nedeniyle doğal membranlara göre avantajlıdır. Bir membran için bir malzeme seçerken, genellikle membran maddesinin kendisinin ayrışması veya iyonların seçici adsorpsiyonu sonucu ortaya çıkan belirli bir çözücüdeki membran yükünü hesaba katmak gerekir; veya iyonların zarın her iki tarafında eşit olmayan dağılımı. Membran üzerinde bir yükün varlığı bazen bunun nedeni olabilir. pıhtılaşma parçacıkları membranın yüküne zıt bir yük taşıyan kolloidal çözeltilerin diyalizi sırasında. Su ve sulu çözeltilerdeki selofan ve kolodyum membranların yüzeyi genellikle negatif yüklüdür. Proteinin izoelektrik noktasından daha düşük pH'a sahip bir ortamda protein membranları pozitif olarak yüklenir ve pH'ı daha yüksek olan bir ortamda negatif olarak yüklenir.

Diyaliz cihazları - çok çeşitli diyalizörler vardır. Tüm diyalizörler aynı prensip üzerine inşa edilmiştir: diyaliz edilen sıvı ("dahili sıvı"), içinde sudan veya diğer solventten ("dış sıvı") bir membranla ayrıldığı bir kap içinde bulunur. Diyaliz hızı, membran yüzeyinin, gözenekliliğinin ve gözenek boyutunun artmasıyla, sıcaklık, diyaliz edilen sıvının karışma yoğunluğu ve dış sıvının değişim hızının artmasıyla artar, membran kalınlığının artmasıyla azalır. .

Şekil 31.1 . Diyalizör: 1 - diyalize edilebilir sıvı; 2 - çözücü; 3 - diyaliz membranı; 4 - karıştırıcı

Elektrodiyaliz Düşük molekül ağırlıklı elektrolitlerin diyaliz hızını arttırmak için kullanılır. Bu amaçla diyalizörde sabit bir elektrik alanı oluşturulur. Diyalizin bir elektrik alanında gerçekleştirilmesi, kolloidal bir çözeltinin saflaştırılmasının onlarca kat hızlandırılmasını mümkün kılar.

Telafi edici diyaliz Kolloidal bir çözeltiyi düşük molekül ağırlıklı safsızlıkların yalnızca bir kısmından arındırmak gerektiğinde kullanılır. Diyalizörde solventin yerini, kolloidal solüsyonda bırakılması gereken, düşük molekül ağırlıklı maddelerden oluşan harici bir solüsyon alır.

Telafi edici diyaliz türlerinden biri hemodiyaliz– bir cihaz kullanarak kanın saflaştırılması yapay böbrek. Venöz kan, kanla aynı konsantrasyonda kanda korunması gereken maddeleri (şeker, sodyum iyonları) içeren harici bir çözelti ile bir zar yoluyla temas eder. Bu durumda kan, membrandan dış çözeltiye geçen atıklardan (üre, ürik asit, bilirubin, aminler, peptitler, fazla potasyum iyonları) temizlenir. Kan serumundaki serbest şeker, serumun çeşitli miktarlarda şekerin eklendiği izotonik salin solüsyonuna karşı telafi edici diyalizi ile belirlenir. Tuzlu su çözeltisindeki şeker konsantrasyonu diyaliz sırasında yalnızca kandaki serbest şeker konsantrasyonuna eşit olduğunda değişmez.

Ultrafiltrasyon koloidal boyutlarda parçacıklar (soller, RİA solüsyonları, bakteri ve virüs süspansiyonları) içeren sistemlerin temizlenmesi için kullanılır. Yöntem, karışımın yalnızca düşük molekül ağırlıklı maddelerin moleküllerinin ve iyonlarının geçmesine izin veren gözenekli filtreler aracılığıyla ayrılmaya zorlanması esasına dayanır. Ultrafiltrasyon bir dereceye kadar basınçlı diyaliz olarak düşünülebilir. Ultrafiltrasyon, suyu, proteinleri, nükleik asitleri, enzimleri, vitaminleri saflaştırmak ve ayrıca mikrobiyolojide virüslerin ve bakteriyofajların boyutunu belirlemek için yaygın olarak kullanılır.

Diyaliz– bunlardan en önemlisi. Yöntemin özü: yarı geçirgen bir zarla (kolodyum, selofan, parşömen, polisiloksan, polivinil klorür, polietilen) ayrılmış iki kap. Kaplardan birinde saflaştırılacak kolloidal çözelti, diğerinde ise saf çözücü bulunur. Difüzyon nedeniyle kolloidal çözeltideki membran deliklerinden geçebilen tüm iyonlar çözücüye geçecek ve daha büyük kolloidal parçacıklar çözeltide kalacaktır. Yöntemin avantajı: basitlik ve düşük maliyet. Dezavantajı: diyaliz süresi birkaç gündür. Hız sıcaklığa bağlı olarak artırılabilir, ancak çok az.

