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.



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.

Состояние вещества в зависимости от степени дисперсности Состояние вещества Раздробленность вещества Размер частиц, нм Степень дисперсно-сти D, см-1 Число атомов в одной частице (шт) Средство наблюдения
Макроско-пическое Грубодисперсная 107–105 10–102 > 1018 Невоору-женный глаз
Микроско-пическое Тонкодисперсная 105–102 102–105 > 109 Оптические микроскопы
Коллоидное или нанострук-туриро-ванное Ультрадисперсная 102–1 105–107 109–102 Ультрамик-роскопы, РЭМ, ТЭМ, СЗМ
Молеку-лярное, атомное и ионное Молекулярная, атомная и ионная 100–10–1 > 107 < 102 Высокораз-решающие (< 0, 1 нм) РЭМ, ТЭМ, СЗМ

 

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.

Свободно- и связнодисперсные системы Класс дисперсных систем Характеристика Примеры
Свободнодис-персные Дисперсная фаза подвижна, так как представлена отдельными, не связанными между собой части-цами, более или менее равномер-но распределенными в объеме дисперсионной среды Лиозоли, суспензии, эмуль-сии, кровь, аэрозоли (тума-ны, дымы, пыли)
Связнодисперс-ные Дисперсная фаза практически не подвижна, так как образует сплошную структуру (сетку, кар-кас), внутри которой заключена дисперсионная среда Лиогели, студни, волокни-стые и пористые капилляр-ные системы (костная ткань), биомембраны, пены, гели, твердые растворы

 

 

Лиофобные системы Лиофильные системы
Слабое взаимодействие между дис-персной фазой и дисперсной средой Сильное взаимодействие между дис-персной фазой и дисперсионной средой
Образуются за счет затраты энергии извне Образуются самопроизвольно
Эндэргонический процесс Экзэргонический процесс
Термодинамически неустойчивы Термодинамически устойчивы
Необходим стабилизатор Стабилизатор не требуется

 

Дисперсная фаза Дисперсионная среда Условное обозначение системы Примеры дисперсных систем
Жидкость Газ ж/г Туман, облака, аэрозоли жидких лекарств
Твердое Тело Газ т/г Дым, пыль, порошки, аэро-золи твердых лекарств
Газ Жидкость г/ж Пены, газовые эмульсии (мыльная, кислородная пе-на)
Жидкость Жидкость ж/ж Эмульсии (молоко, лекар-ственные эмульсии)
Твердое Тело Жидкость т/ж Суспензии, золи, взвеси
Газ твердое тело г/т Твердые пены, хлеб, пемза, силикагель, активирован-ные угли
Жидкость твердое тело ж/т Жемчуг, минералы, капил-лярные системы, гели
Твердое тело твердое тело т/т Цветные стекла, минералы, сплавы, самоцветы

 

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.

Состояние вещества в зависимости от степени дисперсности Состояние вещества Раздробленность вещества Размер частиц, нм Степень дисперсно-сти D, см-1 Число атомов в одной частице (шт) Средство наблюдения
Макроско-пическое Грубодисперсная 107–105 10–102 > 1018 Невоору-женный глаз
Микроско-пическое Тонкодисперсная 105–102 102–105 > 109 Оптические микроскопы
Коллоидное или нанострук-туриро-ванное Ультрадисперсная 102–1 105–107 109–102 Ультрамик-роскопы, РЭМ, ТЭМ, СЗМ
Молеку-лярное, атомное и ионное Молекулярная, атомная и ионная 100–10–1 > 107 < 102 Высокораз-решающие (< 0, 1 нм) РЭМ, ТЭМ, СЗМ

 

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.

Свободно- и связнодисперсные системы Класс дисперсных систем Характеристика Примеры
Свободнодис-персные Дисперсная фаза подвижна, так как представлена отдельными, не связанными между собой части-цами, более или менее равномер-но распределенными в объеме дисперсионной среды Лиозоли, суспензии, эмуль-сии, кровь, аэрозоли (тума-ны, дымы, пыли)
Связнодисперс-ные Дисперсная фаза практически не подвижна, так как образует сплошную структуру (сетку, кар-кас), внутри которой заключена дисперсионная среда Лиогели, студни, волокни-стые и пористые капилляр-ные системы (костная ткань), биомембраны, пены, гели, твердые растворы

 

 

Лиофобные системы Лиофильные системы
Слабое взаимодействие между дис-персной фазой и дисперсной средой Сильное взаимодействие между дис-персной фазой и дисперсионной средой
Образуются за счет затраты энергии извне Образуются самопроизвольно
Эндэргонический процесс Экзэргонический процесс
Термодинамически неустойчивы Термодинамически устойчивы
Необходим стабилизатор Стабилизатор не требуется

 

Дисперсная фаза Дисперсионная среда Условное обозначение системы Примеры дисперсных систем
Жидкость Газ ж/г Туман, облака, аэрозоли жидких лекарств
Твердое Тело Газ т/г Дым, пыль, порошки, аэро-золи твердых лекарств
Газ Жидкость г/ж Пены, газовые эмульсии (мыльная, кислородная пе-на)
Жидкость Жидкость ж/ж Эмульсии (молоко, лекар-ственные эмульсии)
Твердое Тело Жидкость т/ж Суспензии, золи, взвеси
Газ твердое тело г/т Твердые пены, хлеб, пемза, силикагель, активирован-ные угли
Жидкость твердое тело ж/т Жемчуг, минералы, капил-лярные системы, гели
Твердое тело твердое тело т/т Цветные стекла, минералы, сплавы, самоцветы

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 728; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.031 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь