|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Дисперсные системы и их классификация. Применение в медико-биологической практике.Стр 1 из 8Следующая ⇒
Дисперсные системы и их классификация. Применение в медико-биологической практике. Дисперсной системой называется гетерогенная система, в которой дисперсная фаза раздроблена и распределена в дисперсионной среде. Классифицировать дисперсные системы можно на основе следую-щих общих признаков: агрегатное состояние дисперсной фазы и дисперсионной среды; размер и распределение частиц дисперсной фазы по размерам; вид дисперсной фазы.
Дисперсность (степень дисперсности) D вещества обратно пропор-циональна размеру частиц a ( D ~ 1/a ) и определяется удельной поверхно-стью Sуд, равной отношению общей площади поверхности частиц к еди-нице объема (или иногда массы) дисперсной фазы Sуд = S/V. Для пористых веществ (систем, тел), например адсорбентов и катализа-торов, понятие дисперсности заменяется равнозначным понятием пористости, т. е. характеристикой размеров каналов пор, пронизывающих эти тела. В химии высокомолекулярных соединений дисперсностью часто на-зывают характеристику размеров линейных или разветвленных (цепочеч-ных) полимерных молекул, определяемую молярной массой.
Из таблицы видно, что коллоидное состояние является ультрадис-персным состоянием вещества, и, в соответствии с современными пред-ставлениями может быть названо наноструктурированным состоянием вещества, так как содержит структурные единицы (частицы, фазы, кри-сталлиты, зерна, нити, пленки, блоки, домены, пузырьки, поры) с разме-рами в диапазоне (1, 0–100) нм. Под коллоидами понимается не отдельный класс веществ, а особое состояние любого вещества, характеризующееся, прежде всего, опреде-ленными размерами его частиц, структур, слоев, физических и химиче-ских фаз.
Лиофобные коллоидные растворы. Межфазные и электрокинетические потенциалы коллоидных частиц. Лиофобные коллоидные растворы также называют золями или лио-золями. Любое вещество может быть получено в коллоидном состоянии, только необходимо создать соответствующие условия. Условия образования и существования коллоидных растворов: Ø малая растворимость дисперсной фазы, то есть плохое сродство ее к дисперсионной среде; Ø определенный размер частиц (10–9 – 10–6 м); Ø присутствие стабилизатора. Золи обязательно требуют присутствия специального стабилизато-ра (электролита). Ионы стабилизатора адсорбируются на частицах дис-персной фазы, образуя на их поверхности двойной электрический слой (ДЭС), и тем самым обеспечивают устойчивость дисперсной системы. Образовавшиеся при этом микроструктуры представляют собой мицеллы золя. Мицеллой лиофобной системы называется гетерогенная микросис-тема, которая состоит из микрокристалла дисперсной фазы, окру-женного сольватированными ионами стабилизатора. Потенциал, возникающий на межфазной границе между твердой и жидкой фазами в грануле (граница АА, рис.19), называется межфазным ( φ мф).Значение межфазного потенциала зависит от природы твердой фазы, заряда и концентрации потенциалопределяющих ионов. Знак φ мф совпада-ет со знаком заряда ПОИ. Потенциал на границе скольжения ББ (рис.19) между адсорбцион-ным и диффузным слоями ДЭС мицеллы называется электрокинетиче-ским(дзета) потенциалом ξ. Электрокинетический потенциал является характеристикой ДЭС: он определяет возможность и скорость относительного перемещения дис-персной фазы и дисперсионной среды, интенсивность электрокинетиче-ских явлений, устойчивость золей и разрушение дисперсных систем элек-тролитами. Величина ξ -потенциала зависит от толщины диффузного слоя: чем она меньше, тем меньше ξ -потенциал. Толщина диффузного слоя опреде-ляется концентрацией и зарядом противоионов. Чем выше заряд противо-оинов и больше их концентрация, тем больше противоионов находится в плотном слое и меньше их остается в диффузном слое. Это приводит к уменьшению ξ -потенциала. Изменение ξ -потенциала зависит от свойств среды и наличия в ней противоионов. Добавление в дисперсионную среду одновалентных проти-воионов приводит к сжатию диффузного слоя и снижению ξ -потенциала. Таким образом, значения ξ -потенциала могут быть отрицательными или