Ancak iyonların bir elektrik alanındaki yönlendirilmiş hareketi nedeniyle hız artırılabilir. Diyalizör, elektrotlu (sabit voltaj) ek bir bölmeyle donatılmıştır. Diyaliz süresi birkaç saat, hatta dakika olacaktır. Bu yöntem biyokimya, eczacılık, tıp, su arıtma ve gıda üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Sıklıkla başka bir diyaliz türü kullanılır - telafi edici diyaliz Telafi edici diyaliz yönteminin (canlı diyaliz) özü, dağılmış sistemin saf bir çözücü ile değil, belirli bir maddenin (veya maddelerin) farklı konsantrasyonlarına sahip çözeltilerle yıkanmasıdır. Örneğin: kan serumundaki şekerin belirlenmesi. Kan serumu izotonik şeker çözeltisiyle yıkanır. Harici çözeltideki şeker konsantrasyonu, kan şekeri konsantrasyonuna eşitse değişmeyecektir. Yapay böbrek canlı diyaliz esasına dayanıyor ( hemodiyaliz). Yapay böbrek, kanı metabolik ürünlerden arındırmak, akut ve kronik böbrek yetmezliğinde elektrolit-su ve asit-baz dengesini düzeltmek, ayrıca zehirlenme durumunda diyalize edilebilen toksik maddeleri ve ödem durumunda fazla suyu uzaklaştırmak için kullanılır.

Diyalizin en umut verici uygulama alanlarından biri ilaçların etkisinin uzatılmasıdır. Kontrollü salım süresi 2 günden birkaç yıla kadar değişir ve ilacın tekdüze bir şekilde tedarik edilmesini sağlar. İlaç almanın olağan yolu - enjeksiyonla veya tablet şeklinde - vücuttaki konsantrasyonlarını önemli ölçüde artırır ve bu da istenmeyen yan etkilere neden olabilir. Bu nedenle, geleneksel "nabız" enjeksiyonu ile hormon içeren ilaçlar endokrin bozukluklarına neden olabilir. Bu nedenle membran tabakasıyla kaplanmış ilaçlar kullanılır. Uygulamadan kısa bir süre sonra ilacın vücuda girme hızı sabit hale gelir ve membranın kalınlığına göre ayarlanabilir.

Ultrafiltrasyon - Bu, sıvının kendiliğinden filtrelenmediği, ancak yarı geçirgen bir bölme boyunca basınç altında "itildiği" gerçeğinden oluşan bir baromembran işlemidir. Bu yönteme bazen zarın diğer tarafında çözücünün bulunmaması anlamında kuru diyaliz adı verilir. Ultrafiltrasyon membranlarının deliklerinin (gözeneklerinin) boyutu 5 nm ila 0,05-0,1 µm arasında değişir. Ultrafiltrasyon membranlarının üretiminde kullanılan malzemeler esas olarak polimerik maddelerdir - selüloz asetat, polisülfon, poliamid, poliimid vb. Membranların çoğu, birkaç on mikron kalınlığında ince bir seçici katmandan ve mekanik mukavemet sağlayan gözenekli bir alt tabakadan oluşur. . Modern polimer membranların çoğu, geniş bir pH aralığında mikroorganizmalara ve kimyasal bileşiklere karşı dirençlidir, yüksek seçiciliğe ve üretkenliğe sahiptir ve güçlü oksitleyici maddelere (serbest klor, ozon) kısa süreli maruz kalmaya izin verir. Ultrafiltrasyon membranlarının üretimi için Al203, TiO2, ZnO oksitlerine dayanan inorganik (seramik ve metal-seramik) malzemeler de kullanılır. Seramik membranlar, en ağır koşullarda çalışmalarına olanak tanıyan dayanıklılık, yüksek fiziksel, kimyasal ve bakteriyel direnç ile karakterize edilir. Endüstride ultrafiltrasyon, atık suyu arıtmak, mikrobiyolojik sentez ürünlerini ayırmak ve biyolojik olarak aktif maddeleri konsantre etmek için kullanılır. Son zamanlarda, kanı toksinlerden temizlemek ve fazla sıvıyı vücuttan uzaklaştırmak için ultrafiltrasyon kullanıldı.

Ultrasantrifüjleme- merkezkaç kuvvetleri alanında 100 nm'den küçük parçacıkları ayırmak ve incelemek için bir yöntem; bir daire içinde hızla hareket ederken. Parçacık karışımlarını fraksiyonlara veya bireysel bileşenlere ayırmanıza, moleküler ağırlıklarını vb. bulmanıza olanak tanır.
Bu, ultrasantrifüjler kullanılarak yapılır. Analitik santrifüjleme (çözeltilerin analizinde kullanılır) olarak adlandırılan işlemler arasında bir fark vardır; test hacimleri 0,01 ila 2 ml arasında değişir ve parçacık ağırlığı birkaç mikrogram ila mg arasında değişir; ve hazırlayıcı santrifüjleme (kompleks karışımlardan bileşenleri izole etmek için kullanılır), sıvının hacmi ve test numunesinin kütlesi, analitik ultrasantrifüjlemeden birkaç kat daha büyüktür. Ultrasantrifüjlerdeki santrifüj ivmeleri 500.000 g'a ulaşır. İlk analitik ultrasantrifüj, T. Svedberg (1923; 5000g) tarafından oluşturuldu.

5. Kolloidal sistemlerin moleküler-kinetik özellikleri gerçek çözümlerin özelliklerinden temelde farklı değildir. Ayrıca difüzyon, ozmoz vb. İle de karakterize edilirler, ancak tüm bu olayların kendine has özellikleri vardır. Difüzyon- Çünkü Kolloidal parçacıklar boyut ve kütle bakımından moleküllerden ve iyonlardan çok daha büyük olduğundan, termal hareketlerinin hızı daha düşüktür, dolayısıyla difüzyon hızı da birçok kez daha düşüktür. Koloidal bir parçacık bir gün, bazen haftalar içinde 1 cm hareket eder; gerçek çözümlerde - saatler içinde.

