Диализа

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене

Диализата е биохимичен метод за разделяне на молекули в разтвор чрез разликите в скоростта на дифузия през полупропусклива мембрана (преграда). Тази преграда позволява по-лесното преминаване на молекулите на разтворителя, отколкото тези на разтвореното вещество.[1] Устройството, чрез което се провежда диализата, се нарича диализатор.

Първите изследвания върху процеса диализа датират от шейсетте години на деветнадесети век, проведени от английския учен Томас Греъм[2], който анализира дифузионната способност на различни молекули. Минималното изискване за протичане на обикновена диализа е наличието на концентрационен градиент между два разтвора разделени с полупропусклива мембрана. Кинетичното движение на разтворените вещества ги придвижва през мембраната в посока на по-ниската концентрация. От друга страна, в резултат на разликата в осмотичното налягане, движението на молекулите на разтворителя е в противоположна посока. В зависимост от големината, формата и други свойства, разтворените вещества могат да бъдат задържани. Греъм дава следните наименования:

  • „задържан“ разтвор (retentate) — по-концентрираният от двата разтвора;
  • „дифузен“ разтвор (diffusate) — по-разредения от двата;
  • кристалоиди (crystalloids) – веществата, които в разтвор могат да преминат през полупропускливата преграда, т.е. такива, които обикновено не образуват колоидни разтвори;
  • колоиди (colloids) – задържаните от мембраната вещества; разнородни дисперсни системи с размери на частиците на диспергираното вещество между 1 и 100 нанометра.

Един метод на диализа, който получава все по-голяма популярност е перитонеалната диализа. Английският химик използва водни разтвори на захароза и арабска смола, при които очевидно не се демонстрира висока степен на селективност и разделителна способност поради голямата разлика в молекулните маси. Той обаче разкрива, че диализата е основана на различната степен на дифузия на веществата и ще се развива във времето като разделителен процес.

Феномологичната теория на диализата се основава на първия закон на Фик за дифузия на вещества през мембрана:

   Ji = −Di (dCi/dx)

където Ji е потокът на дифундиращия i–ти компонент, Di е коефициент на дифузия, Сi е концентрацията на i–тия компонент, а х е разстоянието по абсцисната ос.

Доннанова диализа[редактиране | edit source]

Ако два електролитни разтвора с различен състав са разделени с йонселективна мембрана, само едноименно заредени йони могат да преминат през нея. Катионообменната мембрана пропуска положително натоварени йони, а анионообменната – отрицателно натоварени йони. В резултат на възникналата загуба в електронеутралността на по-концентрирания разтвор, се създава електричен потенциал на мембраната, който е противоположен по посока на концентрационният градиент. Този потенциал предизвиква движеща сила чрез която стехиометрично количество йони се придвижват в обратна посока - от разредения (sample, feed, donor) към концентрирания разтвор (receiver, stripping, acceptor). Процесът на йонообмен продължава до достигането на Доннаново равновесие[3]:

   (C r / C f )1/z

където Cr и C f са концентрациите на даден йон в концентрирания (receiver) и разредения разтвор (sample) респективно, z е заряда на йона, а K е константа.

Ако от едната страна на мембраната е поставен разтвор на електролит съдържащ едновалентен катион N+ и некомплексообразуващ анион, а от другата страна е електролитен разтвор с различна концентрация на същия анион но различен катион C z+, Доннаново равновесие настъпва при равенството:

   (C rz+ / Cf z+ ) = (N r+ / Nf +)z                  

Следователно, всички катиони се стремят да се концентрират в разтвора съдържащ по-високата анионна концентрация; катионите имащи по-висок заряд имат предимство пред тези с по-нисък товар. За аналогична система съдържаща анионообменна мембрана поведението на анионите е подобно.

Този процес за първи път бе наречен Доннанова диализа от Ричард Валас през 1967 година[4], който доразви учението за диализата и приложението и за концентриране и разделяне на йони в разтвори на електролити. Той използва тази техника за концентриране на уранови йони от разредени разтвори, за отстраняване на киселини и стронций, концентриране на тривалентни йони като лантан, разделяне на сребърни и медни йони чрез процеси основани на разликата в зарядите им и стабилността на комплексите им.


Вижте също[редактиране | edit source]

Бележки[редактиране | edit source]

  1. „Речник на научните термини“, Е.Б.Уваров, А. Айзакс, ИК „Петър Берон“, София, 1992
  2. Graham T., Liquid Diffusion applied to Analysis. Proceeding of the Royal Society of London 11 (1861) 243-247
  3. Donnan F.G., The theory of membrane equilibrium. Chemical Reviews 1 (1924) 73-90.
  4. Wallace R.M., Industrial and Engineering Chemical Process Design and Development 6 (1967) 423-431.