שיטות להשגת מערכות מפוזרות. שיטות לטיהור מערכות מפוזרות שיטות להשגת מערכות מפוזרות וטיהורן
מערכת מפוזרת היא מערכת שבה חלקיקים קטנים של חומר אחד או יותר מפוזרים באופן שווה בין חלקיקי חומר אחר. הפאזה המפוזרת נקראת חלקיקים קטנים של חומר המופץ במערכת. מדיום פיזור הוא חומר שבו הפאזה המפוזרת מופצת. 3 מערכת מפוזרת הטרוגנית: לחלקיקים מהפאזה המפוזרת גודל גדול מ-1·10-9 מ' ומהווים שלב נפרד ממדיום הפיזור. מערכת מפוזרת הומוגנית: אין ממשק בין הפאזה המפוזרת לתווך הפיזור (תמיסות אמיתיות). הגדלים של מולקולות, יונים קטנים מ-1 10-9 מ'.
עם דרגת פיזור. ל-LASSIIFICATION של מערכות פיזור. 4 מידת הפיזור (D) היא ההדדיות של גודל החלקיקים (d) D = 1/d ככל שגודל החלקיקים קטן יותר, כך הפיזור של המערכת גדול יותר סיווג לפי מידת הפיזור גס (d \u003d m) (תרחיפים גסים, תחליבים, אבקות). פיזור בינוני (d = m) (מתלים דקים, עשן, גופים נקבוביים). מפוזר מאוד (d = m) (מערכות קולואידיות).
השגת מערכות פיזור שיטות פיזור. קבוצת שיטות זו משלבת שיטות מכניות שבאמצעותן מכתשים, כותשים או מפוצלים מוצקים. אופייני לתהליכי מעבדה, תעשייה ופיזור המתרחשים בטבע. בתנאי מעבדה ותעשייתיים, תהליכים אלו מבוצעים במגרסה, אבני ריחיים וטחנות בעיצובים שונים. הנפוצים ביותר הם טחנות כדורים, בהן מתקבלות מערכות, בגודל חלקיקים הנעים בין 2 - 3 ל- 50 - 70 מיקרון. בטחנות קולואידים בעיצובים שונים, מושגת פיזור עדין יותר; עקרון הפעולה של טחנות כאלה מבוסס על פיתוח כוחות שבירה בהשעיה או אמולסיה תחת פעולת כוח צנטריפוגלי. חלקיקים גדולים מרחפים חווים במקרה זה כוח קריעה משמעותי ובכך מתפזרים. ניתן להשיג פיזור גבוה על ידי פיזור קולי. זה הוכח בניסוי כי פיזור תלוי ישירות בתדירות של רעידות אולטרסאונד. תחליבים המתקבלים בשיטה האולטראסונית נבדלים על ידי האחידות של גדלי החלקיקים של השלב המפוזר. חָמֵשׁ
שיטות פיזור. שיטת Bredig מבוססת על יצירת קשת וולטאית בין אלקטרודות מתכת מתפזרות המונחות במים. מהות השיטה טמונה בהתזה של מתכת האלקטרודה בקשת, כמו גם בעיבוי אדי מתכת הנוצרים בטמפרטורה גבוהה. שיטת Svedberg, המשתמשת בפריקה תנודתית במתח גבוה הגורמת לניצוץ לקפוץ בין האלקטרודות. ניתן להשתמש בשיטה זו כדי להשיג לא רק הידרוסולים, אלא גם אורגנוזולים של מתכות שונות. במהלך ריסוק וטחינה, חומרים נהרסים בעיקר במקומות של פגמי חוזק (מאקרו ומיקרו-סדקים). לכן, ככל שהחלקיקים נמחצים, חוזקם של החלקיקים עולה, מה שמשמש בדרך כלל ליצירת חומרים חזקים יותר. יחד עם זאת, עלייה בחוזק של חומרים בעת כתישה מובילה לצריכת אנרגיה גדולה לפיזור נוסף. ניתן להקל על הרס החומרים באמצעות אפקט Rehbinder - ירידה בספיחה בחוזק המוצקים. השפעה זו היא הפחתת אנרגיית פני השטח בעזרת חומרים פעילי שטח, מה שמקל על העיוות וההרס של המוצק (מתכות נוזליות להרס של מתכות מוצקות). השימוש בשיטות פיזור בדרך כלל לא מצליח להשיג פיזור גבוה מאוד. מערכות בגודל חלקיקים בסדר גודל של - 10 7 ס"מ מתקבלות בשיטות עיבוי. 6 ייצור מערכות פיזור