Ozmotik basınç. P=CRT olduğu bilinmektedir. Ancak kolloidal çözeltilerdeki parçacıkların konsantrasyonu, çözünmüş maddenin yüksek kütle fraksiyonunda bile küçüktür, bu nedenle kolloidal çözeltilerdeki ozmotik basınç düşüktür. (%1'lik şeker çözeltisinde 79,46 kPa, %1'lik jelatin çözeltisinde 1 kPa ve kolloidal arsenik sülfit çözeltisinde yalnızca 0,0034 kPa'dır.) Bu tür ozmotik basıncın tespit edilmesinin zor olması şaşırtıcı değildir. Üstelik kalıcı değildir. Biyopolimerlerin ozmotik basıncı, çözeltinin sıcaklığından ve pH'ından önemli ölçüde etkilenir. Sıcaklık - ayrışma arttıkça çözeltideki parçacıkların sayısı artar. PH'ın etkisi, pozitif ve negatif yüklü gruplar arasındaki orandaki değişiklikle ilişkilidir. İzoelektrik noktada, ozmotik basınç minimum olacaktır; pH, IEP'den asidik veya alkali tarafa kaydığında artacaktır. Kan ozmotik basıncı Kan için sıfırın üzerinde 0,56-0,58 ° C olan depresyonun (çözeltinin donma noktası) belirlenmesiyle kriyoskopik yöntem kullanılarak hesaplanır. Kanın ozmotik basıncı yaklaşık 7,6 atm'dir. Kanın ozmotik basıncı esas olarak içinde çözünen düşük moleküler ağırlıklı bileşiklere, özellikle de tuzlara bağlıdır. Bu basıncın yaklaşık %60'ı NaCl tarafından oluşturulur. Kan, lenf, doku sıvısı, dokulardaki ozmotik basınç yaklaşık olarak aynı ve sabittir. Önemli miktarda su veya tuzun kana karıştığı durumlarda bile ozmotik basınçta önemli bir değişiklik olmaz. Fazla su kana girdiğinde böbrekler tarafından hızla atılır ve dokulara ve hücrelere geçer, bu da ozmotik basıncın orijinal değerini geri getirir. Kandaki tuz konsantrasyonu artarsa ​​doku sıvısındaki su damar yatağına girer ve böbrekler tuzları yoğun bir şekilde uzaklaştırmaya başlar. Kan ve lenf içine emilen proteinlerin, yağların ve karbonhidratların sindirim ürünleri ile hücresel metabolizmanın düşük moleküler ağırlıklı ürünleri, ozmotik basıncı küçük sınırlar içinde değiştirebilir. Sabit bir ozmotik basıncın korunması hücrelerin yaşamında son derece önemli bir rol oynar.

Kanın ozmotik basıncının çözeltideki büyük moleküler bileşiklerin (proteinler) içeriğine bağlı olan kısmına denir. onkotik basınç. Plazmadaki protein konsantrasyonu oldukça yüksek olmasına rağmen, molekül ağırlıklarının büyük olması nedeniyle toplam molekül sayısı nispeten azdır. Bu nedenle onkotik basınç 30 mm Hg'yi geçmez. Onkotik basınç büyük ölçüde albümine bağlıdır (onkotik basıncın %80'i albümin tarafından oluşturulur), bu da göreceli olarak düşük molekül ağırlığına ve plazmadaki çok sayıda moleküle bağlıdır. Onkotik basınç su metabolizmasının düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Proteinler iyi nemlendirilmiştir ve kan dolaşımındaki suyu tutarlar. Onkotik basınç ne kadar yüksek olursa, damar yatağında o kadar fazla su tutulur ve dokulara o kadar az geçer ve bunun tersi de geçerlidir. Onkotik basınç bağırsakta doku sıvısı, lenf, idrar oluşumunu ve su emilimini etkiler. Bu nedenle kan replasman solüsyonlarının suyu tutabilen biyopolimerler içermesi gerekir. Plazmadaki protein konsantrasyonu azaldığında, su artık damar yatağında tutulamadığı ve dokulara geçtiği için ödem gelişir.

sedimantasyon- Çünkü parçacıklar sadece difüzyondan değil aynı zamanda yerçekimi alanından da etkilenir; yerçekiminin etkisi altında yeterli kütleye sahip parçacıklar çökebilir (tortu). Parçacıkların çökelme hızı kütlelerine bağlıdır (diğer şeyler eşit olmak üzere). Bir kan testi belirler kan süspansiyon stabilitesi(eritrosit sedimantasyon hızı - ESR). Kan bir süspansiyon veya süspansiyondur, çünkü oluşturduğu elementler plazmada asılı kalır. Kırmızı kan hücrelerinin plazmada süspansiyonu, yüzeylerinin hidrofilik doğası ve ayrıca kırmızı kan hücrelerinin (diğer oluşturulmuş elementler gibi) birbirlerini ittikleri için negatif yük taşımaları nedeniyle korunur. Fibrinojen, γ-globülinler, paraproteinler vb. gibi pozitif yüklü proteinlerin adsorpsiyonu nedeniyle oluşan elementlerin negatif yükü azalırsa, kırmızı kan hücreleri arasındaki elektrostatik "dağılım" azalır. Bu durumda kırmızı kan hücreleri madeni para sütunları adı verilen sütunları oluşturacak şekilde birbirine yapışır. Kılcal damarlara sıkışan bu tür "madeni para sütunları", doku ve organlara normal kan akışını engeller. Kan bir test tüpüne konulursa, pıhtılaşmayı önleyen maddeler eklendikten sonra, bir süre sonra kanın iki katmana bölündüğünü görebilirsiniz: üstteki plazmadan oluşur ve alt kısım çoğunlukla kırmızı kan olmak üzere oluşturulmuş elementlerden oluşur. hücreler.

