สำนักพิมพ์ที่ผลิตวรรณกรรมเพื่อการศึกษาสำหรับระบบการศึกษาระดับมัธยมศึกษา มหาวิทยาลัยศิลปะการพิมพ์แห่งรัฐมอสโก
เพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อิเล็กโทรไลต์ที่ไม่เสถียร) สารละลายต่างๆ มักจะถูกทำให้บริสุทธิ์หลังการเตรียม วิธีการทำให้โซลบริสุทธิ์คือการฟอกไตและการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน
การฟอกไตขึ้นอยู่กับความแตกต่างในอัตราการแพร่กระจายของโมเลกุลหรือไอออนขนาดเล็กและอนุภาคขนาดคอลลอยด์ผ่านพาร์ติชันแบบกึ่งซึมผ่านได้ - เมมเบรน เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ เมมเบรนที่ทำจากเยื่อของสัตว์และพืช เจลาตินสีแทน เยื่อคอลโลเดียน เซลลูโลสอะซิเตตและกระดาษแก้ว กระดาษ parchment วัสดุเซรามิกที่มีรูพรุน ฯลฯ ถูกนำมาใช้
โมเลกุลและไอออนขนาดเล็กจากโซลจะทะลุผ่านเมมเบรนและกระจายไปในน้ำเมื่อสัมผัสกับเมมเบรน ในขณะที่โมเลกุลของน้ำจะทะลุผ่านเมมเบรนในทิศทางตรงกันข้าม เป็นผลให้หลังจากการทำให้บริสุทธิ์ ระบบคอลลอยด์จะถูกเจือจาง การทำให้สารละลายคอลลอยด์บริสุทธิ์ด้วยวิธีนี้ต้องใช้เวลาพอสมควร (วัน สัปดาห์ และแม้แต่เดือน) เพื่อเร่งการฟอกไต สามารถใช้เทคนิคต่างๆ ได้ เช่น การเพิ่มพื้นที่เมมเบรน ลดชั้นของเหลวที่จะบริสุทธิ์ หรือเปลี่ยนของเหลวภายนอก (น้ำ) บ่อยๆ เพิ่มอุณหภูมิ หรือใช้สนามไฟฟ้า (อิเล็กโทรไดอะไลซิส) . โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระบวนการฟอกไตด้วยไฟฟ้าช่วยให้กระบวนการฟอกไตเสร็จสิ้นภายในไม่กี่ชั่วโมง ภายใต้สภาวะทางอุตสาหกรรม การฟอกไตจะใช้เพื่อกำจัดเกลือออกจากโปรตีน (เจลาติน วุ้นวุ้น กัมอาราบิก) สีย้อม ซิลิกาเจล แทนนิน ฯลฯ
ในระหว่างกระบวนการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน เมมเบรนจะรักษาอนุภาคของเฟสที่กระจายตัวหรือโมเลกุลขนาดใหญ่ และตัวกลางการกระจายตัวที่มีสิ่งเจือปนโมเลกุลต่ำที่ไม่พึงประสงค์จะผ่านเมมเบรน อัลตราฟิลเตรชันเป็นกระบวนการแบบบารอมเมมเบรน ซึ่งต่างจากการฟอกไตตรงที่จะดำเนินการภายใต้ความกดดัน ด้วยการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน จะทำให้โซลบริสุทธิ์ได้ในระดับสูงโดยที่โซลมุ่งความสนใจไปพร้อมๆ กัน บางครั้งกล่าวกันว่าการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันเป็นการฟอกไตภายใต้ความกดดัน แม้ว่าจะไม่เป็นความจริงทั้งหมดก็ตาม (ผู้ที่สงสัยเป็นพิเศษอาจสงสัยว่าทำไม)
การใช้เมมเบรนที่มีขนาดรูพรุนทำให้สามารถแยกอนุภาคคอลลอยด์ออกเป็นเศษส่วนตามขนาดและกำหนดขนาดเหล่านี้โดยประมาณ นี่คือขนาดที่พบไวรัสบางชนิด ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่าการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันไม่เพียงแต่เป็นวิธีการทำให้ระบบคอลลอยด์บริสุทธิ์เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เป็นวิธีการวิเคราะห์การกระจายตัวและสำหรับการแยกเตรียมระบบที่กระจายตัวอีกด้วย
ตัวอย่างที่น่าสนใจของการฟอกไตร่วมกับอัลตราฟิลเตรชันร่วมกันคืออุปกรณ์ไตเทียมที่ออกแบบมาเพื่อทดแทนการทำงานของไตชั่วคราวในภาวะไตวายเฉียบพลัน ช่วยเสริมสร้างการทำงานของไต เช่น กำจัดของเสียออกจากเลือด ควบคุมความดันโลหิต และสมดุลของน้ำ-อิเล็กโทรไลต์ ในไตเทียม ยูเรีย กรดยูริก ครีเอตินีน โพแทสเซียมไอออน สารพิษ และสารอื่นๆ จะถูกกำจัดออกจากพลาสมา (พลาสมาเป็นส่วนของเหลวของเลือด) โดยการผ่าตัดจะเชื่อมต่อกับระบบไหลเวียนโลหิตของผู้ป่วย เลือดภายใต้ความดันที่สร้างขึ้นโดยปั๊มที่เต้นเป็นจังหวะ (“หัวใจเทียม”) ไหลในช่องว่างแคบ ๆ ระหว่างเยื่อหุ้มทั้งสองที่ถูกล้างจากภายนอกด้วยสารละลายทางสรีรวิทยา (สารละลายน้ำเกลือเป็นสารละลายที่เป็นน้ำคล้ายกับองค์ประกอบของเกลือ ค่า pH และคุณสมบัติอื่น ๆ ในเลือดของบุคคลที่มีสุขภาพดี เช่น สารละลายที่มี NaCl 0.9% และกลูโคส 4.5%) ด้วยพื้นที่เยื่อหุ้มเซลล์ขนาดใหญ่ (~15,000 ตร.ซม.) “สารพิษ” ข้างต้นทั้งหมดจะถูกกำจัดออกจากเลือดภายใน 3-4 ชั่วโมง
ขนาดรูพรุนของเยื่อกรองแบบอัลตราฟิลเตรชั่นอยู่ระหว่าง 1 ถึง 10 นาโนเมตร หากคุณใช้เมมเบรนที่มีรูพรุนที่บางกว่า (น้อยกว่า 1 นาโนเมตร) ไม่เพียงแต่อนุภาคที่กระจัดกระจายจะยังคงอยู่ แต่ยังมีโมเลกุลที่ค่อนข้างใหญ่และแม้แต่ไอออนด้วย (ขนาดของไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำมีความสำคัญค่อนข้างมากเนื่องจากการก่อตัวของเปลือกไฮเดรชั่น ). จริงอยู่ กระบวนการดังกล่าวต้องการแรงกดดันในการทำงานมากกว่าในกรณีของการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน กระบวนการบาเมมเบรนเบรนนี้เรียกว่าไฮเปอร์ฟิลเตรชันหรือรีเวิร์สออสโมซิส
เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าวิธีการกรองแบบไฮเปอร์ฟิลเตรชันควบคู่ไปกับวิธีการกลั่นนั้นถูกนำมาใช้ในชีวิตประจำวันและในอุตสาหกรรมสำหรับการทำน้ำให้บริสุทธิ์และกำจัดไอออน
จากการฟอกไตและการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน อิเล็กโทรไลต์จะถูกกำจัดออกจากโซลเนื่องจากการเลือกถ่ายโอนอนุภาคผ่านเมมเบรน ความแตกต่างระหว่างกระบวนการเหล่านี้อยู่ที่กลไกและแรงผลักดันในการถ่ายโอนสสาร ในกรณีของการฟอกไต การทำให้บริสุทธิ์จะดำเนินการเนื่องจากการแพร่กระจายของไอออนหรือโมเลกุล ซึ่งส่วนใหญ่มีขนาดเล็กกว่าขนาดของอนุภาคคอลลอยด์อย่างมาก และในกรณีของการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน การแยกไอออน โมเลกุล และอนุภาคคอลลอยด์เกิดขึ้น ตามหลักการตะแกรง แรงผลักดันสำหรับการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันคือการไล่ระดับความดันมากกว่าการไล่ระดับความเข้มข้น เช่นในกรณีของการฟอกไต ในระหว่างการทำให้บริสุทธิ์โดยการฟอกไต โซลจะเจือจาง และในระหว่างการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันจะมีความเข้มข้น
บทสรุป
ระบบกระจายตัวของคอลลอยด์ (dispersions)– การก่อตัวแบบไมโครฮีเทอโรจีนัสโดยที่สารที่ถูกแบ่งละเอียดหนึ่งตัว – ระยะที่กระจายตัว – มีการกระจายเท่า ๆ กัน (กระจายตัว) ในอีกเฟสหนึ่ง – ตัวกลางในการกระจายตัว ในระบบคอลลอยด์ ขนาดอนุภาคของเฟสการกระจายตัวคือ 10–9–10–7 ม. เช่น อยู่ในช่วงตั้งแต่นาโนเมตรถึงเศษส่วนของไมโครเมตร บริเวณนี้มีขนาดใหญ่กว่าขนาดของโมเลกุลขนาดเล็กทั่วไป แต่เล็กกว่าขนาดของวัตถุที่มองเห็นได้ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไป
ธรรมชาติทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นสิ่งมีชีวิตจากสัตว์และพืช อุทกสเฟียร์และบรรยากาศ เปลือกโลกและดินใต้ผิวดิน เป็นกลุ่มที่ซับซ้อนของระบบกระจายตัวหยาบและคอลลอยด์ประเภทต่างๆ มากมาย สถานะกระจัดกระจายค่อนข้างเป็นสากล และภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม ร่างกายใด ๆ ก็สามารถเข้าไปได้ สิ่งนี้กำหนดตำแหน่งพิเศษของเคมีคอลลอยด์ - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาระบบคอลลอยด์และปรากฏการณ์พื้นผิวของพวกเขาซึ่งการพัฒนาจะดำเนินการโดยการสัมผัสโดยตรงและการมีปฏิสัมพันธ์กับสาขาวิทยาศาสตร์อุตสาหกรรมการแพทย์และการเกษตรหลายแห่งซึ่งมักจะไม่เกี่ยวข้อง
การสนับสนุนที่สำคัญในการศึกษาระบบคอลลอยด์ของร่างกายมนุษย์เกิดจากผลงานของ L. Michaelis, G. Schade, W. Ostwald, P. Rehbinder, F. Hoffmeister, E. Abderhalden, G. Freundlich และคนอื่นๆ
เคมีคอลลอยด์ศึกษาระบบคอลลอยด์ที่หลากหลายทั้งหมด รวมถึงประเภทต่อไปนี้:
1.โซลี. 2. เจล3. อิมัลชัน 4. โฟม 5. สเปรย์
คุณสมบัติหลักของสถานะคอลลอยด์ของสารในระบบชีวภาพคือ: 1. การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนของอนุภาคเฟสที่กระจายตัว 2. ไม่สามารถกรองแบบอัลตราฟิลเตรตและผ่านเยื่อกึ่งซึมผ่านได้ 3. ค่าต่ำหรือไม่มีศักย์ออสโมซิส 4.ความสามารถในการแข็งตัว 5. คุณสมบัติพื้นผิว - ความสามารถในการดูดซับสารต่างๆ 5. การเปลี่ยนผ่านของโซลเจลและในทางกลับกัน6. ความสามารถในการบวม
บทบาทระดับโลกของคอลลอยด์อยู่ที่ความจริงที่ว่าพวกมันเป็นองค์ประกอบหลักของการก่อตัวทางชีวภาพเช่นสิ่งมีชีวิต สารทั้งหมดในร่างกายมนุษย์เป็นระบบคอลลอยด์
คอลลอยด์เข้าสู่ร่างกายในรูปแบบของสารอาหาร และในระหว่างกระบวนการย่อยอาหาร จะถูกแปลงเป็นคอลลอยด์ที่มีลักษณะเฉพาะของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ
สรีรวิทยาของมนุษย์คอลลอยด์เคมีเป็นสาขาวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาการทำงานของระบบต่างๆ ของร่างกายมนุษย์ที่ก่อตัวเป็นสารประกอบคอลลอยด์ เราสามารถพูดได้ว่าร่างกายมนุษย์ทั้งหมดเป็นระบบคอลลอยด์ที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์บนพื้นผิว
คอลลอยด์ที่อุดมด้วยโปรตีนประกอบขึ้นเป็นผิวหนัง กล้ามเนื้อ เล็บ ผม หลอดเลือด ปอด ระบบทางเดินอาหารทั้งหมด และอื่นๆ อีกมากมาย หากปราศจากชีวิตแบบที่คิดไม่ถึง
จากมุมมองของสรีรวิทยาคอลลอยด์เคมีของบุคคลร่างกายของเขาเป็นระบบที่ซับซ้อนที่ซับซ้อนในการโต้ตอบแบบไดนามิกอย่างต่อเนื่อง หน่วยโครงสร้างและการทำงานที่เล็กที่สุดของร่างกายคือเซลล์ เซลล์นั้นมีความซับซ้อนของการก่อตัวของคอลลอยด์ซึ่งส่วนหลักคือเยื่อหุ้มเซลล์, ไฮยาพลาสซึม, นิวเคลียส, ER ฯลฯ หน้าที่หลักของคอลลอยด์เยื่อหุ้มเซลล์คือ: สิ่งกีดขวาง, เมตาบอลิซึม, การแยก, กรอบ, การบำรุงรักษาป้องกันของ turgor ใน เซลล์พืช การขนส่ง การสัมผัส (พลาสโมเดสมาตา เดสโมโซม) เอนไซม์ และอื่นๆ เมมเบรนมีส่วนร่วมในการก่อตัวของออร์แกเนลล์ของเซลล์ (นิวเคลียส, ไมโตคอนเดรีย, ไลโซโซม, กอลจิคอมเพล็กซ์ ฯลฯ ) หนึ่งในหน้าที่ที่สำคัญที่สุดของเมมเบรนคือการมีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์ระหว่างลิแกนด์กับตัวรับ (glycocalyx) ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึง "การรับรู้" และการรับรู้ข้อมูลแอนติเจนจากต่างประเทศและรับรองสิ่งที่เรียกว่าการติดต่อทางเซลล์
ไฮยาพลาสซึมของเซลล์ยังเป็นระบบการกระจายตัวของคอลลอยด์ที่ซับซ้อน ซึ่งมีหน้าที่รวมถึงการก่อตัวของโครงร่างโครงร่างเซลล์ของเซลล์ (ระบบโปรตีนคอลลอยด์ที่แทรกซึมเข้าไปในเซลล์) โครงกระดูกช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเคลื่อนที่ของเซลล์ ไซโตพลาสซึม ออร์แกเนล การขนส่งสาร และสร้างกรอบเซลล์ ไฮยาโลพลาสซึมและคอลลอยด์จะรวมเซลล์ให้เป็นหนึ่งเดียว
ที่ถูกศึกษามากที่สุดคือระบบคอลลอยด์ของร่างกาย เช่น เลือด เลือดเป็นกลุ่มของระบบที่กระจัดกระจาย ในพลาสมาเลือด ระยะการกระจายตัวคือโปรตีนและไขมัน และตัวกลางที่กระจายตัวคือน้ำ ในทางกลับกัน องค์ประกอบที่เกิดขึ้นของเลือดถือได้ว่าเป็นระยะการกระจายตัวที่สัมพันธ์กับพลาสมา ซึ่งในกรณีนี้จะทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการกระจายตัว เซลล์เม็ดเลือดเอง - เกล็ดเลือด, เม็ดเลือดแดง, เม็ดเลือดขาวเช่นเดียวกับเซลล์อื่น ๆ ของร่างกายเป็นระบบที่กระจายตัวขององค์ประกอบที่ซับซ้อน หน้าที่ที่สำคัญที่สุดของเลือด ได้แก่ ระบบทางเดินหายใจ โภชนาการ การขนส่ง การขับถ่าย การควบคุมอุณหภูมิ การควบคุม (pH ฮอร์โมน ฯลฯ) การป้องกัน (ระบบการแข็งตัวของเลือด - สารกันเลือดแข็ง, แอนติบอดี, ไซโตไคน์)
ของเหลวหรือเนื้อเยื่อเกือบทุกชนิดในร่างกายมนุษย์เป็นสื่อที่กระจายตัวเป็นคอลลอยด์ ตัวอย่างเช่นน้ำเหลือง, นม, เนื้อหาของระบบทางเดินอาหาร, น้ำดี, น้ำไขสันหลัง, ปัสสาวะ
ปัสสาวะเป็นโซลที่ชอบน้ำซึ่งประกอบด้วยไมเซลล์ของยูเรต ฟอสเฟต และออกซาเลต น้ำนมแม่และน้ำเหลืองเป็นส่วนผสมของอิมัลชันกับโซลโปรตีน เส้นใยเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเป็นเจล
ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางพยาธิวิทยาในร่างกาย โปรตีนในของเหลวบวมน้ำ (transudates) หรือโปรตีนในสารหลั่งที่อักเสบจะอยู่ในสถานะคอลลอยด์ การละเมิดคุณสมบัติคอลลอยด์ของสื่อในร่างกายข้างต้นทำให้เกิดลิ่มเลือดในเลือดและผลที่ตามมาคือการพัฒนาของโรคหลอดเลือดสมองและหัวใจวาย ในกรณีนี้นิ่วจะก่อตัวในน้ำดีและปัสสาวะและในเนื้อเยื่อข้อต่อ - การสูญเสียเกลือของกรดยูริก (โรคเกาต์)
ดังนั้นระบบคอลลอยด์จึงเป็นพื้นฐานของสถานะทางเคมีของสารทั้งหมดที่ใช้สร้างเซลล์ เนื้อเยื่อ และอวัยวะของร่างกายมนุษย์ นี่คือเหตุผลของการทำงานที่หลากหลายที่ระบบคอลลอยด์มีในร่างกาย ความหลากหลายของฟังก์ชั่นสามารถแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มซึ่งมีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิดอย่างแน่นอน
1.ฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของคอลลอยด์:
1.1 จัดเตรียมและควบคุมการซึมผ่านของเมมเบรน
1.2 การควบคุมแรงดันออสโมติกและ (ในระดับน้อยกว่า)
1.3 จัดเตรียมและควบคุมแรงตึงผิวของสื่อในร่างกาย
1.4 การควบคุมค่า pH
1.5 การทำงานของเอนไซม์
1.6 การล้างพิษในร่างกาย
2.หน้าที่ของความสำคัญทางชีวภาพทั่วไป:
2.1 สิ่งกีดขวางและการแยกจากกัน
2.2 กล้ามเนื้อและกระดูก
2.3 การขนส่ง
2.4 โภชนาการ.
2.5 สังเคราะห์ทางชีวภาพ
2.6 ระบบทางเดินหายใจ
2.7 การขับถ่าย
2.8 การควบคุมอุณหภูมิ
2.9 การสืบพันธุ์
2.10 ให้ปฏิสัมพันธ์การสัมผัสของเซลล์และการรับรู้ข้อมูลทางพันธุกรรม
2.11 การป้องกัน (ปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกัน, แอนติบอดี - อิมมูโนโกลบูลิน)
3.ฟังก์ชั่นเฉพาะ:
3.1 โปรตีนควบคุม (ฮอร์โมน สารสื่อกลางภูมิคุ้มกัน - ไซโตไคน์ ฯลฯ)
3.2 รับประกันการแข็งตัวของเลือดและการละลายลิ่มเลือด
3.3 การควบคุมเสียงของหลอดเลือด (น้ำตก kallikrein-kinin, ระบบโปรตีน renin-angiotensin ฯลฯ )
3.4 ให้ปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกัน (น้ำตกของโปรตีนของระบบเสริม ฯลฯ )
3.5 ตัวรับ
การใช้คอลลอยด์มีการใช้มากขึ้นในทางการแพทย์
จากการใช้โซลคอลลอยด์อย่างง่ายสำหรับการบำบัดรักษาเฉพาะที่ และการใช้เกลืออะลูมิเนียมและแมกนีเซียมเพื่อลดความเป็นกรดในกระเพาะอาหาร ไปจนถึงการใช้อะลูมิเนียมไฮดรอกซีเป็นตัวทำให้คงตัวและตัวพายา และต่อไปจนถึงการใช้ไลโปโซมและนาโนแคปซูล
เมื่อเตรียมสารละลายคอลลอยด์แล้ว สารละลายเหล่านั้นมักจะปนเปื้อนด้วยสิ่งเจือปน ซึ่งเป็นปริมาณที่มากเกินไปจากอิเล็กโทรไลต์หรือสารทำให้คงตัวดั้งเดิม เพื่อให้ได้สารละลายคอลลอยด์ที่เสถียรซึ่งสามารถเก็บรักษาในระยะยาว วัคซีนและซีรั่มที่เหมาะสำหรับการใช้ทางการแพทย์ จึงทำให้สารละลายเหล่านั้นบริสุทธิ์ เพื่อจุดประสงค์นี้ จะใช้การกรอง การฟอกไต อิเล็กโทรไดอะไลซิส และการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน
การกรองผ่านตัวกรองกระดาษ - นี่คือการทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกหยาบ
การฟอกไต- นี่คือกระบวนการทำให้โซลบริสุทธิ์จากสิ่งเจือปนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ซึ่งสามารถผ่านเมมเบรนกึ่งซึมเข้าไปได้เป็นตัวทำละลายบริสุทธิ์ได้อย่างง่ายดาย ในขณะที่อนุภาคคอลลอยด์ขนาดใหญ่กว่าจะไม่ผ่านและยังคงอยู่ในถุงฟอกไต (รูปที่ 2.3a) เมมเบรนอาจเป็นแบบธรรมชาติหรือเทียม - จากกระดาษแก้ว, กระเพาะวัวหรือปลา, คอลโลเดียน ฯลฯ กระบวนการฟอกไตใช้เวลานานจึงเร่งให้เร็วขึ้นโดยใช้อิเล็กโทรไดอะไลซิส
การฟอกไตด้วยไฟฟ้า– การล้างไตโดยใช้กระแสไฟฟ้า ซึ่งสร้างการเคลื่อนที่โดยตรงของไอออนน้ำหนักโมเลกุลต่ำผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ ซึ่งจะช่วยเร่งการกำจัดอิเล็กโทรไลต์และสิ่งสกปรกที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (รูปที่ 2.3b)
การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน(การแยกเฟสกระจายออกจากตัวกลาง) จะถูกกรองผ่านเมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้ภายใต้แรงดันหรือใช้สุญญากาศ ส่งผลให้แรงดันต่างกันทั้งสองด้านของเมมเบรน ซึ่งจะช่วยเร่งการฟอกไต อัลตราฟิลเตรชันและอิเล็กโทรไดอะไลซิสถูกนำมาใช้ในเครื่องไตเทียม ในร่างกายตามหลักการของการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันในไตไต เลือดจะถูกทำให้บริสุทธิ์อย่างต่อเนื่องจากผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (แอมโมเนีย, ฟอสเฟต, คลอไรด์, ซีโนไบโอติก)
ข้าว. 2.3 การทำให้สารละลายคอลลอยด์บริสุทธิ์
1 - ตัวทำละลาย (น้ำ)
2 – สารละลายคอลลอยด์
3 - เมมเบรน
ก. การฟอกไต อิเล็กโทรไดอะลิซิส 4 – อิเล็กโทรด
2.4. โครงสร้างของอนุภาคคอลลอยด์คือไมเซลล์
อนุภาคแต่ละอนุภาคของสารละลายคอลลอยด์เรียกว่า ไมเซลล์- ไมเซลล์มีโครงสร้างที่ซับซ้อน พื้นฐานของทฤษฎีไมเซลล์คือการมีชั้นไฟฟ้าสองชั้นในไมเซลล์ มันสามารถเกิดขึ้นได้:
- อาจเกิดจากการดูดซับไอออนแบบเลือกสรรบนพื้นผิว
– หรือเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุลของเฟสของแข็ง