שיטות עיבוי (פיזי) שיטות עיבוי מבוססות על תהליכי הופעת שלב חדש על ידי שילוב מולקולות, יונים או אטומים בתווך הומוגני. ניתן לחלק את השיטות הללו לפיזיקליות וכימיות. עיבוי פיזי - עיבוי מאדים והחלפת הממס. (היווצרות ערפל). שיטת החלפת הממס (שינוי הרכב התווך) מבוססת על שינוי כזה בפרמטרים של המערכת, בו הפוטנציאל הכימי של הרכיב בתווך הפיזור הופך גבוה מזה של שיווי המשקל ומהנטייה למעבר. למצב שיווי המשקל מוביל להיווצרות שלב חדש. סוליות של גופרית, זרחן, ארסן וחומרים אורגניים רבים מתקבלים בשיטה זו על ידי יציקת תמיסות אלכוהול או אצטון של חומרים אלו למים. 7 השגת מערכות פיזור
שיטות עיבוי (כימי) עיבוי כימי: החומר היוצר את הפאזה המפוזרת מופיע כתוצאה מתגובה כימית. לפיכך, כל תגובה כימית המתמשכת עם היווצרות שלב חדש יכולה להיות מקור להשגת מערכת קולואידלית. 1. התאוששות (הכנת סול זהב על ידי הפחתת חומצת זהב הידרוכלורית): 2HAuCl 2 + 3H 2 O 2 \u003d 2Au + 8HCl + 3O 2 2. חמצון (היווצרות סול גופרית במים הידרותרמיים, עם חומרי חמצון (גופרית דו חמצנית או חמצן)): 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O 3. הידרוליזה 4. תגובות החלפה (השגת סול ארסן גופרתי): 2H 3 AsO 3 + 3H 2 S \u003d As 2 S 3 + 6H 2 O so שריכוז החומר בתמיסה עולה על המסיסות, כלומר. הפתרון חייב להיות רווי-על. 8 ייצור מערכות פיזור
שיטות לניקוי פתרונות קולואידים. סול ותמיסות של תרכובות עם משקל מולקולרי גבוה (HMCs) מכילים תרכובות במשקל מולקולרי נמוך כזיהומים בלתי רצויים. הם מוסרים בשיטות הבאות. דיאליזה היא היסטורית השיטה הראשונה לטיהור. טיהור של פתרונות קולואידים דרך קרום חדיר למחצה, אשר נשטף על ידי הממס. אלקטרודיאליזה היא תהליך ניקוי הסולים מזיהומי אלקטרוליטים בשדה חשמלי המאיץ את תנועת היונים. אולטרה סינון היא שיטת ניקוי על ידי כפיית מדיום פיזור יחד עם זיהומים במשקל מולקולרי נמוך דרך אולטרה-פילטרים. מיקרופילטרציה היא הפרדה באמצעות מסננים של מיקרו-חלקיקים בגודל של 0.1 עד 10 מיקרון. שיטות ניקוי משולבות. בנוסף לשיטות טיהור בודדות - אולטרה סינון ואלקטרודאליזה - ידוע השילוב שלהן: אלקטרו אולטרה סינון, המשמש לטיהור והפרדת חלבונים. ניתן לטהר ובמקביל להעלות את ריכוז ה- IUD סול או תמיסה בשיטה הנקראת electro-decantation. אלקטרודקנטציה מתרחשת כאשר האלקטרודיאלייזר מופעל ללא ערבוב. תֵשַׁע
מכיוון שזיהומים בעלי מולקולריים נמוכים (אלקטרוליטים זרים) מסוגלים להרוס מערכות קולואידיות, יש לטהר את הסולים המתקבלים במקרים רבים. מערכות מפוזרות ממקור טבעי (לטקסים, שמן גולמי, חיסונים, סרה וכו') מטוהרות גם כן. להסרת זיהומים, השתמשו ב: דיאליזה, אלקטרודאליזה, אולטרה סינון.
דיאליזה- מיצוי של חומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך מסולים עם ממס טהור באמצעות מחיצה (ממברנה) חצי חדירה, שדרכה לא עוברים חלקיקים קולואידים. עיצובים משופרים רבים של דיאליזרים הוצעו כעת כדי לספק תהליך ניקוי מהיר יותר. העצמת הדיאליזה מושגת על ידי: הגדלת פני השטח של הממברנות; הפחתת שכבת הנוזל לטיהור; שינוי תכוף או מתמשך של נוזל חיצוני; עלייה בטמפרטורה.