Kolloidal sistemlerin özel özellikleri. Kolloidal sistemler için karakteristik bir optik özellik ışık saçılımıdır ve bu nedenle gerçek çözümlerin özelliklerinden önemli ölçüde farklılık gösterirler. Işığın saçılması olgusu (opalesans) Faraday (1857) ve Tyndall (1864) tarafından keşfedilmiştir. Yandan aydınlatma altında kolloidal bir çözeltiden bir ışık huzmesi geçirildiğinde parlak bir koni oluşumunu gözlemlediler. Rayleigh'in ışık saçılımı teorisine göre, bir ışık dalgası kolloidal sistemlerden geçtiğinde, elektromanyetik alan dağılmış parçacıkların polarizasyonuna neden olur. Ortaya çıkan dipoller yeni radyasyon kaynaklarıdır.

Rayleigh denklemi:

Burada: I o gelen ışığın yoğunluğudur, V parçacıkların hacmidir, K dağılmış fazın ve dağılmış ortamın kırılma indislerinin oranıdır, dağılmış fazın dalga boyu konsantrasyonudur.

Çünkü yoğunluk, dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılıdır; bu, bir beyaz ışık ışınının içinden geçtiğinde en kısa dalgaların (yani mavi ve mor) tercihen saçılması gerektiği anlamına gelir. Bu nedenle renksiz dağılmış faz maddesine sahip sistemler, yandan aydınlatıldığında mavi opalesans sergiler. Bu, yanan gazın, tütün dumanının, gökyüzünün ve yağsız sütün mavi rengini açıklıyor. Aksine, iletilen ışıkta, spektrumun mavi kısmının kaybıyla ilişkili kırmızı renk tonlarını gözlemliyoruz. Bu nedenle tehlike sinyali olarak kırmızı renk seçilmiştir; dağılmaz ve bu nedenle çok uzakta görülebilir. Kolloidal çözeltiler ayrıca spektrumun belirli bir bölümünü de absorbe edebilir. Örneğin yüksek oranda dağılmış altın solleri spektrumun yeşil kısmını emer ve kırmızı renktedir. Parçacık boyutu arttıkça çözeltinin rengi soğuk bölgeye doğru kayar. Bir dizi mineralin, değerli taşların ve yarı değerli taşların (ametist, safir, yakut) rengi, ışığın emilmesi ve saçılması olgusuyla ilişkilidir.

Nefelometri– ışık saçılımı olgusuna dayanan bir analiz yöntemi. Parçacıkların konsantrasyonunu ve boyutunu belirlemek için tasarlanan aletlere (Rayleigh denklemine göre) nefelometre denir. Tipik olarak bu cihazlar standart ve test çözeltisi tarafından saçılan ışığın yoğunluğunu karşılaştırır. Nefelometreler bulanıklığı belirler; su arıtma veya meyve suları ve şarap üretimi sırasında çeşitli çözeltilerdeki kolloidal parçacıkların konsantrasyonu...

Ultramikroskopi. Geleneksel bir mikroskopta kolloidal parçacıklar görünmez. Ancak kolloidal sistemleri karanlık bir arka plana karşı yan ışıkla aydınlatırsanız parlak noktaları görebilirsiniz, çünkü her parçacık dağınık bir ışık kaynağı haline gelir. Yan ışık altında koloidal parçacıkları karanlık bir arka planda görmenizi sağlayan cihaza ultramikroskop denir. Boyutu 3 nm'ye kadar olan parçacıklar görülebilir. Böyle bir mikroskop 1903 yılında Siedentopf ve Zsigmondy tarafından tasarlandı. Onun yardımıyla Brown hareketi teorisi doğrulandı ve Avogadro sayısı belirlendi. Ancak parçacıkların kendilerini değil, onlardan ekrandaki yansımaları gördüğümüzü anlamalıyız. Bu nedenle parçacıkların konsantrasyonu belirlenebilir ancak boyutları veya şekilleri belirlenemez.

Elektrokinetik olaylar kolloidal sistemlerde bu, dağınık bir sistemin parçacıklarının birbirine göre hareketi ile bu fazlar arasındaki arayüzün elektriksel özellikleri arasında var olan ilişkiyi yansıtan bir grup özelliktir. Dört tür elektrokinetik olay vardır: elektroosmoz, elektroforez, akış potansiyeli ve sedimantasyon potansiyeli.

Elektroosmoz– bu, bir elektrik akımının etkisi altında bir sıvı fazın sabit bir katı faza göre hareketidir (1808, Moskova Devlet Üniversitesi, Reiss). Kuvars kumu ve su ile doldurulmuş U şeklinde bir tüpten doğru akım geçtiğinde, negatif elektrotlu (katotlu) dirsekteki su yükselirken, diğerindeki su düştü. Onlar. sıvı faz elektrik akımının etkisi altında hareket etti.