положительными, а в определенных условиях он становится равным нулю (изоэлектрическое состояние). Физическая конденсация Метод замены растворителя. Метод основан на выделении рас-творенного вещества из раствора в виде высокодисперсной нераствори-мой фазы путем замены растворителя. Молекулы растворенного вещества, находящегося в состоянии молекулярной дисперсности в одном раствори-теле, попадая в условия малой растворимости при замене растворителя, начинают конденсироваться в более крупные коллоидные частицы. Дан-ным методом можно приготовить золи серы, холестерина, канифоли, мас-тики при вливании спиртовых растворов этих веществ в воду. Диспергационные методы получения дисперсных систем Диспергированием называют тонкое измельчение твердых материа-лов или жидкостей и распределение их частиц в жидкой или газообразной среде, в результате чего образуются порошки, суспензии, эмульсии, аэро-золи. Механические методы . Для дробления веществ в лабораториях и на производствах применяются устройства, работающие по принципу удар-ного размельчения и растирания, диспергируемых материалов; к таким устройствам относятся шаровые и коллоидные мельницы. Ультразвуковой метод . Диспергирующее действие ультразвука связано с тем, что при прохождении звуковой волны в жидкости происхо-дят локальные быстро сменяющиеся сжатия и растяжения, которые соз-дают разрывающее усилие и приводят к диспергированию взвешенных частиц. Таким путем получают высокодисперсные эмульсии и суспензии, в том числе пригодные для внутривенного введения. Кроме того, при дей-ствии ультразвука на коллоидные растворы, эмульсии, суспензии проис-ходит их стерилизация, так как кавитация (образование пузырьков) вызы-вает разрушение тел микроорганизмов и их спор. Кавитация возникает во время ударной волны при липотрипсии и играет важную роль при разру-шении камней в почках. Электрический метод . Метод получения коллоидных растворов при помощи электричества, который предложен Бредигом (1898), можно использовать главным образом, для приготовления гидрозолей благород-ных металлов. Этот метод основан на получении электрической дуги ме-жду электродами, состоящими из диспергируемого металла (серебра, зо-лота). Под воздействием высокой температуры происходит испарение ма-териала электродов в дисперсионной водной среде. Затем пары металла конденсируются в коллоидные частицы, образуя соответствующий золь. Процесс проводят при охлаждении. Метод самопроизвольного диспергирования . Этот метод может быть использован для получения растворов высокомолекулярных веществ из твердых полимеров диспергированием их в соответствующих раство-рителях, как, например, при растворении в воде крахмала, гуммиарабика, желатина, сухого белка, агар-агара. Метод самопроизвольного диспергирования твердого вещества в жидкой среде приводит к образованию двухфазной устойчивой коллоид- ной системы. Самодиспергирование совершается без внешних механиче- ских воздействий на этот процесс; так, например, некоторые масла могут самопроизвольно эмульгироваться в воде при наличии в среде стабилиза- тора (15 – 35% натриевого мыла). Методы очистки дисперсных систем Биологические жидкости содержат одновременно вещества в колло- идном состоянии и примеси ионов и молекул низкомолекулярных ве- ществ. Очистка коллоидных растворов от примесей низкомолекулярных веществ основана на том, что крупные коллоидные частицы, в отличие от НМВ не проникают через животные и растительные мембраны (коллодий, целлофан, кишечная ткань) Диализ заключается в очистке коллоидных систем от ионов и моле- кул низкомолекулярных веществ в результате их диффузии в чистый рас- творитель через полупроницаемую перегородку (мембрану), через кото- рую не проходят коллоидные частицы. Периодически или непрерывно сменяя растворитель в приборе для диализа – диализаторе (рис.15), можно практически полностью удалить из дисперсных систем примеси электро- литов и низкомолекулярных неэлектролитов. Недостатком метода является большая длительность процесса очи- стки (недели, месяцы). Электродиализ – это процесс диализа в условиях наложения посто-янного электрического поля, под действием которого катионы и анионы приобретают направленное движение к электродам, и про-цесс очистки значительно ускоряется. Компенсационный или вивидиали з применяют тогда, когда необ-ходимо освободиться лишь от части низкомолекулярных примесей. В этом случае растворитель заменяют раствором НМВ, которые необходимо оставить в коллоидном растворе. По принципу вивидиализа работает аппарат «искусственная почка» (АИП) (рис.16), применяемый при острой почечной недостаточности, ко-торая может наступить в результате отравления, при тяжелых ожогах и т.