אלקטרודיאליזה- דיאליזה מואצת על ידי הפעלת שדה חשמלי חיצוני. אלקטרודיאליזה נובעת מהגירה של יונים דרך הממברנה תחת פעולת הפרש פוטנציאל מיושם בסדר גודל של 40 V/cm.
סינון אולטרה- אלקטרודיאליזה בלחץ. בעיקרו של דבר, סינון אולטרה אינו שיטה לטיהור סול, אלא רק שיטה לריכוזם.
דוגמה מעניינת לשילוב של דיאליזר ואולטרה סינון הוא מכשיר "הכליה המלאכותית", שנועד להחליף זמנית את תפקוד הכליות באי ספיקת כליות חריפה. המכשיר מחובר בניתוח למערכת הדם של המטופל. דם בלחץ שנוצר על ידי משאבה פועמת ("לב מלאכותי") זורם ברווח צר בין שני ממברנות, נשטף מבחוץ במלח. בשל שטח העבודה הגדול של הממברנות (~ 15000 ס"מ 2), "סיגים" מוסרים מהדם במהירות יחסית (3-4 שעות) - תוצרים של חילוף חומרים ופירוק רקמות (אוריאה, קריאטין, יוני אשלגן וכו' .).
על ידי שימוש בממברנות עם נקבוביות מסוימת עבור אולטרה-פילטרים, ניתן במידה מסוימת להפריד חלקיקים קולואידים לפי גודלם ובמקביל לקבוע בקירוב את גודלם. שיטה זו שימשה לקביעת גודל החלקיקים של מספר וירוסים ובקטריופאג'ים.
סינון אולטרה משמש לטיהור שפכים מזיהומים מכניים. שיטה זו משמשת להפרדת מולקולות נוזלים מחלקיקים של מערכת קולואידית.
בהתאם לפיזור מי שפכים, נעשה שימוש בסוגים מסוימים של מחיצות סינון. למיקרו סינון של כמויות גדולות של מים טבעיים במפעלי מים, כאשר מנקים בעיקר מפלנקטון ומיקרואורגניזמים משתמשים ברשתות מתכת, במקרה של ניקוי מחלקיקים תת-מיקרוניים ומקרומולקולות משתמשים בממברנות פולימריות בגדלים שונים של נקבוביות.
שאלות ומשימות לשליטה עצמית
1. מה לומדת הדיסציפלינה "כימיה קולואידית"?
2. מה ההבדל בין פתרונות קולואידים לאמיתיים?
3. על אילו תכונות מבוסס כל סוג של סיווג של מערכות מפוזרות?
4. מהן השיטות להשגת מערכות מפוזרות? מה המהות של כל שיטה?
5. כיצד ניתן לנקות מערכות קולואידיות? למה אתה צריך לעשות את זה?
פרק 2
תֶרמוֹדִינָמִיקָה
תופעות פני השטח
במערכות מפוזרות, יותר מכל מולקולות או אטומים המרכיבים חומר ממוקמות על הממשק. מולקולות פני השטח הללו שונות מהמולקולות שבתוך הפאזה במצב האנרגיה שלהן, מה שמוביל להופעת עודף אנרגיית פני השטח. אנרגיית פני השטח העודפת שווה למכפלת מתח הפנים ושטח הממשק:
כל מערכת תרמודינמית נוטה להפחית את אנרגיית פני השטח שלה. ניתן להפחית עודף אנרגיית פני השטח על ידי:
· הפחתת מתח פני השטח: ספיחה, הידבקות, הרטבה, היווצרות שכבה חשמלית כפולה;
· ירידה בשטח הפנים: צורה כדורית של טיפות (החלקת פני השטח), אסוציאציה של חלקיקים (קרישה, צבירה, התלכדות).
ישנן שתי גישות כלליות להשגת disp. מערכות - פיזור ועיבוי. שיטת הפיזור מבוססת על טחינה של חלקיקים מקרוסקופיים לגודל ננו (1-100 ננומטר).