Elektroforez- elektrik akımının etkisi altında katı fazın sabit sıvı faza göre hareketi. Reise, ıslak kile batırılmış iki adet su dolu cam tüpten oluşan bir cihazdan doğru akımı (100V) geçirerek kil parçacıklarının kil yüzeyinden koptuğunu ve pozitif kutba doğru (yer çekimine karşı!) yukarı doğru hareket ettiğini keşfetti ( anot). Onlar. katı faz bir elektrik alanının etkisi altında hareket etti.

Mevcut potansiyel– Elektroosmozun tersi fenomen. Quincke, 1859'da suyun gözenekli bir zardan filtrelendiğinde iki tarafı arasında potansiyel bir fark oluştuğunu keşfetti. Quincke, katı bir cismin yüzeyinin bir işaretle, bitişik sıvı tabakasının ise başka bir işaretle yüklendiğini öne sürdü. Daha sonra bu fikir, arayüzde şaşırtıcı bir olgunun keşfedilmesine yol açtı: çift elektrik katmanı. Çökme potansiyeli– elektroforezin zıt fenomeni. Kuvars kumu uzun bir su silindirine döküldü. Kuvars parçacıkları suya çöktüğünde farklı yüksekliklere yerleştirilen elektrotlar arasındaki potansiyel farkı kaydedildi.

Profesör Reiss tarafından keşfedilen elektroforez ve diğer elektrokinetik fenomenler, koloidal parçacıkların yüzeyindeki çift elektrik katmanını incelemek ve genel olarak koloidal parçacıkların yapısını incelemek için yöntemlerin oluşturulmasına temel oluşturdu. Modern kavramlara göre herhangi bir cismin yüzeyinde ODS'nin ortaya çıkması, ayrışma süreçleri, seçici iyon adsorpsiyonu vb. bir elektrikli çift katman (EDL) oluşturulur - uzayda birbirine yakın yerleştirilmiş iki zıt yüklü iyon katmanı. DES iki bölümden oluşur: iç - yoğun ve dış - dağınık. Yoğun katman, katı yüzeye sıkı bir şekilde bağlı potansiyel belirleyici iyonlardan ve elektrostatik çekim ve spesifik adsorpsiyon kuvvetleri nedeniyle çekilen karşı iyonların bir kısmından oluşur. DES'in bu iç kısmına adsorpsiyon katmanı denir. Adsorpsiyon katmanındaki potansiyel belirleyici iyonların ve protonların yüklerinin toplamı sıfır değildir; genellikle daha az karşı iyon vardır. Potansiyeli belirleyen iyonların yüklerini telafi etmeye yetmeyen belirli miktarda karşı iyon, dış dağınık katmanda bulunur. Yaygın katman, elektrostatik etkileşim nedeniyle çözeltiden yüzeye çekilen ancak yüzeye çok zayıf bağlanan karşıt iyonlardan oluşur. Çözelti hareket ettiğinde, adsorpsiyon katmanı (yüzeye sıkıca sabitlenmiş) ile arasında bir boşluk oluşur. dağınık katman (çözelti katmanında bulunan iyonlar). Yüklü parçacıkların yönlendirilmiş bir hareketine sahibiz - elektrik akımı. Ve tam tersi, bir elektrik alanında granüller (katı faz) bir yönde hareket eder ve dağınık katmanın (sıvı faz) karşı iyonları diğer yönde hareket eder, yani. Kolloidal sistemlerin aşamaları hareket eder.

Örneğin: Bir potasyum iyodür çözeltisine damla damla bir gümüş nitrat çözeltisi eklenirse (yani fazlaysa), o zaman bir gümüş iyodür çökeltisi çökelmez; çözelti, kristal büyümesi için gerekli olan birkaç gümüş iyonunu içerir. Küçük kristaller de bağlanmayacaktır çünkü aynı yüke sahiptirler. Onlar. Çözelti stabilizatör elektrolit içeriyorsa, kristalizasyon sürecinin başlangıcı çökelti oluşumuna yol açmaz. Yapısı genellikle özel "misel" formüllerle ifade edilen, parçacıklı koloidal bir gümüş iyodür çözeltisi oluşur:

( m nI - (n-x)K + ) x - xK +, burada m çekirdektir, yani. az çözünür gümüş iyodürün küçük bir kristali;

mnI - (n-x)K + - kristal üzerinde seçici olarak adsorbe edilen potansiyel belirleyici iyot iyonlarından (çözeltide fazlaydılar) ve iyot iyonlarına sıkı bir şekilde bağlanan belirli miktarda potasyum karşıt iyonlarından oluşan adsorpsiyon katmanı; xK + - potasyum iyonlarının mobil difüzyon katmanı; ( m nI - (n-x)K + ) x - bir elektrik alanında bağımsız olarak hareket edecek kolloidal bir parçacığın granülüdür. Granülün yükü, kolloidal parçacığın yüzeyindeki büyüklüğü ve yük (zeta) potansiyelini (elektro-kinetik potansiyel) belirler.

