УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ
Спасибо нашим инвесторам из казино онлайн
УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ
, отделение дисперсионной среды от дисперсной фазы золя путем фильтрации последнего под повышенным давлением через уплотненный фильтр. Впервые У. применил Мальфитано (Malfrtano, 1904). Бехгольд (Beohhold), к-рым был введен термин «ультрафильтрация», подробно разработал и усовершенствовал ее методику.—У л ь т р а – фильтрационное давление. Обыкновенную фильтрацию более грубых взвесей через уплотненные фильтры нередко проводят под повышенным давлением с целью ускорения процесса фильтрации. В этом случае фильтрация может совершаться под самым незначительным давлением; однако увеличение последнего ускоряет ее во много раз. Совершенно другие соотношения наблюдаются при У. коллоидных растворов. Если осмотическую ячейку, наполненную коллоидным раствором, погрузить в его ультрафильтрат (т. е. в диспер – сионную среду золя, отделенную от последнего путем У.), то коллоид всасывает через полупроницаемую стенку ячейки окружающую жидкость и обнаруживает при этом определенное осмотическое давление. Как показал впервые Старлинг (Starling), в случае кровяной сыворотки это коллоидально-осмотическое давление равняется приблизительно 30
мм
ртутного столба. Если гидростатическое давление в ультрафильтре имеет меньшую величину, У. конечно вовсе не наступает (движение жидкости совершается тогда в противоположном направлении). Чтобы наступила У., ультрафильтрационное давление должно превысить осмотическое давление золя. Только после прохождения этого порога может начаться какая-либо У., ускоряемая затем по мере дальнейшего повышения давления. Ультрафильтрационные аппараты. Служащие для У. аппараты должны быть поэтому устроены таким образом, чтобы фильтрационная мембрана могла подвергаться повышенному давлению. Самую мембрану готовят б. ч. из коллодия или желатины. Для придания ей необходимой механической прочности этими веществами большей частью пропитывают обычные бумажные фильтры. Бехгольд построил для пропитывания фильтров специальный аппарат, в к-ром бумажный фильтр, находящийся в замкнутом сосуде, до пропитывания подвергается сперва эвакуированию, удаляющему воздух из его пор, благодаря чему последние легко заполняются пропитывающей жидкостью (рис. 1). Готовые мембраны укрепляются в ультрафильтрационном аппарате на поддерживающем их эбонитовом сите или же на металлической сетке. Примером такого устройства может служить аппарат Бехгольда, позволяющий применять значительные давления (рис. 2). Основная часть его состоитиз свинчивающейся цилиндрической стальной коробки, внутри которой поме-щается фильтрационная воронка
(Тг).
Между нижним выступом воронки и краем дна коробки укрепляется круглый фильтр, зажимаемый между двумя резиновыми кольцами. Во избежание провисания и разрыва он покоится на металлической сетке, поддерживаемой в свою очередь металлической пластинкой, прорезанной рядом отверстий. Воронка сверху закрывается крышкой
D,
имеющей в средине
Рисунок I. Т—толстостенный стеклянный сосуд; D — стеклянная крышка; 7>—воронка с краном; V—манометр; Н — трехходовый кран; SS—стеклянная перекладина; Pi—бумажные фильтры.
Рисунок 2. Аппарат Бсхгольда: Н— стальная круглая коробка; N— воронка; В— круглая стальная пластинка; G—металлическая круглая сетка; Fi— ультрафильтр; С—резиновое кольцо; Тг—металлическая воронка; D— крышка; S—откидные болты.
тубус, посредством к-рого прибор соединяется с бомбой, наполненной каким-нибудь индиферентным газом, дающим необходимое для У. давление. В других случаях пользуются глиняными сосудами той или другой формы (тигли, колбы), на поверхности или в стенках к-рых отлагается уплотняющая масса. В качестве материала для приготовления мембран часто пользуются раствором коллодия в эфире, уксуснокислым коллодием (ацетил-целлюлеза), желатиной. Чтобы превратить эти жидкости в плотные мембраны, их необходимо подвергнуть желатинированию, Желатинирование раствора коллодия можно вызвать путем его подсушивания, причем, чем длительнее высушивание, тем плотнее делается мембрана. Гораздо удобнее однако вместо высушивания обрабатывать коллодий какой-нибудь жидкостью, вызывающей желатинирование. Так напр. эфирный раствор коллодия желатинируют бензолом или толуолом. Плотность мембраны варьирует при этом в зависимости от концентрации исходного раствора коллодия. Пропитывание 1 %-ным раствором дает очень проницаемые мембраны, 4%-ный раствор—значительно более плотные. Фильтр, пропитанный уксуснокислым коллодием, желатинируют путем погружения его в воду. Желатиновые фильтры с той же целью обрабатывают слабым раствором формальдегида. Концентрация исходного раствора желатины варьирует при этом от 1% до 10%; чем она выше, тем фильтр плотнее. «; Фракционирование коллоидов. Благодаря этому открывается возможность фракционировать коллоиды, разделять их путем У. Согласно Бехгольду, способность какого-либо коллоида проходить через данную мембрану или задерживаться ею всецело определяется соотношениями между величиной коллоидных мицел и величиной пор мембраны. Последняя пропускает мелкие частицы и задерживает более крупные. Подтверждением этого объяснения является то обстоятельство, что различные коллоидные растворы можно расположить в последовательный ряд в порядке убывающих размеров частиц, т. е. возрастающей степени дисперсности. Если ультрафильтр задерживает один из членов этого ряда, то он оказывается непроницаемым и для всех ранее стоящих. Напротив, прохождение какого-либо коллоида указывает на проницаемость мембраны и для всех последующих. Следующая таблица Бехгольда показывает последовательность, в к-рой различные коллоиды задерживаются желатиновыми ультрафильтрами: Концентрация желатины Задерживаемый коллоид Концентрация желатины Задерживаемый коллоид 2% Берлинская лазурь Платиновый золь (по Бредигу) Гидрозоль окиси железа Казеин Сернистый мышьяк Золь золота (Жиг – мондиМ 4, ок. 40