טחינה מכנית אינה בשימוש נרחב בגלל צריכת האנרגיה הגבוהה. במעבדה, טחינה קולית משמש. במהלך הטחינה מתחרים שני תהליכים: פיזור וצבירה של החלקיקים המתקבלים. היחס בין שיעורי התהליכים הללו תלוי במשך הטחינה, הטמפרטורה, אופי השלב הנוזלי, נוכחותם של מייצבים (לרוב פעילי שטח). על ידי בחירת התנאים האופטימליים, ניתן להשיג חלקיקים בגודל הנדרש, אולם פיזור גודל החלקיקים רחב למדי.
המעניין ביותר הוא פיזור ספונטני של מוצקים בשלב הנוזל. תהליך דומה ניתן לראות עבור חומרים בעלי מבנה שכבות. במבנים כאלה יש אינטראקציה חזקה בין האטומים בתוך השכבה ואינטראקציה v-d-v חלשה בין השכבות. לדוגמה, מוליבדן וטונגסטן סולפידים, בעלי מבנה שכבות, מתפזרים באופן ספונטני באצטוניטריל ויוצרים חלקיקים דו-שכבתיים בגודל ננומטרי. במקרה זה, הפאזה הנוזלית חודרת בין השכבות, מגדילה את המרחק בין השכבות, והאינטראקציה בין השכבות נחלשת. תחת פעולת תנודות תרמיות, מתרחשת ניתוק ננו-חלקיקים מפני השטח של השלב המוצק.
שיטות עיבוימחולק לפיסיקלי וכימי. היווצרות ננו-חלקיקים מתרחשת באמצעות סדרה של מצבי מעבר במהלך היווצרותם של הרכבי ביניים, המובילים להופעת גרעין שלב חדש, לצמיחתו הספונטנית ולהופעת ממשק שלב פיזי. חשוב להקפיד על קצב היווצרות עובר גבוה וקצב צמיחתו נמוך.
שיטות פיזיקליות נמצאות בשימוש נרחב להשגת חלקיקים אולטרה-עדינים מתכתיים. שיטות אלו הן בעצם פיזור-עיבוי. בשלב הראשון מתפזרת המתכת לאטומים על ידי אידוי. לאחר מכן, עקב רוויה-על של האדים, מתרחש עיבוי.
שיטת קרן מולקולריתמשמש להשגת ציפויים בעובי של כ-10 ננומטר. חומר המוצא בתא דיאפרגמה מחומם לטמפרטורות גבוהות תחת ואקום. החלקיקים המתאדים, העוברים דרך הסרעפת, יוצרים קרן מולקולרית. ניתן לשנות את עוצמת האלומה וקצב עיבוי החלקיקים על המצע על ידי שינוי הטמפרטורה ולחץ האדים מעל חומר המקור.
שיטת אירוסולמורכבת באידוי המתכת באטמוספירה נדירה של גז אינרטי בטמפרטורה נמוכה, ולאחר מכן עיבוי האדים. שיטה זו שימשה להשגת ננו-חלקיקים Au, Fe, Co, Ni, Ag, Al; תחמוצות, ניטרידים, סולפידים שלהם.
סינתזה קריוכימיתמבוסס על עיבוי של אטומי מתכת (או תרכובות מתכת) בטמפרטורה נמוכה במטריצה אינרטית.
עיבוי כימי. תמיסה קולואידית של זהב (אדום) עם גודל חלקיקים הושגה בשנת 1857 על ידי פאראדיי. הסול הזה מוצג במוזיאון הבריטי. היציבות שלו מוסברת על ידי היווצרות DEL בממשק של תמיסת הפאזה המוצקה והתרחשות של מרכיב אלקטרוסטטי של הלחץ המתפרק.
לעתים קרובות, סינתזה של ננו-חלקיקים מתבצעת בתמיסה במהלך תגובות כימיות. תגובות הפחתה משמשות להשגת חלקיקי מתכת. כחומר מצמצם משתמשים באלומיניום ובורוהידרידים, בהיפופוספיטים וכדומה.לדוגמא מתקבל סול זהב בגודל חלקיקים של 7 ננומטר על ידי הפחתת כלורי זהב עם נתרן בורוהידריד.
ננו-חלקיקים של מלחים או תחמוצות מתכת מתקבלים בתגובות החלפה או הידרוליזה.
פעילי שטח טבעיים וסינתטיים משמשים כמייצבים.