Biyolojik sistemlerde DES, yüzey fonksiyonel gruplarının seçici adsorpsiyonu veya iyonizasyonu nedeniyle de ortaya çıkabilir. Adsorpsiyon esas olarak polisakkaritler, lipitler, kolesterol ve proteinler üzerinde meydana gelir; DES genellikle karboksil ve amino gruplarının ayrışması nedeniyle oluşur. Amino asitlerin ortamın pH'ına bağlı olarak nötr bi-iyonlar, katyonik veya anyonik protein formları formundaki çözeltilerde mevcut olduğu bilinmektedir.

Adsorpsiyon katmanındaki karşı iyonların sayısı arttıkça potansiyel azalır ve karşı iyonların toplam yükü, potansiyel belirleyici iyonların yüküne (izoelektrik durum) eşit olursa sıfır olabilir. Bu, çözeltideki karşı iyonların konsantrasyonu arttığında meydana gelebilir. Daha fazla - potansiyel, CS ne kadar kararlı olursa,Çünkü bir yükün varlığı parçacıkların birbirine yapışmasını önler.

Potansiyelin büyüklüğü ölçülemez; Helholtz-Smoluchowski denklemi kullanılarak hesaplanabilir:

Ortamın viskozitesi nerede, ortamın dielektrik sabiti, elektrotlar arasındaki mesafe, U elektroforez hızı, E potansiyel farktır.

Elektrokinetik olayların uygulanması. Reise'in elektrokinetik fenomeni keşfetmesinden yetmiş yıl sonra (19. yüzyılda), turbayı kurutmak ve ardından ahşabı kurutmak için elektroozmoz uygulamaya konuldu. 20. yüzyılın 60'lı yıllarından bu yana elektroozmoz, binaların inşaatı sırasında toprağı kurutmak ve güçlendirmek, baraj inşaatı sırasında heyelanlarla mücadele etmek, yeraltı suyu seviyelerini düşürmek, demiryolu hatlarını onarmak ve binaları kurutmak için kullanılmaktadır.

Yerkabuğunda, yeraltı suyu toprak ve kayaların içinden akar ve bunlara akış potansiyelleri adı verilen değerler eşlik eder; jeofizikçiler bunu mineral aramak, yeraltı suyunun haritasını çıkarmak ve suyun barajlardan sızmasının yollarını bulmak için kullanırlar. Sıvı yakıtın taşınması sırasında, tankların, tankların, petrol tankerlerinin ve uçak gaz tanklarının doldurulması sırasında akış potansiyelleri ortaya çıkar. Yakıt borulardan akarken boru hatlarının uçlarında oldukça yüksek potansiyel farkları ortaya çıkmakta ve bu durum petrol tankerlerinde büyük yangınlara neden olmaktadır. Ayrıca atmosferdeki yıldırım deşarjlarının nedeni olan su damlacıklarının bulutlara yerleşme (bu aynı zamanda bir akış, yani harekettir) potansiyelleri de vardır.

Elektrokimyasal yöntemler tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Kan, dolaşım sisteminin kılcal damarlarından aktığında, biyopotansiyellerin kaynaklarından biri olan akış potansiyelleri ortaya çıkar. Örneğin zirvelerden birinin olduğu tespit edilmiştir. elektrokardiyogramlar kalbin koroner damarlarındaki kan akış potansiyellerinin ortaya çıkmasından kaynaklanır. Bu potansiyeller kardiyoloji klinikleri ve laboratuvarlarında ölçülmektedir.

Elektroforez, proteinlerin belirlenmesi ve ayrılması için bir yöntem olarak kullanılır.(ve diğer elektrik yüklü parçacıklar)) bu çözeltiden bir elektrik akımı geçirerek bir çözeltiye dönüştürür. Kolloidal parçacıkların bir elektrik alanındaki hareket hızı, yüklerine ve kütlelerine bağlıdır, bu nedenle yavaş yavaş ayrılarak elektrotun farklı kutuplarına doğru hareket ederler. Elektroforezi kullanarak ilaçları ve biyolojik olarak aktif maddeleri elde edebilirsiniz.

Elektroforez ayrıca koloidal sistemlerin bileşimini analiz etmek için de kullanılabilir..Elektroforez, kromatografi gibi kağıt üzerinde yapılabilir. Kan plazma proteinlerinin elektroferogramları tüm sağlıklı insanlar için neredeyse aynıdır. Patoloji ile her hastalığa özgü karakteristik bir görünüm kazanırlar. Elektroforez, vücut dokularının kimyasal bileşimini incelemek için yaygın olarak kullanılır. Örneğin, kan serumundaki çeşitli proteinlerin ve lipoproteinlerin analizi, idrardaki proteinlerin bileşiminin analizi vb. için.

Elektroforez sıklıkla terapötik amaçlar için kullanılır.Örneğin: ilaçların deri yoluyla uygulanması için (ilaçlar koloidal çözeltilerdir); lökositlerin iltihaplanma bölgesine göçünün hızlanması (iltihaplanma sırasında, asidik ürünlerin oluşumuyla hücresel yapılar tahrip edilir, bu durumda doku yüzeyi pozitif bir yük kazanır); veya kırmızı kan hücrelerinin hipoksiden muzdarip dokulara hareketinin hızlandırılması (insan kırmızı kan hücrelerinin potansiyeli stabildir ve -16,3 mV'ye eşittir).

