В зональном электрофорезе частицы движутся по капиллярам пористого носителя: бумаги, диафрагмы, какого - нибудь геля. Носитель размещают между двумя электродами. На него наносят небольшое количество жидкого исследуемого образца и подают напряжение.
Важнейшим элементом аппаратуры для электрофореза является источник стабилизированного постоянного тока. В зависимости от типа камер для электрофореза и желаемой силы тока задают величину напряжения. Например, для низковольтного электрофореза на бумаге нужен источник способный поддерживать силу тока до 50 ма при напряжении до 600 в. Для высоковольтного электрофореза на бумаге требуется источник с напряжением 3000-10000 в и силой тока до 500 ма.
При выборе камеры для электрофореза исходят из характера разделяемой смеси и условий процесса. Высоковольтный электрофорез, в частности, обладает высоким разрешением, но сопровождается выделением большого количества тепла. Поэтому белки, которые денатурируют при высоких температурах, разделяют на низковольтной аппаратуре. С помощью аппаратуры, рассчитанной на высокие напряжения, исследуют низкомолекулярные вещества.
Иногда в исследуемую смесь вводят буфер рН или инертный растворитель. Это позволяет добиться разделения веществ, близких по свойствам.
Чтобы предупредить смешивание разделенных веществ и их проникновение в электродные пространства, камеры для электрофореза часто снабжают разделительными перегородками (диафрагмами). На рис. 12.2 показан один из вариантов камеры, снабженной диафрагмами.
Рис. 12.2 Схема разделения при электрофорезе частиц А и Б.[16].
Диафрагмы показаны штриховыми линиями.
Для точных количественных измерений скорости электрофореза методом подвижной границы часто применяют прибор Чайковского, схема которого изображена на рис. 12.3.
Рис. 12.3 Схема прибора Чайковского для измерения скорости электрофореза
1- трехколенный сосуд с двумя градуированными коленами; 2 — агар-агаровые ключи; 3 — кран для подачи раствора; 4 — воронка; 5 —электроды.
В прибор наливают растворитель (или ультрафильтрат), примерно до половины высоты градуированных трубок. Затем постепенно вливают через кран 3 исследуемую коллоидную систему, следя за тем, чтобы между нею и раствороителем сохранялась четкая граница раздела. После этого кран закрывают, регистрируют положение границы и подают напряжение.
Электродиализ
Электродиализ заключается в транспорте ионов через ионообменную мембрану, которая помещается между двумя электродами, подключенными к внешнему источнику питания.
Кроме использования в практике лабораторных исследований электродиализ широко применяют для обессоливания пищевых продуктов, например, сахарных растворов, молочной сыворотки и снижения минерализации питьевых вод, извлечения минерального сырья из соленых вод.
Теоретические основы
Ддвижущей силой электродиализа является разность электрохимических потенциалов по обе стороны мембраны. В процессе используют ионообменные мембраны. Основные параметры, характеризующие диализную ионообменную мембрану, приведены в табл. 12. 5.
Таблица 12.5
Параметр | Что характеризует | Количественное соотношение |
Доннановский потенциал (ED) | Равновесие на границе мембрана - раствор |
|
Селективность (KAB) | Определяет преимущественное поглощение (или избирательный транспорт) ионов одного вида | |
Удельная электропроводность мембраны | Определяет способность мембраны проводить электрический ток | d, r и s - толщина (см), сопротивление (Ом см-1) и площадь (см2) мембраны |
Коэффициент диффузии ионов i - го сорта Di | Интенсивность диффузии ионов через мембрану | ; ti - число переноса иона в фазе мембраны, Е - емкость мембраны, мг·экв/cм3 |
Число переноса ti | Определяет долю тока, перенесенного противоионами i - го сорта через мембрану. | В зависимости от типа мембраны величина ti достигает значений 0, 99 - 0,999. |
z- величина заряда частицы i - го сорта; ai и - активности ионов i - го сорта в растворе и в ионообменной мембране соответственно
, сА, 
, сВ - соответственно концентрации противоионов А и В в мембране и в растворе.
(ом·см-1)Плотность тока, при которой выполняют электродиализ, рассчитывают по формуле:
(12.2)
где со и сt - концентрации растворов солей, подвергаемых электродиализу в исходном состоянии и через время i; d - толщина диффузионного слоя.
