коллоидные системы можно очистить с помощью

Московский государственный университет печати

Полимеры и коллоидные системы

Учебное пособие

При получении коллоидных растворов тем или иным методом, особенно с помощью химических реакций, практически невозможно точ­но предусмотреть необходимое точное количество реагентов. По этой причине в образовавшихся золях может присутствовать чрезмерный из­быток электролитов, что снижает устойчивость коллоидных растворов. Для получения высокоустойчивых систем и для изучения их свойств золи подвергают очистке как от электролитов, так и от всевозможных других низкомолекулярных примесей.

Очистку коллоидных растворов можно проводить либо методом диализа, либо ультрафильтрацией.

Недостатком метода является большая длительность процесса очистки (недели, месяцы).

Поскольку поры обычной фильтровальной бумаги легко пропус­кают коллоидные частицы, при ультрафильтрации в качестве мембраны применяют специальные фильтры (целлофан, пергамент, асбест, керами­ческие фильтры и т.п.). Применение мембраны с определенным размером пор позволяет разделить коллоидные частицы на фракции по размерам и ориентировочно определить эти размеры. Так были найдены размеры некоторых вирусов и бактериофагов. Все это говорит о том, что ультра­фильтрация является не только методом очистки коллоидных растворов, но может быть использована для целей дисперсионного анализа и препа­ративного разделения дисперсных систем.

© Центр дистанционного образования МГУП

Источник

Методы очистки коллоидных систем

Как уже указывалось выше, получение коллоидных систем тем или иным методом (особенно с помощью химической конденсации) проводят в избытке одного из реагентов. По этой причине в образовавшихся золях обычно присутствуют избыточные ионы и другие низкомолекулярные вещества. Для получения устойчивых систем и для изучения их свойств золи подвергают очистке.

Очистку коллоидных растворов обычно проводят либо с помощью диализа, либо — ультрафильтрации.

Диализ — метод очистки золей с помощью полупроницаемой мембраны, которая способна пропускать через себя ионы и низкомолекулярные вещества, но не коллоидные частицы. Прибор для очистки коллоидов называют диализатором. Схематически его конструкция представляет собой сосуд с золем, помещенный в емкость с проточным, чистым растворителем. При этом золь отделен от растворителя полупроницаемой мембраной. Молекулы и ионы, способные проникать через мембрану, диффундируют в растворитель и вместе с ним уносятся из системы. В сосуде же при этом остается очищенный золь.

Недостатком метода является длительность процесса очистки (недели, месяцы).

Электродиализ — это процесс диализа, ускоренный внешним электрическим полем. Простейший электр о диализатор представляет собой сосуд, разделенный двумя мембранами на три камеры. В среднюю камеру наливают подлежащий очистке коллоидный раствор. В боковых камерах помещены электроды от источника постоянного тока и обеспечивается проток чистого растворителя (обычно воды). Под действием электрического поля происходит перенос катионов из средней камеры в катодную камеру, а анионов — в анодную. Таким путем золь в средней камере может быть очищен от растворенных солей в течение довольно короткого времени (минуты, часы).

Ультрафильтрация — очистка дисперсных систем фильтрованием их через полупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с низкомолекулярными примесями и задерживающую частицы дисперсной фазы или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрацию проводят при перепаде давления по обе стороны мембраны: под разряжением (вакуумом) или при повышенном давлении. Вакуум создают, откачивая воздух из сосуда, расположенного под фильтром; повышенное давление — нагнетанием воздуха в сосуд, расположенный над фильтром. Для предотвращения разрыва мембраны ее помещают на твердую пористую подложку. Ультрафильтрация — более оперативный и эффективный метод очистки коллоидных систем от низкомолекулярных соединений, чем диализ.

Ультрафильтрация может применяться в сочетании с электродиализом <электроулътрафилътрация), благодаря чему значительно ускоряется удаление ионов из коллоидных растворов.