ננו-חלקיקים מורכבים מסונתזים. לדוגמה, Cd/ZnS, ZnS/CdSe, TiO 2 /SiO 2 . ננו-חלקיקים כאלה מתקבלים על ידי שקיעה של מולקולות מסוג אחד (קליפה) על ננו-חלקיק מסונתז מראש מסוג אחר (ליבה).
החיסרון העיקרי של כל השיטות הוא התפלגות הגודל הרחבה של ננו-חלקיקים. אחת השיטות לבקרת גודל הננו-חלקיקים קשורה להכנת ננו-חלקיקים במיקרו-אמולסיות הפכות. במיקרו-אמולסיות הפכות, ה-dis phase הוא מים, המדיום לפיזור הוא שמן. גודל הטיפות של מים (או נוזל קוטבי אחר) יכול להשתנות במידה רבה בהתאם לתנאי ההכנה ולאופי המייצב. טיפת מים ממלאת תפקיד של כור שבו נוצר שלב חדש. גודל החלקיק המתקבל מוגבל על ידי גודל הטיפה, צורת החלקיק הזה חוזרת על צורת הטיפה.
שיטת סול-ג'למכיל את השלבים הבאים: 1. הכנת התמיסה הראשונית, המכילה בדרך כלל אלקוקסידי מתכת M(OR) n , כאשר M הוא סיליקון, טיטניום, אבץ, אלומיניום, בדיל, סריום וכו', R הוא אלקלי או אריל; 2. היווצרות ג'ל עקב תגובות פילמור; 3. ייבוש; 4. טיפול בחום. הידרוליזה בממיסים אורגניים
M(OR) 4 +4H 2 OM(OH) 4 +4ROH.
לאחר מכן מתרחשת פילמור ויצירת ג'ל.
mM (OH) n (MO) 2 + 2mH 2 O.
שיטת הפפטיזציה.להבחין בין פפטיזציה בעת שטיפת המשקע, פפטיזציה של המשקע עם אלקטרוליט; פפטיזציה עם חומרים פעילי שטח; פפטיזציה כימית.
הפפטיזציה במהלך שטיפת המשקע מצטמצמת עד להסרת האלקטרוליט מהמשקע, מה שגרם לקרישה. במקרה זה, עובי ה-DEL גדל, וכוחות הדחייה של יונים-אלקטרוסטטית גוברים על כוחות המשיכה הבין-מולקולרית.
פפטיזציה של משקעים עם אלקטרוליט קשורה ליכולת של אחד מיוני האלקטרוליטים להיספג על חלקיקים, מה שתורם ליצירת DES על חלקיקים.
פפטיזציה עם חומרים פעילי שטח. מקרומולקולות פעילי שטח נספגות על חלקיקים או נותנות להם מטען (פעילי שטח יוניים) או יוצרות מחסום ספיחה-פתרון המונע מחלקיקים להיצמד זה לזה במשקעים.
פפטיזציה כימית מתרחשת כאשר חומר המוסף למערכת מקיים אינטראקציה עם חומרי משקעים. במקרה זה, נוצר אלקטרוליט היוצר DEL על פני החלקיקים.
שתי שיטות להשגת מערכות מפוזרות - פיזור ועיבוי
פיזור ועיבוי - שיטות לקבלת מערכות מפוזרות בחופשיות: אבקות, תרחיפים, סול, תחליב וכו'. תחת פיזור להבין ריסוק וטחינה של חומר, על ידי עיבוי - היווצרות של מערכת מפוזרת הטרוגנית ממערכת הומוגנית כתוצאה מחיבור של מולקולות, אטומים או יונים לצברים.
בייצור העולמי של חומרים וחומרים שונים תופסים תהליכי הפיזור והעיבוי את אחד המקומות המובילים. מיליארדי טונות של חומרי גלם ומוצרים מתקבלים במצב מפוזר חופשי. זה מבטיח את נוחות ההובלה והמינון שלהם, וגם מאפשר להשיג חומרים הומוגניים בהכנת תערובות.
דוגמאות כוללות ריסוק וטחינת עפרות, פחם, ייצור מלט. פיזור מתרחש במהלך בעירה של דלקים נוזליים.
הִתְעַבּוּת מתרחשת במהלך היווצרות ערפל, במהלך התגבשות.
יש לציין שבמהלך פיזור ועיבוי, היווצרות מערכות מפוזרות מלווה בהופעת משטח חדש, כלומר גידול בשטח הפנים הספציפי של חומרים וחומרים, לעיתים באלפי מונים או יותר. לכן, השגת מערכות מפוזרות, למעט כמה חריגים, דורשת אנרגיה.