п. Работа искусственной почки основана на принципе диализа веществ через полупроницаемую мембрану (целлофан) вследствие разницы их концентраций в крови и диализирующем растворе, который содержит ос-новные электролиты крови и глюкозу в близких к физиологическим кон-центрациях и не содержит веществ, которые надо удалять из организма (мочевина, креатинин, мочевая кислота, сульфаты, фосфаты и др.). Белки, форменные элементы крови, бактерии и вещества с молекулярной массой более 30000 через мембрану не проходят. При гемодиализе, т. е. работе искусственной почки, кровь больного отсасывается через катетер (1) насо-сом (2) из нижней полой вены, проходит внутри камер из целлофановых листов диализатора (3), которые снаружи омываются диализирующим раствором, подаваемым другим насосом, и, частично очищенная, возвращается в одну из поверхностных вен. Гемодиализ проводится от 4 до 12 ч; в течение этого времени, чтобы кровь не свѐ ртывалась, в неѐ вводят про- тивосвѐ ртывающие вещества (гепарин). При острой почечной недостаточ- ности гемодиализ повторяют через 3–6 дней до восстановления функции почек; при хронической недостаточности, когда его необходимо прово- дить 2–3 раза в неделю в течение нескольких месяцев или лет, между лу- чевой артерией и поверхностной веной предплечья устанавливают тефло- новый шунт, с которым и соединяют искусственную почку. В этом случае кровь может поступать в диализатор без использования насоса. Ультрафильтрация – фильтрование дисперсной системы через по- лупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с низкомолекулярными примесями и задерживающую частицы дис- персной фазы или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрации ее проводят, создавая разность давления на мембране, понижая давление под мембраной (созда- вая разрежение, вакуумируя) или повышая давление над мембраной. Для предотвращения разрыва мембраны ее помещают на твердую пористую пластинку.
Дисперсные системы и их классификация. Применение в медико-биологической практике. Дисперсной системой называется гетерогенная система, в которой дисперсная фаза раздроблена и распределена в дисперсионной среде. Классифицировать дисперсные системы можно на основе следую-щих общих признаков: агрегатное состояние дисперсной фазы и дисперсионной среды; размер и распределение частиц дисперсной фазы по размерам; вид дисперсной фазы.
Дисперсность (степень дисперсности) D вещества обратно пропор-циональна размеру частиц a ( D ~ 1/a ) и определяется удельной поверхно-стью Sуд, равной отношению общей площади поверхности частиц к еди-нице объема (или иногда массы) дисперсной фазы Sуд = S/V. Для пористых веществ (систем, тел), например адсорбентов и катализа-торов, понятие дисперсности заменяется равнозначным понятием пористости, т. е. характеристикой размеров каналов пор, пронизывающих эти тела. В химии высокомолекулярных соединений дисперсностью часто на-зывают характеристику размеров линейных или разветвленных (цепочеч-ных) полимерных молекул, определяемую молярной массой.
Из таблицы видно, что коллоидное состояние является ультрадис-персным состоянием вещества, и, в соответствии с современными пред-ставлениями может быть названо наноструктурированным состоянием вещества, так как содержит структурные единицы (частицы, фазы, кри-сталлиты, зерна, нити, пленки, блоки, домены, пузырьки, поры) с разме-рами в диапазоне (1, 0–100) нм. Под коллоидами понимается не отдельный класс веществ, а особое состояние любого вещества, характеризующееся, прежде всего, опреде-ленными размерами его частиц, структур, слоев, физических и химиче-ских фаз.
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 798; Нарушение авторского права страницы