В качестве мембраны при ультрафильтрации применяют специальные фильтры (целлофан, пергамент, асбест, керамические фильтры и т. п.): поры обычной фильтровальной бумаги легко пропускают коллоидные частицы. Использование мембраны с определенным размером пор позволяет разделить коллоидные частицы на фракции по размерам и ориентировочно определить эти размеры. Так были установлены размеры некоторых вирусов и бактериофагов.

Таким образом, ультрафильтрация является не только методом очистки коллоидных систем, но и может быть использована для дисперсионного анализа и препаративного разделения дисперсных систем.

В научно-исследовательской практике при изучении состава вин и виноматериалов применяют ультрафильтрацию на коллодиевых мембранах. Такие мембраны получают выпариванием коллодия (раствор нитроцеллюлозы в смеси спирта с эфиром). Размеры пор мембраны можно варьировать, изменяя концентрацию целлюлозы и условия испарения растворителя.

Источник

Методы очистки коллоидных систем

Как уже указывалось выше, получение коллоидных систем тем или иным методом (особенно с помощью химической конденсации), производят в избытке одного из реагентов. По этой причине в образовавшихся золях обычно присутствуют избыточные ионы и другие низкомолекулярные вещества. Для получения устойчивых систем и для изучения их свойств золи подвергают очистке.

Очистку коллоидных растворов обычно проводят либо с помощью диализа, либо ультрафильтрацией.

Диализ — метод очистки золей с помощью полупроницаемой мембраны, которая способна пропускать через себя ионы и низкомолекулярные вещества, но не коллоидные частицы. Прибор для очистки коллоидов называют диализатором. Схематически его конструкция представляет собой сосуд с золем, помещенный в емкость с проточным, чистым растворителем. При этом золь отделен от растворителя полупроницаемой мембраной. Молекулы и ионы проникают через мембрану в растворитель и вместе с ним уносятся из системы. В сосуде же при этом остается очищенный золь. Недостатком этого метода является длительность процесса очистки (недели, месяцы).

Электродиализ — это процесс диализа, ускоренный внешним электрическим полем. Простейший электродиализатор представляет собой сосуд, разделенный двумя мембранами на три камеры. В среднюю камеру наливают подлежащий очистке коллоидный раствор. В боковых камерах помещены электроды от источника постоянного тока и обеспечивается проток чистого растворителя (обычно воды). Под действием электрического поля происходит перенос катионов из средней камеры в катодную камеру, а анионов — в анодную. Таким путем золь в средней камере может быть очищен от растворенных солей в течение достаточно короткого времени (минуты, часы).

Ультрафильтрация — очистка дисперсных систем фильтрованием их через полупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с низкомолекулярными примесями и задерживающую частицы дисперсной фазы или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрацию проводят при перепаде давления по обе стороны мембраны: под разряжением (вакуумом) или при повышенном давлении.

Ультрафильтрация может применяться в сочетании с электродиализом <электроультрафильтрация)_у благодаря чему значительно ускоряется удаление ионов из коллоидных растворов.

В качестве мембраны при ультрафильтрации применяют специальные фильтры (целлофан, пергамент, асбест, керамические фильтры и т.п.): поры обычной фильтровальной бумаги легко пропускают коллоидные частицы. Применение мембраны с определенным размером пор позволяет разделить коллоидные частицы на фракции по размерам и ориентировочно определить эти размеры. Так были установлены размеры некоторых вирусов и бактериофагов.

Таким образом, ультрафильтрация не только является методом очистки коллоидных систем, но и может быть использована для дисперсионного анализа дисперсных систем.

Источник

Очистка коллоидных систем

В золях, полученных тем или иным методом, помимо мицелл, электролита-стабилизатора и растворителя содержатся низкомолекулярные примеси. Например, золь AgNO₃, полученный в результате взаимодействия AgNO₃ и KJ, всегда содержит значительное количество индифферентного электролита KNO₃. Примеси могут попадать в коллоидные системы вследствие загрязненности исходных веществ или по другим причинам.

Чужеродные электролиты понижают стабильность полученного золя, и их приходится очищать. Низкомолекулярные примеси можно удалить из лиозолей с помощью диализа, электродиализа и ультрафильтрации.