Elektroforez, ağrı giderme yöntemlerinden biri olarak terapötik diş hekimliği kliniğinde daha yaygın hale gelmiştir. Bu amaçla% 5 - 10'luk novokain, dikain, trimekain ve nikotinik asit çözeltileri kullanılır.

CS stabilitesi sorunu kolloid kimyasındaki ana sorunlardan biridir. RİA solüsyonları ve bazı liyofilik kolloidler (killer, sabunlar) termodinamik olarak stabildir ve kendiliğinden oluşur. Liyofobik CS'nin oluşumu sırasında, mekanik veya diğer işlerden dolayı dispersiyon (öğütme) meydana gelir; bu işlemler için G> 0, yani. Termodinamik olarak kararsız sistemler oluşur. Ancak yine de bu tür sistemler oldukça uzun bir süre var olabilir.

Kolloidal sistemlerin kinetik ve agregatif stabilitesi vardır . Altında kinetik kararlılık Dağınık fazın süspansiyon halinde olma ve çökelmeme yeteneğini anlayın. Yüksek oranda dağılmış sistemler kinetik olarak daha kararlıdır; Parçacık ne kadar küçük olursa, o kadar hızlı hareket eder ve yerçekimi ona o kadar az etki eder. Bu nedenle soller klasik emülsiyon ve süspansiyonlara göre kinetik olarak daha stabildir. Kinetik stabilite aynı zamanda ortamın yoğunluğundan ve viskozitesinden de etkilenir. Viskoz sıvılarda büyük parçacıklar bile yavaşça çöker. Gazlı bir ortamda yoğunluk ve viskozite çok düşüktür, bu nedenle gazlı ortamlarda yalnızca çok küçük parçacıklar (aerosoller) içeren sistemler mevcut olabilir.

Toplu stabilite bir sistemin belirli bir derecede dağılım sağlama yeteneğidir; daha büyük parçacıklar halinde birleşmeyin.

CS'nin toplu istikrarına ne katkıda bulunur?? Veya: Parçacıkların birbirine yapışmasını engelleyen nedir?

Parçacıklar üzerinde yükün varlığı. Seçici iyon adsorpsiyonunun bir sonucu olarak parçacıklar üzerinde bir yük oluşur. (bkz. kolloidal parçacıkların yapısı, elektriksel çift katman). Bu genellikle elektrolitlerin sulu çözeltilerinde meydana gelir.

Yüzey aktif madde parçacıkları üzerinde adsorpsiyon. Bu işlem yüzey geriliminde bir azalmaya yol açar ve sistemin toplam enerjisini azaltarak sistemi daha kararlı hale getirir. Ancak bu aynı zamanda esas olarak çözümlerde de olur.

Kolloidal parçacıkların hidrasyonu. Bu fenomen sulu çözeltilerde gözlenir, ancak yalnızca liyofilik kolloidlerde, örneğin protein çözeltilerinde görülür.

Parçacıkların büyük agregatlar halinde birbirine yapışması ve bunların çökelmesi sonucu ortaya çıkan agregasyon stabilitesinin ihlaline denir. pıhtılaşma.

Göz önünde bulundurulan yöntemlerden biriyle elde edilen, çözünmüş düşük moleküler maddelerin ve iri parçacıkların safsızlıklarını içerir; bunların varlığı, sollerin özelliklerini olumsuz yönde etkileyerek stabilitelerini azaltır (bkz. Bölüm 12.5).

Kolloidal çözeltileri safsızlıklardan arındırmak için filtrasyon, diyaliz, elektrodiyaliz ve ultrafiltrasyon kullanılır.

Filtrasyon(Latince filtreden - keçe), koloidal parçacıkların geleneksel filtrelerin gözeneklerinden geçme kabiliyetine dayanmaktadır. Bu durumda daha büyük parçacıklar tutulur. Filtrasyon, koloidal çözeltileri kaba parçacıkların safsızlıklarından arındırmak için kullanılır.

Diyaliz(Yunan diyalizinden - ayırma) - düşük molekül ağırlıklı bileşiklerin kolloidal çözeltilerden ve RİA çözeltilerinden membranlar kullanılarak çıkarılması. Bu durumda membranların küçük moleküller ve iyonlardan geçerek kolloidal partikülleri ve makromolekülleri tutabilme yeteneğinden yararlanılır. Diyaliz edilecek sıvı uygun bir membran ile saf solventten ayrılır. Küçük moleküller ve iyonlar membrandan solvente yayılır ve yeterince sık değiştirildiğinde diyaliz sıvısından neredeyse tamamen uzaklaştırılır.

Membranın düşük molekül ağırlıklı maddelere göre geçirgenliği, küçük moleküllerin ve iyonların zarlara nüfuz eden kılcal damarlardan serbestçe geçmesi veya zar maddesinde çözünmesiyle belirlenir. Nitroselüloz, selüloz asetat, selofan, jelatin ve diğer malzemelerden hem doğal - sığır veya domuz mesanesi, balık yüzme mesanesi hem de yapay - diyaliz için membran olarak çeşitli filmler kullanılır.

Diyaliz cihazları - çok çeşitli diyalizörler vardır. Tüm diyalizörler aynı prensip üzerine inşa edilmiştir: diyaliz edilen sıvı ("dahili sıvı"), içinde sudan veya diğer solventten ("dış sıvı") bir membranla ayrıldığı bir kap içinde bulunur (Şekil 12.3). Diyaliz hızı, membran yüzeyinin, gözenekliliğinin ve gözenek boyutunun artmasıyla, sıcaklık, diyaliz edilen sıvının karışma yoğunluğu ve dış sıvının değişim hızının artmasıyla artar, membran kalınlığının artmasıyla azalır. .