במהלך ריסוק וטחינה, חומרים נהרסים בעיקר במקומות של פגמי חוזק (מאקרו ומיקרו-סדקים). לכן, ככל שתהליך הטחינה מתגבר, חוזק החלקיקים עולה, מה שמוביל לעלייה בצריכת האנרגיה להמשך פיזורם.
ניתן להקל על השמדת חומרים באמצעות שימוש אפקט Rebinder – הפחתת הפרברסיה של מוצקים. השפעה זו היא הפחתת אנרגיית פני השטח בעזרת חומרים פעילי שטח, ובכך להקל על העיוות וההרס של המוצק. ככאלה פעילי שטח, נקראים כאן מפחיתי קשיות,ניתן להשתמש, למשל, במתכות נוזליות כדי להשמיד מתכות מוצקות או פעילי שטח טיפוסיים.
מפחיתי קשיות מאופיינים בכמויות קטנות הגורמות לאפקט Rebinder ולספציפיות הפעולה. תוספים המרטיבים את החומר עוזרים לתווך לחדור למקומות הפגמים ובעזרת כוחות נימיים גם מקלים על הרס המוצק. חומרים פעילי שטח לא רק תורמים להרס החומר, אלא גם מייצבים את המצב המפוזר, ומונעים מחלקיקים להיצמד זה לזה.
מערכות בעלות דרגת פיזור מקסימלית ניתן להשיג רק בשיטות עיבוי.
ניתן להשיג גם תמיסות קולואידיות שיטת עיבוי כימי, המבוסס על התנהלות של תגובות כימיות, המלווה ביצירת חומרים בלתי מסיסים או מסיסים גרועים. לשם כך משתמשים בסוגים שונים של תגובות - פירוק, הידרוליזה, חיזור וכו'.
טיהור מערכות מפוזרות.
סול ותמיסות של תרכובות עם משקל מולקולרי גבוה (HMCs) מכילים תרכובות במשקל מולקולרי נמוך כזיהומים בלתי רצויים. הם מוסרים בשיטות הבאות.
דיאליזה. דיאליזה הייתה היסטורית שיטת הטיהור הראשונה. הוא הוצע על ידי T. Graham (1861). התוכנית של הדיאליזר הפשוט ביותר מוצגת באיור. 3 (ראה נספח). הסול המיועד לטהר, או תמיסת IUD, נשפך לכלי, שתחתיתו קרום ששומר על חלקיקים קולואידים או מקרומולקולות ומעביר מולקולות ממס וזיהומים במשקל מולקולרי נמוך. המדיום החיצוני במגע עם הממברנה הוא ממס. זיהומים נמוכים מולקולריים, שריכוזם באפר או בתמיסה המקרומולקולרית גבוה יותר, עוברים דרך הממברנה אל הסביבה החיצונית (דיאליזט). באיור, כיוון הזרימה של זיהומים מולקולריים נמוכים מוצג בחצים. הטיהור נמשך עד שריכוזי הזיהומים באפר ובדיאליזט מתקרבים בגודלם (ליתר דיוק, עד להשוואת הפוטנציאלים הכימיים באפר ובדיאליזט). אם אתה מעדכן את הממס, אתה יכול כמעט לחלוטין להיפטר זיהומים. שימוש זה בדיאליזה מתאים כאשר מטרת הטיהור היא להסיר את כל החומרים במשקל מולקולרי נמוך העוברים דרך הממברנה. עם זאת, במקרים מסוימים, המשימה עשויה להתברר כקשה יותר - יש צורך להיפטר רק מחלק מסוים של תרכובות נמוכות מולקולריות במערכת. לאחר מכן, כסביבה חיצונית, נעשה שימוש בתמיסה של אותם חומרים שיש לאחסן במערכת. משימה זו היא המוגדרת בעת ניקוי הדם מסיגים ורעלים נמוכים מולקולריים (מלחים, אוריאה וכו').
אולטרה סינון. אולטרה סינון היא שיטת ניקוי על ידי כפיית מדיום פיזור יחד עם זיהומים במשקל מולקולרי נמוך דרך אולטרה-פילטרים. אולטרה פילטרים הם ממברנות מאותו סוג המשמשים לדיאליזה.