Диализ основан на способности молекул малых размеров или ионов проходить через полупроницаемые пленки (мембраны). Крупные частицы золя через мембраны пройти не могут. Простейший диализатор представляет собой мешочек из полупроницаемого материала, в который заливается очищаемый золь. Мешочек опускается в сосуд с водой.

В настоящее время существует много усовершенствованных конструкций диализаторов, обеспечивающих более быстрый процесс диализа. Интенсификация процесса достигается путем увеличения поверхности, через которую идет диализ, уменьшением слоя диализируемой жидкости, частой или непрерывной сменой внешней жидкости (например воды) и нагреванием.

Природа мембраны в зависимости от системы, подвергаемой диализу, может быть различной. Ранее в качестве мембран использовали бычий пузырь или пергамент. В настоящее время часто используют мембраны, приготовленные из раствора нитрата целлюлозы. Они удобны, так как их можно изготовить с порами любого диаметра.

Длительный диализ обусловливает не только удаление из раствора примесей, но и вывод стабилизатора, что может привести к коагуляции.

Электродиализ. В тех случаях, когда примеси являются электролитами, диализ можно ускорить путем наложения электрического поля. Схема простого электродиализатора состоит из трех камер, отделенных друг от друга полупроницаемыми перегородками. В боковых камерах установлены электроды, и в них непрерывно подается и отводится дистиллированная вода, являющаяся внешней жидкостью средней камеры, в которую подается очищаемый золь. Электродиализ особенно эффективен после предварительной очистки путем обычного диализа, когда скорость диффузии из-за падения градиента концентрации электролитов между золем и водой мала и можно применять электрическое поле большого напряжения, не боясь сильного нагревания золя.

Ультрафильтрация. Это диализ, проводимый под давлением. Ультрафильтрация по существу не метод очистки золей, а метод их концентрирования, причем повышается концентрация только дисперсной фазы, состав же дисперсионной среды остается практически постоянным.

Если после частичной ультрафильтрации золь разбавить чистым растворителем до прежнего содержания дисперсионной среды, он будет содержать меньше низкомолекулярных веществ, но также меньше и стабилизирующих электролитов.

Применяя ультрафильтры различной пористости, можно разделить коллоидную систему на более монодисперсные фракции и определить дисперсность этих фракций.

Существует много устройств для ультрафильтрации. Так как ультрафильтрация проводится под давлением, то мембрана либо накладывается на пластинку с меньшими отверстиями, служащую для нее опорой, либо непосредственно получается на стенках неглазурованного сосуда.

Источник

Очистка коллоидных растворов

Коллоидные растворы содержат примеси частиц, наличие которых может отрицательно сказываться на свойствах золей, снижая их устойчивость.

Для очистки коллоидных растворов от примесей используют такие методы, как фильтрация, диализ, электродиализ, ультрафильтрация.

Фильтрация (от лат. filtrum — войлок) основана на способности коллоидных частиц проходить через поры обычных фильтров.

При этом более крупные частицы задерживаются. Фильтрацию используют для очистки коллоидных растворов от примесей грубодисперсных частиц.

При прохождении жидкой системы через фильтрующую (пористую) перегородку возможны три случая:

О осадок не попадает в поры перегородки. В этом случае процесс называется фильтрованием с образованием осадка;

О частицы дисперсной системы проникают в поры перегородки и закупоривают поры, не образуя осадка. В этом случае имеет место фильтрование с закупориванием пор;

О промежуточный вид фильтрования, когда частицы образуют осадок и проникают в поры.

Элементарный процесс фильтрования может происходить только при условии, что имеет место разность давлений жидкости над перегородкой и под ней.

Диализ (от греч. dyalisis — отделение, разложение) — удаление с помощью мембран низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов и растворов ВМС. При этом используют свойство мембран пропускать молекулы и ионы малого размера и задерживать коллоидные частицы и макромолекулы. Жидкость, подвергаемую диализу, отделяют от чистого растворителя соответствующей мембраной. Малые молекулы и ионы диффундируют через мембрану в растворитель и при его достаточно частой замене почти нацело удаляются из диализуемой жидкости.