Elektrodiyaliz Düşük molekül ağırlıklı elektrolitlerin diyaliz hızını arttırmak için kullanılır.

Bu amaçla diyalizörde 20-250 V/cm ve daha yüksek potansiyel düşüşüne sahip sabit bir elektrik alanı oluşturulur. Elektrodiyalizörün şematik diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 12.4. Diyalizin bir elektrik alanında gerçekleştirilmesi, kolloidal bir çözeltinin saflaştırılmasının onlarca kat hızlandırılmasını mümkün kılar.

Telafi edici diyaliz Kolloidal bir çözeltiyi düşük molekül ağırlıklı safsızlıkların yalnızca bir kısmından arındırmak gerektiğinde kullanılır. Diyalizörde solvent, kolloidal solüsyonda bırakılması gereken düşük molekül ağırlıklı maddelerden oluşan bir solüsyonla değiştirilir.

Ultrafiltrasyon(Latince - ultra - aşırı, filtrum - keçeden) koloidal boyutlarda parçacıklar (soller, RİA çözeltileri, bakteri ve virüs süspansiyonları) içeren temizleme sistemleri için kullanılır. Yöntem, karışımın gözenekli filtrelerden ayrılmaya zorlanması esasına dayanır.

Çoğu zaman, ortaya çıkan dispers sistemler, misellere, stabilizatöre ve solvente ek olarak düşük moleküler ağırlıklı maddeler (safsızlıklar) içerir. DS'nin stabilitesini azaltırlar (kolloidal parçacıkların yükünü nötralize edebilirler, bu da kolloidal sistemlerin pıhtılaşmasına ve tahrip olmasına yol açar). Kolloidal sistemleri düşük moleküler safsızlıklardan arındırmak için diyaliz, elektrodiyaliz ve ultrafiltrasyon kullanılır.

Diyaliz(T. Graham tarafından önerilmiş ve adlandırılmıştır) koloidal bir çözeltinin yarı geçirgen bir zardan geçirilmesine dayanmaktadır. En basit diyalizör (Şekil 5), içine koloidal bir çözeltinin döküldüğü ve torbanın su (solvent) içeren bir kaba indirildiği yarı geçirgen malzemeden yapılmış bir torbadır. Deliklerin küçük boyutundan dolayı yarı geçirgen membranlar kolloidal parçacıkları tutar ve düşük molekül ağırlıklı parçacıklar membrandan solvente geçer. Sonuç olarak kolloidal çözeltiden düşük molekül ağırlıklı maddeler uzaklaştırılır. Daha önce idrar veya safra kesesinin, bağırsakların ve parşömenin duvarları yarı geçirgen bir zar olarak kullanılıyordu. Şu anda membranlar kolodyon (bir selüloz nitrat çözeltisi) - selofandan yapılmaktadır. Çok kullanışlılar çünkü... Membranlar istenilen delik boyutunda üretilebilmektedir.

Pirinç. 5. T. Graham diyalizerleri.

Uzun süreli diyalizin, çözeltideki safsızlıkların giderilmesine ek olarak, stabilizatörün uzaklaştırılması sonucunda sistemin pıhtılaşmasına yol açabileceği unutulmamalıdır.

Elektrodiyaliz. Sollerdeki düşük moleküler ağırlıklı safsızlıklar elektrolit olduğundan, elektrik akımı uygulanarak diyaliz hızlandırılabilir. Bunu yapmak için koloidal çözelti iki membran arasına yerleştirilir.

Diyaliz, biyoteknoloji ve farmasötiklerde, proteinleri ve RİA'ları tuz safsızlıklarından arındırmak için, değerli ilaçların (globülin, topaklaştırıcılar vb.) üretiminde kullanılır. Diyaliz, klinikte karaciğer hastalıkları olan hastalar için bir tedavi yöntemi (“hemodiyaliz”) olarak kullanılır. , böbrek hastalıkları, uzun süreli basınç sendromu, akut zehirlenme için. Bu durumda hastanın kanı “yapay böbrek” aparatından geçirilir. Bir tarafı kan plazması ile aynı bileşime sahip salin (fizyolojik) solüsyonla, diğer tarafı hastanın kanıyla yıkanan membranlı bir sistemdir. Hemodiyaliz sırasında düşük molekül ağırlıklı metabolik ürünler membrandan kanı terk ederken, proteinler (büyük boyutlarından dolayı) kanda kalır. Vücut için gerekli tuzlar da korunur çünkü kan ve salin solüsyonu arasında konsantrasyonları arasında bir gradyan yoktur.

Ultrafiltrasyon, diyaliz ve elektrodiyalizle aynı şekilde, özellikle kültür sıvısının antibiyotik üreten bakteri gövdelerinden saflaştırılması, proteinlerin ayrılması ve çözeltilerinin sterilizasyonu için kullanılır. Bu durumda filtre üzerinde bakteri ve virüsler kalır ve gerekli tıbbi maddeler (serumlar, aşılar) filtreden izole edilir.

5 numaralı ders. Elektrikli çift katman teorileri