מפעל האולטרה סינון הפשוט ביותר מוצג באיור. 4 (ראה נספח). את תמיסת הסול או ה- IUD המטוהרים יוצקים לתוך השקית מהאולטרה-פילטר. הסול נתון ללחץ עודף בהשוואה ללחץ האטמוספרי. זה יכול להיווצר על ידי מקור חיצוני (מיכל אוויר דחוס, מדחס וכו') או על ידי עמודה גדולה של נוזל. מדיום הפיזור מתחדש על ידי הוספת ממס טהור לסול. על מנת שמהירות הניקוי תהיה גבוהה מספיק, העדכון מתבצע במהירות האפשרית. זה מושג על ידי הפעלת לחץ יתר משמעותי. על מנת שהממברנה תעמוד בעומסים כאלה, היא מוחלת על תמיכה מכנית. רשתות וצלחות עם חורים, זכוכית ומסננים קרמיים משמשים כתמיכה כזו.
מיקרו סינון . מיקרופילטרציה היא הפרדה באמצעות מסננים של מיקרו-חלקיקים בגודל של 0.1 עד 10 מיקרון. הביצועים של המיקרופילטרט נקבעים על ידי הנקבוביות והעובי של הממברנה. להערכת נקבוביות, כלומר היחס בין שטח הנקבוביות לשטח המסנן הכולל, נעשה שימוש במגוון שיטות: ניקוב נוזלים וגזים, מדידת מוליכות חשמלית של ממברנות, מערכות ניקוב המכילות חלקיקים מכוילים מהפאזה המפוזרת וכו'.
מסננים מיקרופוריים עשויים מחומרים אנאורגניים ופולימרים. על ידי סינטר אבקות, ניתן להשיג ממברנות מחרסינה, מתכות וסגסוגות. ממברנות פולימריות למיקרו-פילטרציה עשויות לרוב מתאית ונגזרותיה.
אלקטרודיאליזה. ניתן להאיץ את הסרת האלקטרוליטים על ידי הפעלת הפרש פוטנציאלים שנכפה חיצונית. שיטת טיהור זו נקראת אלקטרודיאליזה. השימוש בו לטיהור מערכות שונות עם חפצים ביולוגיים (תמיסות של חלבונים, סרום דם וכו') החל כתוצאה מעבודתו המוצלחת של דורה (1910). המכשיר של האלקטרודיאלייזר הפשוט ביותר מוצג באיור. 5 (ראה קובץ מצורף). את החפץ לניקוי (סול, תמיסת IUD) מניחים בתא האמצעי 1, והמדיום נשפך לשני החדרים הצדדיים. בחדרי הקתודה 3 והאנודה 5, יונים עוברים דרך הנקבוביות בממברנות תחת פעולת מתח חשמלי המופעל.
אלקטרודיאליזה מתאימה ביותר לטיהור כאשר ניתן להפעיל מתחים חשמליים גבוהים. ברוב המקרים, בשלב הראשוני של הטיהור, המערכות מכילות הרבה מלחים מומסים, והמוליכות החשמלית שלהם גבוהה. לכן, במתח גבוה, כמות משמעותית של חום יכולה להשתחרר, ושינויים בלתי הפיכים יכולים להתרחש במערכות עם חלבונים או רכיבים ביולוגיים אחרים. לכן, זה רציונלי להשתמש באלקטרודיאליזה כשיטת הניקוי הסופית, באמצעות טרום דיאליזה.
מְשׁוּלָב שיטות ניקוי.בנוסף לשיטות טיהור בודדות - אולטרה סינון ואלקטרודאליזה - השילוב שלהן ידוע: אלקטרו אולטרה סינון, המשמש לטיהור והפרדת חלבונים.
ניתן לטהר ובמקביל להעלות את ריכוז ה- IUD סול או תמיסה בשיטה הנקראת אלקטרוקנטציה.השיטה הוצעה על ידי V. Pauli. אלקטרודקנטציה מתרחשת כאשר האלקטרודיאלייזר מופעל ללא ערבוב. לחלקיקי סול או מקרומולקולות יש מטען משלהם, ותחת פעולת שדה חשמלי נעים לכיוון אחת האלקטרודות. מכיוון שהם לא יכולים לעבור דרך הממברנה, ריכוזם באחד הממברנות עולה. ככלל, צפיפות החלקיקים שונה מצפיפות המדיום. לכן, באתר ריכוז הסול, צפיפות המערכת שונה מהערך הממוצע (בדרך כלל, הצפיפות עולה עם הגדלת הריכוז). הסול המרוכז זורם לתחתית האלקטרודיאלייזר, ומתרחשת מחזור בתא, שנמשך עד להסרה כמעט מלאה של החלקיקים.
