Методы очистки золей и растворов высокомолекулярных веществ.

Гидрофобные золи и растворы высокомолекулярных соединений при их образовании почти всегда «загрязняются» различными примесями: чаще всего в системе присутствует исходный электролит; загрязняются золи введенным в избытке стабилизатором. Для получения устойчивых коллоидных растворов необходимо удалять из них примеси. Рассмотрим методы очистки золей и растворов высокомолекулярных веществ.

Диализ. Диализ — это процесс освобождения коллоидных растворов от примесей, способных проникать через полупроницаемые мембраны. Этот метод очистки, предложенный еще Грэмом, наибо­лее прост и доступен. Процесс очистки основан на способности примесных ионов и молекул малых размеров свободно проникать через полупроницаемые мембраны, тогда как крупные коллоидные частицы и молекулы высокомолекулярных соединений такой способностью не обладают.

Рис.6.3

Полупроницаемыми являются различные растительные, животные и искусственные мембраны; их можно приготовить из пергамента, бычьего, свиного и рыбьего пузыря, из коллодия, целлофана и т. д. Приборы, в которых производится диализ, называются диализаторами. На рис. 6.3 изображен простейший диализатор Грэма. В нем очищаемый золь контактирует с проточной дистиллированной водой через полупроницаемую мембрану. Чем больше разность концентраций коллоида по обе стороны мембраны, тем эффективнее идет диализ. Вот почему очистка золя ускоряется, если во внешней камере диализатора вода проточная или часто сменяется. Однако даже при этих условиях диализ идет очень медленно,

длится иногда недели и даже месяцы и требует огромного количества растворителя. Для ускорения процесса диализа было предложено использовать электрический ток.

Электродиализ. Этот метод представляет собой ускоренный процесс диализа с применением электрического тока. Во внешних камерах находятся электроды, на которые подается напряжение постоянного тока. При падении потенциала 2—5·10³ В/м и более образуется направленное движение ионов к соответствующим электродам. Поскольку ионы свободно проходят через полупроницаемую мембрану, а коллоидно-дисперсные частицы не проходят, коллоидный раствор постепенно очищается от электролитов.

Продолжительность электродиализа в отличие от простого диализа измеряется не днями, а лишь часами и минутами, причем затрата растворителя сведена до минимума. В настоящее время широкое применение метод электродиализа получил в биохимии и медицине, а также в народном хозяйстве.

Ультрафильтрация. Ультрафильтрацией называют фильтрование коллоидного раствора через полупроницаемые мембраны, которые укрепляются в специальных ультрафильтрах на твердой пористой подкладке. Поскольку через поры обычной фильтровальной бумаги (от 1,5 до 5 мкм) коллоидно-дисперсные частицы проходят легко, при ультрафильтрации пользуются специальными фильтрами, например целлофаном или фильтровальной бумагой, пропитанной коллодием. Дисперсная фаза остается на фильтре. Обычно процесс ультрафильтрации проводят под разрежением или под повышенным

Рис. 6.4

давлением. На рис. 6.4 показана установка для ультрафильтрации.

Методом ультрафильтрации можно производить концентрирование золей и растворов высокомолекулярных соединений, что позволяет избежать выпаривания, например, для таких соединений, которые не выдерживают высоких температур.

Применяя для ультрафильтров мембраны с определенной степенью пористости, можно в известной мере произвести разделение коллоидных частиц и одновременно приближенно определить их размеры. Этим методом впервые были определены размеры целого ряда вирусов и бактериофагов.

В настоящее время методы ультрафильтрации иногда применяются в сочетании с электродиализом. Этот комбинированный метод получил название метода электроультрафильтрации..

Ультрацентрифугирование. Идея этого метода впервые была высказана еще в 1913 г. А. В. Думанским, который применил центрифугу для осаждения коллоидных частиц. За последние годы, с изобретением шведским ученым Сведбергом ультрацентрифуги, этот метод получил исключительно широкое применение в коллоидной химии. Современная ультрацентрифуга (рис. 84) представляет собой сложный аппарат, в котором ротор вращается в толстостенном металлическом корпусе в вакууме или в атмосфере водорода (для улучшения теплоотдачи) со скоростью до 60 000 об/мин и выше.

В современных мощных ультрацентрифугах оседают не только коллоидные частицы гидрофобных коллоидов, но и молекулы белков и других высокомолекулярных соединений. Помимо очистки, метод ультрацентрифугирования широко применяется в настоящее время для определения среднего радиуса коллоидных частиц, а также для вычисления молекулярной массы высокомолекулярных соединений. Практически все выдающиеся достижения молекулярной биологии обязаны этому методу.