mfi)
Коляргол (колл. серебро но Гейдену, ок. 20
т/л)
1,6% 8% 10% Золь золота (Жигмонди Л» О, ок. 1,4 т/0 Желатина (1%) Гемоглобин (1%) Сывороточный альбумин Пр отальбумозы Коллоидная кремневая кислота Дейтероальбуыо-зы А Дейтероальбумо – зы В Дейтероальбумо – зы С Подобные результаты возможны конечно лишь при условии механической задержки частиц, превышающих величину пор мембраны (мембрана может однако задерживать и более мелкие частицы, если последние адсорбируются на стенках пор). Если У. зависит т. о. от величины пор, то определение этой величины должно составлять важнейшую характеристику мембраны. Для ее определения Бехгольд предложил несколько различных методов. Одним из них является измерение давления, необходимого для прохождения через мембрану, покрытую тонким слоем воды, мельчайших пузырьков воздуха. Давление, необходимое для того, чтобы продавить воздух через погруженные в жидкость капилярные отверстия, обратно пропорционально диаметру последних. Между обеими величинами существует простая зависимость, иллюстрируемая следующей таблицей: Давление атм. Диаметр пор (в д) Давление атм. Диаметр пор (в
ц)
1,0 1,5 2,0 3,0 2,5 2,0 1,5 2,5 3,0 4,0 5,0 1,2 1,0 0,75 0,6 В действительности однако величина пор в мембране неоднородна. В ней всегда встречаются отдельные более крупные отверстия, делающие возможным появление многочисленных пузырьков воздуха при давлении, значительно меньшем того, которое соответствует среднему диаметру пор. Измерение давления дает поэтому лишь ту максимальную величину, которая может сильно превышать искомые средние размеры. Очень часто для калибровки мембраны пользуются скоростью фильтрации пропускаемой сквозь нее воды. .Количество воды, проходящее в единицу времени под определенным давлением через 1
см2
мембраны, пропорционально квадрату поперечника ее пор. При этом приходится принимать, что все поры в мембране имеют одинаковый диаметр. Это допущение в действительности никогда полностью не оправдывается. Тем не
менее на практике бывает очень удобно для относительной характеристики пористости мембраны указывать время, необходимое для про-давливания сквозь нее определенного количества воды. Гачек (Hatschek) предложил для калибровки ультрафильтра продавливать сквозь него эмульсию с точно измеренной и совершенно однородной величиной взвешенных частиц. При продавливании через цилиндрические поры взвешенная капелька подвергается деформации, тем более значительной, чем более ее диаметр превышает диаметр поры. Давление, необходимое для продавливания эмульсии, пропорционально этому отношению (диаметр капельки/диаметр поры) и пограничному натяжению между обеими фазами эмульсии. Измерив остальные величины, можно вычислить диаметр пор. В действительности однако опыт показывает, что ультрафильтры нередко задерживают коллоидные частицы, имеющие значительно меньшие размеры, чем измеренная описываемыми методами величина пор. Известную роль могут при этом играть явления адсоршши на стенках ультрафильтра, а также неоднородность его пор по их длине, наличие в них отдельных сужений. Поэтому наиболее надежной нужно признать калибровку ультрафильтра при помощи коллоидных. растворов, величина частиц к-рых измерена другими способами. Данная мембрана лучше всего может быть охарактеризована указанием двух ближайших по величине своих частиц. коллоидных растворов, из которых один пропускается ею, другой—задерживается. Имея серию ультрафильтров различной пористости. и серию коллоидных растворов с заранее известной величиной частиц, можно найти среди последних такой, к-рый задерживается теми же мембранами, как и исследуемый коллоид,. и следовательно имеет приблизительно одинаковую величину частиц. У. как метод очистки коллоидов. Если т. о. У. позволяет исследовать коллоиды, определять степень их дисперсности, то значительно чаще она применяется, подобно
диализу
(см.), для очистки коллоида от кристалл оидных примесей. В этом случае нет надобности в точной калибровке ультрафильтра. Необходимо лишь, чтобы последний обладал достаточной плотностью для полной задержки коллоида и чтобы самая У. протекала со значительной скоростью, обеспечивая быструю отмывку коллоида. Увеличение скорости У. достигалось сперва исключительно путем повышения фильтрационного давления. В дальнейшем Бехгольд вместо – механического продавливания жидкости применил электрический перенос жидкости через мембрану ультрафильтра посредством
электроосмоса
(см.). Электроосмос производит сильный ток жидкости через золь, значительно быстрее отмывающий его, чем механическое просасывание жидкости. Такое сочетание У. и электроосмоса получило название «электроультрафильтра-иди». Для ее проведения построены разнообразные приборы, позволяющие накладывать по обе стороны мембраны ультрафильтра значительные разности потенциалов.
Лит.:
Handbucb d. biol. Arbeitsmethodcn, hrsg. v. E. Abderhalden, Abt. 3, Teil В., В.—Wien, 1922—26 (главы, H. Beohhold); Rheinboldt H., Dialyse und Ultralil-tration, (Methoden der organischen Chemie, hrsg. v. J. Houben, B. I, L»z., 1925).& Рубинштейн.