תמיסות קולואידיות ובפרט תמיסות של קולואידים ליופוביים, מטוהרים ומיוצבים, למרות חוסר היציבות התרמודינמית שלהם, יכולים להתקיים ללא הגבלת זמן. תמיסות הסול הזהב האדום שהוכנו על ידי פאראדיי עדיין לא עברו שינויים גלויים לעין. נתונים אלה מצביעים על כך שמערכות קולואידיות יכולות להיות בשיווי משקל מט-יציב.
סינון, דיאליזה, אלקטרודיאליזה ואולטרה סינון משמשים לטיהור מערכות מפוזרות מזיהומים.
סינון (lat. פילטר-לבד) היא שיטת הפרדה המבוססת על העברת התערובת המרוסקת דרך סרט נקבובי. במקרה זה, חלקיקים קטנים של df עוברים דרך הנקבוביות של מסננים קונבנציונליים, בעוד שחלקיקים גדולים נשמרים. לפיכך, נעשה שימוש בסינון גם להסרת חלקיקים גדולים מהפיזור.
דיאליזה (גר. דיאליזיס- הפרדה) היא שיטה להסרת תרכובות במשקל מולקולרי נמוך ממערכות מפוזרות ותמיסות של IUDs באמצעות ממברנות. בדיאליזר, תערובת הנוזלים לדיאליזה מופרדת מהממס הטהור על ידי ממברנה מתאימה (איור 2.6). חלקיקי DP ומקרומולקולות נשמרים על ידי הממברנה, בעוד מולקולות קטנות ויונים בגודל קטן מתפזרים דרך הממברנה לתוך הממס וב...
ניתן להסיר כמעט לחלוטין את ההחלפה התכופה שלו מהתערובת הניתנת לדיאליזה.
יכולת ההפרדה של ממברנות ביחס לחומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך מבוססת על העובדה שמולקולות קטנות ויונים עוברות בחופשיות דרך הנקבוביות (נימי הדם) החודרות לממברנה או מתמוססות בחומר הממברנה.
סרטים שונים, טבעיים ומלאכותיים, משמשים כממברנות לדיאליזה. ממברנות טבעיות: שלפוחית בקר או חזיר, שלפוחית שחייה של דגים. מלאכותי: סרטים עשויים ניטרוצלולוזה, אצטט תאית, צלופן, ג'לטין ופולימרים אחרים.
קיים מגוון רחב של דיאליזרים - מכשירים לדיאליזה. כל הדיאליזרים בנויים לפי העיקרון הכללי. התערובת לדיאליזה (נוזל פנימי) מצויה בכלי שבו היא מופרדת ממים או מממס אחר (נוזל חיצוני) על ידי ממברנה (איור 2.6). קצב הדיאליזה עולה עם עלייה במשטח הממברנה, נקבוביות וגודל הנקבוביות שלו, עם עלייה בטמפרטורה, עוצמת הערבוב של הנוזל הדיאליזה, קצב השינוי של הנוזל החיצוני, ויורדת עם עליית הממברנה. עוֹבִי.
כדי להגביר את קצב הדיאליזה של אלקטרוליטים במשקל מולקולרי נמוך, נעשה שימוש באלקטרודיאליזה. לשם כך, נוצר בדיאליזר שדה חשמלי קבוע עם ירידה פוטנציאלית של 20-250 V/cm ומעלה (איור 2.7). ביצוע דיאליזה בשדה חשמלי מאפשר להאיץ את טיהור המערכות המפוזרות בכמה עשרות פעמים.
אולטרה סינון (lat. אוּלְטרָה- מעבר ל, סינון- לבד) משמש לניקוי מערכות המכילות מיקרו-חלקיקים (סולים, תמיסות תוך רחמי, תרחיפים של חיידקים, וירוסים). השיטה מבוססת על אילוץ הפרדת התערובת באמצעות מסננים בעלי נקבוביות העוברות רק מולקולות ויונים של חומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך. ניתן לחשוב על סינון אולטרה כעל דיאליזה בלחץ. הוא נמצא בשימוש נרחב לטיהור מים, חלבונים, חומצות גרעין, אנזימים, ויטמינים וכו'.