Следует отметить, что электродиализ всегда сопровождается эффектом Бете-Торопова. Суть эффекта в том, что у анодной мембраны скапливается растворитель и понижается концентрация дисперсной фазы, а у катодной мембраны происходит концентрирование дисперсной фазы. Последнее явление лежит в основе электродекантации (см. табл. 12.4).
Аппаратура и техника исполнения
На практике электродиализ осуществляют в электродиализаторах. Схема простейшего электродиализатора приведена на рисунке 12.4.
Рис. 12.4. Принципиальная схема электродиализатора.
1, 5 - электроды; 2, 4 - электродные камеры; 3 - камера обессоливания; М(а) и М(к) - мембраны анионитовая и катионитовая соответственно.
Мембраны различной природы размещают в электродиализаторе относительно друг друга и электродов в определенной последовательности, например, как показано на рис.12.5.
В среднее отделение электродиализатора, разделенного мембранами на три отделения (камеры) помещают исследуемую систему. В электродные камеры заливают воду или специально подобранный раствор электролита для того, чтобы обеспечить электропроводность в диализаторе. Анионы и катионы переносятся током соответственно в анодную и катодную камеры. По мере течения процесса концентрация солей в среднем отделении падает, но возрастает кислотность в анодном и щелочность в катодном пространстве. Поэтому электроды изготавливают из стойких к окислению материалов: платина, магнетит, графит. Более сложные электродиализаторы имеют отдельные камеры концентрирования и обессоливания. Такой диализатор, в частности, использован в лабораторной работе 2 (смотри подраздел 13.2.3.4 рис. 2).
Контрольные вопросы
1. Объясните, для чего служат мембраны в процессах: осмос, диализ, электродиализ. Можно или нет использовать мембраны одного типа для выполнения этих процессов?
2. В чем сходство и принципиальное отличие между процессами электролиз и электродиализ?
3. Приведите основные параметры, которые характеризуют ионообменную мембрану.
4. В чем различие между гомогенными и гетерогенными катионо - и анионообменными мембранами?
5. Определите активность ионов натрия в катионообменной мембране, если активность ионов натрия в растворе равна 1 моль/л, а Едеп=0,018 В.
6. Почему электрофоретические измерения не рекомендуют выполнять в средах с повышенной минерализацией?
12.2.2. Седиментационный анализ
Седиментационный анализ - исследование фракционного состава и соотношений между отдельными фракциями дисперсной системы в условиях гравитации или центрифугирования.
Большинство дисперсных систем полидисперсные. Это существенно затрудняет анализ. В основе седиментационного анализа лежит исследование процессов осаждения частиц дисперсной фазы. В зависимости от условий осаждения различают два варианта седиментационного анализа. В первом варианте исследуют осаждение частиц дисперсной фазы в гравитационном поле, во втором – в условиях центрифугирования.
Осаждение частиц в гравитационном поле
Метод применяется для исследования грубодисперсных и в меньшей степени микрогетерогенных систем.
Теоретические основы метода
Количественные расчеты в седиментационном анализе выполняют на основе уравнений (3.5, 3.24…3.27). Информацию о количественных соотношениях получают различными методами. Например, с помощью кривых седиментации. Общий вид кривых седиментации показан на рис. 12.6.
а б
Рис. 12.6. Кривые седиментации монодисперсной (а)
и полидисперсной (б) систем
Как видно из рисунка, седиментация монодисперсной системы графически выражается прямой ОВ. График седиментации для полидисперсной системы представляет собой ломаную линию с числом отрезков равным числу фракций. Кривая седиментации ОВCDE разделена касательными на четыре участка, соответствующих выбранным промежуткам времени необходимым для полного осаждения различных по дисперсности фракций 
. Полное осаждение крупной фракции достигается за время 
и отвечает на графике линейному отрезку ОВ. Масса крупной фракции равна m1. Причина линейности участка ОВ состоит в том, что суммарная масса осадка, накопленная за счет оседания частиц всех размеров пропорциональна времени. В тот момент, когда самые крупные частицы осядут, скорость седиментации уменьшится и прямая изменит наклон. Масса и время осаждения следующей фракции отвечают соответственно m2 и t2 и т. д.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
Основные порталы (построено редакторами)