Искусственные мембраны имеют преимущество по сравнению с естественными, так как их можно изготовлять с различной и хорошо воспроизводимой проницаемостью. При выборе материала для мембраны часто необходимо учитывать заряд мембраны в том или ином растворителе, который возникает в результате или диссоциации самого вещества мембраны, или избирательной адсорбции на ней ионов, или неравномерного распределения ионов по обе стороны мембраны. Наличие заряда у мембраны иногда может стать причиной коагуляции при диализе коллоидных растворов, частицы которых несут заряд, противоположный по знаку заряду мембраны. Поверхность целлофановых и коллодиевых мембран в воде и водных растворах обычно заряжена отрицательно. Белковые мембраны в среде с pH, меньшим изоэлектрической точки белка, заряжены положительно, а в среде с большим pH — отрицательно.

Разнообразные диализаторы — приборы для проведения диализа — построены по общему принципу: диализируемая жидкость («внутренняя жидкость») находится в сосуде, в котором она отделена мембраной от воды или другого растворителя («внешняя жидкость») мембраной. Скорость диализа возрастает с увеличением площади поверхности мембраны, ее пористости и размера пор, с повышением температуры, интенсивности перемешивания диализируемой жидкости, скорости смены внешней жидкости и уменьшается с ростом толщины мембраны.

Электродиализ позволяет в несколько десятков раз увеличить скорость диализа низкомолекулярных электролитов. С этой целью в диализаторе создают постоянное электрическое поле с падением потенциала 20—250 В/см и выше. Компенсационный диализ применяют, когда необходимо освободить коллоидный раствор лишь от части низкомолекулярных примесей. В этом случае в диализаторе растворитель заменяют раствором низкомолекулярных веществ, которые необходимо оставить в коллоидном растворе.

В общественном питании электродиализ получает все большее распространение. Его широко используют для опреснения питьевой воды, обессоливания различных пищевых продуктов. Исключительную роль играет электродиализ в тех случаях, когда предприятие общественного питания не обеспечено централизованным водоснабжением.

Электродиализ находит применение при обессоливании различного рода отваров, получаемых при варке соленой рыбы. Большое значение электродиализ имеет при производстве кулинарной продукции лечебного, детского и диетического питания, требующего регулирования солевого состава приготовляемых блюд.

Ультрафильтрация применяется для очистки систем, содержащих частицы коллоидных размеров (золи, растворы ВМС, взвеси бактерий и вирусов). Суть метода — в продавливании разделяемой смеси через фильтры с порами, пропускающими только молекулы и ионы низкомолекулярных веществ.

В определенной степени ультрафильтрацию можно рассматривать как диализ под давлением. Ультрафильтрацию широко используют для очистки воды, белков, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов.

Гельфильтрация — физико-химический процесс молекулярно-ситового хроматографического разделения веществ, находящихся в растворенном состоянии. Для проведения процессов гельфильтрации жидких продуктов используют в качестве молекулярного сита гидрофильные гели, так называемые сефадексы — модифицированные декстрины (полисахариды) микробиологического происхождения. Эти вещества сильно набухают в воде или в водных растворах.

Сущность гельфильтрации заключается в следующем. Гранулы веществ, используемых в качестве молекулярных сит, помещают в колонки и заливают водой, в результате чего происходит набухание гранул и соответственно образуется гель с сетчатой структурой. Затем в колонку под давлением подают порцию разделяемой жидкости (продукт). Контакт жидкости с гелем за счет действия осмотических сил приводит к проникновению растворенных веществ вовнутрь его гранул. После прохождения продукта в колонку подают растворитель (элюат), который вызывает из геля вещества, осевшие в нем при прохождении продукта.

В общественном питании гельфильтрацию используют для получения высококачественных белков из жидкостных белково-со- держащих систем (сыворотка, молоко, соки из рыб и т.д.).

Источник