ให้เราพิจารณาการก่อตัวของไมเซลล์ในสารละลายคอลลอยด์ของซิลเวอร์ไอโอไดด์ที่ได้จากการควบแน่นทางเคมีโดยใช้ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน: AgNO 3 + KJ = AgJ↓ + KNO 3
ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของสารตั้งต้น อาจมีสามกรณี:
ก) ด้วยอัตราส่วนที่เท่ากันรีเอเจนต์ไม่สามารถสร้างสารละลายคอลลอยด์ได้ ระบบจะเสถียรโดยการลดพื้นที่ผิวเช่น การเจริญเติบโตและการตกตะกอนของผลึก AgJ
b) พิจารณาการก่อตัวของไมเซลล์ ด้วย KJ ส่วนเกินเล็กน้อย- ในกรณีนี้ พลังงานพื้นผิวที่ลดลงอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการดูดซับไอออนจากสารละลาย ตามกฎของ Paneth-Faience ไอออนที่เป็นส่วนหนึ่งของของแข็งและสามารถทำให้เกิดโครงตาข่ายคริสตัลได้นั้นจะถูกดูดซับจากสารละลายอิเล็กโทรไลต์บนพื้นผิวของไมโครคริสตัล ในกรณีของเรา สารละลายประกอบด้วย K + และ J - ไอออน ความสมบูรณ์ของโครงผลึกของมวลรวมเกิดขึ้นเนื่องจาก J – ไอออนรวมอยู่ในองค์ประกอบของผลึก ไอออนไอโอไดด์ในปริมาณ "n" จะถูกดูดซับบนพื้นผิวของไมโครคริสตัล (มวลรวมของไมเซลล์) และพื้นผิวจะได้รับประจุลบ: m nJ - ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมพวกมันจึงถูกเรียกว่า ศักยภาพในการขึ้นรูปก่อตัวขึ้น แกนกลางไมเซลล์ อนุภาคที่เหลือจากสารละลายจะถูกดึงดูดไปที่พื้นผิวของนิวเคลียส ตอบโต้โพแทสเซียม, K + (แต่ไม่ใช่ทั้งหมด แต่ในปริมาณ "n - x")
เจ - ไอออนที่อาจก่อตัวขึ้นและไอออน K + ที่เกี่ยวข้องกันก่อตัวขึ้นรอบๆ นิวเคลียส ชั้นดูดซับหนาแน่นมันมีค่าใช้จ่าย ศักยภาพของมันเรียกว่าศักยภาพซีต้า หน่วยที่มีชั้นดูดซับประกอบด้วย เม็ดเล็ก: ( ม.nJ - (n-x) K + ) x-
เนื่องจากมีไอออนที่อาจก่อตัวได้ในชั้นดูดซับมากกว่าไอออนที่ก่อตัว ดังนั้นแกรนูลจึงมีประจุที่ตรงกันกับประจุของไอออนที่อาจก่อตัวได้
ชั้นการดูดซับของแกรนูลไม่ได้รวมส่วนเคาน์เตอร์ K + ทั้งหมด แต่มีเพียงบางส่วน (n-x) และส่วนเคาน์เตอร์ K + ที่เหลือ (x) ที่เหลืออยู่ห่างออกไป - ในชั้นกระจายที่หลวม- ทำไม การตอบโต้ประสบกับพลังฝ่ายตรงข้ามสองประการ:
1. แรงดึงดูดต่อพื้นผิวที่มีประจุของนิวเคลียส
2. การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนโดยมีแนวโน้มที่จะกระจายในปริมาณเท่ากัน
ดังนั้นความหนาแน่นของชั้นเคาน์เตอร์จะลดลงตามระยะห่างจากพื้นผิวที่มีประจุของแกรนูล
ไฟฟ้าสองชั้น DES
{ ม.nJ - (n-x) K + } x- xK + ∙ l H 2 O
แกนหลักที่มีศักยภาพในการต่อต้านการสูญเสียความชุ่มชื้น
ก่อตัวเป็นเปลือกกระจาย
ชั้นไอออน
ชั้นดูดซับหนาแน่น
มีลักษณะเป็นเม็ดที่มีชั้นกระจายตัว ไมเซลล์- ไมเซลล์มีความเป็นกลางทางไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นเริ่มต้นของสารละลาย เงื่อนไข และปัจจัยอื่นๆ ตัวเลข m, n และ x อาจเปลี่ยนแปลงได้ ด้านนอกของไมเซลล์ถูกล้อมรอบด้วยเปลือกไฮเดรชั่น KJ ส่วนเกินถูกดูดซับบนพื้นผิวของไมโครคริสตัลของซิลเวอร์ไอโอไดด์ที่ไม่ละลายน้ำและก่อตัวขึ้น ไฟฟ้าสองชั้น (ดีเอส- ชั้นป้องกันนี้จะช่วยป้องกันการเจริญเติบโตของผลึกและการตกตะกอน ดังนั้นอิเล็กโทรไลต์ส่วนเกินซึ่งก่อให้เกิดชั้นไฟฟ้าสองชั้นจึงเป็นตัวทำให้เสถียร
c) หากมีอิเล็กโทรไลต์อื่น AgNO 3 มากเกินไปเล็กน้อย องค์ประกอบของไมเซลล์คอลลอยด์จะแตกต่างออกไป สารรวมกลุ่มจะยังคงประกอบด้วยโมเลกุลซิลเวอร์ไอโอไดด์ AgJ แต่หลังจากการก่อตัวของผลึกเล็ก ๆ ของ AgJ ตกตะกอน - นิวเคลียสมีเพียงไอออน Ag + และ NO 3 เท่านั้นที่ยังคงอยู่ในสารละลาย ตามกฎของปาเนธ-ฟาจาน มีเพียง Ag + ไอออนเท่านั้นที่สามารถดูดซับบนพื้นผิวได้ จนกลายเป็นโครงผลึกที่สมบูรณ์
Ag + - ไอออนที่อาจก่อตัว นิวเคลียสถูกสร้างขึ้น - mnAg + ซึ่งหมายความว่าเคาน์เตอร์จะเป็น NO 3 - ไอออน เมื่อรวมกับไอออน Ag + พวกมันจะสร้างชั้นการดูดซับและเมื่อรวมมวลพวกมันจะก่อตัวเป็นเม็ดที่มีประจุบวก:
( ม.nAg + (n-x) NO 3 - ) x +
ไอออน x NO 3 ที่เหลือจะเข้าสู่ชั้นกระจายของไมเซลล์ พวกเขาได้รับการแก้ไขแล้ว
( ม. nAg + (n-x) NO 3 - ) x + xNO 3 - l H 2 O
รูปที่ 2.4 แผนผังโครงสร้างของไมเซลล์คอลลอยด์ของโซลเงินไอโอไดด์
ก) ได้รับ KJ มากเกินไป
b) ได้รับ AgNO 3 มากเกินไป
2.5. ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าจลนศาสตร์ในโซล - อิเล็กโตรโฟรีซิสและอิเล็กโตรออสโมซิส
แม้ว่าไมเซลล์จะไม่ถูกชาร์จ แต่หากวางไว้ในสนามไฟฟ้า ไอออนของชั้นกระจายที่หลวมจะแตกออกและเคลื่อนที่ไปยังอิเล็กโทรดที่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม และแกรนูลที่มีประจุจะเคลื่อนไปยังอิเล็กโทรดอื่น
เรียกว่าการเคลื่อนที่ของเฟสการกระจายตัวของของแข็งสัมพันธ์กับตัวกลางการกระจายตัวที่อยู่กับที่ในสนามไฟฟ้า อิเล็กโตรโฟเรซิส.
ดังนั้น ในระหว่างอิเล็กโตรโฟรีซิสของโซลซิลเวอร์ไอโอไดด์ที่เสถียรโดย KJ แคตไอออนของชั้นกระจายที่หลวมจะแตกออกและย้ายไปที่แคโทด (“–” อิเล็กโทรด) และแกรนูลที่มีประจุลบจะเคลื่อนไปยังแอโนด (“+” อิเล็กโทรด)
เรียกว่าการเคลื่อนที่ของตัวกลางของเหลวที่สัมพันธ์กับเฟสการกระจายตัวของของแข็งภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า อิเล็กโทรออสโมซิส- ปรากฏการณ์เหล่านี้ถูกพบครั้งแรกในปี 1808 โดย F.F. เที่ยวบิน.
ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าจลน์เหล่านี้ไม่สามารถสังเกตได้หากไม่มีชั้นไฟฟ้าสองชั้นในไมเซลล์
หากไอออนทั้งหมดของชั้นกระจายเคลื่อนเข้าสู่ชั้นดูดซับ ดังนั้นในชั้นดูดซับหนาแน่น ประจุของประจุจะเท่ากับประจุของไอออนที่ก่อตัวที่มีศักยภาพ และเม็ดเล็กจะไม่มีประจุ สถานะของสารละลายคอลลอยด์นี้เรียกว่า ไอโซอิเล็กทริก– ส. สถานะของระบบคอลลอยด์นี้มีความเสถียรน้อยที่สุด
อิเล็กโทรโฟรีซิสและอิเล็กโทรออสโมซิสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติสำหรับ:
– การแยกโปรตีน, กรดα-อะมิโน, กรดนิวคลีอิก, ยาปฏิชีวนะ;
– การใช้อนุภาคหรือสียางคอลลอยด์กับพื้นผิวโลหะ
– การคายน้ำของวัสดุที่มีรูพรุน
– การวินิจฉัยโรคต่างๆ
เมื่อเตรียมสารละลายคอลลอยด์ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้ปฏิกิริยาเคมี แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะคาดการณ์อัตราส่วนเชิงปริมาณของรีเอเจนต์ที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ ด้วยเหตุนี้ โซลที่ได้จึงอาจมีอิเล็กโทรไลต์มากเกินไป ซึ่งจะลดความเสถียรของสารละลายคอลลอยด์ เพื่อให้ได้ระบบที่มีความเสถียรสูงและเพื่อศึกษาคุณสมบัติของโซล โซลจะถูกทำให้บริสุทธิ์ทั้งจากอิเล็กโทรไลต์และจากสิ่งเจือปนโมเลกุลต่ำอื่นๆ ทุกประเภท
การทำให้สารละลายคอลลอยด์บริสุทธิ์สามารถทำได้โดยการฟอกไตหรือการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน
การฟอกไตประกอบด้วยการสกัดสารโมเลกุลต่ำออกจากโซลด้วยตัวทำละลายบริสุทธิ์โดยใช้แผ่นกั้นแบบกึ่งซึมผ่านได้ (เมมเบรน) ซึ่งอนุภาคคอลลอยด์ไม่ผ่าน ด้วยการเปลี่ยนตัวทำละลายในอุปกรณ์ฟอกไตเป็นระยะหรืออย่างต่อเนื่อง - ตัวฟอกไต ทำให้สามารถขจัดสิ่งเจือปนของอิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์โมเลกุลต่ำออกจากสารละลายคอลลอยด์ได้เกือบทั้งหมด
ข้อเสียของวิธีนี้คือใช้เวลาในการทำความสะอาดนาน (สัปดาห์, เดือน)
การฟอกไตด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการฟอกไตที่เร่งด้วยการใช้กระแสไฟฟ้า อุปกรณ์สำหรับการใช้งานเรียกว่าอิเล็กโทรไดอะไลเซอร์ เครื่องวิเคราะห์ด้วยไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดคือภาชนะที่แบ่งด้วยเยื่อสองแผ่นออกเป็นสามห้อง สารละลายคอลลอยด์ที่จะทำความสะอาดจะถูกเทลงในห้องตรงกลาง อิเล็กโทรดจากแหล่งจ่ายกระแสตรงจะถูกวางไว้ในห้องด้านข้าง และจ่ายและนำตัวทำละลาย (น้ำ) ออก ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า แคตไอออนจะถูกถ่ายโอนจากห้องกลางไปยังห้องแคโทด และแอนไอออนจะถูกถ่ายโอนไปยังห้องแอโนด สารละลายในห้องตรงกลางสามารถกำจัดเกลือที่ละลายได้ภายในระยะเวลาอันสั้น (นาที ชั่วโมง)
การฟอกไตแบบชดเชยและ การทำสดใส- วิธีการที่พัฒนาขึ้นเพื่อศึกษาของเหลวชีวภาพซึ่งเป็นระบบคอลลอยด์ หลักการของวิธีการล้างไตแบบชดเชยคือในตัวฟอกแทนที่จะใช้ตัวทำละลายบริสุทธิ์ จะใช้สารละลายของสารโมเลกุลต่ำที่กำหนดซึ่งมีความเข้มข้นต่างๆ ตัวอย่างเช่น เพื่อกำหนดว่าไม่มีการจับกับโปรตีน เช่น น้ำตาลในซีรั่มในเลือด จะมีการฟอกไตเทียบกับสารละลายน้ำเกลือไอโซโทนิกที่มีน้ำตาลความเข้มข้นต่างๆ ในการแก้ปัญหานั้น
วิธีนี้ใกล้เคียงกันคือวิธีการทำให้สดใส (vividiffusion) เพื่อตรวจวัดส่วนประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำในเลือดทางหลอดเลือดดำ ในการดำเนินการวิเคราะห์ จะมีการสอดหลอดแก้วเข้าไปในปลายหลอดเลือดที่ถูกตัด โดยส่วนที่แตกแขนงจะเชื่อมต่อกันด้วยหลอดที่ทำจากวัสดุกึ่งซึมผ่านได้ และระบบทั้งหมดจะถูกวางในหลอดเลือดที่เต็มไปด้วยสรีรวิทยา น้ำเกลือหรือน้ำ ด้วยวิธีนี้พบว่านอกจากกลูโคสอิสระแล้ว ยังมีกรดอะมิโนอิสระในเลือดอีกด้วย
หลักการของการทำให้สดใสด้วยการชดเชยถูกนำมาใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์ที่เรียกว่า "ไตเทียม" ด้วยความช่วยเหลือของ "ไตเทียม" คุณสามารถทำความสะอาดเลือดของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมได้ โดยแทนที่การทำงานของไตที่เป็นโรคเป็นการชั่วคราว โดยมีข้อบ่งชี้เช่นภาวะไตวายเฉียบพลันอันเป็นผลมาจากพิษ การเผาไหม้ที่รุนแรง ฯลฯ
การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน- กรองสารละลายคอลลอยด์ผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ซึ่งช่วยให้ตัวกลางในการกระจายตัวที่มีสิ่งเจือปนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำไหลผ่านและกักเก็บอนุภาคของเฟสที่กระจายตัวหรือโมเลกุลขนาดใหญ่ เพื่อเร่งกระบวนการอัลตราฟิลเตรชั่นให้เร็วขึ้น จะดำเนินการโดยแรงดันที่แตกต่างกันทั้งสองด้านของเมมเบรน: ภายใต้การทำให้บริสุทธิ์ (สุญญากาศ) หรือภายใต้แรงดันที่เพิ่มขึ้น สุญญากาศถูกสร้างขึ้นโดยการสูบอากาศออกจากถังที่อยู่ใต้ตัวกรอง และเพิ่มแรงดันโดยการสูบอากาศเข้าไปในถังที่อยู่เหนือตัวกรอง เพื่อป้องกันการแตกของเมมเบรน ให้วางบนแผ่นที่มีรูพรุนแข็ง การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันทำให้สามารถแยกอิเล็กโทรไลต์และสิ่งสกปรกอื่นๆ (สารประกอบอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ) ออกจากสารละลายคอลลอยด์ได้เร็วกว่าสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการฟอกไต ด้วยการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน การทำให้โซลบริสุทธิ์ในระดับสูงทำได้โดยการเจือจางสารหลังด้วยน้ำเป็นระยะ ในขั้นตอนสุดท้าย สารละลายคอลลอยด์สามารถทำให้เข้มข้นได้โดยการดูดตัวกลางการกระจายตัวออกไป การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันสามารถใช้ร่วมกับอิเล็กโทรไดอะไลซิส (การกรองด้วยไฟฟ้า) ซึ่งทำให้การกำจัดเกลือออกจากสารละลายคอลลอยด์เร่งได้อย่างมาก
เนื่องจากรูพรุนของกระดาษกรองธรรมดาช่วยให้อนุภาคคอลลอยด์ทะลุผ่านได้ง่าย ในระหว่างการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันพิเศษ (กระดาษแก้ว กระดาษ parchment แร่ใยหิน ตัวกรองเซรามิก ฯลฯ) จึงถูกนำมาใช้เป็นเมมเบรน การใช้เมมเบรนที่มีขนาดรูพรุนทำให้สามารถแยกอนุภาคคอลลอยด์ออกเป็นเศษส่วนตามขนาดและกำหนดขนาดเหล่านี้โดยประมาณได้ นี่เป็นขนาดที่พบในไวรัสและแบคทีเรียบางชนิด ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่าการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันไม่ได้เป็นเพียงวิธีการทำให้สารละลายคอลลอยด์บริสุทธิ์เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการวิเคราะห์การกระจายตัวและการแยกเตรียมระบบการกระจายตัว
แนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับระบบกระจายตัว
ปฏิกิริยาทางเคมีในปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันเกิดขึ้นระหว่างการชนกันของอนุภาคออกฤทธิ์อย่างมีประสิทธิภาพและในปฏิกิริยาที่ต่างกัน - ที่ส่วนต่อประสานของเฟสเมื่อสัมผัสกับสารที่ทำปฏิกิริยาและความเร็วและกลไกของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวซึ่งมีขนาดใหญ่และยิ่งพัฒนามากขึ้น พื้นผิวคือ จากมุมมองนี้ ระบบกระจายตัวที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงเป็นที่สนใจเป็นพิเศษ
ระบบกระจายตัวเป็นส่วนผสมที่ประกอบด้วยสารอย่างน้อยสองชนิดที่ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีต่อกันและแทบจะละลายไม่ได้ซึ่งกันและกันเกือบทั้งหมด ระบบกระจายตัว - นี่คือระบบที่อนุภาคที่ถูกบดอัดมากของสารหนึ่งมีการกระจายเท่าๆ กันภายในปริมาตรของอีกสารหนึ่ง
เมื่อพิจารณาถึงระบบกระจายตัว มีแนวคิดสองประการที่แตกต่างกัน: เฟสกระจายตัวและตัวกลางการกระจายตัว (รูปที่ 10.1)
เฟสกระจาย – นี่คือกลุ่มของอนุภาคของสารที่กระจัดกระจายไปยังขนาดที่เล็ก โดยกระจายอย่างเท่าเทียมกันในปริมาตรของสารอื่น สัญญาณของระยะกระจัดกระจายคือการกระจายตัวและความไม่ต่อเนื่อง
สื่อกระจายตัวเป็นสารที่อนุภาคของเฟสกระจายตัวมีการกระจายเท่าๆ กัน สัญญาณของตัวกลางการกระจายตัวคือความต่อเนื่องของมัน
เฟสการกระจายตัวสามารถแยกออกจากตัวกลางการกระจายตัวได้ด้วยวิธีทางกายภาพ (การหมุนเหวี่ยง การแยก การตกตะกอน ฯลฯ)
รูปที่ 10.1 – ระบบกระจายตัว: อนุภาคของเฟสการกระจายตัว s (ในรูปของอนุภาคของแข็งขนาดเล็ก ผลึก หยดของเหลว ฟองก๊าซ องค์ประกอบร่วมของโมเลกุลหรือไอออน) ซึ่งมีชั้นการดูดซับ d มีการกระจายในตัวกลางการกระจายตัวต่อเนื่องที่เป็นเนื้อเดียวกัน ฉ.
ระบบกระจายตัวถูกจำแนกตามคุณลักษณะที่โดดเด่นต่างๆ: การกระจายตัว, สถานะของการรวมตัวของเฟสการกระจายตัวและตัวกลางการกระจายตัว, ความเข้มข้นของปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเหล่านั้น, การไม่มีหรือการก่อตัวของโครงสร้างในระบบกระจายตัว
จำแนกตามระดับการกระจายตัว
ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคของเฟสการกระจาย ระบบการกระจายทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นสามกลุ่มตามอัตภาพ (รูปที่ 10.2)
รูปที่ 10.2 – การจำแนกประเภทของระบบกระจายตามขนาดอนุภาค (สำหรับการเปรียบเทียบ จะมีการกำหนดขนาดอนุภาคในสารละลายจริง)
1. ระบบหยาบ ซึ่งขนาดอนุภาคมากกว่า 1 µm (10 –5 ม) ระบบกระจายตัวกลุ่มนี้มีลักษณะพิเศษดังต่อไปนี้: อนุภาคของเฟสกระจายตัวจะตกลง (หรือลอยขึ้น) ในสนามแรงโน้มถ่วงและไม่ผ่านตัวกรองกระดาษ สามารถดูได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ปกติ ระบบหยาบประกอบด้วยสารแขวนลอย อิมัลชัน ฝุ่น โฟม สเปรย์ ฯลฯ
ระบบกันสะเทือน – เป็นระบบกระจัดกระจายซึ่งกระจัดกระจายเฟสเป็นของแข็ง และตัวกลางในการกระจายตัวเป็นของเหลว
ตัวอย่างของสารแขวนลอยอาจเป็นระบบที่เกิดจากการเขย่าดินเหนียวหรือชอล์กในน้ำ ทาสี หรือเพสต์
อิมัลชั่น – นี่คือระบบกระจายตัวซึ่งเฟสการกระจายตัวของของเหลวมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอตลอดปริมาตรของตัวกลางการกระจายตัวของของเหลว กล่าวคือ อิมัลชันประกอบด้วยของเหลวสองชนิดที่ไม่ละลายน้ำร่วมกัน
ตัวอย่างของอิมัลชัน ได้แก่ นม (ซึ่งระยะกระจายคือหยดไขมันเหลว และตัวกลางในการกระจายคือน้ำ) ครีม มายองเนส มาการีน และไอศกรีม
เมื่อตกตะกอน สารแขวนลอยและอิมัลชันจะถูกแยก (แบ่งชั้น) ออกเป็นส่วนต่างๆ ได้แก่ เฟสกระจายและตัวกลางกระจาย ดังนั้น หากคุณเขย่าน้ำมันเบนซินด้วยน้ำแรงๆ จะเกิดอิมัลชันขึ้น ซึ่งหลังจากผ่านไประยะหนึ่งจะแยกออกเป็นสองชั้น: เบนซินส่วนบนและน้ำชั้นล่าง เพื่อป้องกันไม่ให้อิมัลชันแยกตัว ให้เติมลงไป อิมัลซิไฟเออร์– สารที่ให้ความเสถียรรวมแก่อิมัลชัน
โฟม – ระบบการกระจายตัวแบบหยาบระดับเซลล์ โดยระยะการกระจายตัวคือชุดของฟองก๊าซ (หรือไอ) และตัวกลางการกระจายตัวเป็นของเหลว
ในโฟม ปริมาตรรวมของก๊าซที่บรรจุอยู่ในฟองอากาศอาจมากกว่าปริมาตรของตัวกลางกระจายตัวของของเหลวที่อยู่ในชั้นระหว่างฟองก๊าซหลายร้อยเท่า
2. จุลภาค (หรือกระจายอย่างประณีต ) ระบบระดับกลางซึ่งขนาดอนุภาคแปรผันภายใน 10 – 5 –10 –7 m. สิ่งเหล่านี้รวมถึงสารแขวนลอยบาง ๆ ควัน และของแข็งที่มีรูพรุน
3. อุลตร้าไมโครเฮเทอโรจีนัส (หรือคอลลอยด์กระจัดกระจาย ) ระบบที่มีอนุภาคขนาด 1–100 นาโนเมตร (10–9 –10 –7 ม.) ประกอบด้วย 10 3_ 10 9 อะตอมและถูกแยกออกจากตัวทำละลายด้วยส่วนต่อประสาน สารละลายคอลลอยด์มีลักษณะเฉพาะโดยมีสถานะกระจัดกระจายอย่างมากโซลหรือบ่อยครั้ง ไลโอซอลเพื่อเน้นว่าตัวกลางการกระจายตัวเป็นของเหลว หากใช้น้ำเป็นตัวกลางในการกระจายตัว จะเรียกว่าโซลดังกล่าวไฮโดรซอลและถ้าของเหลวอินทรีย์ -ออร์กาโนซอล.
ระบบที่กระจัดกระจายอย่างประณีตส่วนใหญ่มีคุณสมบัติบางอย่าง:
อัตราการแพร่กระจายต่ำ
อนุภาคของเฟสการกระจายตัว (เช่น อนุภาคคอลลอยด์) สามารถตรวจสอบได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อัลตราไมโครสโคปหรือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเท่านั้น
การกระเจิงของแสงโดยอนุภาคคอลลอยด์ซึ่งเป็นผลมาจากการที่พวกมันปรากฏจุดแสงในอัลตราไมโครสโคป - เอฟเฟกต์ทินดัลล์ (รูปที่ 10.3)
รูปที่ 10.3 – ระบบอุลตร้าไมโครเฮเทอโรจีนัส (กระจายอย่างประณีต): ก) สารละลายคอลลอยด์; b) แผนภาพของการโก่งตัวของลำแสงแคบเมื่อผ่านสารละลายคอลลอยด์ c) การกระเจิงของแสงด้วยสารละลายคอลลอยด์ (เอฟเฟกต์ทินดัลล์)
- บนอินเทอร์เฟซเฟสเมื่อมีตัวคงตัว (อิเล็กโทรไลต์ไอออน) จะเกิดชั้นไอออนิกหรือเปลือกโซลเวชันซึ่งส่งเสริมการมีอยู่ของอนุภาคแขวนลอย
- เฟสการกระจายตัวอาจไม่ละลายอย่างสมบูรณ์หรือละลายได้เล็กน้อยในตัวกลางการกระจายตัว
ตัวอย่างของอนุภาคคอลลอยด์ได้แก่ แป้ง โปรตีน โพลีเมอร์ ยาง สบู่ อะลูมิเนียม และไฮดรอกไซด์เฟอร์รัม (III)
การจำแนกประเภทของระบบกระจายตัวขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างสถานะของการรวมตัวของเฟสการกระจายตัวและตัวกลางการกระจายตัว
การจำแนกประเภทนี้เสนอโดย Ostavld (ตารางที่ 10.1) เมื่อบันทึกสถานะของการรวมตัวของระบบที่กระจัดกระจายตามแผนผัง ก่อนอื่นให้ระบุสถานะของการรวมตัวของเฟสที่กระจัดกระจายด้วยตัวอักษร G (แก๊ส), L (ของเหลว) หรือ T (ของแข็ง) จากนั้นใส่เครื่องหมายขีดกลาง (หรือเครื่องหมายเศษส่วน) และ เขียนสถานะการรวมตัวของตัวกลางการกระจายตัว
ตารางที่ 10.1 – การจำแนกประเภทของระบบกระจาย
การจำแนกประเภทของระบบที่กระจัดกระจายตามความเข้มข้นของอันตรกิริยาของโมเลกุล
การจำแนกประเภทนี้เสนอโดย G. Freundlich และใช้เฉพาะกับระบบที่มีตัวกลางในการกระจายตัวของของเหลว
- ระบบไลโอฟิลิก ซึ่งเฟสการกระจายตัวจะทำปฏิกิริยากับตัวกลางการกระจายตัวและภายใต้เงื่อนไขบางประการสามารถละลายได้ในนั้น - สิ่งเหล่านี้คือสารละลายของสารลดแรงตึงผิวคอลลอยด์ (สารลดแรงตึงผิว) สารละลายของสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (HMW) ในบรรดาระบบไลโอฟิลิกต่างๆ สิ่งที่สำคัญที่สุดในทางปฏิบัติคือสารลดแรงตึงผิว ซึ่งสามารถพบได้ทั้งในสถานะที่ละลายในระดับโมเลกุลและในรูปแบบของมวลรวม (ไมเซลล์) ที่ประกอบด้วยโมเลกุลนับสิบ, ร้อยหรือมากกว่านั้น
- ระบบไลโอโฟบิก ซึ่งเฟสการกระจายตัวไม่สามารถโต้ตอบกับตัวกลางการกระจายตัวและละลายในนั้นได้ ในระบบไลโอโฟบิก ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของเฟสต่างๆ จะอ่อนกว่าในกรณีของระบบไลโอฟิลิกมาก แรงตึงผิวของพื้นผิวจะสูง ส่งผลให้ระบบมีแนวโน้มที่จะขยายอนุภาคของเฟสที่กระจัดกระจายตามธรรมชาติ
การจำแนกประเภทของระบบที่กระจัดกระจายตามสถานะทางกายภาพ
ผู้เขียนการจำแนกประเภทคือ P. Rebinder ตามการจำแนกประเภทนี้ ระบบการกระจายตัวถูกกำหนดโดยเศษส่วนซึ่งมีเฟสการกระจายตัวอยู่ในตัวเศษและตัวกลางการกระจายตัวในตัวส่วน ตัวอย่างเช่น: T 1 / L 2 หมายถึงระบบกระจายที่มีเฟสของแข็ง (ดัชนี 1) และตัวกลางกระจายของเหลว (ดัชนี 2) การจำแนกประเภท Rebinder แบ่งระบบการกระจายออกเป็นสองประเภท:
1. ระบบกระจายตัวอย่างอิสระ – โซลซึ่งเฟสกระจายไม่สร้างโครงสร้างแข็งต่อเนื่อง (กริด โครงถัก หรือโครง) มีความลื่นไหล และอนุภาคของเฟสกระจายไม่สัมผัสกัน มีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ทางความร้อนแบบสุ่มและเคลื่อนที่อย่างอิสระภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง . ซึ่งรวมถึงสเปรย์ ไลโอโซล สารแขวนลอยแบบเจือจาง และอิมัลชัน
ตัวอย่างของระบบที่กระจายอย่างอิสระ:
- ระบบกระจายตัวในก๊าซที่มีการกระจายตัวของคอลลอยด์ (T 1 /G 2 - ฝุ่นในชั้นบนของบรรยากาศ, ละอองลอย) โดยมีการกระจายตัวหยาบ (T 1 / G 2 - ควันและ G 1 /G 2 - หมอก)
- ระบบกระจายตัวในของเหลวที่มีการกระจายตัวของคอลลอยด์ (T 1 / G 2 - ไลโอโซล, สีย้อมที่กระจายตัวในน้ำ, ลาเท็กซ์ของโพลีเมอร์สังเคราะห์) ที่มีการกระจายตัวหยาบ (T 1 / G 2 - สารแขวนลอย; G 1 / G 2 - อิมัลชันของเหลว G 1 / Zh 2 – อิมัลชันของก๊าซ);
- ระบบกระจายตัวในของแข็ง: T 1 / T 2 - โซลของแข็ง เช่น โซลโลหะสีเหลืองในแก้ว เส้นใยเม็ดสี โพลีเมอร์ที่เติม
2. ระบบกระจายตัวแบบเหนียวแน่น (หรือต่อเนื่อง) - ในระบบต่อเนื่อง (กระจายตัวแบบเหนียวแน่น) อนุภาคของเฟสที่กระจายตัวจะก่อตัวเป็นโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่เข้มงวด ระบบดังกล่าวต้านทานการเสียรูปแรงเฉือน ระบบที่กระจัดกระจายอย่างเหนียวแน่นนั้นแข็งแกร่ง เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคของเฟสการกระจายตัวสัมผัสกัน นำไปสู่การก่อตัวของโครงสร้างในรูปแบบของกรอบหรือเครือข่าย จำกัดความลื่นไหลของระบบที่กระจายตัว และทำให้มันสามารถรักษารูปร่างของมันได้ ระบบคอลลอยด์ที่มีโครงสร้างดังกล่าวเรียกว่าเจล
ตัวอย่างของระบบที่กระจัดกระจายอย่างเหนียวแน่น:
- ระบบกระจายตัวพร้อมส่วนต่อประสานของเหลว (G 1 / Zh 2 - โฟม; Zh1 / Zh 2 - อิมัลชันโฟม)
- ระบบกระจายตัวที่มีส่วนต่อประสานที่มั่นคงระหว่างเฟส (G 1 / T 2 - ตัวที่มีรูพรุน, เส้นใยธรรมชาติ, หินภูเขาไฟ, ฟองน้ำ, ถ่าน; G 1 / T 2 - ความชื้นในหินแกรนิต; T 1 / T 2 - เครือข่ายที่แทรกซึมของโพลีเมอร์)
การเตรียมและการทำให้สารละลายคอลลอยด์บริสุทธิ์
การเตรียมสารละลายคอลลอยด์
สามารถเตรียมสารละลายคอลลอยด์ได้กระจายตัวหรือเพื่อ การควบแน่นวิธีการ
1. วิธีการกระจายตัว- เป็นวิธีการผลิตโซลไลโอโฟบิกโดยการบดชิ้นใหญ่ให้เป็นก้อนขนาดคอลลอยด์
เครื่องกลการบดระบบหยาบทำได้โดย: การบด, การกระแทก, การเสียดสี, การแยก อนุภาคจะถูกบดให้มีขนาดหลายสิบไมครอนโดยใช้ โรงสีลูกบอลการบดละเอียดมาก (สูงถึง 0.1-1 ไมครอน) ทำได้โดยใช้วิธีพิเศษโรงงานคอลลอยด์โดยมีช่องว่างแคบระหว่างโรเตอร์ที่หมุนเร็ว (10-20,000 รอบต่อนาที) และตัวเรือนที่อยู่นิ่ง และอนุภาคจะฉีกขาดหรือถลอกในช่องว่างงานของ P. A. Rebinder สร้างปรากฏการณ์การลดลงของความต้านทานของของแข็งต่อความยืดหยุ่นและการเสียรูปของพลาสติกรวมถึงการทำลายทางกลภายใต้อิทธิพลของการดูดซับของสารลดแรงตึงผิว สารลดแรงตึงผิวเอื้อต่อการกระจายตัวและมีส่วนทำให้ระดับการกระจายตัวเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
2. วิธีการควบแน่น- วิธีเหล่านี้คือวิธีการผลิตสารละลายคอลลอยด์โดยการรวม (ควบแน่น) โมเลกุลและไอออนให้เป็นมวลรวมที่มีขนาดคอลลอยด์ ระบบเปลี่ยนจากเนื้อเดียวกันไปเป็นต่างกัน กล่าวคือ เฟสใหม่ (เฟสกระจาย) จะปรากฏขึ้น ข้อกำหนดเบื้องต้นคือ ความอิ่มตัวมากเกินไประบบเดิม
วิธีการควบแน่นแบ่งตามลักษณะของแรงที่ทำให้เกิดการควบแน่นเป็นการควบแน่นทางกายภาพและการควบแน่นทางเคมี
การควบแน่นทางกายภาพสามารถทำได้โดยใช้ไอหรือเปลี่ยนตัวทำละลาย
การควบแน่นจากไอระเหยสารตั้งต้นอยู่ในสถานะไอ เมื่ออุณหภูมิลดลง ไอน้ำจะอิ่มตัวยิ่งยวดและควบแน่นเป็นบางส่วน ทำให้เกิดเฟสกระจายตัว ด้วยวิธีนี้จะได้ไฮโดรโซลของปรอทและโลหะอื่น ๆ
วิธีการเปลี่ยนตัวทำละลายวิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและคุณสมบัติของตัวกลางการกระจายตัว ตัวอย่างเช่นเทสารละลายแอลกอฮอล์ของกำมะถันฟอสฟอรัสหรือขัดสนลงในน้ำ เนื่องจากความสามารถในการละลายของสารลดลงในตัวทำละลายใหม่สารละลายจะมีความอิ่มตัวสูงและส่วนหนึ่งของสารควบแน่นทำให้เกิดอนุภาคของเฟสกระจายตัว
การควบแน่นของสารเคมีประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าสารที่ก่อตัวเป็นเฟสกระจายตัวนั้นได้มาจากปฏิกิริยาทางเคมี เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดเป็นสารละลายคอลลอยด์แทนที่จะเป็นสารละลายหรือตะกอนจริง ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขอย่างน้อยสามประการ:
- สารของเฟสกระจายตัวจะไม่ละลายในตัวกลางการกระจายตัว
- อัตราการก่อตัวของนิวเคลียสของคริสตัลเฟสที่กระจัดกระจายนั้นมากกว่าอัตราการเติบโตของผลึกมาก โดยปกติเงื่อนไขนี้จะเกิดขึ้นเมื่อเทสารละลายเข้มข้นของส่วนประกอบหนึ่งลงในสารละลายที่เจือจางมากของส่วนประกอบอื่นด้วยการกวนอย่างแรง
- สารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งถูกนำไปใช้มากเกินไปนี่คือสารเพิ่มความคงตัว
วิธีการทำให้สารละลายคอลลอยด์บริสุทธิ์
สารละลายคอลลอยด์ที่ได้รับไม่ทางใดก็ทางหนึ่งมักจะทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งเจือปนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (โมเลกุลและไอออน) การกำจัดสิ่งสกปรกเหล่านี้ทำได้โดยการฟอกไต (การฟอกด้วยไฟฟ้า) และการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน
การฟอกไต– วิธีการทำให้บริสุทธิ์โดยใช้เมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้ซึ่งแยกสารละลายคอลลอยด์ออกจากตัวกลางการกระจายตัวที่สะอาด เยื่อกระดาษ กระดาษแก้ว คอลโลเดียน ตัวกรองเซรามิก และวัสดุที่มีรูพรุนละเอียดอื่นๆ ใช้เป็นเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ (เช่น ซึมผ่านไปยังโมเลกุลและไอออนได้ แต่ไม่สามารถซึมผ่านไปยังอนุภาคเฟสที่กระจายตัวได้) จากผลของการแพร่กระจาย สิ่งเจือปนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำจะผ่านเข้าไปในสารละลายภายนอก
การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันเรียกว่าการฟอกไต ซึ่งดำเนินการภายใต้ความกดดันในห้องภายใน โดยพื้นฐานแล้ว อัลตราฟิลเตรชันไม่ใช่วิธีการทำให้โซลบริสุทธิ์ แต่เป็นเพียงวิธีการทำให้โซลเข้มข้นเท่านั้น
สมบัติทางแสงของสารละลายคอลลอยด์
เมื่อแสงตกบนระบบที่กระจายตัว จะสามารถสังเกตปรากฏการณ์ต่อไปนี้:
- การผ่านของแสงผ่านระบบ
- การหักเหของแสงโดยอนุภาคเฟสที่กระจายตัว (หากอนุภาคเหล่านี้โปร่งใส)
- การสะท้อนของแสงโดยอนุภาคของเฟสที่กระจายตัว (หากอนุภาคมีความทึบแสง)
- การกระเจิงของแสง
- การดูดซึม (การดูดกลืน) ของแสงโดยระยะที่กระจายตัว
การกระเจิงของแสง สังเกตได้จากระบบที่อนุภาคเฟสกระจายมีขนาดเล็กกว่าหรือเทียบเคียงได้กับความยาวคลื่นของแสงตกกระทบ ให้เราระลึกว่าขนาดอนุภาคของเฟสการกระจายตัวในสารละลายคอลลอยด์คือ 10 -7 -10 -9 m. ดังนั้น การกระเจิงของแสงจึงเป็นปรากฏการณ์เฉพาะของระบบคอลลอยด์ที่เราศึกษา
เรย์ลีห์ได้สร้างทฤษฎีการกระเจิงของแสง เขาได้สมการที่เกี่ยวข้องกับความเข้มของแสงที่กระจัดกระจาย I กับความเข้มของแสงตกกระทบ I 0 ยุติธรรม โดยมีเงื่อนไขว่า:
- อนุภาคมีรูปร่างเป็นทรงกลม
- อนุภาคไม่นำไฟฟ้า (เช่น พวกมันไม่ใช่โลหะ)
- อนุภาคไม่ดูดซับแสงเช่น ไม่มีสี
- สารละลายคอลลอยด์จะถูกเจือจางจนทำให้ระยะห่างระหว่างอนุภาคมากกว่าความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ
สมการเรย์ลีห์:
- ที่ไหน วี - ปริมาตรของหนึ่งอนุภาค
- แล - ความยาวคลื่น;
- n 1 - ดัชนีการหักเหของอนุภาค
- n o - ดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลาง
ข้อสรุปต่อไปนี้ตามมาจากสมการเรย์ลี:
- ยิ่งดัชนีการหักเหของอนุภาคและตัวกลางแตกต่างกันมากเท่าใด ความเข้มของแสงที่กระเจิงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น (n 1 - หน้า 0 ).
- ถ้าเป็นดัชนีการหักเหของแสง n 1 และ n 0 เหมือนกัน ดังนั้นการกระเจิงของแสงจะหายไปในตัวกลางที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน
- ยิ่งความเข้มข้นบางส่วน v มากเท่าใด ความเข้มของแสงที่กระเจิงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ความเข้มข้นของมวล ค, g/dm 3 ซึ่งมักใช้ในการเตรียมสารละลาย สัมพันธ์กับความเข้มข้นบางส่วนด้วยนิพจน์:
โดยที่ ρ คือความหนาแน่นของอนุภาค
ควรสังเกตว่าการพึ่งพานี้จะถูกเก็บรักษาไว้เฉพาะในพื้นที่ที่มีขนาดอนุภาคเล็กเท่านั้น สำหรับส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม เงื่อนไขนี้สอดคล้องกับค่า 2 10 -6 ซม< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост ฉัน ช้าลง และสำหรับ r > แล การกระเจิงจะถูกแทนที่ด้วยการสะท้อน ความเข้มของแสงที่กระจัดกระจายเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้น
4. ความเข้มของแสงที่กระจัดกระจายแปรผกผันกับความยาวคลื่นต่อกำลังที่สี่
ซึ่งหมายความว่าเมื่อลำแสงสีขาวผ่านสารละลายคอลลอยด์ คลื่นสั้นซึ่งเป็นส่วนสีน้ำเงินและสีม่วงของสเปกตรัมจะกระจัดกระจายเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นโซลไม่มีสีจึงมีสีฟ้าในแสงที่กระจายและมีสีแดงในแสงที่ส่องผ่าน ท้องฟ้าสีฟ้าก็เกิดจากการกระเจิงของแสงจากหยดน้ำเล็กๆ ในชั้นบรรยากาศเช่นกัน สีส้มหรือสีแดงของท้องฟ้าในเวลาพระอาทิตย์ขึ้นหรือตก เกิดจากการที่ในตอนเช้าหรือตอนเย็นมีแสงส่องผ่านบรรยากาศเป็นส่วนใหญ่
การดูดกลืนแสง- สมการของเรย์ลีได้มาจากโซลที่ไม่มีสี กล่าวคือ โซลที่ไม่ดูดซับแสง อย่างไรก็ตาม สารละลายคอลลอยด์หลายชนิดมีสีที่แน่นอน เช่น ดูดซับแสงในบริเวณที่สอดคล้องกันของสเปกตรัม - โซลจะมีสีเป็นสีตรงข้ามกับสีที่ถูกดูดกลืนเสมอ ดังนั้นเมื่อดูดซับส่วนสีน้ำเงินของสเปกตรัม (435-480 นาโนเมตร) โซลจะกลายเป็นสีเหลือง เมื่อดูดซับส่วนสีเขียวอมฟ้า (490-500 นาโนเมตร) จะกลายเป็นสีแดงถ้ารังสีจากสเปกตรัมที่มองเห็นทั้งหมดผ่านวัตถุโปร่งใสหรือสะท้อนจากวัตถุที่ทึบแสง วัตถุที่โปร่งใสจะปรากฏไม่มีสี และวัตถุที่ทึบแสงจะปรากฏเป็นสีขาว หากร่างกายดูดซับรังสีจากสเปกตรัมที่มองเห็นได้ทั้งหมด ก็จะปรากฏเป็นสีดำสมบัติทางแสงของสารละลายคอลลอยด์ที่สามารถดูดซับแสงสามารถแสดงลักษณะเฉพาะได้จากการเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงในขณะที่มันไหลผ่านระบบ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ใช้กฎหมาย Bouguer-Lambert-Beer:
ฉันอยู่ที่ไหน 0 - ความเข้มของแสงตกกระทบ - ฉัน ราคา- ความเข้มของแสงที่ส่องผ่านโซล เค - ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึม; ล- ความหนาของชั้นโซล กับ- ความเข้มข้นของโซล
หากเราหาลอการิทึมของนิพจน์ เราจะได้:
เรียกว่าปริมาณ ความหนาแน่นของแสงสารละลาย . เมื่อทำงานกับแสงแบบเอกรงค์ ให้ระบุความยาวคลื่นที่กำหนดความหนาแน่นของแสงเสมอ โดยกำหนดไว้ ดี λ .
ทฤษฎีไมเซลลาร์เกี่ยวกับโครงสร้างระบบคอลลอยด์
ขอให้เราพิจารณาโครงสร้างของอนุภาคคอลลอยด์ที่ไม่ชอบน้ำโดยใช้ตัวอย่างการก่อตัวของโซล AgI โดยปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน
AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3
หากใช้สารในปริมาณที่เท่ากัน จะเกิดการตกตะกอนของผลึกของ AgI แต่หากสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งมีมากเกินไป เช่น KI กระบวนการตกผลึกของ AgI จะนำไปสู่การก่อตัวของสารละลายคอลลอยด์ - AgI ไมเซลล์
โครงสร้างของไมเซลล์ AgI ไฮโดรซอลแสดงไว้ในรูปที่ 10.4
รูปที่ 10.4 – แผนผังของไมเซลล์ไฮโดรโซล AgI ที่เกิดขึ้นจาก KI ที่มากเกินไป
ผลรวมของโมเลกุล 100-1,000 [mAgI] (ไมโครคริสตัล) ซึ่งเป็นแกนกลาง คือนิวเคลียสของเฟสใหม่ บนพื้นผิวที่มีการดูดซับอิเล็กโทรไลต์ไอออนที่เกิดขึ้นในตัวกลางการกระจายตัว ตามกฎของปาเนธ-ไฟเอนซ์ ไอออนที่เหมือนกับไอออนที่เข้าสู่โครงตาข่ายคริสตัลของแกนกลางและโครงตาข่ายนี้สมบูรณ์จะถูกดูดซับได้ดีกว่า ไอออนที่ถูกดูดซับโดยตรงบนนิวเคลียสเรียกว่า การกำหนดศักยภาพเนื่องจากเป็นตัวกำหนดขนาดของศักย์และเครื่องหมายของประจุที่พื้นผิวตลอดจนเครื่องหมายของประจุของอนุภาคทั้งหมด ไอออนที่กำหนดศักยภาพในระบบนี้คือ I - ไอออนซึ่งมีมากเกินไป เป็นส่วนหนึ่งของโครงตาข่ายคริสตัลของแกน AgI ทำหน้าที่เป็นตัวคงตัว และสร้างเปลือกด้านในในส่วนแข็งของชั้นไฟฟ้าสองชั้น (DEL) ของ ไมเซลล์ การรวมตัวกับ I - ไอออนที่ถูกดูดซับจะก่อให้เกิดแกนกลางของไมเซลล์
ไปยังพื้นผิวที่มีประจุลบของอนุภาค AgI ในระยะห่างใกล้กับรัศมีของไอออนไฮเดรตไอออนของเครื่องหมายตรงข้าม (ตัวนับ) - K + ไอออนที่มีประจุบวก - จะถูกดึงดูดจากสารละลาย ชั้นตอบโต้คือเปลือกนอกของชั้นไฟฟ้าสองชั้น (DEL) ซึ่งยึดติดกันด้วยแรงไฟฟ้าสถิตและแรงดึงดูดในการดูดซับ การรวมตัวของโมเลกุลพร้อมกับชั้นแข็งสองชั้นเรียกว่าอนุภาคคอลลอยด์ - แกรนูล
เนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน ปฏิกิริยาบางส่วนจึงกระจายอยู่รอบๆ แกรนูลและสัมพันธ์กับมันเนื่องจากแรงไฟฟ้าสถิตเท่านั้น อนุภาคคอลลอยด์รวมกับชั้นกระจายที่อยู่รอบๆ เรียกว่าไมเซลล์ ไมเซลล์มีความเป็นกลางทางไฟฟ้า เนื่องจากประจุของนิวเคลียสเท่ากับประจุของประจุตรงข้ามทั้งหมด และแกรนูลมักจะมีประจุซึ่งเรียกว่าอิเล็กโทรไคเนติกหรือ ξ - ศักย์ซีตา ในรูปแบบย่อ แผนภาพโครงสร้างไมเซลล์สำหรับตัวอย่างนี้สามารถเขียนได้ดังนี้:
บทบัญญัติหลักประการหนึ่งของทฤษฎีโครงสร้างของอนุภาคคอลลอยด์คือแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของชั้นไฟฟ้าสองชั้น (EDL) ตามแนวคิดสมัยใหม่ DES สองชั้นไฟฟ้าประกอบด้วยชั้นดูดซับและการแพร่กระจาย ชั้นดูดซับประกอบด้วย:
- พื้นผิวที่มีประจุของแกนไมเซลล์อันเป็นผลมาจากการดูดซับไอออนที่กำหนดศักยภาพบนแกนนั้น ซึ่งกำหนดขนาดของศักย์พื้นผิวและเครื่องหมายของมัน
- ชั้นของไอออนที่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม - ประจุซึ่งถูกดึงดูดจากสารละลายไปยังพื้นผิวที่มีประจุ ชั้นดูดซับไอออนเคาน์เตอร์ตั้งอยู่ที่ระยะทางรัศมีโมเลกุลจากพื้นผิวที่มีประจุ ทั้งแรงไฟฟ้าสถิตและการดูดซับมีอยู่ระหว่างพื้นผิวนี้กับส่วนตรงกันข้ามของชั้นดูดซับ ดังนั้นแรงต้านเหล่านี้จึงเกาะติดกับแกนอย่างแน่นหนาเป็นพิเศษ ชั้นการดูดซับมีความหนาแน่นมาก ความหนาคงที่และไม่ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของสภาวะภายนอก (ความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ อุณหภูมิ)
เนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน เคาน์เตอร์บางส่วนจะเจาะลึกเข้าไปในตัวกลางการกระจายตัว และการดึงดูดของพวกมันไปยังพื้นผิวที่มีประจุของแกรนูลนั้นเกิดขึ้นเนื่องจากแรงไฟฟ้าสถิตเท่านั้น การตอบโต้เหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นชั้นที่กระจายตัวซึ่งยึดติดกับพื้นผิวได้แน่นน้อยกว่า ชั้นกระจายมีความหนาแปรผัน ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ในตัวกลางการกระจายตัว
เมื่อเฟสของแข็งและของเหลวเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน การแตกของ EDL จะเกิดขึ้นในส่วนที่กระจาย และการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสาน ซึ่งเรียกว่า อิเล็กโทรไคเนติก ξ - ศักยภาพ(ศักยภาพซีต้า) ค่าของมันจะถูกกำหนดโดยความแตกต่างระหว่างจำนวนประจุทั้งหมด (φ) ของไอออนที่กำหนดศักยภาพและจำนวนประจุต้าน (ε) ที่มีอยู่ในชั้นการดูดซับ เช่น ξ = φ - ε การลดลงของศักยภาพในการแทรกซึมด้วยระยะห่างจากเฟสของแข็งที่ลึกลงไปในสารละลายจะแสดงในรูปที่ 10.5
รูปที่ 10.5 โครงสร้างโรงไฟฟ้าดีเซล
การมีอยู่ของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นรอบๆ อนุภาคของโซลที่ไม่ชอบน้ำจะป้องกันไม่ให้พวกมันเกาะกันเมื่อชนกัน กล่าวคือ พวกมันเป็นปัจจัยหนึ่งในเสถียรภาพโดยรวมของโซล หากจำนวนไอออนที่กระจายลดลงหรือมีแนวโน้มเป็นศูนย์ แกรนูลจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า (สถานะไอโซอิเล็กทริก) และมีเสถียรภาพต่ำที่สุด
ดังนั้น ขนาดของศักย์ไฟฟ้าจลน์จะเป็นตัวกำหนดแรงผลักและเสถียรภาพโดยรวมของสารละลายคอลลอยด์ มั่นใจในความเสถียรที่เพียงพอของสารละลายคอลลอยด์ที่ค่าศักย์ไฟฟ้า ξ = 0.07 V; ที่ค่าต่ำกว่า ξ = 0.03 V แรงผลักที่อ่อนแอเกินกว่าจะต้านทานการรวมตัวดังนั้นจึงเกิดการแข็งตัวซึ่งจะสิ้นสุดในการตกตะกอนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ .
ค่าของศักย์ไฟฟ้าจลน์สามารถกำหนดได้โดยใช้อุปกรณ์อิเล็กโตรโฟรีซิสตามสูตร (10.5):
โดยที่ η คือความหนืด ϑ - ความเร็วการเคลื่อนที่ของอนุภาค l คือระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดตามแนวสารละลาย E - แรงเคลื่อนไฟฟ้า, D - ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อξ - ศักยภาพ:
- การมีอยู่ของอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่แยแสในสารละลาย - อิเล็กโทรไลต์ที่ไม่มีไอออนที่สามารถกำหนดได้
- อิเล็กโทรไลต์ที่ไม่แยแสประกอบด้วยการตอบโต้ ในกรณีนี้ การบีบอัดของชั้นการแพร่กระจายเกิดขึ้น และ ξ ลดลง และเป็นผลให้เกิดการแข็งตัว
- อิเล็กโทรไลต์ที่ไม่แยแสประกอบด้วยไอออนที่มีเครื่องหมายเดียวกันกับตัวเคาน์เตอร์ แต่ไม่ใช่ตัวเคาน์เตอร์เอง ในกรณีนี้การแลกเปลี่ยนไอออนเกิดขึ้น: เคาน์เตอร์จะถูกแทนที่ด้วยไอออนของอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่แยแส มีการสังเกตการลดลงของ ξ แต่ระดับของหยดจะขึ้นอยู่กับธรรมชาติของไอออนแทนที่ ความจุของมัน และระดับของความชุ่มชื้น แถวไลโอโทรปิกของแคตไอออนและแอนไอออนเป็นแถวที่ไอออนถูกจัดเรียงตามความสามารถในการบีบอัดชั้นกระจายที่เพิ่มขึ้นและทำให้ ξ - ศักยภาพลดลง
Li + - นา + - NH 4 + - K + - Rb + - Cs + - Mg 2+ - Ca 2+ - Ba 2+ ...
CH 3 COO – - F – - NO 3 – - Cl – - I – - Br – - SCN – - OH – - SO 4 2–
2. การเพิ่มโซลูชัน โคลงอิเล็กโทรไลต์– อิเล็กโทรไลต์ที่มีไอออนที่กำหนดศักยภาพทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของ ξ - ศักยภาพซึ่งหมายความว่ามันมีส่วนทำให้เสถียรภาพของระบบคอลลอยด์ แต่ถึงขีดจำกัดที่แน่นอน
ความเสถียรและการแข็งตัวของระบบคอลลอยด์
ทฤษฎีสมัยใหม่เกี่ยวกับความเสถียรและการแข็งตัวของระบบคอลลอยด์ถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชื่อดังหลายคน: Deryagina, Landau, Verwey, Overbeck และดังนั้นจึงมีชื่อย่อว่าทฤษฎีดีเอฟโอ - ตามทฤษฎีนี้ ความเสถียรของระบบที่กระจัดกระจายถูกกำหนดโดยความสมดุลของแรงดึงดูดและแรงผลักที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคเมื่อพวกมันเข้าใกล้กันอันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน มีการแยกแยะความแตกต่างระหว่างความเสถียรทางจลน์และความเสถียรรวมของระบบคอลลอยด์
- ความเสถียรทางจลน์ (การตกตะกอน)- ความสามารถของอนุภาคที่กระจัดกระจายอยู่ในสารแขวนลอยและไม่ตกตะกอน (ไม่ใช่ตะกอน) ในระบบกระจาย เช่นเดียวกับในสารละลายธรรมชาติ มีการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาค ความหนืดของตัวกลางที่กระจายตัว อุณหภูมิ ฯลฯ ระบบที่มีการกระจายตัวอย่างประณีต (โซล) ซึ่งเป็นอนุภาคซึ่งในทางปฏิบัติไม่ได้ตกตะกอนภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง จัดอยู่ในกลุ่มที่มีความเสถียรทางจลน์ (การตกตะกอน) สิ่งเหล่านี้ยังรวมถึงโซลที่ชอบน้ำ - สารละลายของโพลีเมอร์, โปรตีน ฯลฯ โซลที่ไม่ชอบน้ำและระบบหยาบ (สารแขวนลอย, อิมัลชัน) จะไม่เสถียรทางจลนศาสตร์ ในนั้นการแยกเฟสและตัวกลางเกิดขึ้นค่อนข้างเร็ว
- ความมั่นคงโดยรวม- ความสามารถของอนุภาคเฟสที่กระจายตัวเพื่อรักษาระดับการกระจายตัวที่แน่นอนไม่เปลี่ยนแปลง ในระบบที่มีความเสถียรรวมตัว อนุภาคของเฟสที่กระจัดกระจายจะไม่เกาะติดกันในระหว่างการชนและไม่ก่อตัวเป็นมวลรวม แต่เมื่อความเสถียรของมวลรวมถูกละเมิด อนุภาคคอลลอยด์จะก่อตัวเป็นมวลรวมขนาดใหญ่พร้อมกับการตกตะกอนของเฟสที่กระจัดกระจายตามมา กระบวนการนี้เรียกว่า การแข็งตัวและดำเนินไปเองตามธรรมชาติ เนื่องจากในกรณีนี้ พลังงานอิสระของระบบจะลดลง (Δ G<0) .
ปัจจัยที่ส่งผลต่อเสถียรภาพของระบบคอลลอยด์ได้แก่:
- การมีอยู่ของประจุไฟฟ้าของอนุภาคที่กระจัดกระจาย อนุภาคที่กระจัดกระจายของโซลไลโอโฟบิกจะมีประจุเท่ากัน ดังนั้น เมื่อพวกมันชนกัน พวกมันจะผลักกันแรงมากขึ้นเท่าใด ศักยภาพซีตาก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตามปัจจัยทางไฟฟ้าไม่ได้เป็นสิ่งที่ชี้ขาดเสมอไป
- ความสามารถในการละลาย (ไฮเดรชั่น) ของไอออนคงตัว ยิ่งเคาน์เตอร์ไอออนที่มีไฮเดรชั่น (โซลเวต) อยู่ในชั้นกระจาย เปลือกไฮเดรชั่น (โซลเวต) ทั้งหมดรอบแกรนูลก็จะยิ่งใหญ่ขึ้น และระบบการกระจายตัวจะมีเสถียรภาพมากขึ้น
ตามทฤษฎีแล้ว ในระหว่างการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน อนุภาคคอลลอยด์จะเข้าใกล้กันอย่างอิสระในระยะห่างสูงสุด 10 -5 ดู ธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงของแรงดึงดูด van der Waals (1) และแรงผลักไฟฟ้าสถิต (2) ระหว่างอนุภาคคอลลอยด์แสดงในรูปที่ 1 10.6. เส้นโค้งผลลัพธ์ (3) ได้มาจากการเพิ่มพิกัดที่สอดคล้องกันทางเรขาคณิต ที่ระยะห่างน้อยที่สุดและมาก พลังงานแรงดึงดูดจะมีชัยเหนือระหว่างอนุภาค (พลังงานขั้นต่ำของ I และ II) ที่พลังงานขั้นต่ำ II พลังงานการทำงานร่วมกันของอนุภาคไม่เพียงพอที่จะทำให้มันอยู่ในสถานะรวม ที่ระยะทางเฉลี่ยซึ่งสอดคล้องกับความหนาของชั้นไฟฟ้าสองชั้น พลังงานแรงผลักจะมีอิทธิพลเหนือสิ่งกีดขวาง AB ที่อาจเกิดขึ้น ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้อนุภาคเกาะติดกัน การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าที่ศักย์ซีตา ξ = 70 มิลลิโวลต์ ระบบคอลลอยด์มีลักษณะเฉพาะโดยมีสิ่งกีดขวางที่มีศักยภาพสูงและความเสถียรในการรวมตัวสูง เพื่อทำให้ระบบคอลลอยด์ไม่เสถียรเช่น การดำเนินการตามกระบวนการแข็งตัวก็จำเป็นต้องลด - ศักยภาพสูงถึงค่า 0 - 3 mV
รูปที่ 10.6. กราฟอันตรกิริยาที่เป็นไปได้ของอนุภาคคอลลอยด์
การแข็งตัวของระบบกระจายตัว
การแข็งตัวเป็นกระบวนการที่อนุภาคคอลลอยด์เกาะติดกัน กระบวนการนี้ดำเนินไปค่อนข้างง่ายภายใต้อิทธิพลของปัจจัยหลายประการ: การนำอิเล็กโทรไลต์ สารที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์ การแช่แข็ง การต้ม การกวน การสัมผัสกับแสงแดด เป็นต้น ในกระบวนการ การแข็งตัวด้วยไฟฟ้า (ภายใต้อิทธิพลของอิเล็กโทรไลต์)มักสังเกตการดูดซับการแลกเปลี่ยนไอออน: ไอออนตกตะกอนที่มีเวเลนซ์สูงกว่าหรือการดูดซับที่มีศักยภาพในการดูดซับสูงกว่า ไอออนจะแทนที่ชั้นแรกกระจาย และจากนั้นเป็นชั้นดูดซับ การแลกเปลี่ยนเกิดขึ้นในปริมาณที่เท่ากัน แต่การแทนที่ประจุไฟฟ้าจะนำไปสู่ความจริงที่ว่าเมื่อมีความเข้มข้นเพียงพอของอิเล็กโทรไลต์ในตัวกลางที่กระจัดกระจาย อนุภาคจะสูญเสียความเสถียรและเกาะติดกันเมื่อชนกัน
มีการสร้างกฎทั่วไปเชิงทดลองจำนวนหนึ่งสำหรับการแข็งตัวของอิเล็กโทรไลต์:
1. การแข็งตัวของโซลไลโอโฟบิกเกิดจากอิเล็กโทรไลต์ใด ๆ แต่จะสังเกตได้ในอัตราที่เห็นได้ชัดเจนเมื่อถึงความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ที่แน่นอน เกณฑ์การแข็งตัว(C ถึง) คือความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ขั้นต่ำที่จำเป็นในการเริ่มการแข็งตัวของโซล ในกรณีนี้จะสังเกตการเปลี่ยนแปลงภายนอก เช่น ความขุ่นของสารละลาย การเปลี่ยนแปลงสี เป็นต้น
- โดยที่ Sel คือความเข้มข้นของโมลาร์ของอิเล็กโทรไลต์, mmol/l;
- Vel - ปริมาตรของสารละลายอิเล็กโทรไลต์, l;
- Vz - ปริมาตรของโซล, l.
ส่วนกลับของเกณฑ์การแข็งตัวเรียกว่าความสามารถในการแข็งตัว () ของอิเล็กโทรไลต์:
โดยที่ Sk คือเกณฑ์การแข็งตัวของเลือด
2. กฎชูลท์ซ-ฮาร์ดี:
- ผลการแข็งตัวจะแสดงโดยไอออนซึ่งมีประจุตรงข้ามกับประจุของพื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์ (ประจุของแกรนูล) และผลกระทบนี้จะเพิ่มขึ้นตามความจุของไอออนที่เพิ่มขึ้น
- ผลการแข็งตัวของไอออนจะเพิ่มขึ้นหลายครั้งตามความจุของไอออนที่เพิ่มขึ้น สำหรับไอออนหนึ่ง - สองและไตรวาเลนต์ผลการแข็งตัวจะอยู่ที่ประมาณ 1: 50: 500
สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าไอออนตกตะกอนที่มีประจุสูงแบบหลายวาเลนท์จะถูกดึงดูดอย่างแรงจากพื้นผิวที่มีประจุของอนุภาคคอลลอยด์มากกว่าไอออนแบบโมโนวาเลนต์ และแทนที่ประจุบวกจากชั้นกระจายและแม้แต่ชั้นดูดซับได้ง่ายกว่ามาก
3. ผลการแข็งตัวของไอออนอินทรีย์จะสูงกว่าไอออนอนินทรีย์มาก เนื่องจากความสามารถในการดูดซับสูง ความสามารถในการดูดซับในปริมาณที่มากเกินไป และยังทำให้เกิดการอัดประจุใหม่ของพื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์อีกด้วย
4. ในไอออนอนินทรีย์จำนวนหนึ่งที่มีประจุเท่ากัน ความสามารถในการจับตัวเป็นก้อนขึ้นอยู่กับรัศมีของไอออนตัวตกตะกอน: ยิ่งมีรัศมีมากเท่าใด ความสามารถในการจับตัวเป็นก้อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น (ดู ซีรีย์ไลโอโทรปิก- สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าระดับความชุ่มชื้นของไอออนลดลงเช่นจาก L + ถึง Cs + และสิ่งนี้ช่วยให้การรวมตัวเข้ากับชั้นไอออนิกสองชั้นได้ง่ายขึ้น
5. อนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าของโซลคอลลอยด์ไลโอโฟบิกจะจับตัวเป็นก้อนที่ความเร็วสูงสุด
6. ปรากฏการณ์การติดโซล หากเติมสารตกตะกอนอย่างรวดเร็วลงในโซล การแข็งตัวจะเกิดขึ้น แต่ถ้าเติมช้าๆ จะไม่มีการแข็งตัว สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ด้วยความจริงที่ว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลต์และโซลซึ่งเป็นผลมาจากการที่เปปไทเซอร์เกิดขึ้นซึ่งทำให้ระบบกระจายตัวมีความเสถียร:
เฟ (OH) 3 + HCl →FeOCl + 2H 2 O,
FeOCl → FeO + + Cl - ,
โดยที่ FeO + เป็นตัวกระตุ้นของ Fe (OH) 3 โซล
ผลการจับตัวเป็นก้อนของส่วนผสมของอิเล็กโทรไลต์แสดงออกแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับลักษณะของไอออน - ตัวจับตัวเป็นก้อน ในส่วนผสมของอิเล็กโทรไลต์ สามารถสรุปผลกับผลการแข็งตัวของอิเล็กโทรไลต์แต่ละตัวได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าบวก ไอออน (NaCl, KCl) หากผลการแข็งตัวของอิเล็กโทรไลต์ไอออนลดลงเมื่อมีการนำไอออนของอิเล็กโทรไลต์อื่นเข้ามาการต่อต้านของไอออน (LiCl, MgCl 2 - ในกรณีที่ผลการแข็งตัวของอิเล็กโทรไลต์ไอออนเพิ่มขึ้นเมื่อมีการแนะนำไอออนของอิเล็กโทรไลต์อื่นปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการทำงานร่วมกัน ไอออน.
ตัวอย่างเช่น การแนะนำสารละลาย NaCl 10% 10 มล. ลงใน Fe (OH) 3 โซล 10 มล. ทำให้เกิดการแข็งตัวของโซลนี้ แต่สิ่งนี้สามารถหลีกเลี่ยงได้หากเติมสารป้องกันตัวใดตัวหนึ่งลงในสารละลายโซลเพิ่มเติม: เจลาติน 5 มล., อัลบูมินไข่ 15 มล., เดกซ์ทริน 20 มล.
การป้องกันอนุภาคคอลลอยด์
การป้องกันคอลลอยด์- เพิ่มความเสถียรโดยรวมของโซลโดยการใส่สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (HMC) เข้าไป สำหรับโซลที่ไม่ชอบน้ำ โปรตีน คาร์โบไฮเดรต และเพคตินมักจะใช้เป็น BMC สำหรับโซลที่ไม่ใช่น้ำ - ยาง
ผลการป้องกันของ IUD นั้นสัมพันธ์กับการก่อตัวของชั้นการดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์ (รูปที่ 10.7) ปรากฏการณ์การแข็งตัวแบบย้อนกลับเรียกว่าการทำให้เป็นก้อน
รูปที่ 10.7 กลไกการทำให้เป็นเปปไทซ์
เพื่อกำหนดลักษณะของผลการป้องกันของ IUD ต่างๆ Zsigmondy เสนอให้ใช้ตัวเลขทองเบอร์ทอง- นี่คือจำนวนมิลลิกรัมของ IUD ที่ต้องเพิ่มเป็น 10 ซม 3 โซลทองสีแดง 0.0006% เพื่อป้องกันไม่ให้เปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน (การแข็งตัว) เมื่อเพิ่มเข้าไป 1 ซม. 3 สารละลาย NaCl 10% บางครั้งเพื่อระบุลักษณะพิเศษของผลการป้องกันของ IUD จะใช้สารละลายคอลลอยด์ของเงิน (หมายเลขเงิน), เหล็กไฮดรอกไซด์ (หมายเลขเหล็ก) ฯลฯ แทนโซลทองตารางที่ 10.2 แสดงค่าของตัวเลขเหล่านี้สำหรับ IUD บางตัว
ตารางที่ 10.2 ผลการป้องกันของ IUD
เมื่อได้รับสารละลายคอลลอยด์ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้ปฏิกิริยาเคมี แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะคาดการณ์ปริมาณรีเอเจนต์ที่แน่นอนที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ ด้วยเหตุนี้ โซลที่ได้จึงอาจมีอิเล็กโทรไลต์มากเกินไป ซึ่งจะลดความเสถียรของสารละลายคอลลอยด์ เพื่อให้ได้ระบบที่มีความเสถียรสูงและเพื่อศึกษาคุณสมบัติของโซล โซลจะถูกทำให้บริสุทธิ์ทั้งจากอิเล็กโทรไลต์และจากสิ่งเจือปนโมเลกุลต่ำอื่นๆ ทุกประเภท
การทำให้สารละลายคอลลอยด์บริสุทธิ์สามารถทำได้โดยการฟอกไตหรือการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน
การฟอกไตเกี่ยวข้องกับการสกัดสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำออกจากโซลด้วยตัวทำละลายบริสุทธิ์โดยใช้แผ่นกั้นแบบกึ่งซึมผ่านได้ (เมมเบรน) ซึ่งอนุภาคคอลลอยด์ไม่ผ่านเข้าไป ด้วยการเปลี่ยนตัวทำละลายในอุปกรณ์ฟอกไตเป็นระยะหรืออย่างต่อเนื่อง - ตัวฟอกไต ทำให้สามารถขจัดสิ่งเจือปนของอิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์โมเลกุลต่ำออกจากสารละลายคอลลอยด์ได้เกือบทั้งหมด
ข้อเสียของวิธีนี้คือใช้เวลาในการทำความสะอาดนาน (สัปดาห์, เดือน)
การฟอกไตด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการฟอกไตที่เร่งโดยการใช้กระแสไฟฟ้า อุปกรณ์เพื่อการนี้เรียกว่าอิเล็กโทรไดอะไลเซอร์ เครื่องวิเคราะห์ด้วยไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดคือภาชนะที่แบ่งด้วยเยื่อสองแผ่นออกเป็นสามห้อง สารละลายคอลลอยด์ที่จะทำความสะอาดจะถูกเทลงในห้องตรงกลาง อิเล็กโทรดจากแหล่งจ่ายกระแสตรงจะถูกวางไว้ในห้องด้านข้าง และจ่ายและนำตัวทำละลาย (น้ำ) ออก ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า แคตไอออนจะถูกถ่ายโอนจากห้องกลางไปยังห้องแคโทด และแอนไอออนจะถูกถ่ายโอนไปยังห้องแอโนด สารละลายในห้องตรงกลางสามารถกำจัดเกลือที่ละลายได้ภายในระยะเวลาอันสั้น (นาที ชั่วโมง)
การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน- กรองสารละลายคอลลอยด์ผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ซึ่งช่วยให้ตัวกลางในการกระจายตัวที่มีสิ่งเจือปนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำไหลผ่านและกักเก็บอนุภาคของเฟสที่กระจายตัวหรือโมเลกุลขนาดใหญ่ เพื่อเร่งกระบวนการอัลตราฟิลเตรชั่นให้เร็วขึ้น จะดำเนินการภายใต้แรงดันที่แตกต่างกันทั้งสองด้านของเมมเบรน: ภายใต้สุญญากาศ (สุญญากาศ) หรือภายใต้แรงดันที่เพิ่มขึ้น สุญญากาศถูกสร้างขึ้นโดยการสูบอากาศออกจากถังที่อยู่ใต้ตัวกรอง และเพิ่มแรงดันโดยการสูบอากาศเข้าไปในถังที่อยู่เหนือตัวกรอง เพื่อป้องกันการแตกของเมมเบรน ให้วางบนแผ่นที่มีรูพรุนแข็ง การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันทำให้สามารถแยกอิเล็กโทรไลต์และสิ่งสกปรกอื่นๆ (สารประกอบอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ) ออกจากสารละลายคอลลอยด์ได้เร็วกว่าสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการฟอกไต ด้วยการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน การทำให้โซลบริสุทธิ์ในระดับสูงทำได้โดยการเจือจางโซลด้วยน้ำเป็นระยะ ในขั้นตอนสุดท้าย สารละลายคอลลอยด์สามารถทำให้เข้มข้นได้โดยการดูดตัวกลางการกระจายตัวออกไป การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันสามารถใช้ร่วมกับอิเล็กโทรไดอะไลซิส (การกรองด้วยไฟฟ้า) ซึ่งทำให้การกำจัดเกลือออกจากสารละลายคอลลอยด์เร่งได้อย่างมาก
เนื่องจากรูพรุนของกระดาษกรองธรรมดาช่วยให้อนุภาคคอลลอยด์ทะลุผ่านได้ง่าย ในระหว่างการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันพิเศษ (กระดาษแก้ว กระดาษ parchment แร่ใยหิน ตัวกรองเซรามิก ฯลฯ) จึงถูกนำมาใช้เป็นเมมเบรน การใช้เมมเบรนที่มีขนาดรูพรุนทำให้สามารถแยกอนุภาคคอลลอยด์ออกเป็นเศษส่วนตามขนาดและกำหนดขนาดเหล่านี้โดยประมาณได้ นี่เป็นขนาดที่พบในไวรัสและแบคทีเรียบางชนิด ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่าการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันไม่ได้เป็นเพียงวิธีการทำให้สารละลายคอลลอยด์บริสุทธิ์เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการวิเคราะห์การกระจายตัวและการแยกเตรียมระบบการกระจายตัว